李明元

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002)

1 引言

新一代多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)自布點(diǎn)以來，從國家級(jí)到臺(tái)站級(jí)都在為較高的雷達(dá)可利用率而努力，各種型號(hào)雷達(dá)的維修又各不相同，而從故障發(fā)生的現(xiàn)象來看，有的故障有報(bào)警，有的故障無報(bào)警。而全國雷達(dá)技術(shù)保障人員也在工作中不斷總結(jié)自己的故障維修經(jīng)驗(yàn)［1－9］。本文以遵義CINRAD/CD雷達(dá)為依托，總結(jié)運(yùn)行9 a來12次無故障報(bào)警情況下，體掃自動(dòng)抬升仰角不穩(wěn)定故障的維修經(jīng)驗(yàn)，具體是以下6次，這些故障發(fā)生時(shí)仰角指令未發(fā)送:①2M寬帶遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)包的同時(shí)傳輸視頻監(jiān)控，出現(xiàn)掉包而不能滿足數(shù)據(jù)采集量;②小型交換機(jī)使用年限長(zhǎng)，出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)阻塞;③網(wǎng)線頭制作不規(guī)范導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效果不好;④主監(jiān)控系統(tǒng)方位角碼變換單元故障引起;⑤主監(jiān)控系統(tǒng)與采集機(jī)之間電纜維護(hù)后插拔時(shí)弄彎了針腳;⑥局域網(wǎng)由于開通了cmacast氣象頻道視頻流導(dǎo)致交換機(jī)阻塞。以下6次故障發(fā)生時(shí)仰角指令已發(fā)送:①俯仰驅(qū)動(dòng)單元輸出電壓不連續(xù)，即俯仰驅(qū)動(dòng)集成電路板壞;②俯仰伺服放大器由于長(zhǎng)時(shí)間未作調(diào)整導(dǎo)致靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化;③俯仰放大器可調(diào)電阻RP5損壞和反饋第二級(jí)R25損壞，出現(xiàn)2次;④匯流環(huán)磨損時(shí)間一致使用壽命所致;⑤俯仰電機(jī)組合使用時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致。維修將從雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序終端至天線反射體的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，并把在遵義雷達(dá)出現(xiàn)的故障維修進(jìn)行闡述，以便CD型雷達(dá)維護(hù)人員遇到此類問題能有所借鑒。

2 故障分析

2.1 自動(dòng)抬升仰角不穩(wěn)定故障界定

新一代多普勒天氣雷達(dá)工作特點(diǎn)是自動(dòng)、連續(xù)、不間斷工作，體掃模式常用VCP(volume coverage pattern)11或VCP21，即雷達(dá)自動(dòng)完成14個(gè)仰角或9個(gè)仰角的PPI(平面位置掃描)掃描組成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)集，這個(gè)完整的數(shù)據(jù)集稱為一個(gè)體掃數(shù)據(jù)。體掃自動(dòng)抬升仰角不穩(wěn)定故障即是指雷達(dá)在體掃過程中，無報(bào)警狀態(tài)下自動(dòng)抬升仰角時(shí)動(dòng)作沒有完成或偶爾能完成偶爾不能完成，從而影響雷達(dá)數(shù)據(jù)采集。

2.2 終端命令到執(zhí)行件的流程介紹

遵義雷達(dá)站屬于臺(tái)站分離型，其雷達(dá)業(yè)務(wù)平臺(tái)在距離雷達(dá)數(shù)據(jù)采集分機(jī)有10 km左右的通信距離，通過兩條2M數(shù)字光纖專線與數(shù)據(jù)采集分機(jī)通信，其雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序終端發(fā)送命令到天線轉(zhuǎn)動(dòng)如下:雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序終端→單位100 M局域網(wǎng)→市局業(yè)務(wù)網(wǎng)交換機(jī)→電信光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器→雷達(dá)山上光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器→雷達(dá)站交換機(jī)→數(shù)據(jù)采集分機(jī)→雷達(dá)主監(jiān)控機(jī)→俯仰伺服放大器→俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)→匯流環(huán)→俯仰電機(jī)→天線反射體。這些環(huán)節(jié)都有可能帶來此類故障的發(fā)生，而從這些環(huán)節(jié)分析來看，有些是屬于網(wǎng)絡(luò)通信類的技術(shù)處理，有些是屬于電子技術(shù)維修的范疇，在此文中將一一進(jìn)行詳細(xì)敘述。

