龐善忠 中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局廣西分局

探討民航多普勒氣象雷達接收機的選型及故障分析處理

龐善忠 中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局廣西分局

多普勒氣象雷達；接收機；故障；分析

隨著民航事業(yè)的飛速發(fā)展，測定空中氣象的雷達系統(tǒng)不斷升級，天氣雷達、特種氣象雷達以及測風(fēng)雷達應(yīng)運而生。對臺風(fēng)、暴雨等惡劣天氣的有效監(jiān)測和預(yù)警都進入了有效的控制范圍，目前運用的多普勒雷達接收機在結(jié)構(gòu)上廣泛采用了集成電路，實時數(shù)字處理和數(shù)字化遠程傳輸，全自動化地聯(lián)網(wǎng)觀測氣象變化，其可以對大面積的強降水情況進行監(jiān)測，距離可達400公里，而對于龍卷氣旋等中尺度強天氣的識別狀況距離可達200公里，并且對徑向風(fēng)速、晴空回波等環(huán)境信息的探測都有著極強的能力，因此，多普勒雷達接收機為民航的飛行保駕護行，起著強有力的作用。

1.多普勒雷達接收系統(tǒng)的架構(gòu)及運用原理

多普勒雷達發(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、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。接收系統(tǒng)與各大分機之間形成一個相互連接的系統(tǒng)，對接收到的各類信息特性進行有效地處理。開關(guān)T/R與PIN開關(guān)是對接收機的電源高低起著操控作用，保護著接收機的電源電壓穩(wěn)定性，有效地過濾來自大功率的主波脈沖對接收機的影響，保證主波功率在其所能承受的范圍之內(nèi)；固態(tài)放大器的運用功能就是放大接收激勵源分機的激勵信號電平到足夠的功率，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，通過充電元件、變壓器及均壓電路等要件進行傳遞，同時利用脈沖變壓器將脈沖供給速調(diào)管陰極；從而達到調(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)制脈沖的過程中，對輸入的射頻激勵信號進行功率放大，然后再向高頻的射頻發(fā)射脈沖。固態(tài)調(diào)制的儲能組件需要一定能量的電源分機作保障，充電電源也要由高壓電源分機作為能量支撐；磁場電源是提供給速調(diào)管的聚焦線圈提供電流，以便在速調(diào)管的徑向形成密封性的磁場，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。頻接收分機分為射頻接收分機和頻率源分機，、激勵源分機以及標(biāo)定分機等，它們分別對接收到的信息包括噪聲系統(tǒng)和相位噪聲的標(biāo)定進行變頻，再將數(shù)字匹配的濾波送到信息處理系統(tǒng)。

2.多普勒雷達接收系統(tǒng)的選型及故障分析

2.1 多普勒雷達接收機的選型

我國的數(shù)字氣象雷達始于九十年代，計算機技術(shù)在雷達發(fā)展建設(shè)過程中不斷進行優(yōu)化，對提高信息加工、分析的處理速度有著不可小覷的作用，大大增加了雷達對氣象監(jiān)測能力和預(yù)警能力。在1999年我國對美國WSR-88D型雷達進行改良，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，充分結(jié)合了云、降水物理學(xué)及云動力學(xué)的理論，研制了監(jiān)測分析和預(yù)警中心度災(zāi)害性氣象的天氣雷達。在多普勒雷達接收機系統(tǒng)中，ADWR雷達接收系統(tǒng)較為普遍。它是通過發(fā)射相位相參信號，將天線饋線分系統(tǒng)的回波信息進行放大、混頻等數(shù)字處理，再傳遞到數(shù)字信號處理分系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)校正和檢測，這樣保證雷達系統(tǒng)的全相參特性，對已知噪聲源進行標(biāo)定和分離，為監(jiān)測系統(tǒng)提供穩(wěn)定的信號源。

2.2 多普勒雷達接收機的故障分析及處理

2.2 .1 故障顯示

故障一：雷達開機不久，信號處理的時序板插件顯示故障提示或調(diào)制器PFN過壓；

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

而調(diào)制器PFN過壓故障，原因可能出在固態(tài)調(diào)制器。因為雷達上的固態(tài)調(diào)制器是一種軟性開關(guān)調(diào)制器，放大或調(diào)制脈沖合成使速調(diào)管陰極輸出時的功率升高，超過了預(yù)定值后，發(fā)射到監(jiān)控分機的放電觸發(fā)脈沖進行放大，再經(jīng)過整形、放大，加速到速調(diào)管陰極。一旦沒有達到要求可能會短路或損壞信號系統(tǒng)。

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

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的靈敏度，有效提高和擴大雷達的探測范圍。否則，則適得其反，影響到接收機的正常工作。

故障維修：第一、切斷射頻接收分機與中頻接收分機的通道。在接收機的終端上測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)字接收機的工作狀況是否有異常。如果出現(xiàn)故障顯示，則可以認定中頻數(shù)字接收機出現(xiàn)故障。

第二、綜合觀察頻譜儀測試頻率源、接收機前端的一本振頻率的輸出功率，測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，如果檢測出來的輸出功率超低正常值時，則可以確定是一本振發(fā)生了故障。

第三、運用頻譜儀測試雷達，對雷達零件中的晶振輸出進行檢測，以此推斷晶振的工作狀態(tài)，如果輸出功率較小，則更換雷達零配件。

第四、輸入功率的檢測一般彩頻譜儀測試雷達，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

多普勒氣象雷達接收機是我國新一代天氣雷達系統(tǒng)，能夠長時間不間斷地運行，在穩(wěn)定性與整體性能都上了一個臺階。當(dāng)然，新型的雷達在各方面還需要經(jīng)歷嚴峻的考驗，各分系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的問題都要及時排除和處理，切實保證我國的雷達系統(tǒng)的技術(shù)從根本上過硬，為我國的氣象檢測提供準(zhǔn)確的信號，縮短與世界強國的差距，使我國的雷達探測技術(shù)在世界領(lǐng)域占一席之地。

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［2］ 吳起輝.重慶機場一次雷雨過程分析［J］.科技風(fēng).2011（24）

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

［4］ 郭建明，譚懷英.雷達技術(shù)發(fā)展綜述及第5代雷達初探［J］.現(xiàn)代雷達.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是對惡劣氣候或災(zāi)害性天氣的有效監(jiān)測，同時及時發(fā)出預(yù)警的雷達系統(tǒng)，是軍用和民用氣象監(jiān)測的重要系統(tǒng)，在雷達探測領(lǐng)域中占居了重要地位。本文闡述了多普勒氣象雷達發(fā)收機的選型及工作原理，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，使多普勒氣象雷達接收機更好的為民航氣象做出貢獻。