高必通，李少遠，鐘凌輝，鄧福興

(廣東省連州市氣象局，廣東 清遠 513400)

0 引言

雙線偏振雷達現(xiàn)已成為世界各國及氣象組織天氣雷達技術(shù)升級的發(fā)展方向，其對暴雨監(jiān)測、降水估測精度等方面具有明顯優(yōu)勢。北京敏視達公司CINRAD/SA-D 雷達系統(tǒng)生成豐富的氣象產(chǎn)品可滿足各級氣象部門短時臨近預(yù)報、降水評估和測量、強對流天氣的識別和解析、大氣風(fēng)場分析和大氣切變識別等預(yù)報業(yè)務(wù)和咨詢服務(wù)的需要。目前世界各國及氣象組織都在積極升級雙偏振雷達的背景下，國內(nèi)也逐步搭建雙偏振天氣雷達網(wǎng)。廣東省氣象局為實現(xiàn)氣象現(xiàn)代化不斷升級技術(shù)，逐步升級省內(nèi)天氣雷達以高標(biāo)準(zhǔn)進行氣象現(xiàn)代化建設(shè)。預(yù)計在未來幾年內(nèi)，廣東省雙偏振雷達網(wǎng)將全面建成。隨著雙偏振雷達升級改造工程的不斷推進，機務(wù)維修人員維護維修新型雷達的技術(shù)技能迫切需要提高，以提高雷達數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)可用性和時效性。希望本次天線動態(tài)故障的排查過程和解決故障的過程，能夠給同行業(yè)的雷達機務(wù)人員解決此類故障的參考。

1 故障現(xiàn)象

2017年9月11日17時42分—20時連州市雷達站受局地強對流天氣影響，雷暴云團過境本站。在18時前后開始雷達5A6數(shù)控單元軸角顯示面板天線角碼閃碼，18時36分開始頻繁出現(xiàn)天線座動態(tài)維護告警(告警碼： 340 PEDESTAL DYNAMIC MAINTAIN)，但由于報警時間較短，報警清除快，并未引起雷達停機或聲光報警。之后出現(xiàn)雷達天線角碼閃碼較為嚴(yán)重且恢復(fù)較為緩慢現(xiàn)象，從而引發(fā)天線座動態(tài)故障繼而強制雷達待機(告警碼：398 STANDBY FORCED BY INOP ALARM)，雷達值班人員通過手動重啟RDA計算機后恢復(fù)，此后大約每隔3 h強制待機一次[1-2]。9月12日15時36分—15時42分出現(xiàn)一次產(chǎn)品缺角。

2 S波段交流天伺結(jié)構(gòu)

在排查天線故障之前，首先了解本CINRAD/SA-D氣象雷達交流天伺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 S波段交流天伺系統(tǒng)Fig.1 S-band ac pedestal system

RDA計算機通過串口傳輸天線方位俯仰角碼命令到DAU大底板，DAU大底板通過線纜傳輸?shù)紻CU控制單元，DCU控制單元的數(shù)字板收到角碼命令，轉(zhuǎn)換成控制功率放大器的模擬信號注入DCU模擬板的前端。DCU模擬板的輸出分別驅(qū)動方位電機俯仰電機的功率放大器，經(jīng)過大線纜直連天線罩方位俯仰的電機。這里由于天線的物理結(jié)構(gòu)限制，俯仰的驅(qū)動和反饋的信號都要經(jīng)過滑環(huán)。電機帶動各自減速機，轉(zhuǎn)動裝置。后端同步箱光電碼盤和軸角盒生成天線角碼狀態(tài)報警通過上光端機光纖傳輸?shù)浇邮諜C下光纖板，經(jīng)DAU大底板分別傳輸?shù)絉DA計算機和DCU控制單元。RDA計算機根據(jù)返回的雷達天線方位俯仰角碼的狀態(tài)，決定方位電機與俯仰電機的加速減速或者停止[3-4]。

3 故障分析及排查

根據(jù)北京敏視達雷達公司提供的報警碼技術(shù)手冊說明，PEDESTAL DYNAMIC FAULT 天線動態(tài)故障的報警條件如下：

①接收機內(nèi)RDA工作站電腦對雷達天線發(fā)送變換仰角的信號，通過3個采樣點計算雷達天線方位角速度，在規(guī)定時間(7.5 s)，雷達天線角度未在設(shè)定的偏差區(qū)域(實時天線速率與設(shè)定天線速率的比值大于等于0.9并小于等于1.015)內(nèi)則會提示告警此故障信息。