2.3 故障現(xiàn)象

雷達(dá)做體掃(CAPPI)時(shí)，天線會(huì)停留在某一層做PPI，不能抬升。但過一段時(shí)間有時(shí)又可以抬升，反反復(fù)復(fù)沒有規(guī)律。雷達(dá)無報(bào)警信息提示。

2.4 故障原因

出現(xiàn)此故障的根本原因主要有兩方面。一方面是，CINRAD/CD雷達(dá)體掃時(shí)要求一層PPI的數(shù)據(jù)量必須達(dá)到規(guī)定值，當(dāng)數(shù)據(jù)量少于掃描方位360°的80%或者相鄰的2°無數(shù)據(jù)時(shí)，大工作臺(tái)主計(jì)算機(jī)將不會(huì)發(fā)送下一層仰角指令，雷達(dá)天線不會(huì)抬升，直到該層數(shù)據(jù)量滿足規(guī)定值，再發(fā)送指令，天線再抬升。另一方面是，CINRAD/CD雷達(dá)俯仰控制到位精度是要＜0.1°，且天線追擺次數(shù)＜3次，當(dāng)該精度不能滿足要求時(shí)，體掃數(shù)據(jù)存數(shù)不能完成也會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生。

2.5 故障分析

造成仰角指令未發(fā)送引起故障的可能主要有3個(gè)方面:監(jiān)控機(jī)與終端之間通信不暢導(dǎo)致方位角碼變換不連續(xù)或數(shù)據(jù)采集量不夠;監(jiān)控機(jī)與采集機(jī)之間的24針傳輸命令電纜故障;方位角碼變換單元故障導(dǎo)致角碼不連續(xù)變化。

造成俯仰控制精度不夠引起故障的可能主要就有6個(gè)方面:①驅(qū)動(dòng)誤差電壓出現(xiàn)異常;②俯仰伺服放大器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化;③俯仰伺服放大器板子上有元器件出現(xiàn)損壞;④俯仰的速度反饋出現(xiàn)故障;⑤匯流環(huán)出現(xiàn)故障;⑥天線反射體回差較大。

2.6 故障檢修分析思路

故障在終端的表現(xiàn)最終是由天線部分反饋回來的信號(hào)，天線前的每一部分和測(cè)量元件反饋回路出錯(cuò)，信號(hào)傳輸損失等都會(huì)導(dǎo)致故障的產(chǎn)生，因此故障的排除先從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由常規(guī)到異常，沿著通信線路、控制線路和反饋線路逐級(jí)查找。且在排除前應(yīng)仔細(xì)觀察終端仰角命令是否發(fā)出的區(qū)別，發(fā)出了命令可初判是主控機(jī)到天線反射體之間的部分出故障，沒有發(fā)出命令就要考慮線路上的故障和方位角度上數(shù)據(jù)采集不能滿足的故障可能。

3 故障處理

3.1 仰角指令未發(fā)送引起故障的處理

帶寬資源不夠引起的故障:雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù)在生成前，從數(shù)據(jù)采集機(jī)到終端之間是以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)包傳輸前未經(jīng)過壓縮時(shí)，2M傳輸顯得有些吃力，但是經(jīng)過廠家在數(shù)據(jù)傳輸上處理后，實(shí)時(shí)傳輸是沒有問題的，但是如果增加其它的實(shí)時(shí)圖像處理傳輸就會(huì)出現(xiàn)調(diào)包嚴(yán)重問題，從而造成此故障的發(fā)生。遵義雷達(dá)站在臺(tái)站分離后為了遠(yuǎn)程安全監(jiān)控，就進(jìn)行了實(shí)時(shí)視頻傳輸，結(jié)果造成了此故障的發(fā)生，通過ping命令，遠(yuǎn)程與采集機(jī)通信，結(jié)果就經(jīng)常出現(xiàn)連接超時(shí)或連通延時(shí)較長(zhǎng)情況，后通過再增加一條2M帶寬線路后問題得以解決。

