浅析GLC-18 F型多普勒天气雷达的应用和故障解决方案

□ 民航河北空管分局 蔡有生/文

近年来，随着传统天气雷达使用寿命到期，国内许多机场陆续淘汰并报废了传统天气雷达，安装了性能更加可靠、功能更加先进的新一代多普勒天气雷达。相对于老一代天气雷达而言，新一代全数字多普勒天气雷达除了能够提供气象目标的方位、强度、距离信息外，还能提供气象目标的径向速度、谱宽等信息，并且利用这些信息，经二次处理，可以获得一些有价值的二次产品，比如垂直风廓线产品、风切变产品、微下击暴流识别产品、冰雹警示产品等。多普勒雷达所提供的各种产品，对管制员判断是否能够指挥飞机避开雷雨区安全降落有着重要意义。对预报员来说，利用多普勒雷达资料，对分析中小尺度天气系统的发展演变、警戒灾害性天气、局地短时预报等有着不可替代的作用。尽管多普勒天气雷达功能先进，但是离不开各种不同功能软件的支持。

目前，不同机场安装的多普勒雷达型号有所差别，但雷达系统的整体结构以及支持雷达可靠运行实现各种功能的软件工作原理大同小异。本文以南京恩瑞特公司生产的GLC-18 F型双机热备单伺服多普勒天气雷达为例，介绍此雷达系统的软件组成及其功能和应用，并重点分析各主要软件在整个雷达系统中所起的作用及软件之间的相互配合协作关系。

GLC-18 F型双机热备雷达系统的组成

GLC-18 F型双机热备雷达是南京恩瑞特公司生产的一款高性能天气雷达，系统硬件架构主要由通道A、通道B、两套数据处理服务器、不同用户终端以及用于连接它们的网络及网络设备组成，其中通道A由发射机A、接收机A以及控制处理机（工控机A）组成，通道B结构亦同。雷达系统的整体硬件组成如图1所示。

GLC-18 F多普勒雷达工作原理

当整个雷达系统加电后，终端通过网络控制雷达控制处理机（RCP），对天线扫描、信号处理器（RSP）和发射机（TX）等参数进行设置并发布控制命令使雷达按照设定的方式工作。雷达通过发射不同重复频率的脉冲来监测或测量不同量程范围内的气象体目标。

气象体目标信息的获取过程是：首先气象回波经过天线进入馈线系统；然后馈线系统将回波信号送入接收机（RX），回波信号在接收机（RX）中先经前端进行射频放大，再经混频器下变频到中频，经前中放大、滤波后送主中继续放大、滤波。主中的输出信号送给数字中频组件，经A/D变换成数字中频I、Q信号后送给RSP；RSP对气象回波信号进行FFT或PPP处理，进行谱分析或相关函数运算，具体是按FFT还是PPP方式处理，由终端发送命令经控制处理机对RSP设置来决定。

在谱分析的过程中，系统采用浮点运算；直接去除地杂波和干扰信号后对谱线进行详细分析和处理，即在频率轴上求出信号频率的中心点（对应于气象目标的速度）和谱宽以及信号的功率等气象信息；最后RSP将处理的结果送至RCP，RCP对回波数据进行质量控制后送给雷达数据处理服务器，并以雷达基数据的格式保存在数据处理服务器中，最后由服务器分发给不同的用户终端，不同用户终端的产品显示软件对收到的原始数据进一步处理，得到不同用户所需产品并显示在各终端上，同时按照不同终端用户的需要，将资料记录在各终端设定的目录中。

GLC-18 F多普勒雷达功能的应用及其相互之间的关系

为了完成用户所指定的不同扫描作业任务，并将雷达图像产品显示给不同用户，雷达系统中的控制处理机（工控机）、服务器以及各用户终端，需要安装并运行不同的程序，不同程序之间需要协同配合工作才能完成所需任务。

GLC-18 F多普勒雷达软件系统包括：雷达主控软件（RCP）、雷达控制维护软件（RCM）、雷达服务器程序（DPS）、雷达服务器监控程序（DPSMg r）、雷达实时显示终端（RTD）、任务制作程序（RMS）、用户终端（PUP-Y和PUP-G）、遥控配电软件（RCDS）、其他辅助软件等。

（一）雷达主控软件（RCP）在实际中的应用

雷达主控软件只能安装于雷达站控制处理机（工控机）中，每套雷达只能配置一套。双机热备双通道雷达，有A、B之分，A雷达的工控机安装RCP-A，B雷达的工控机安装RCP-B，不能互换，否则将不会正常工作。RCP除了与雷达硬件接口外，就是与雷达数据处理服务器的网络通讯接口。RCP主要是负责与雷达硬件接口，与雷达进行直接通讯。预报终端将所需的各种雷达采集任务提交给数据处理服务器，主控软件RCP接受雷达数据处理服务器的控制命令，控制雷达按指定的参数（包括天线扫描策略、信号处理工作参数、接收机工作参数和发射机工作参数等）工作，同时采集雷达回波数据以及雷达各分系统的Bit状态等信息发回服务器处理，最后服务器DPS软件将这些信息发送给不同的用户终端处理显示。

（二）控制维护软件（CMT）在实际中的应用

控制维护软件CMT是维护雷达所需的必备工具，主要为机务维护人员在本地对雷达进行维护维修时所使用。根据实际需要，为方便机务人员现场维护维修，将此软件安装在雷达站工控机中。控制维护软件CMT与系统中的其他软件没有接口。

