龐善忠 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局廣西分局

探討民航多普勒氣象雷達(dá)接收機(jī)的選型及故障分析處理

龐善忠 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局廣西分局

多普勒氣象雷達(dá)；接收機(jī)；故障；分析

隨著民航事業(yè)的飛速發(fā)展，測(cè)定空中氣象的雷達(dá)系統(tǒng)不斷升級(jí)，天氣雷達(dá)、特種氣象雷達(dá)以及測(cè)風(fēng)雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警都進(jìn)入了有效的控制范圍，目前運(yùn)用的多普勒雷達(dá)接收機(jī)在結(jié)構(gòu)上廣泛采用了集成電路，實(shí)時(shí)數(shù)字處理和數(shù)字化遠(yuǎn)程傳輸，全自動(dòng)化地聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)氣象變化，其可以對(duì)大面積的強(qiáng)降水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，距離可達(dá)400公里，而對(duì)于龍卷氣旋等中尺度強(qiáng)天氣的識(shí)別狀況距離可達(dá)200公里，并且對(duì)徑向風(fēng)速、晴空回波等環(huán)境信息的探測(cè)都有著極強(qiáng)的能力，因此，多普勒雷達(dá)接收機(jī)為民航的飛行保駕護(hù)行，起著強(qiáng)有力的作用。

1.多普勒雷達(dá)接收系統(tǒng)的架構(gòu)及運(yùn)用原理

多普勒雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是由發(fā)射配電電路、發(fā)射監(jiān)控分機(jī)、固態(tài)放大器等十大部分構(gòu)成，具有大電流、高電壓和高功率的特點(diǎn)。接收系統(tǒng)與各大分機(jī)之間形成一個(gè)相互連接的系統(tǒng)，對(duì)接收到的各類(lèi)信息特性進(jìn)行有效地處理。開(kāi)關(guān)T/R與PIN開(kāi)關(guān)是對(duì)接收機(jī)的電源高低起著操控作用，保護(hù)著接收機(jī)的電源電壓穩(wěn)定性，有效地過(guò)濾來(lái)自大功率的主波脈沖對(duì)接收機(jī)的影響，保證主波功率在其所能承受的范圍之內(nèi)；固態(tài)放大器的運(yùn)用功能就是放大接收激勵(lì)源分機(jī)的激勵(lì)信號(hào)電平到足夠的功率，發(fā)送到速調(diào)管的輸入腔；固態(tài)調(diào)制器是沿著放電觸發(fā)脈沖的控制線(xiàn)，通過(guò)充電元件、變壓器及均壓電路等要件進(jìn)行傳遞，同時(shí)利用脈沖變壓器將脈沖供給速調(diào)管陰極；從而達(dá)到調(diào)制脈沖的效果；速調(diào)管是起著重要的功率放大功能，在速控調(diào)管陰極不斷地調(diào)制脈沖的過(guò)程中，對(duì)輸入的射頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，然后再向高頻的射頻發(fā)射脈沖。固態(tài)調(diào)制的儲(chǔ)能組件需要一定能量的電源分機(jī)作保障，充電電源也要由高壓電源分機(jī)作為能量支撐；磁場(chǎng)電源是提供給速調(diào)管的聚焦線(xiàn)圈提供電流，以便在速調(diào)管的徑向形成密封性的磁場(chǎng)，電流均勻而聚焦，促使速調(diào)管的電子管正常有效地工作，使產(chǎn)生和形成的雷達(dá)系統(tǒng)在高頻率穩(wěn)定的信息源中工作，避免速調(diào)管由于電子注的分散而造成散焦的現(xiàn)象。頻接收分機(jī)分為射頻接收分機(jī)和頻率源分機(jī)，、激勵(lì)源分機(jī)以及標(biāo)定分機(jī)等，它們分別對(duì)接收到的信息包括噪聲系統(tǒng)和相位噪聲的標(biāo)定進(jìn)行變頻，再將數(shù)字匹配的濾波送到信息處理系統(tǒng)。

