动态范围对多普勒雷达回波产品的影响

庄庭

摘 要 雷达接收机动态范围的不合格导致接收机性能变坏，从而对多普勒雷达回波产品产生了严重的影响，降低了多普勒天气雷达的探测预警能力。从天津CINRAD/SA雷达的一次接收机动态范围故障导致雷达回波产品的不准确入手，详细分析了接收机动态范围故障的原因和对雷达回波产品的影响，通过分步分段故障排查和测试，迅速准确定位故障部位并修复故障。接收机动态范围故障并不一定是电子器件的损坏造成的，传输线缆的信号泄露也是其故障原因之一，这为多普勒天气雷达接收机动态范围故障维修提供方法与借鉴。

【关键词】CINRAD/SA雷达 接收机 动态范围 雷达回波

当今的天气预报工作人员在制作短临天气预报产品的过程中，大量的用到多普勒天气雷达回波的产品，所以多普勒天气雷达的数据质量和可用性在天气预报工作起了举足轻重的作用。多普勒天气雷达接收机的动态范围是多普勒天气雷达的重要系统参数之一，这个参数是影响多普勒天气雷达对小信号目标的探测能力以及天气回波测量的准确度的关键因素，我们可以通过这个参数进而比较准确地测算出降水强度、降水量，识别和判断强对流天气以及冰雹、龙卷等极端天气。

1 接收机的动态范围

接收机的动态范围（Dynamic Range下文简称DR）表示接收机能够正常工作所容许的输入信号强度变化的范围，用使接收机开始出现过载时的输入功率Pimax与最小可检测信号功率Pimin之比来表示，如下式所示：

我们从公式（1）可以看出，信号太强，接收机会出现过载饱和，会导致接收系统动态范围减少；信号太弱，就探测不到有效的气象回波信号，雷达的性能会受到严重的损害。

每次做动态范围测试时，先要点击“Noise”按钮，看看底部噪声值，这个底部噪声值必须保持在-64DB～-65DB左右，如果这个底部噪声值跟标准值偏差太大，雷达接收机部分肯定是有故障的，所测出的动态范围数值必然都不合格。然后我们选择“inside”（机内动态测试）或者“outside”（机外动态测试），再点击“Auto Test”按钮就可以进行动态范围测试了，最终得到一条动态拟合线。根据这条动态拟合线计算出“Slope”值（斜率），这个斜率值必须保持在0.985～1.015之间，越接近理论值1越好，否则所测试的动态范围也是不合格的。最后根据“DynStart”和“DynEnd”值计算出“DynRange”值（动态范围），当然“DynStart”和“DynEnd”这两条直线是可以移动的，我们可以根据“DynStart”和“DynEnd”线移动到新的位置，再点击“Fit”按钮就可以得到新的动态范围值。

2 动态范围对多普勒天气雷达回波的影响

2015年8月12日天津港特大火灾爆炸事故导致天津塘沽雷达停机，虽然在8月13日经过雷达机务人员和北京敏视达的维修工程师的共同努力，天津塘沽雷达暂时恢复运转。因为要做好灾后救援的气象服务工作，雷达没法停机做系统的检查各项参数。在8月19日的一次强降水过程当中，发现天津雷达探测到的降水回波强度值明显弱于周边雷达站探测到的同一块降水回波强度值，很明显天津雷达探测到的降水回波强度比沧州雷达弱5DBZ左右，而且探测到的强降水区域也比沧州雷达探测到的区域小，这就严重影响了预报员的业务工作和灾害性天气的预报，后果特别严重。

3 动态范围异常的诊断和分析

影响动态范围的因素较多，所以必须采用分步、分模块的方法进行动态范围调整和故障排查，我们把能够影响接收机动态范围的模块整理了一下，同时把接收机的检测通道和主通道各个检测点的功率整理了一下。

4 动态范围异常的检测和排除

根据上文的故障范围诊断和分析，使用功率计测量了图2中所有器件的输入输出功率，发现所有器件都是没有问题的，这种情况下只剩下一种可能，接收机系统中各模塊间的传输电缆出现信号泄露，导致接收机动态范围值始终上不去。

4.1 排查思路

根据接收机动态范围检测信号的传输流程，重点排查从机内信号源到二位开关这段是否存在信号泄露，因为这段设备在接收机机柜内，平时调试过程中操作比较多的就在接收机机柜，是容易人为造成信号泄露的点。

4.2 排查过程

检查信号泄露是否与接收机柜内的半刚性电缆有关：使用一根确定无信号泄露的半刚性电缆依次替换机内信号源的J3端口到四位开关的J3端口，四位开关的J5端口到7位RF数控衰减器的J1端口，7位RF数控衰减器的J2端口到二位开关的J1端口的半刚性电缆，并逐一做动态范围测试，观察动态范围值是否有变化，如果有变化，那极有可能是该段的半刚性电缆的SFT电缆与SMA插头的焊接处出现信号泄露。经测试发现替换完7位RF数控衰减器的J2端口到二位开关的J1端口的半刚性电缆，测试的动态范围明显好转，结合前面检查的结果，可以断定二位开关的J1端口的半刚性电缆的SMA插头和SFT电缆的焊接处发生信号泄露。

4.3 故障排除

将确定有问题的7位RF数控衰减器的J2端口到二位开关的J1端口的半刚性电缆两边的SMA插头重新进行焊接，并确保接收机系统的抗干扰能力。把这个问题处理后，重新做机内动态测试和机外动态测试，都得到了合格的动态范围值。

5 结语

本文结合了实测数据有条理的对天津雷达的接收机动态范围故障进行了排查，并快速准确的定位了故障部位，提高了接收机的维修效率，保障了天津雷达业务系统的正常运行和使用。这次故障原因就在二位开关的J1端口的半刚性电缆的SMA插头和SFT电缆的焊接处出现问题，导致屏蔽层破坏，抗干扰能力变差。这个问题有可能是平时做标校工作时，经常需要拧开这些SMA插头，接信号源等测试设备，操作过于频繁导致了这些焊接处出现破损，体现出基础性硬件质量的重要性。

参考文献

[1]杨传凤，柴秀梅，张海燕，黄秀韶，涂爱琴，刘朝晖，袁希强.CINRAD/SA雷达数字中频改造技术难题及解决方法[J].气象科技，2012，40（01）：5-8.

[2]杨苏勤，汤达昌，谢启杰，温继昌.一次典型CINRAD/SA接收机动态范围异常分析与处理[J].气象科技，2013，41（05）：970-973.

作者单位

天津市滨海新区气象局 天津市 300457endprint