②雷達天線俯仰位置差小于0.1°。

因此雷達機務(wù)人員需要了解故障時刻，雷達天線運行的具體情況，這就需要清楚方位電機與俯仰電機運行時的角碼[5]。

CINRAD/SA-D氣象雷達的雙偏振基數(shù)據(jù)集成了體掃時間內(nèi)天線方位俯仰的角碼。雷達機務(wù)人員使用BaseData Analysis Tool Version 7.0基數(shù)據(jù)解析軟件解析故障出現(xiàn)時的基數(shù)據(jù)，從而獲取到故障時刻天線角碼數(shù)據(jù)，如下面圖2所示。

圖2 故障時的天線角碼數(shù)據(jù)Fig.2 Pedestal Angle code data in case of failure

天線方位俯仰角碼圖中縱軸左邊為仰角，右邊為上一個仰角切換到此仰角用的時間，橫坐標(biāo)是方位角度。如果天線在要求的時間沒有達到指定位置或者指定的速度，角碼圖就會表示該段運行為紅色。根據(jù)2017年9月11日18時06分(天線角碼圖時間為世界時)的天線方位俯仰角碼圖可知，圖中的紅點均出現(xiàn)在橫軸上，可以初步定位故障的通路為天伺系統(tǒng)的方位通路[6-9]。

從圖1中可知，天線方位角碼傳輸通路與通路各部件的位置如下：方位軸角盒(天線座方位艙內(nèi)壁上)—上光端機(天線座底部倉位或底部地板)—上光纖板(上光端機內(nèi))—光纖(經(jīng)線纜保護器到波導(dǎo)小屋到機房)—下光纖板(接收機柜RDA計算機顯示器上方)—DAU大底板(接收機柜RDA計算機顯示器上方)—DCU控制單元和DCU數(shù)字板(接收機柜的5A6數(shù)控單元組件內(nèi))[10]，再結(jié)合之前2017年9月11日強雷暴過程，天線部分除軸角盒以及上下光纖板除外，其余均實現(xiàn)了光電隔離，故而初步判斷為方位軸角盒以及上、下光纖板故障[11-12]。

4 故障修復(fù)

初步確定故障部件數(shù)量和類型后，雷達站工作人員立即向廣東省氣象局探測數(shù)據(jù)中心申請維修部件，同時通過重啟RDA計算機讓雷達繼續(xù)運行，以便于觀察。9月13日14時05分，廣東省氣象局探測數(shù)據(jù)中心快遞的軸角盒、光纖板已到雷達站。雷達站工作人員立即停機更換方位軸角盒，更換完畢后開機，雷達未出現(xiàn)報警，接著拷機運行1 h。然而雷達站工作人員通過繼續(xù)解析雷達基數(shù)據(jù)以及雷達log日志文件發(fā)現(xiàn)，天線閃碼情況仍然存在。15時48分，更換上光纖板，更換完畢后開機檢查，未出現(xiàn)報警，天線閃碼現(xiàn)象消失，拷機運行1 h后通過解析基數(shù)據(jù)以及日志文件發(fā)現(xiàn)閃碼現(xiàn)象消失(如圖3所示)。17時21分，雷達運轉(zhuǎn)正常，故障修復(fù)。

圖3 正常運行的天線角碼數(shù)據(jù)Fig.3 Pedestal Angle code data in case of normal

5 結(jié)論與討論

通過本文的分析，得到以下結(jié)論：

主要出現(xiàn)問題是方位軸角盒和上光纖板。維修過后，拆開方位軸角盒和上光纖板，沒有明顯的灼燒的印記，但是由于芯片受到雷暴電磁感應(yīng)高電壓的沖擊，導(dǎo)致軸角盒產(chǎn)生角碼的芯片和上光纖板與方位軸角盒通信的兩個芯片26LS31、26LS33性能下降，導(dǎo)致雷達天線閃碼嚴(yán)重，引起雷達天線動態(tài)故障，從而雷達接收機柜RDA計算機強制停止雷達工作。

此次維修過程可以總結(jié)出以下經(jīng)驗：

①根據(jù)報警日志和基數(shù)據(jù)解析角碼確定哪一個通路故障。

②同時出現(xiàn)問題時，檢查兩條通路公共部件,如上下光纖板，DCU數(shù)字板等。

③其中一條通路有問題，可以用另一條通路的部件對調(diào)測試，如功率放大器，軸角盒等。

通過這樣每個鏈路逐個排查，可以準(zhǔn)確定位雷達故障部件或器件，提高雷達機務(wù)人員維修的效率，極大縮短雷達停機時間，從而提高雷達的業(yè)務(wù)可用性。