交換機(jī)引起的故障:不管是在雷達(dá)站內(nèi)還是在遠(yuǎn)程的雷達(dá)業(yè)務(wù)平臺(tái)，對(duì)交換機(jī)的使用都無法避免，而交換機(jī)在出現(xiàn)軟性故障時(shí)，查看網(wǎng)絡(luò)又是暢通的，只是與采集機(jī)之間用ping命令鏈接時(shí)延時(shí)較長(zhǎng)，一般會(huì)時(shí)不時(shí)出現(xiàn)200ms左右延時(shí)，這時(shí)就需要逐級(jí)進(jìn)行排除了。用筆記本電腦在光纖兩端協(xié)議轉(zhuǎn)換器上通過網(wǎng)線直接進(jìn)行對(duì)ping，如果暢通即可排除光纖專線問題。然后用筆記本電腦通過交換機(jī)進(jìn)行ping命令測(cè)試，如果連通時(shí)間立即降下來了，立即可以排除局域網(wǎng)內(nèi)交換機(jī)無問題，如果連通時(shí)間沒有改善，既有可能是網(wǎng)線也有可能是交換機(jī)，更換網(wǎng)線，故障依舊則是交換機(jī)故障。雷達(dá)站內(nèi)的交換機(jī)用筆記本通過交換機(jī)與數(shù)據(jù)采集機(jī)進(jìn)行測(cè)試，同樣可以排除其交換機(jī)故障。鑒于此情況建議小型交換機(jī)最好在使用3～5 a過后及時(shí)更換，以避免不必要的故障發(fā)生。

網(wǎng)線插座接觸不良或網(wǎng)線水晶頭制作不規(guī)范引起的故障:天線自動(dòng)抬升掃描不穩(wěn)定故障的出現(xiàn)，從實(shí)時(shí)處理程序終端對(duì)采集機(jī)進(jìn)行ping命令測(cè)試，出現(xiàn)掉包現(xiàn)象，首先就要考慮各級(jí)網(wǎng)線接觸是否良好，對(duì)各級(jí)網(wǎng)線進(jìn)行重新拔插，如果故障恢復(fù)，即是接觸不良原因，如果發(fā)現(xiàn)水晶頭處網(wǎng)線有裸露現(xiàn)象，懷疑網(wǎng)線受干擾或網(wǎng)線與水晶頭接觸不好，更換網(wǎng)線試，如果故障恢復(fù)，即是網(wǎng)線水晶頭制作不規(guī)范導(dǎo)致受干擾或接觸不良造成。

市局局域網(wǎng)阻塞引起的故障:雷達(dá)業(yè)務(wù)平臺(tái)難免會(huì)接入市局業(yè)務(wù)平臺(tái)局域網(wǎng)，而業(yè)務(wù)局域網(wǎng)里一般情況下包含了雷達(dá)業(yè)務(wù)、氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，因此其在局域網(wǎng)類傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包就非常多。隨著CMA-CAST系統(tǒng)在各地投入使用，數(shù)字高清氣象頻道也在氣象業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行使用，因此在局域網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包量就更多了，2012年1月22日，因氣象臺(tái)21日下午通過局域網(wǎng)開通氣象頻道，雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序出現(xiàn)此故障，仔細(xì)觀察工作臺(tái)處理程序過程中，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控程序偶爾會(huì)出現(xiàn)報(bào)電源處于本控狀態(tài)故障，然后自動(dòng)會(huì)恢復(fù)到正常狀態(tài)。鑒于此現(xiàn)象，懷疑有掉包發(fā)生，通過實(shí)時(shí)處理程序電腦與采集機(jī)ping接，發(fā)現(xiàn)調(diào)包很嚴(yán)重，于是又從光纖協(xié)議轉(zhuǎn)換器處測(cè)試與山上的通信，結(jié)果一切正常，更換網(wǎng)線沒用，更換交換機(jī)后，故障隨即又會(huì)出現(xiàn)，懷疑局域網(wǎng)發(fā)包量太大造成交換機(jī)阻塞引起或病毒攻擊，但是通過殺毒處理后故障依舊，于是借助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件，檢查局域網(wǎng)所有電腦、包括服務(wù)器的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)CMACAST接收處理機(jī)發(fā)包量非常大，聯(lián)想到是由于氣象臺(tái)開通高清視頻通道后引起，于是關(guān)閉該功能，故障立即解決。

主監(jiān)控系統(tǒng)與采集機(jī)之間的電纜頭接觸不良引起的故障。主監(jiān)控系統(tǒng)與采集機(jī)之間的電纜頭由于接頭針腳非常多，且比較細(xì)，因此在維護(hù)過程中拔插的時(shí)候都需要特別注意，一旦針腳插歪了出現(xiàn)接觸不良或恰好兩針角變形發(fā)生短接即可導(dǎo)致其故障發(fā)生。

方位角碼變換單元故障引起。該集成電路板一旦出現(xiàn)問題，方位到位精度就不能滿足要求，因此首先在方位上檢查方位到位精度，如果方位到位精度通過調(diào)整后，只在某一些固定方位角度值上出現(xiàn)精度不夠，而其他方位到位精度均能滿足要求，即可判定角碼變換單元故障，更換該板子，然后通過角碼變換單元上的跳線設(shè)置使顯示仰角與實(shí)際相符即可。這樣確保了到位精度滿足，從而保證采集數(shù)據(jù)量和相鄰方位角度之間數(shù)據(jù)連續(xù)。

