弓宇恒,王新舒
(內(nèi)蒙古自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心,呼和浩特 010051)
新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的組建中,考慮到雷達(dá)的使用效率以及對(duì)周邊環(huán)境的影響,大部分天氣雷達(dá)都建在地勢(shì)較高又遠(yuǎn)離生活區(qū)的偏遠(yuǎn)地區(qū),而且雷達(dá)機(jī)房噪聲較大不適合觀(guān)測(cè)人員長(zhǎng)期值守,故天氣雷達(dá)站的建設(shè)普遍采取局站分離的方式,客觀(guān)造成了雷達(dá)技術(shù)保障的時(shí)效性較差。近幾年來(lái),隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷升級(jí),以往需要現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和匯流環(huán)逐步升級(jí)為免維護(hù)的設(shè)備,不需要進(jìn)行定期的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù),雷達(dá)日常維護(hù)工作主要是進(jìn)行雷達(dá)的機(jī)內(nèi)定標(biāo)和機(jī)外定標(biāo)。然而,新一代天氣雷達(dá)的機(jī)外定標(biāo)工作需要到雷達(dá)站用標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和標(biāo)校,但是在極端天氣情況下,技術(shù)保障人員可能無(wú)法及時(shí)抵達(dá)雷達(dá)站的現(xiàn)場(chǎng)。因此,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制新一代天氣雷達(dá)的開(kāi)關(guān)機(jī)及在線(xiàn)機(jī)外定標(biāo),能夠解決局站分離雷達(dá)站技術(shù)保障工作時(shí)效性較差的實(shí)際問(wèn)題。
目前,全國(guó)個(gè)別省級(jí)氣象部門(mén)研發(fā)了不同型號(hào)的新一代天氣雷達(dá)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),僅設(shè)計(jì)了雷達(dá)各分系統(tǒng)的遠(yuǎn)程電源開(kāi)關(guān)的功能。本系統(tǒng)采用嵌入式結(jié)構(gòu)和FBGA封裝技術(shù)相結(jié)合的架構(gòu),不僅實(shí)現(xiàn)了CINRAD/CB型雷達(dá)的遠(yuǎn)程控制功能,而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)該型號(hào)新一代天氣雷達(dá)遠(yuǎn)程報(bào)警處理、雷達(dá)報(bào)警維護(hù)、在線(xiàn)機(jī)外和機(jī)內(nèi)定標(biāo)以及雷達(dá)附屬設(shè)施監(jiān)控等功能。
雷達(dá)遠(yuǎn)程控制和在線(xiàn)定標(biāo)系統(tǒng)包括硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)。硬件子系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制模塊和機(jī)外定標(biāo)模塊組成;軟件子系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制模塊、雷達(dá)機(jī)外數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程測(cè)量模塊、雷達(dá)機(jī)房數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控模塊、雷達(dá)故障報(bào)警維護(hù)模塊和雷達(dá)機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)定標(biāo)模塊等組成,系統(tǒng)原理如圖1所示。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能如下:
圖1 系統(tǒng)原理框圖
遠(yuǎn)程控制雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)、接收機(jī)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)等分系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)機(jī),增加多路附屬設(shè)備的控制,如對(duì)空氣干燥機(jī)、照明和空調(diào)等附屬設(shè)施的遠(yuǎn)程控制,系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)。
遠(yuǎn)程控制雷達(dá)各分系統(tǒng)和測(cè)試儀表,對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)外強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)范圍、系統(tǒng)相干性、功率、波形參數(shù)、相位噪聲等遠(yuǎn)程定標(biāo),系統(tǒng)軟件可對(duì)外接儀表進(jìn)行測(cè)試設(shè)置,并在系統(tǒng)用戶(hù)終端進(jìn)行顯示及分析;系統(tǒng)軟件通過(guò)讀取RDA計(jì)算機(jī)的性能參數(shù)文件對(duì)雷達(dá)機(jī)內(nèi)定標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),如雷達(dá)機(jī)內(nèi)發(fā)射機(jī)功率、接收機(jī)CW定標(biāo)、速度譜寬、RFD定標(biāo)等,以滿(mǎn)足新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)規(guī)范要求。
