多普勒天氣雷達發射及接收系統常見故障排除方法研究

李衛東 韓 波 殷秋云 張 敏 唐 云

1 研究意義及必要性

近年來，隨著氣象事業的飛速發展，新一代天氣雷達在短時臨近預報和防災減災中、氣象裝備保障等業務工作的開展和相應業務系統的建設方面發揮了重要作用，其增強了探測數據的應用能力、產品研發能力及服務能力，提升了氣象服務的現代化水平。

現階段，隨著氣象事業的快速發展，越來越多的研究人員、專家、學者參與雷達常見故障的研究分析當中。然而通過深入的調查分析發現，他們大多是對單一故障原因進行分析。基于此，筆者結合自身工作經驗，舉例說明自己在工作當中所面臨的實際故障問題，并對出現故障的原因、診斷以及如何解決故障進行了研究分析，希望能起到拋磚引玉的作用。

2 研究重點

在氣象探測的過程中，離不開氣象雷達。怎樣能最大限度地確保氣象雷達裝備保障能力以及工作效率，避免出現故障問題，是新形勢下做好裝備保障工作的重要任務。CINRAD/SA雷達是當今國際上先進的氣象雷達之一，整個雷達前端系統要完成發射、接收、在線標訂、系統控制等主要功能，其信號流程比較復雜。因此，掌握好雷達的發射和接收系統的故障排除有助于提高對整個雷達系統的理解，對判斷和解決故障都有幫助。

3 發射及接收系統常見故障的排除方法

3.1 發射系統

工作原理：發射系統主要是由固態功放和脈沖速調管級聯而成的。發射系統主要是將一些來自頻率綜合器的小功率射頻脈沖信號轉化成大功率的射頻脈沖信號，然后再經過饋線系統傳輸至天線系統，并向空間輻射，以此實現對大氣氣象信息的探測。

故障1：發射機工作不正常，調制脈沖故障、調制脈沖過流。

故障分析及處理：第一，應復位氣象雷達系統故障，復位之后，顯示故障已經消除，并且顯示系統恢復正常的運行狀態。這主要是由于氣象雷達監控系統當中的一些監測開關過于靈敏導致的。一旦系統所檢測到的數值高于或者低于設定值，就會發出故障警報，這也就是人們所說的虛故障。

故障2：雷達系統提示“準加高壓”，在加高壓的瞬間，雷達電源的空氣開關跳閘。

故障分析：調制機柜當中的禁止脈沖信號接頭出現接觸不良的現象，進而使調制脈沖取樣信號產生了巨大的變化，最終出現輸出電壓處于快速變化的狀態，導致調制脈沖波產生大幅度的波動。同時，燒毀了作為調制開關使用的大功率剛性調制器IGBT模塊，繼而產生相應的反饋脈沖電流，系統為了有效防止器件發生損壞現象，也就切斷了電源。

處理情況：第一，應及時對已經出現故障的器件進行更換；第二，利用酒精全面清洗輸入禁止脈沖信號的接頭，清洗完畢之后及時擰緊；第三，科學合理地使用示波器，對調整之后的EXB841的觸發脈沖進行有效監測。

注意事項：在這里需要注意的是，應定時定期打開高頻柜，對儲能電容和脈沖變壓器上高壓絕緣子的灰塵及時進行清理，以此最大限度地保持其絕緣性能。與此同時，還應及時觀察檢測儀器的讀數是否處于正常數值，并檢查相關插件是否處于正常工作狀態，尤其是要檢查高壓部分是否牢固、是否存在打火現象等，一旦發現問題，應在第一時間進行解決。

故障3：可控硅風機故障。

導致可控硅風機出現故障問題的因素主要包括以下兩方面：一是由于可控硅供電的+24 V電壓出現了一定程度的損壞；二是可控硅風機運轉存在一定的異常。

檢修故障方法：在等發動機冷卻之后，利用萬能表監測可控硅的供電電源，驗證輸出+24 A的電流是否正常。如果驗證沒有出現電流輸出的現象，就說明線性電源有所損壞，這時只需要更換新的電源。