（三）数据处理服务器软件（DPS）在实际中的应用

服务器软件DPS是雷达软件系统最核心的控制部分，用于中心控制与数据处理。它安装于雷达系统的数据处理服务器上，该软件所有功能均在后台运行，是雷达组件中不可缺少的一部分，DPS负责雷达基数据的收集、预处理和分发。雷达实时显示终端（RTD）、数据预处理终端（DPP）和用户终端（预报终端软件PUP-Y和管制终端软件PUP-G）都在接收它处理分发的数据后，才能完成各自的功能。监控软件DPSMg r也是通过DPS才能完成对雷达的监视和控制。另外，任务制作软件RMS向DPS发布各类扫描任务，由DPS通知RCP完成不同参数的扫图任务。

（四）预报用户终端软件（PUP-Y）的应用及相互关系

预报终端软件PUP-Y分别安装在预报室终端及机务室维护终端电脑上，接收服务器软件DPS分发的雷达原始数据，然后由PUP-Y生成各种所需的图像产品，根据需要存储在不同的目录中，可供后期查询显示及其他处理。此软件功能复杂，通过不同的配置，可以满足不同的需求。

（五）管制用户终端软件（PUP-G）的应用及相互关系

该软件功能单一，安装于塔台、进近、飞服终端电脑中，基本不用管制人员操作。预报员根据管制员要求，执行相应的雷达定时任务，PUP-G终端就能显示管制员所需量程、仰角的PPI图像或者所需方位的RHI图像，提供管制员使用。

（六）监控软件（DPSMgr）的应用及相互关系

此软件可以控制雷达运行及监控各系统的运行状态，主要功能运用在以下五个方面：

1.雷达通道进行切换、服务器切换等操作；

2.监视DPS的运行状态、雷达A、B通道发射机、接收机、伺服等系统的Bit状态信息；

3.监视系统内联网节点状态；

4.监视雷达工作参数；

5.查询各类日志信息，便于分析故障原因。

GLC-18 F多普勒雷达故障及解决方案

（一）发射系统

故障现象：故障监控系统电压告警。故障处理：首先，对雷达系统进行故障复位，故障消除，系统恢复正常，说明故障监控系统监测到的是虚故障。虚故障是由于对雷达监控系统中的一些检测点设置的电压阈值过于灵敏，当检测值超过或小于阈值时，就会虚报故障。

故障现象：监控器系统报灯丝电压故障。故障处理：检查灯丝电流值与速调管名牌值是否相同，如不符，调节灯丝电流至速调管名牌值；检查保险丝，保险丝是否烧毁，如烧毁更换保险丝；检查灯丝电源保险丝及灯丝电源是否烧毁，如烧毁更换灯丝电源保险丝或灯丝电源；检查脉冲变压器217 T 1次级双绕组间是否击穿，如被击穿，更换次级双绕组。

故障现象：雷达系统在提示“准加高压”后，在加高压瞬间，雷达电源的空气开关跳闸。故障处理：调整机柜内禁止脉冲信号的接头接触不良，造成脉冲调制器无禁止脉冲信号输入，使调制脉冲取样信号剧烈变化，输出电压快速变化，造成调制脉冲波形间幅度起伏增大，烧毁作为调制开关用的大功率刚性调制器模块，由此产生一个反馈脉冲电流，烧毁驱动板上的驱动模块以及开关电源内整流板上的六只高频快速二极管，系统内的保护电路切断电源。对损坏的器件进行更换，对于输入禁止脉冲信号的接头，用酒精清洗后拧紧使其接触良好，用示波器对更换后的大功率刚性调制器模块的触发脉冲进行调整。

（二）接收系统

故障现象，雷达系统不能加低压。故障处理：接收机内的监控副系统不能正常加电，雷达无法遥控开机。对副系统需要的各种直流稳压电源进行检测，发现各测量值低于工作电压的正常值至1伏时，副系统不能加电工作。更换副系统的直流稳压电源。

（三）伺服系统

故障现象，雷达不能做俯仰扫描运动。故障处理：检查俯仰驱动电机面板上电流表的驱动电流，发现俯仰驱动电机在动作时电流为10 A，未动作时为4 A。而正常工作时，在俯仰驱动电机面板上电流表的驱动电流为2 A左右，未动作时为0 A。调整俯仰增益电位器，调整脉冲调制器驱动模块的直流电压由4 V为7～8 V。天线能向上动作，但向下时，均有超过-2度保护。经检查发现，驱动系统中所用的绝缘栅大功率晶体管烧毁，保护电路中的一个60欧姆电阻脱焊，脉冲调制器电阻烧毁，俯仰驱动电机损坏。更换或修复损坏的器件后，系统正常工作。

（四）多普勒雷故障解决方案

气象多普勒雷达是雷雨季节气象预报的关键设备。它的运行质量和可靠性是气象预报的关键。因此，气象雷达故障应急处置方案是非常必要的。当多普勒雷达出现故障时，首先，要辨别是虚告警还是真实故障，复位操作可以解决这个问题；其次，要对雷达的故障点做出准确的诊断定位；第三，要对雷达故障进行正确的处置。要做到上面的三点，要求雷达机务员不仅要熟悉多普勒雷达工作原理，还要熟悉常见的故障及正确处理方式。因此，对雷达机务员进行持续针对性的实操培训工作，是十分必要的一个环节。

结束语：

综上所述，通过分析GLC-18 F型天气雷达系统架构、工作原理、支持雷达各部分主要软件的功能及其在实际中的运用，使机务人员对雷达软件系统及其之间的相互协作工作关系有了一个全面地、系统地了解，对分析解决雷达软件系统故障具有一定的帮助。同时，进一步分析了GLC-18 F多普勒雷达常见故障及解决方案，强调了气象多普勒雷达是雷雨季节气象预报的关键设备。机务人员不仅要熟悉多普勒雷达工作原理，还要熟悉常见的故障及正确处理方式。因此，对雷达机务员进行持续针对性的实操培训工作，具有深刻的现实意义。