遠(yuǎn)程讀取新一代天氣雷達(dá)RDA計(jì)算機(jī)的雷達(dá)報(bào)警LOG日志文件,并自動(dòng)存儲(chǔ)報(bào)警信息,當(dāng)雷達(dá)出現(xiàn)報(bào)警和故障時(shí),天氣雷達(dá)系統(tǒng)硬件內(nèi)置復(fù)位系統(tǒng),本系統(tǒng)可遠(yuǎn)程復(fù)位故障,并對(duì)雷達(dá)報(bào)警進(jìn)行遠(yuǎn)程處理,消除由于報(bào)警導(dǎo)致的雷達(dá)強(qiáng)制關(guān)機(jī),并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程重新啟動(dòng)雷達(dá)。
對(duì)機(jī)房與天線(xiàn)罩的溫度和濕度、市電三相的電壓電流和UPS的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并可根據(jù)被監(jiān)控設(shè)備的具體情況設(shè)置報(bào)警信息,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可進(jìn)行保存和處理。
系統(tǒng)硬件采用自動(dòng)控制采集技術(shù)設(shè)計(jì),硬件部份采用冗余設(shè)計(jì),保證了硬件部分的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)采用旁路設(shè)計(jì),確保系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
由數(shù)據(jù)采集單元及控制單元構(gòu)成的主控板是硬件電路核心模塊,用于采集溫濕度信息、UPS數(shù)據(jù)、市電狀態(tài)信息及中間繼電器的輔助觸點(diǎn)控制交流接觸器的吸和或斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)電源的控制,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中,雷達(dá)/天線(xiàn)罩溫濕度傳感器采用智能化SHT75型溫濕度傳感器,該傳感器是高精度的溫濕度傳感器,全量程定標(biāo);兩線(xiàn)數(shù)字輸出;測(cè)量外圍-40~+123.8 ℃;濕度測(cè)量經(jīng)度;±1.8%RH;溫度測(cè)量精度;±0.3 ℃;低功耗、響應(yīng)時(shí)間短等特性。采用變送器將市電及UPS三相電壓交流轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的安全低壓信號(hào);機(jī)外信號(hào)注入是當(dāng)雷達(dá)進(jìn)行機(jī)外測(cè)量定標(biāo)時(shí),服務(wù)器端發(fā)送命令至主控板后,主控板發(fā)出微波開(kāi)關(guān)切換指令把信號(hào)源信號(hào)注入接收機(jī)場(chǎng)放前端,以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)機(jī)外動(dòng)態(tài)范圍、強(qiáng)度定標(biāo)各項(xiàng)指標(biāo)。正常工作時(shí),微波注入開(kāi)關(guān)切換至天線(xiàn)端。
具體設(shè)計(jì)思路說(shuō)明如下:
2.1.1 主控板電路的設(shè)計(jì)
主控板是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端對(duì)機(jī)房主要設(shè)備最關(guān)鍵的中間控制環(huán)節(jié),本系統(tǒng)采用單片機(jī)與CPLD相結(jié)合設(shè)計(jì)。電路具備多種數(shù)據(jù)接口主要分為輸入輸出接口、數(shù)據(jù)采集端口、通訊端口。
圖2 硬件子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1)輸入輸出接口的設(shè)計(jì):
(1)主控板開(kāi)關(guān)量輸入端口均采用普通光耦521-1隔離,通過(guò)加入尖峰吸收電容避免外來(lái)突發(fā)干擾。輸入端口有效電平為高電平5 V,低電平一般為0 V左右。電路具有16路開(kāi)關(guān)控制,可檢測(cè)16路開(kāi)關(guān)信號(hào)。狀態(tài)信息的輸入:雷達(dá)各分系統(tǒng)當(dāng)前的電源狀態(tài)(發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、伺服、綜合、空壓機(jī))、空調(diào)狀態(tài)均通過(guò)輸入端口接入。具體電路設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 主控板輸入端口設(shè)計(jì)
(2)主控板輸出采用繼電器直接輸出,具有隔離輸出、輸出驅(qū)動(dòng)電流大等優(yōu)點(diǎn)。繼電器驅(qū)動(dòng)采用7407進(jìn)行驅(qū)動(dòng),具有小型化、壽命可達(dá)10萬(wàn)次以上。電源的控制均通過(guò)輸出端口。具體電路設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 主控板輸出端口設(shè)計(jì)圖
