鄺家豪，陳基浩，吳保華，許聰

（湛江市氣象局，廣東湛江 524000）

雷達雙偏振技術在天氣雷達領域應用是趨勢所在，根據(jù)氣象現(xiàn)代化部署，截至2020年，廣東天氣雷達全部升級成雙偏振雷達［1-2］。湛江天氣雷達（CINRAD/SA-D）于2017年12月完成雙偏振升級改造，采用成熟的、業(yè)務上應用廣泛的雙發(fā)雙收模式，發(fā)射機輸出信號功分兩路，分別以水平和垂直極化方式同時發(fā)射［1］。雙偏振升級改造后雷達設備進入一個磨合期間，局部小問題較多。根據(jù)統(tǒng)計分析，S波段雷達故障中天線伺服系統(tǒng)故障發(fā)生比例非常高［3］。在雷達天線伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如何能快速、準確找出故障部位，排除故障，是雷達機務值得探討的問題。黃彬等［1］、黃裔誠等［2］、高必通等［3］在雷達故障分布規(guī)律、天線故障等方面進行了分析，本研究的天線失控排查過程不僅能夠給機務員解決此類故障提供參考，還總結了一套雷達天線故障排查的步驟。

1 故障現(xiàn)象

2018年7日13：00（北京時，下同）雷達出現(xiàn)報警，如表1所示。雷達故障停機，天線無法到達初始位置，重啟雷達軟件RDASC，重新標定出現(xiàn)多項錯誤，無法正常開啟雷達，無法對天線進行控制。天線伺服面板無報警燈亮起。綜合以上報警信息及故障現(xiàn)象，主要故障現(xiàn)象為雷達天線無法到達指定位置，處于失控狀態(tài)。

表1 雷達報警信息

在排查故障前，首先需要對S波段天氣雷達天線伺服系統(tǒng)的結構進行深入了解，如圖1所示。由圖1可知，雷達RDA計算機的天線方位、俯仰角碼信號通過DAU大底板、DCU及大線纜傳輸?shù)椒轿弧⒏┭鲭姍C和各自減速機并執(zhí)行。由于天線的物理結構限制，俯仰支路的信號需要通過滑環(huán)來傳遞。同步箱將天線位置信息由光電碼盤和軸角盒生成為角碼狀態(tài)信息，經(jīng)上、下光端機、DAU大底板傳輸?shù)絉DA計算機和DCU控制單元。RDA計算機計算返回的角碼狀態(tài)信息，并發(fā)出下一步天線轉(zhuǎn)動的指令［4-5］。

圖1 S波段天氣雷達天線伺服系統(tǒng)示意圖

2 分析檢查

2.1 天線控制通道分析

雷達天線處于失控狀態(tài)，先分析一下天線的控制通道：測速機（測量天線方位與俯仰位置信號）→軸角盒（將天線方位與俯仰位置信號轉(zhuǎn)化為可直接讀取的數(shù)字信息）→上光端機（天線與發(fā)射機、接收機的所有信號傳輸通過光纖傳輸）→上光纖板→光纖→下光纖板→DAU大底板（轉(zhuǎn)換光纖轉(zhuǎn)過來的天線方位與俯仰位置信號）→RDA計算機和DCU控制單元（信號再轉(zhuǎn)換到RDA計算機進行處理）。

在CINRAD/SA-D天氣雷達設計時，考慮到人員的安全性，天線轉(zhuǎn)動還有一個重要前提條件，即在只有收到天線罩門關閉的確認信號后，天線才處于控制狀態(tài)［6］。

2.2 檢查測試

從雷達報警信息入手，結合故障現(xiàn)象對雷達各部位檢測是故障定位最直接的辦法，按先電源后機械，先硬件后軟件順序。

①檢查接收機、伺服面板上的各項指示燈均顯示正常，說明電源和機械部分在天線停止狀態(tài)下是正常的。

②對機械部分進一步檢查。關斷配電機柜伺服電源，到天線罩內(nèi)檢查雷達天線位置情況，并推動天線，天線轉(zhuǎn)動正常，無阻力異?，F(xiàn)象。數(shù)字控制單元（5A6）的方位和俯仰角碼顯示與推動后位置一致，伺服面板上的各項指示燈均顯示正常，說明雷達天線機械硬件部分在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下也是正常。再檢查一下關鍵部位——天線罩門開關，天線罩門開關彈壓正常，無彈壓不到位現(xiàn)象。