2.多普勒雷達(dá)接收系統(tǒng)的選型及故障分析

2.1 多普勒雷達(dá)接收機(jī)的選型

我國(guó)的數(shù)字氣象雷達(dá)始于九十年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)在雷達(dá)發(fā)展建設(shè)過(guò)程中不斷進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提高信息加工、分析的處理速度有著不可小覷的作用，大大增加了雷達(dá)對(duì)氣象監(jiān)測(cè)能力和預(yù)警能力。在1999年我國(guó)對(duì)美國(guó)WSR-88D型雷達(dá)進(jìn)行改良，生產(chǎn)出新一代布網(wǎng)的S波段全相干脈沖多普勒天氣雷達(dá)，充分結(jié)合了云、降水物理學(xué)及云動(dòng)力學(xué)的理論，研制了監(jiān)測(cè)分析和預(yù)警中心度災(zāi)害性氣象的天氣雷達(dá)。在多普勒雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)中，ADWR雷達(dá)接收系統(tǒng)較為普遍。它是通過(guò)發(fā)射相位相參信號(hào)，將天線(xiàn)饋線(xiàn)分系統(tǒng)的回波信息進(jìn)行放大、混頻等數(shù)字處理，再傳遞到數(shù)字信號(hào)處理分系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)校正和檢測(cè)，這樣保證雷達(dá)系統(tǒng)的全相參特性，對(duì)已知噪聲源進(jìn)行標(biāo)定和分離，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的信號(hào)源。

2.2 多普勒雷達(dá)接收機(jī)的故障分析及處理

2.2 .1 故障顯示

故障一：雷達(dá)開(kāi)機(jī)不久，信號(hào)處理的時(shí)序板插件顯示故障提示或調(diào)制器PFN過(guò)壓；

分析：時(shí)序板的控制信號(hào)是通過(guò)接收系統(tǒng)的16HZ時(shí)鐘信息傳遞而來(lái)的，產(chǎn)生故障的原因一方面可能是由于接收機(jī)頻率源分機(jī)在送往處理器時(shí)的信號(hào)幅度不平穩(wěn)所致；另一方面存在時(shí)序電路板上的電子元器件安裝、焊接出現(xiàn)虛焊等問(wèn)題；

而調(diào)制器PFN過(guò)壓故障，原因可能出在固態(tài)調(diào)制器。因?yàn)槔走_(dá)上的固態(tài)調(diào)制器是一種軟性開(kāi)關(guān)調(diào)制器，放大或調(diào)制脈沖合成使速調(diào)管陰極輸出時(shí)的功率升高，超過(guò)了預(yù)定值后，發(fā)射到監(jiān)控分機(jī)的放電觸發(fā)脈沖進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)整形、放大，加速到速調(diào)管陰極。一旦沒(méi)有達(dá)到要求可能會(huì)短路或損壞信號(hào)系統(tǒng)。

故障檢修：針對(duì)時(shí)序板失控提示，首先要斷開(kāi)輸出端的電纜，啟用示波器，將測(cè)試電纜、示波器和接收機(jī)頻率源輸出端連接，不斷調(diào)節(jié)示波器，直到信號(hào)顯示正弦波為止。再則需要檢查時(shí)序板上的電子元器件是否有器件損壞的現(xiàn)象，如果有則及時(shí)更換新的電子模塊；依據(jù)PFN過(guò)壓故障提示，參考脈沖網(wǎng)絡(luò)充電及放電過(guò)程的數(shù)據(jù)內(nèi)容，檢查SCR放電開(kāi)關(guān)組件的到位情況，諸如：開(kāi)關(guān)是否未關(guān)斷，是否存在短路現(xiàn)象，用示波器探頭測(cè)量脈沖幅度，排查可控硅是否正常觸發(fā)脈沖信號(hào)，如果沒(méi)有正常觸發(fā)，檢測(cè)是否有損壞的跡象。