2)數(shù)據(jù)采集端口的設(shè)計(jì):
數(shù)據(jù)采集模塊的主控板具有8路模擬信號(hào)采集端口,模擬輸入端均采用LM324四路運(yùn)放緩沖射隨輸出,提高輸入阻抗及隔離作用,輸入模擬量范圍0~3.6 V。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。將溫濕度的模擬輸出量通過(guò)單總線(xiàn)方式送至數(shù)據(jù)采集端口,三相電壓的模擬輸出量通過(guò)交流變送器送至采集端口。其余6路輸出端為預(yù)留端口。
圖5 模擬端接口電路
3)通信端口的設(shè)計(jì):
主控板對(duì)采集器采用RS485通訊方式,為有效避免雷電的串入干擾,RS485端口采用有源隔離方式:即A、B差分總線(xiàn)通過(guò)接入5.1 K上拉電阻隔離5 V電源、接入5.1 K下拉電阻隔離地并且在A、B線(xiàn)間并聯(lián)510 Ω,可有效匹配總線(xiàn)負(fù)載。AB線(xiàn)對(duì)地采用TVS瞬態(tài)抑制管,間箝位于一個(gè)電壓值,有效地保護(hù)了通訊接口電路。
圖中光耦采用6N137高速光耦;圖中D25、D28為T(mén)VS瞬態(tài)抑制管;U20為RS485接口芯片SN75176,也可以采用其它類(lèi)似芯片;R65、R66、R67組成匹配電路。電路設(shè)計(jì)如圖6所示。
圖6 RS485隔離總線(xiàn)電路
PCB采用雙層電路板設(shè)計(jì),將同一功能模塊電路放置在臨近區(qū)域,元器件連線(xiàn)簡(jiǎn)潔,設(shè)計(jì)時(shí)模擬地和數(shù)字地的區(qū)分,采用單點(diǎn)接地方式,地線(xiàn)盡可能加粗,確保電路布線(xiàn)無(wú)干擾。
以上為主控板硬件設(shè)計(jì)的原理圖部分及PCB布板,是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)外信號(hào)注入、功率及脈沖包絡(luò)監(jiān)測(cè)、UPS及視頻監(jiān)控等模塊數(shù)據(jù)采集及控制核心部分。
2.1.2 在線(xiàn)定標(biāo)的機(jī)外信號(hào)注入
本系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)的微波開(kāi)關(guān),實(shí)物連接方式如圖7所示。對(duì)雷達(dá)進(jìn)行機(jī)外測(cè)量定標(biāo)時(shí),服務(wù)器端發(fā)送命令至主控板,主控板發(fā)出微波開(kāi)關(guān)切換指令將信號(hào)源發(fā)射的信號(hào)注入接收機(jī)場(chǎng)放前端,此時(shí)可以進(jìn)行雷達(dá)機(jī)外強(qiáng)度和速度的定標(biāo);正常工作時(shí),微波注入開(kāi)關(guān)切換至天線(xiàn)端,微波開(kāi)關(guān)損耗≤0.3 dB,接入通道與主通道隔離度在70 dB以上,確保了信號(hào)源的發(fā)射信號(hào)無(wú)泄漏的注入場(chǎng)放前端。
圖7 接收系統(tǒng)機(jī)外定標(biāo)原理框圖
2.1.3 雷達(dá)機(jī)外發(fā)射機(jī)功率監(jiān)測(cè)與輸出射頻脈沖包絡(luò)監(jiān)測(cè)
機(jī)外發(fā)射機(jī)功率和發(fā)射機(jī)輸出射頻脈沖包絡(luò)波形是發(fā)射機(jī)最直觀(guān)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),連接方式如圖8所示。為實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功率和射頻脈沖包絡(luò)自動(dòng)測(cè)試,選取二功率分配器,發(fā)射機(jī)輸出功率經(jīng)定向耦合器送至10 dB衰減器后接二功率分配器后,一路經(jīng)檢波器和50Ω匹配負(fù)載至示波器進(jìn)行測(cè)量,另一路至USB峰值功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集與測(cè)量通信技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè);采用SCPI指令將讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù),在客戶(hù)端生成數(shù)據(jù)曲線(xiàn)及檢波包絡(luò)圖形。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括發(fā)射機(jī)功率、輸出射頻脈沖寬度、脈沖包絡(luò)的上升及下降沿、包絡(luò)頂部降落。
圖8 機(jī)外發(fā)射機(jī)測(cè)試原理框圖
2.1.4 UPS和視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)
UPS監(jiān)控包括雷達(dá)站機(jī)房供電、供電時(shí)間、UPS電池電壓和報(bào)警信息等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換器,UPS將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)議轉(zhuǎn)換器,協(xié)議轉(zhuǎn)換器交換給機(jī)房主控板。協(xié)議轉(zhuǎn)換器輸出接口采用RS485,機(jī)房主控板也具有RS485接口,采用無(wú)線(xiàn)通訊方式,本系統(tǒng)選用了ZIGBEE通訊模塊,該模塊是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議,是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù);天線(xiàn)罩與雷達(dá)機(jī)房視頻采用海康威視200萬(wàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備,具有多路視頻接口,將視頻信號(hào)傳至客戶(hù)端。