故障4：常見的燈絲電源故障。

燈絲電源出現故障，主要是2個因素導致：一是燈絲電源出現異常，導致電流無法正常輸出；二是燈絲電源負載處于斷路狀態。

排除故障的步驟：應及時關閉雷達發射機電源，然后使用萬能表測量萬用變壓器四號和三號端子的阻值。如果所測量出的阻值超過4 Ω，就是由于脈沖電壓器和調速管兩者之間的接觸不良所導致的斷路。此時就需要及時調整接觸點的高度。另外，應及時斷開燈絲電源，然后和XSO3電纜進行相應連接，利用萬用表測量電纜插頭三腳和四腳的阻值：如果所測的阻值超過了4 Ω的話，就說明存在虛焊的可能；如果所測得的阻值處于2 Ω和4 Ω之間，也就說明電纜之間的連接并沒有問題。

故障5：開高壓后，高壓電壓上升至額定值2 700 V之后，高壓斷開，電壓指示值顯示為0。此時監控系統開關電源發出故障警報，按下系統故障復位后，系統顯示恢復正常，但是再開高壓之后，故障依舊存在。

故障檢查與分析：系統顯示高壓，這也就說明高壓開關電源處于正常工作的狀態。高壓斷開之后，說明調制脈沖過流，保護電路發生了一定的作用。利用示波器對兩路IGBT剛性調制器面板上的觸發脈沖信號進行相應檢查發現，兩者之間的觸發脈沖寬度存在一定的差異。在這種情況下，就導致了調制器開關出現了交替不均勻的現象，進而出現調制脈沖過流問題。基于此，人們就可以將故障問題鎖定在預調器的觸發脈沖產生器上，利用電纜，正確地將觸發脈沖產生器板連接，然后利用示波器仔細地觀察兩路觸發脈沖波形，可發現三極管v4早已出現故障，無法使用［1］。

故障處理：在這種情況下，只需要更換一個全新的三極管v4就可以了，然后測試波形顯示恢復正常，并且開高壓也顯示正常。

3.2 接收系統

工作原理：回波信號在經過MSTC送達到低噪聲場效應管放大器，然后通過放大器，在經過預選器之后，進入混頻器當中，這樣回波信號和本振信號兩者之間就會出現變頻，人們也就得到了30 MHZ的中頻信號。此后，再送往數字中頻轉換器當中，就能轉換成為光信號，并最終送到信號處理器中［2］。

故障1：雷達系統的監測子系統無故障提示，但終端無回波顯示。

故障分析：如果終端并沒有顯示出現故障，那么也就能說明各個監測系統都是完好無損并且處于正常的工作狀態。在這種情況下，人們可以先不檢查這一系統器件，應將檢查的重點放在一些沒有設置監測點的器件上；如果依然提示沒有故障，那么故障位置所在必然就是未設置監測點的回波通道上。此時只需要對接收機內的回波通道進行深入分析，就能找到故障問題所在（如圖1所示）。

圖1 接收機內的回波通道

要想驗證接收機模擬部分是否處于正常的工作狀態，可以通過觀察接收機故障最終檢測的結果來實現。可利用小功率計測量出在MSTC之間能有效接收到回波信號，然而終端卻顯示此時沒有信號輸出。在這種情況下，就可以斷定是MSTC微波組合出現了故障。如果在較為惡劣的天氣情況下出現此類故障的話，可以利用備份件替換最有可能出現故障的器件；如果依然沒有解決故障，應再進行更加深入的研究［3］。

處理情況：在這種情況下，需要及時更換損壞的MSTC微波組合，然后在相應的終端上選擇對MSTC微波組合的控制狀態。

故障2：雷達系統不能加低壓。

故障分析：接收機內的監控付系統無法正常上電，雷達無法正常利用遙控進行開機，并且對付系統進行直流穩壓電源進行相應的監測，顯示所測得的數值遠低于正常值。在這種狀況下，付系統也就無法正常進行上電工作，因而也就出現了接收機內的監控付系統的供電電源不正常現象。

處理情況：人們在更換完成付系統的直流穩壓電源之后，付系統就能正常地進行上電工作，進而也就使系統恢復了正常［4］。

注意事項：在這里需要注意的是，應時刻留意接收機是否處于正常工作狀態，同時應確保接收機監控面板上的電源是否處于正常狀態。

4 結語

多普勒天氣雷達發射系統以及接收系統的應用，為氣象事業發展做出了巨大貢獻，人們應全面加強對多普勒天氣雷達發射系統以及接收系統故障的研究力度，并采取有效措施解決故障，確保雷達的正常運行，進而為人們提供更加優質、完善的服務。