民航多普勒天气雷达接收机的选型及常见故障处理

2019-02-13杨迪

数字通信世界 2019年2期

杨迪

（中国民用航空西北地区空中交通管理局，西安 710082）

民航事业迅猛发展，气象监测雷达系统越发成熟，各种常规天气雷达、多普勒天气雷达、风廓线雷达等应运而生，帮助气象预报员和管制员实现对恶劣天气的有效监测、预警。全相参脉冲多普勒天气雷达通过发射电磁波，接收目标物散射的电磁波，进而发现和测定气象目标的距离、方位和仰角等。雷达接收机是雷达系统的重要组成部分，也是影响整个雷达系统性能及可靠性的非常重要的一环，我们知道噪声是影响雷达接收机灵敏度的主要因素，接收机噪声越小灵敏度越高，所能接收的信号就越弱，雷达的作用距离和探测范围也就越远。

1 雷达接收系统概述

系统由发射监控分机、发射配电电路等组成，具有明显的大功率与电流、高电压特征，各个系统间相辅相成、相互联系，以有效处理接收到的数据信息。接收机电源由开关操控，确保电压稳定，对大功率主波脉冲过滤，确保主波功率的稳定性。固态放大器的应用，具有点评激励信号、向速调管发送的作用。功率放大由速调管负责，阴极调制脉冲，放大输入的射频激励信号功率，再发射高频射频输送脉冲。电源分机能够为固态调制储能组件的功能发挥，以及充电电源提供必要的能量支撑。固态调制器通过变压器、充电原件等传递脉冲，并借助脉冲变压器向速调管阴极提供脉冲。磁场电源可围绕速调管形成密封磁场的需求，向其聚焦线圈提供电流，规避分散电子柱引起的散焦情况，为其电子管安全运行提供基础保障。在多普勒天气雷达接收机的各功能模块中，射频接收分机负责对噪声系数和相位噪声进行标定，中频接收分机负责对回波信号进行中频采样，然后通过数字匹配滤波后送往信号处理系统进行处理，频率源分机用以产生系统所需的各种频率的本振、时钟信号，而激励源分机则为发射分系统提供经激励脉冲调制的射频激励信号和测试信号等，它们各司其责，缺一不可[1]。

2 雷达接收机选型

计算机技术的应用，对数字气象雷达发展起到了积极促进作用，不断强化了信息处理成效，以及气象监测、预警能力。随着数字化技术的快速发展，数字雷达接收机与传统的模拟雷达接收机相比具有很多优点，如工作稳定，可编程，集成度高，中频采波能够接收更多信息等。

多普勒天气雷达是用于研究中小尺度天气系统，定量估测降水、强对流天气的有效探测手段，对于保证民航飞行安全来说尤其有着重要的参考依据。基于多普勒效应的天气雷达，集合了动力学、物理学等理论，使多普勒接收系统的建设成为了可能。系统借助相位相参信号，数字处理天线馈线系统回波信号，混频、放大处理后，再输送至数字信号处理系统进行数据矫正、测定，以放大系统全相参优势。同时分离、标定噪声源，提供稳定、精确的信号源，确保监测系统正常运行。

3 接收机故障与应对措施

3.1 PFN过压与时序板故障

基于调制器PFN过压故障角度分析，与固态调制器质量问题有关，其属于软性开关设备，调制脉冲合成、放大脉冲等操作，都会提高阴极输出功率，功率超出预设值，监控分机收到放电触发脉冲，经过整形与放大输至调速管阴极，未满足要求会出现信号系统损坏、短路等情况。故障处理技术人员，应当对脉冲网络充电，以及放电过程等理论充分了解，参考其数据内容，进一步检查SCR放电开关组件是否出现短路、未关断等到位情况。通过示波器，测定脉冲幅度，检查可控硅触发脉冲信号的情况，未正常触发，应当检查其是否损坏[2]。

基于时序板显示故障角度分析，经过接收系统16HZ时钟信息传递的时序板控制信号，出现故障原因，与频率源分机，向处理器传输不稳定信号有关。除此之外，也与时序电路板上电子元器件虚焊等因素有关。根据时序板故障提示，断开输出端电缆，降接收机频率源输出端，与示波器、测试电缆连接。启动、调节示波器，直至正弦波显示正常。检查电子器件质量问题，及时更新损坏的电子模块。

3.2 噪声电平较低

接收机运行状态评定，可通过噪声电平等指标实现，平稳的噪声电平，表示噪音系统运行正常，此时的振动功率未超过预定值，接收机的性能与雷达设备的功用正常发挥，为多普勒气象雷达设备探测范围的拓展提供了基础保障。相反情况下，则表示接收系统运行故障，接收机灵敏度降低，雷达设备功用发挥直接受到影响。针对噪声电平较低故障的维修，包括以下措施；一是断开中频、射频接受分机通道，测定接收机终端噪声电平值（正常1us为6-9dB），以此判断中频接收机运行状态，产生故障显示，表示中频接收机已经出现质量问题。二是利用频谱仪，测定频率源，以及一本振频率输出功率，与设定的正常值（≥9dBm）进行比对，当测定的输出功率小于9dBm，表示一本振出现质量问题。三是利用频谱仪测定雷达晶振输出，从而了解零件晶振运行状态，及时更换较小输出功率的雷达零配件，确保雷达零件晶振处于正常工作状态。四是利用频谱仪，测定雷达输出功率，根据C波段频标，评定功分电路功率，当测定功率显示偏低，应当更换考虑频标综合模块，确保100MHz公分电路处于正常工作状态[3]。