硬件系統(tǒng)采用壁掛式機(jī)柜,雷達(dá)各分系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)機(jī)使用的交流接觸器、中間繼電器板、24 V電源、強(qiáng)電輸入輸出端口、主控板均安裝于壁掛式機(jī)柜中。液晶數(shù)碼顯示屏為配電三相電壓顯示監(jiān)測(cè);第一排綠色按鈕為遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)按鈕:分別為RDA、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、伺服開(kāi)關(guān)機(jī)按鈕;第二排綠色按鈕為空壓機(jī)、備份1、備份2、備份3開(kāi)關(guān)機(jī)按鈕;最下排為本控、遙控切換開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊接口與服務(wù)進(jìn)行通訊,并預(yù)留RS485通訊接口一個(gè)、RS232通訊接口一個(gè);與雷達(dá)控制開(kāi)關(guān)機(jī)端口采用標(biāo)準(zhǔn)航空電纜插座;視頻采集系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳;機(jī)房溫濕度的采集用單總線(xiàn)方式上傳至主控板;市電三相電壓等模擬數(shù)據(jù)均采用數(shù)據(jù)A/D直采方式。
本章節(jié)從主控板的原理圖設(shè)計(jì)、主控板與各模塊的連接控制進(jìn)行闡述,通過(guò)主控板對(duì)模塊的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)遠(yuǎn)程在線(xiàn)定標(biāo)、開(kāi)關(guān)機(jī)、相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測(cè)。
按照中國(guó)氣象局大力發(fā)展“智慧氣象”的戰(zhàn)略部署,充分利用移動(dòng)等現(xiàn)代信息技術(shù),推動(dòng)氣象工作智能化發(fā)展。本軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本著前瞻性、可靠性以及可擴(kuò)展性,符合實(shí)時(shí)系統(tǒng)信息化發(fā)展的方向。切實(shí)解決局站分離引起遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)雷達(dá)及對(duì)雷達(dá)定標(biāo)不便等問(wèn)題,便于機(jī)務(wù)員操作為宗旨。
雷達(dá)遠(yuǎn)程控制和定標(biāo)系統(tǒng)的總體框架由硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)資源、服務(wù)后臺(tái)管理、應(yīng)用服務(wù)等部分組成,軟件系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖9。硬件設(shè)備包括CINRAD/CB雷達(dá)的開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)、機(jī)房數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、雷達(dá)機(jī)外定標(biāo)測(cè)量系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫(kù)資源包括環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)、狀態(tài)要素?cái)?shù)據(jù)、定標(biāo)要素?cái)?shù)據(jù)、用戶(hù)權(quán)限數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)歸檔、數(shù)據(jù)清除、數(shù)據(jù)檢索、用戶(hù)權(quán)限等功能;服務(wù)后臺(tái)管理從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取雷達(dá)環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),將用戶(hù)的需求和命令發(fā)送給硬件的支持系統(tǒng),并通過(guò)數(shù)據(jù)處理判斷雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài);應(yīng)用服務(wù)是指基于服務(wù)后臺(tái)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)資源對(duì)雷達(dá)開(kāi)關(guān)機(jī)、空調(diào)開(kāi)關(guān)機(jī),雷達(dá)運(yùn)行各類(lèi)環(huán)境監(jiān)控和視頻監(jiān)控等。
圖9 平臺(tái)軟件總體框圖
軟件系統(tǒng)選用Windows 2008 Serve、SQL Server 2005和JBoss建立開(kāi)發(fā)環(huán)境,使用Java語(yǔ)言編程,應(yīng)用jsp腳本語(yǔ)言結(jié)合div+css和ajax技術(shù),多層B/S體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)安裝、修改和維護(hù)在服務(wù)器端解決,用戶(hù)在使用系統(tǒng)時(shí),應(yīng)用瀏覽器就可運(yùn)行系統(tǒng)的所有模塊。在節(jié)約成本同時(shí)提供較好的開(kāi)放性。
