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

隨著民航事業的飛速發展，測定空中氣象的雷達系統不斷升級，天氣雷達、特種氣象雷達以及測風雷達應運而生。對臺風、暴雨等惡劣天氣的有效監測和預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構上廣泛采用了集成電路，實時數字處理和數字化遠程傳輸，全自動化地聯網觀測氣象變化，其可以對大面積的強降水情況進行監測，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，并且對徑向風速、晴空回波等環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的架構及運用原理

多普勒雷達發射分系統的結構是由發射配電電路、發射監控分機、固態放大器等十大部分構成，具有大電流、高電壓和高功率的特點。接收系統與各大分機之間形成一個相互連接的系統，對接收到的各類信息特性進行有效地處理。開關T/R與PIN開關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；固態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，發送到速調管的輸入腔；固態調制器是沿著放電觸發脈沖的控制線，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管陰極；從而達到調制脈沖的效果；速調管是起著重要的功率放大功能，在速控調管陰極不斷地調制脈沖的過程中，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射脈沖。固態調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管的聚焦線圈提供電流，以便在速調管的徑向形成密封性的磁場，電流均勻而聚焦，促使速調管的電子管正常有效地工作，使產生和形成的雷達系統在高頻率穩定的信息源中工作，避免速調管由于電子注的分散而造成散焦的現象。頻接收分機分為射頻接收分機和頻率源分機，、激勵源分機以及標定分機等，它們分別對接收到的信息包括噪聲系統和相位噪聲的標定進行變頻，再將數字匹配的濾波送到信息處理系統。

2.多普勒雷達接收系統的選型及故障分析

2.1 多普勒雷達接收機的選型

我國的數字氣象雷達始于九十年代，計算機技術在雷達發展建設過程中不斷進行優化，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測能力和預警能力。在1999年我國對美國WSR-88D型雷達進行改良，生產出新一代布網的S波段全相干脈沖多普勒天氣雷達，充分結合了云、降水物理學及云動力學的理論，研制了監測分析和預警中心度災害性氣象的天氣雷達。在多普勒雷達接收機系統中，ADWR雷達接收系統較為普遍。它是通過發射相位相參信號，將天線饋線分系統的回波信息進行放大、混頻等數字處理，再傳遞到數字信號處理分系統，進行數據校正和檢測，這樣保證雷達系統的全相參特性，對已知噪聲源進行標定和分離，為監測系統提供穩定的信號源。

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制器PFN過壓；

分析：時序板的控制信號是通過接收系統的16HZ時鐘信息傳遞而來的，產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、焊接出現虛焊等問題；

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

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，不斷調節示波器，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象，如果有則及時更換新的電子模塊；依據PFN過壓故障提示，參考脈沖網絡充電及放電過程的數據內容，檢查SCR放電開關組件的到位情況，諸如：開關是否未關斷，是否存在短路現象，用示波器探頭測量脈沖幅度，排查可控硅是否正常觸發脈沖信號，如果沒有正常觸發，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的重要指標；噪聲電平的穩定可以保證噪聲系統的準確性，振動功率維持在正常范圍之內，（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，從而判斷出中頻數字接收機的工作狀況是否有異常。如果出現故障顯示，則可以認定中頻數字接收機出現故障。

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，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，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波段頻標判斷100MHZ功分電路的功率大小，如果較小，則更換頻標綜合模塊，使功分電路趨于正常；

3.結束語

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

［1］ 田方.蘭州多普勒天氣雷達功率測量［J］.空中交通管理.2011（09）

［2］ 吳起輝.重慶機場一次雷雨過程分析［J］.科技風.2011（24）

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

［4］ 郭建明，譚懷英.雷達技術發展綜述及第5代雷達初探［J］.現代雷達.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害性天氣的有效監測，同時及時發出預警的雷達系統，是軍用和民用氣象監測的重要系統，在雷達探測領域中占居了重要地位。本文闡述了多普勒氣象雷達發收機的選型及工作原理，分析了系統故障現象及故障原因，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。