故障二、噪聲電平偏低

分析：噪聲電平是衡量接收機(jī)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)；噪聲電平的穩(wěn)定可以保證噪聲系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，振動(dòng)功率維持在正常范圍之內(nèi)，（1us一般范圍在6～9dB），這樣才能保證接收機(jī)的靈敏度，有效提高和擴(kuò)大雷達(dá)的探測(cè)范圍。否則，則適得其反，影響到接收機(jī)的正常工作。

故障維修：第一、切斷射頻接收分機(jī)與中頻接收分機(jī)的通道。在接收機(jī)的終端上測(cè)定觀察噪聲電平是否在正常值范圍內(nèi)，從而判斷出中頻數(shù)字接收機(jī)的工作狀況是否有異常。如果出現(xiàn)故障顯示，則可以認(rèn)定中頻數(shù)字接收機(jī)出現(xiàn)故障。

第二、綜合觀察頻譜儀測(cè)試頻率源、接收機(jī)前端的一本振頻率的輸出功率，測(cè)試輸出功率的正常值是否在范圍之內(nèi)，通常情況下是大于或等于9dBm，如果檢測(cè)出來(lái)的輸出功率超低正常值時(shí)，則可以確定是一本振發(fā)生了故障。

第三、運(yùn)用頻譜儀測(cè)試?yán)走_(dá)，對(duì)雷達(dá)零件中的晶振輸出進(jìn)行檢測(cè)，以此推斷晶振的工作狀態(tài)，如果輸出功率較小，則更換雷達(dá)零配件。

第四、輸入功率的檢測(cè)一般彩頻譜儀測(cè)試?yán)走_(dá)，C波段頻標(biāo)判斷100MHZ功分電路的功率大小，如果較小，則更換頻標(biāo)綜合模塊，使功分電路趨于正常；

3.結(jié)束語(yǔ)

多普勒氣象雷達(dá)接收機(jī)是我國(guó)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)，能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷地運(yùn)行，在穩(wěn)定性與整體性能都上了一個(gè)臺(tái)階。當(dāng)然，新型的雷達(dá)在各方面還需要經(jīng)歷嚴(yán)峻的考驗(yàn)，各分系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題都要及時(shí)排除和處理，切實(shí)保證我國(guó)的雷達(dá)系統(tǒng)的技術(shù)從根本上過(guò)硬，為我國(guó)的氣象檢測(cè)提供準(zhǔn)確的信號(hào)，縮短與世界強(qiáng)國(guó)的差距，使我國(guó)的雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在世界領(lǐng)域占一席之地。

［1］ 田方.蘭州多普勒天氣雷達(dá)功率測(cè)量［J］.空中交通管理.2011（09）

［2］ 吳起輝.重慶機(jī)場(chǎng)一次雷雨過(guò)程分析［J］.科技風(fēng).2011（24）

［3］ 董根銘.淺談新一代多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)的維護(hù)［J］.內(nèi)江科技.2012（02）

［4］ 郭建明，譚懷英.雷達(dá)技術(shù)發(fā)展綜述及第5代雷達(dá)初探［J］.現(xiàn)代雷達(dá).2012（02）

龐善忠，男，出生于1969年4月，籍貫廣西博白縣，就職于中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局廣西分局。

民航多普勒氣象天氣雷達(dá)是對(duì)惡劣氣候或?yàn)?zāi)害性天氣的有效監(jiān)測(cè)，同時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警的雷達(dá)系統(tǒng)，是軍用和民用氣象監(jiān)測(cè)的重要系統(tǒng)，在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域中占居了重要地位。本文闡述了多普勒氣象雷達(dá)發(fā)收機(jī)的選型及工作原理，分析了系統(tǒng)故障現(xiàn)象及故障原因，提出了有效的改善措施，使多普勒氣象雷達(dá)接收機(jī)更好的為民航氣象做出貢獻(xiàn)。