軟件系統(tǒng)由登錄用戶(hù)類(lèi)型不同而組權(quán)限不同,執(zhí)行命令流程是一致,如圖10所示。首先要判斷是否存在報(bào)警信息。若存在報(bào)警信息,識(shí)別是故障級(jí)報(bào)警還是發(fā)射機(jī)誤報(bào)警,處理報(bào)警后進(jìn)行機(jī)內(nèi)、機(jī)外定標(biāo)及數(shù)據(jù)查詢(xún)(包括開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)、機(jī)房視頻、天線(xiàn)罩視頻)。如無(wú)報(bào)警信息則直接進(jìn)行機(jī)內(nèi)、機(jī)外定標(biāo)及數(shù)據(jù)查詢(xún)。
圖10 軟件系統(tǒng)總流程圖
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)檢索管理、采集監(jiān)控管理和系統(tǒng)管理5大功能模塊,功能結(jié)構(gòu)如圖11所示。數(shù)據(jù)采集管理包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、歸檔和清除的功能;數(shù)據(jù)檢索管理包括安全控制、數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)結(jié)果及處理的功能;系統(tǒng)管理包括用戶(hù)及權(quán)限管理和系統(tǒng)策略配置管理。
圖11 系統(tǒng)存儲(chǔ)管理結(jié)構(gòu)圖
目前“雷達(dá)遠(yuǎn)程控制和在線(xiàn)定標(biāo)控制系統(tǒng)”已上線(xiàn)運(yùn)行。處于“遙控”狀態(tài)時(shí),雷達(dá)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)直接點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的分系統(tǒng)開(kāi)關(guān)鍵即可;處于“本控”狀態(tài)時(shí),僅看到雷達(dá)各分系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)狀態(tài),無(wú)法進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。如圖12所示。
圖12 系統(tǒng)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)界面
3.4.1 機(jī)內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控
機(jī)內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)部分包含發(fā)射機(jī)人工線(xiàn)電壓和機(jī)內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)??梢圆榭吹嚼走_(dá)實(shí)時(shí)運(yùn)行的多項(xiàng)數(shù)據(jù),來(lái)判斷雷達(dá)運(yùn)行情況及硬件的狀況。人工線(xiàn)電壓在線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控界面和機(jī)外示波器檢測(cè)界面如圖13和圖14所示。
圖13 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)人工線(xiàn)監(jiān)測(cè)界面
圖14 系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)外界示波器的檢測(cè)界面
3.4.2 遠(yuǎn)程在線(xiàn)定標(biāo)
遠(yuǎn)程在線(xiàn)定標(biāo)包含遠(yuǎn)程定標(biāo)控制和機(jī)外數(shù)據(jù)監(jiān)控,遠(yuǎn)程定標(biāo)控制是對(duì)機(jī)外儀表進(jìn)行控制,界面如圖15所示。機(jī)外數(shù)據(jù)監(jiān)控是對(duì)儀表測(cè)試的機(jī)外數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,用來(lái)判斷雷達(dá)的運(yùn)行狀態(tài),界面如圖15所示。
圖15 在線(xiàn)機(jī)外定標(biāo)信號(hào)源控制界面
圖16 機(jī)外定標(biāo)功率計(jì)和示波器控制界面圖
本系統(tǒng)的安裝調(diào)試均在某新一代天氣雷達(dá)站,該站冬季時(shí)間較長(zhǎng),氣溫極低,特別是下雪季節(jié)到雷達(dá)塔樓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、維修和定標(biāo)存在著非常大的困難。因此,該站技術(shù)人員對(duì)遠(yuǎn)程控制雷達(dá)和在線(xiàn)定標(biāo)的需求非常迫切。
本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試分為硬件部分、軟件部分以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。
5.1.1 硬件安裝與調(diào)試