③檢查上、下光纖板和數(shù)字控制單元DCU里的模擬板、數(shù)字板，無異常情況，并重新?lián)懿?，故障現(xiàn)象依舊，天線無法到達指定位置，說明相關電路板不存在物理故障和接觸問題。

④用軟件進行各項測試。進入雷達維護（RDASOT）界面，開啟天線控制程序，雷達天線控制程序自檢正常，但天線不能使RDASC軟件受控，無法到達指定位置，說明雷達天線控制信號無法執(zhí)行。進入雷達維護（RDASOT）中的DAU控制界面，波導開關切換異常，伺服強電開關切換異常。波導開關及伺服強電開關是在得到天線罩門關閉的確認信號后才能正常轉(zhuǎn)換，如果兩者切換同時異常說明沒有收到天線罩門關閉的確認信號或者兩者同時存在硬件問題，根據(jù)觀察，波導開關及伺服運行正常。因此，根據(jù)以上故障現(xiàn)象可以初步判斷天線罩門開關確認的信號異常，導致波導開關切換異常和伺服強電無法加上，從而使天線處于不可控狀態(tài)。

2.3 故障確定

根據(jù)2.1節(jié)對天線罩門開關的檢查結果，說明罩門開關不存在機械問題，因此故障問題的焦點就在于天線罩門開關信號的傳輸上。先了解罩門開關信息傳輸?shù)牧鞒蹋禾炀€罩門開關→上光端機（開關信號傳輸通過光纖傳輸）→上光纖板→光纖→下光纖板→DAU底板（讀取開關信號）→DCU（信號再轉(zhuǎn)換到RDA計算機進行處理）。根據(jù)以上檢查測試結果，天線罩門開關、光纖鏈路、DCU未發(fā)現(xiàn)其它異?，F(xiàn)象，因此重點檢查部位是DAU底板。再對DAU大底板進行檢查，測量XK1繼電機中AX1和A02的電壓均為28 V直流電壓；測量XK2繼電機中PED和SW#1的電壓均為零。根據(jù)雷達DAU大底板電氣線路（圖2），在天線罩門關閉狀態(tài)時，XK2繼電機中PED和SW#1的電壓應為28 V直流電壓，才能傳遞天線罩門開關信號。根據(jù)以上檢測，可以判斷XK2繼電機故障，導致天線罩門開關確認信號無法得到確認，進而波導開關無法切換，且伺服強電無法加上，導致天線處于失控狀態(tài)。

圖2 雷達DAU大底板電氣線路圖

2.4 故障處理

發(fā)生故障時正處于汛期，雷達需24 h全天候開機觀測。在無備件情的情況下，可以采用屏蔽相關信號方法，使雷達能正常運行，待備件到站后再更換故障部位。根據(jù)DAU大底板XS9的電氣圖，將XK1繼電機中的A01和A02進行短接（圖3），屏蔽掉XK2故障的狀態(tài)，返回雷達系統(tǒng)一個天線罩門關閉的信號，經(jīng)過短接后，雷達恢復正常運行。

圖3 DAU大底板短接現(xiàn)狀圖

3 故障總結

該次故障原因：DAU大底板XK2繼電器故障，導致天線罩門開關信號無法傳輸給接收機，雷達天線處于不可控制狀態(tài)。CINRAD/SA-D天氣雷達有一套完善的自檢系統(tǒng)，但有時還是不能準確的判斷出故障部位。

該次故障采用逐步排查方法進行確定，根據(jù)故障現(xiàn)象做大范圍的、相關的檢查測試，尋找檢查測試異常部位，突擊檢查異常點，逐步縮小故障范圍，最后確定故障位置，在條件允許的情況下盡快解決故障。通過該次故障和查詢歷史雷達故障個例的分析，可以總結出雷達天線伺服系統(tǒng)故障檢測排查的一般步驟，如圖4所示。

圖4 雷達天線伺服系統(tǒng)故障檢測流程示意圖

雷達保障人員在日常工作中，應對雷達伺服系統(tǒng)增強維護和保養(yǎng)意識，全方面了解伺服系統(tǒng)的工作流程，才能在伺服系統(tǒng)故障時結合其工作原理和控制流程，通過測試逐步縮小故障范圍的辦法，分析并找出故障部位，排除故障。