3.2 俯仰控制精度不夠引起故障的處理

驅(qū)動(dòng)誤差電壓出現(xiàn)異常故障。主監(jiān)控系統(tǒng)中有俯仰驅(qū)動(dòng)單元集成電路板，其輸出主要到伺服分機(jī)柜，在伺服分機(jī)柜后面有兩根同芯電纜，分別傳輸方位(俯仰)的誤差信號(hào)。在作定位控制時(shí)誤差電壓與角碼誤差的關(guān)系如圖2定位控制曲線。通過控制軟件改變天線定位的命令角度，用萬用表檢查俯仰控制信號(hào)電纜的誤差電壓變化，ΔU和Δθ的變化關(guān)系滿足圖1曲線，監(jiān)控分機(jī)俯仰驅(qū)動(dòng)單元的誤差電壓輸出關(guān)系發(fā)生變化，即需更換俯仰驅(qū)動(dòng)單元集成電路，故障排除。

圖1 定位控制曲線圖，橫坐標(biāo)角碼誤差Δθ，縱坐標(biāo)誤差電壓ΔU，閾值 Δθ

俯仰伺服放大器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化引起的故障。打開伺服柜中的伺服分機(jī)，調(diào)整俯仰伺服放大器上的電位器RP5和RP8。調(diào)整前先檢查RP5和RP8兩個(gè)電位器是否正常，正常時(shí)電位器中間腳接地電阻值分別為RP5＜4 kΩ，RP8＜20 kΩ。如電位器損壞，就必須更換電位器。調(diào)整RP5，順時(shí)針增大增益，逆時(shí)針減小增益，調(diào)整RP8，順時(shí)針增大阻尼，逆時(shí)針減小阻尼。增益變大，會(huì)減小系統(tǒng)誤差，但增益過大會(huì)引起系統(tǒng)振蕩，而增大阻尼能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小追擺次數(shù)。一般先將RP5的俯仰誤差電壓(為保證設(shè)備安全，先關(guān)閉俯仰驅(qū)動(dòng)器主回路)調(diào)到較小的位置，再逐步增大增益，通過伺服分機(jī)的誤差電壓表觀察調(diào)整后的誤差輸出變化，如電位器能正常調(diào)節(jié)誤差值，說明誤差電壓的調(diào)整是受控的，誤差電壓控制電路基本正常。當(dāng)系統(tǒng)定位控制有一定超調(diào)量后，再調(diào)整RP8，減少振蕩次數(shù)。調(diào)好后，命令一個(gè)仰角，細(xì)微調(diào)整一次，觀察調(diào)整后的結(jié)果，如此反復(fù)，即可排除故障。

俯仰伺服放大器板子上有元器件損壞引起的故障。觀察監(jiān)控分機(jī)面板上的仰角指示值極不穩(wěn)定，跳變幅度大，再觀察俯仰驅(qū)動(dòng)誤差指針，發(fā)現(xiàn)指針左右擺動(dòng)大，說明天線追擺嚴(yán)重。停止體掃，檢查天線的定位精度，給出命令仰角后，天線追擺無法停止，且仰角期望值與實(shí)際值誤差＞0.3°(指標(biāo)要求到位精度＜0.1°)。測(cè)試增益電位器RP5和阻尼電位器RP8電阻值處于正常范圍可以調(diào)節(jié)，反復(fù)調(diào)節(jié)俯仰伺服放大器中阻尼調(diào)節(jié)電位器RP8和增益電位器RP5，無效。再檢查俯仰伺服放大器中運(yùn)算放大器第一級(jí)和第二級(jí)反饋電阻，發(fā)現(xiàn)第二級(jí)反饋電阻R25已開路，更換后，故障排除。

俯仰的速度反饋出現(xiàn)故障。伺服電動(dòng)機(jī)組是由直流電動(dòng)機(jī)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓就越大，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出斜率為7V/1 000 rpm，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓經(jīng)過測(cè)量電路施加到伺服放大器，構(gòu)成速度負(fù)反饋，即速度環(huán)。在天線做定位控制時(shí)，通過對(duì)速度反饋的調(diào)整，可以改變系統(tǒng)阻尼，使天線快速準(zhǔn)確的定位。如果伺服系統(tǒng)的速度環(huán)有故障，無阻尼信號(hào)，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常定位。關(guān)閉俯仰驅(qū)動(dòng)分機(jī)電源，將雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)切換到應(yīng)急工作方式，觀測(cè)伺服分機(jī)上的俯仰誤差電壓顯示。當(dāng)通過應(yīng)急控制，使天線正轉(zhuǎn)時(shí)，伺服分機(jī)的誤差電壓表顯示負(fù)值，天線反轉(zhuǎn)時(shí)誤差電壓值相反，說明速度反饋正常。如果不正常，檢查相應(yīng)的鏈接電纜，如果電纜沒問題，更換俯仰電機(jī)組合，故障排除。