本系統(tǒng)和機(jī)外測(cè)試儀表架設(shè)在該站雷達(dá)機(jī)房?jī)?nèi),依托該站雷達(dá)的線(xiàn)纜布局將該系統(tǒng)的受控組件和測(cè)試儀表用線(xiàn)纜連接,并將系統(tǒng)需要遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控的控制線(xiàn)與雷達(dá)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件焊接的引線(xiàn)接入線(xiàn)纜布局,全部線(xiàn)纜均匯總到系統(tǒng)壁掛式機(jī)柜。
具體連接專(zhuān)線(xiàn)包括對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)電源、接收機(jī)電源、伺服電源、雷達(dá)綜合電源、空氣壓縮機(jī)、一路220 V供電插座、發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程故障手動(dòng)與顯示復(fù)位開(kāi)關(guān)、場(chǎng)放前端微波開(kāi)關(guān)以及對(duì)雷達(dá)機(jī)房和天線(xiàn)罩溫濕度的本地、遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)機(jī)和監(jiān)控的控制線(xiàn)。UPS監(jiān)控采用無(wú)線(xiàn)ZIGBEE通訊模式連接。
5.1.2 軟件安裝與調(diào)試
軟件安裝在專(zhuān)用的服務(wù)器級(jí)計(jì)算機(jī)。軟件系統(tǒng)通過(guò)控制硬件系統(tǒng)主控板的通信接口,實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)機(jī)外和機(jī)內(nèi)遠(yuǎn)程參數(shù)定標(biāo)、設(shè)備監(jiān)控,并對(duì)測(cè)試和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。具體調(diào)試步驟如下:
1)主控板與雷達(dá)機(jī)外測(cè)試儀表包括頻譜儀、功率計(jì)、示波器和信號(hào)源的通信和控制;
2)主控板與雷達(dá)各分系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)、發(fā)射系統(tǒng)故障復(fù)位開(kāi)關(guān)和接收系統(tǒng)微波開(kāi)關(guān)的通信和控制;
3)主控板與受監(jiān)控設(shè)備的通信與控制;
4)遠(yuǎn)程控制的有效性和響應(yīng)時(shí)間檢查;
5)遠(yuǎn)程控制機(jī)外儀表完成雷達(dá)機(jī)外測(cè)試和定標(biāo);
6)遠(yuǎn)程控制完成雷達(dá)機(jī)內(nèi)測(cè)試和定標(biāo);
7)測(cè)試和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄檢查。
5.1.3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與拷機(jī)
本系統(tǒng)在雷達(dá)站調(diào)試完成后,進(jìn)行拷機(jī)和測(cè)試階段。將系統(tǒng)在線(xiàn)連續(xù)開(kāi)機(jī)狀態(tài)下,在局域網(wǎng)連接的任意計(jì)算機(jī)登錄系統(tǒng),測(cè)試系統(tǒng)所有功能,并在雷達(dá)臺(tái)站模擬報(bào)警測(cè)試遠(yuǎn)程故障復(fù)位功能等。過(guò)程中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)、測(cè)試響應(yīng)時(shí)間滿(mǎn)以及測(cè)試軟界面缺陷等問(wèn)題均進(jìn)行了解決。
5.2.1 機(jī)外遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)范圍定標(biāo)
遠(yuǎn)程定標(biāo)控制是本系統(tǒng)最為重要部分,以下以機(jī)外遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)范圍定標(biāo)為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)步驟,機(jī)外動(dòng)態(tài)測(cè)試流程如圖17所示。
圖17 機(jī)外動(dòng)態(tài)測(cè)試流程圖
遠(yuǎn)程定標(biāo)控制界面簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)便,點(diǎn)擊相應(yīng)菜單欄進(jìn)行操作,如圖18所示。
圖18 遠(yuǎn)程定標(biāo)控制界面
第一步:關(guān)閉發(fā)射機(jī)電源。在系統(tǒng)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)界面(圖12)中選擇關(guān)閉發(fā)射機(jī)電源,操作成功后,發(fā)射機(jī)電源顯示關(guān)閉(紅色)。
第二步:注入信號(hào)。在雷達(dá)遠(yuǎn)程定標(biāo)控制菜單中點(diǎn)擊“開(kāi)信號(hào)源注入”,右側(cè)信號(hào)源注入會(huì)顯示綠色測(cè)示通道,微波開(kāi)關(guān)已經(jīng)由信號(hào)源切換至場(chǎng)放前端。
第三步:遠(yuǎn)程登陸RDASC計(jì)算機(jī),操作RDASOT軟件即可測(cè)試機(jī)外動(dòng)態(tài)范圍,如圖19所示。由于場(chǎng)放前端添加微波開(kāi)關(guān),微波開(kāi)關(guān)有0.2 dB損耗,測(cè)試時(shí)信號(hào)功率需增加微波開(kāi)關(guān)損耗。