匯流環(huán)傳導(dǎo)不良引起的故障。俯仰位置監(jiān)測(cè)裝置由俯仰減速器、俯仰主發(fā)送器、角碼變換器組成，主發(fā)送器與角碼變換器電氣連接通過匯流環(huán)傳導(dǎo)。首先檢查匯流環(huán)，也許是匯流環(huán)碳刷積碳太臟，只需用酒精清洗一下就能解決問題。然后檢查匯流環(huán)碳刷，碳刷是否嚴(yán)重受損，是否可以修復(fù)。最后檢查匯流環(huán)槽是否磨損嚴(yán)重，通過檢查匯流環(huán)與炭刷的接觸良好，發(fā)現(xiàn)匯流環(huán)槽出現(xiàn)缺恒現(xiàn)象，顯得不平整，且槽內(nèi)本來是白色鍍鉑金，現(xiàn)在變成紫銅色，可能會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)效果不良，再經(jīng)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)角碼顯示有較小跳動(dòng)，而且仰角在某一角度范圍內(nèi)時(shí)，跳動(dòng)較明顯，故判斷匯流環(huán)損壞。更換匯流環(huán)后，并用同心圓檢測(cè)儀檢測(cè)匯流環(huán)，使匯流環(huán)的動(dòng)環(huán)運(yùn)行平穩(wěn)且同心，再細(xì)微調(diào)整系統(tǒng)增益(電位器RP5)和系統(tǒng)阻尼(電位器RP8)，伺服系統(tǒng)俯仰定位正常，故障恢復(fù)。

天線反射體回差較大。首先檢查天線的配重情況，用手輕輕在天線自然離地點(diǎn)抬起天線，然后放下，看是否能夠自然的停在某一仰角，同時(shí)檢查天線的回差是否較大(回差:天線停止?fàn)顟B(tài)下，抬起天線會(huì)有一個(gè)間隙，這個(gè)間隙中天線仰角變化不能太大)。如果天線回差較大，即出現(xiàn)仰角定位時(shí)跳變大需要廠家專業(yè)技術(shù)人員處理，如果配重不平衡，仰角在天線轉(zhuǎn)動(dòng)過程中就無法定位，這種情況一般只在廠家對(duì)天線反射體和俯仰減速箱變動(dòng)后恢復(fù)不好引起，故障出現(xiàn)的概率非常小。

4 結(jié)語

體掃自動(dòng)抬升仰角不穩(wěn)定故障即是指雷達(dá)在體掃過程中，無報(bào)警狀態(tài)下自動(dòng)抬升仰角時(shí)動(dòng)作沒有完成或偶爾能完成偶爾不能完成，從而影響雷達(dá)數(shù)據(jù)采集。

造成體掃不穩(wěn)定的原因一方面是，雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)量少于掃描方位360°的80%或者相鄰的2°無數(shù)據(jù)時(shí)，終端不發(fā)抬升仰角命令。另一方面是，雷達(dá)俯仰控制到位精度不能滿足要求，使發(fā)送了仰角命令而不能動(dòng)作。

造成仰角指令未發(fā)送可能主要有3個(gè)方面:監(jiān)控機(jī)與終端之間通信不暢導(dǎo)致方位角碼變換不連續(xù)或數(shù)據(jù)采集量不夠;監(jiān)控機(jī)與采集機(jī)之間的24針傳輸命令電纜故障;方位角碼變換單元故障導(dǎo)致角碼變化不連續(xù)。

造成俯仰控制精度不夠可能主要有6個(gè)方面:①驅(qū)動(dòng)誤差電壓出現(xiàn)異常;②俯仰伺服放大器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性發(fā)生變化;③俯仰伺服放大器板子上有元器件出現(xiàn)損壞;④俯仰的速度反饋出現(xiàn)故障;⑤匯流環(huán)出現(xiàn)故障;⑥天線反射體回差較大?？傊ㄟ^總結(jié)梳理同類型故障的分析處理，以期全國CD型雷達(dá)臺(tái)站遇到此類問題時(shí)能夠快速拓展解決問題思路。

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