圖19 機(jī)外遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)范圍定標(biāo)
5.2.2 機(jī)外數(shù)據(jù)監(jiān)控
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)合了數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、通信等技術(shù),對(duì)測(cè)試儀器的數(shù)據(jù)采集是關(guān)鍵技術(shù)之一。
第一步:打開(kāi)電腦桌面,雙擊儀表集成快捷方式圖標(biāo),進(jìn)入儀表監(jiān)控界面,如圖20所示。
圖20 儀表監(jiān)控界面
第二步:功率計(jì)和示波器選擇合適的配置,如該雷達(dá)站:
1)功率計(jì)設(shè)置選擇。平均模式:自動(dòng);測(cè)量模式:PEAK;OFFSET:72.5;測(cè)量單位:W;頻率:5 400;VideoBW: OFF;觸發(fā)模式:IMM 上升沿。
2)示波器設(shè)置選擇。通道:1;通道位置:-2;通道耦合:DC;探頭衰減:1;通道反相:OFF;觸發(fā)源:CH1;觸發(fā)斜率:FALL;觸發(fā)電平:0.1 V;水平比例:500 ns;垂直比例:50 mV。
3)當(dāng)出現(xiàn)此圖標(biāo)時(shí),表明程序已開(kāi)始儀器開(kāi)始通訊,并保存數(shù)據(jù)及圖形(圖21),點(diǎn)擊此圖標(biāo)時(shí),變?yōu)閳D標(biāo)時(shí),可以調(diào)整設(shè)置,點(diǎn)擊保存,則保存設(shè)置配置文件(Instrument.XML)。
圖21 示波器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及圖形
通過(guò)機(jī)外數(shù)據(jù)監(jiān)控,可以對(duì)儀表測(cè)試的機(jī)外數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,以判斷雷達(dá)的運(yùn)行狀態(tài)。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)CB型新一代天氣雷達(dá)站雷達(dá)系統(tǒng)及其相關(guān)附屬設(shè)施的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控和技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試,實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)無(wú)人值守時(shí)的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)遠(yuǎn)程故障復(fù)位、遠(yuǎn)程雷達(dá)機(jī)內(nèi)和機(jī)外的定標(biāo)、雷達(dá)機(jī)房數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控以及雷達(dá)故障報(bào)警維護(hù)等功能;實(shí)現(xiàn)了新一代天氣雷達(dá)站在局站分離狀態(tài)下的遠(yuǎn)程值守。
1)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)無(wú)人值守時(shí)的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī);
2)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)遠(yuǎn)程機(jī)內(nèi)和機(jī)外的在線(xiàn)定標(biāo);
3)雷達(dá)故障報(bào)警維護(hù);
4)雷達(dá)機(jī)房數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控。
本系統(tǒng)在實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行中仍存在以下情況有待完善:數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)功能需進(jìn)一步擴(kuò)展;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間有待從20 s提升至5~10 s;增加機(jī)房空調(diào)設(shè)備、門(mén)禁、煙感及油機(jī)房溫濕度、發(fā)電機(jī)參數(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
系統(tǒng)研制完成后于2017年底通過(guò)了項(xiàng)目的驗(yàn)收和測(cè)試,2018年進(jìn)行了一年的運(yùn)行,目前在臺(tái)站的應(yīng)用效果達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo),該站本系統(tǒng)遠(yuǎn)程排除雷達(dá)故障10余次,取得了一定的社會(huì)效益。2019年,本系統(tǒng)的硬件模塊和軟件模塊進(jìn)行升級(jí)改造,在其它天氣雷達(dá)站試運(yùn)行。科技發(fā)展日新月異,新一代天氣雷達(dá)站無(wú)人值守、遠(yuǎn)程雷達(dá)定標(biāo)及遠(yuǎn)程技術(shù)支持已經(jīng)不存在技術(shù)的障礙,但現(xiàn)行雷達(dá)業(yè)務(wù)管理制度和考核對(duì)無(wú)人值守和遠(yuǎn)程定標(biāo)缺乏指引,是項(xiàng)目推廣的主要困難。