民航多普勒天氣雷達接收機的選型及常見故障處理

楊 迪

（中國民用航空西北地區空中交通管理局，西安 710082）

民航事業迅猛發展，氣象監測雷達系統越發成熟，各種常規天氣雷達、多普勒天氣雷達、風廓線雷達等應運而生，幫助氣象預報員和管制員實現對惡劣天氣的有效監測、預警。全相參脈沖多普勒天氣雷達通過發射電磁波，接收目標物散射的電磁波，進而發現和測定氣象目標的距離、方位和仰角等。雷達接收機是雷達系統的重要組成部分，也是影響整個雷達系統性能及可靠性的非常重要的一環，我們知道噪聲是影響雷達接收機靈敏度的主要因素，接收機噪聲越小靈敏度越高，所能接收的信號就越弱，雷達的作用距離和探測范圍也就越遠。

1 雷達接收系統概述

系統由發射監控分機、發射配電電路等組成，具有明顯的大功率與電流、高電壓特征，各個系統間相輔相成、相互聯系，以有效處理接收到的數據信息。接收機電源由開關操控，確保電壓穩定，對大功率主波脈沖過濾，確保主波功率的穩定性。固態放大器的應用，具有點評激勵信號、向速調管發送的作用。功率放大由速調管負責，陰極調制脈沖，放大輸入的射頻激勵信號功率，再發射高頻射頻輸送脈沖。電源分機能夠為固態調制儲能組件的功能發揮，以及充電電源提供必要的能量支撐。固態調制器通過變壓器、充電原件等傳遞脈沖，并借助脈沖變壓器向速調管陰極提供脈沖。磁場電源可圍繞速調管形成密封磁場的需求，向其聚焦線圈提供電流，規避分散電子柱引起的散焦情況，為其電子管安全運行提供基礎保障。在多普勒天氣雷達接收機的各功能模塊中，射頻接收分機負責對噪聲系數和相位噪聲進行標定，中頻接收分機負責對回波信號進行中頻采樣，然后通過數字匹配濾波后送往信號處理系統進行處理，頻率源分機用以產生系統所需的各種頻率的本振、時鐘信號，而激勵源分機則為發射分系統提供經激勵脈沖調制的射頻激勵信號和測試信號等，它們各司其責，缺一不可[1]。

2 雷達接收機選型

計算機技術的應用，對數字氣象雷達發展起到了積極促進作用，不斷強化了信息處理成效，以及氣象監測、預警能力。隨著數字化技術的快速發展，數字雷達接收機與傳統的模擬雷達接收機相比具有很多優點，如工作穩定，可編程，集成度高，中頻采波能夠接收更多信息等。

多普勒天氣雷達是用于研究中小尺度天氣系統，定量估測降水、強對流天氣的有效探測手段，對于保證民航飛行安全來說尤其有著重要的參考依據。基于多普勒效應的天氣雷達，集合了動力學、物理學等理論，使多普勒接收系統的建設成為了可能。系統借助相位相參信號，數字處理天線饋線系統回波信號，混頻、放大處理后，再輸送至數字信號處理系統進行數據矯正、測定，以放大系統全相參優勢。同時分離、標定噪聲源，提供穩定、精確的信號源，確保監測系統正常運行。

3 接收機故障與應對措施

3.1 PFN過壓與時序板故障

基于調制器PFN過壓故障角度分析，與固態調制器質量問題有關，其屬于軟性開關設備，調制脈沖合成、放大脈沖等操作，都會提高陰極輸出功率，功率超出預設值，監控分機收到放電觸發脈沖，經過整形與放大輸至調速管陰極，未滿足要求會出現信號系統損壞、短路等情況。故障處理技術人員，應當對脈沖網絡充電，以及放電過程等理論充分了解，參考其數據內容，進一步檢查SCR放電開關組件是否出現短路、未關斷等到位情況。通過示波器，測定脈沖幅度，檢查可控硅觸發脈沖信號的情況，未正常觸發，應當檢查其是否損壞[2]。

基于時序板顯示故障角度分析，經過接收系統16HZ時鐘信息傳遞的時序板控制信號，出現故障原因，與頻率源分機，向處理器傳輸不穩定信號有關。除此之外，也與時序電路板上電子元器件虛焊等因素有關。根據時序板故障提示，斷開輸出端電纜，降接收機頻率源輸出端，與示波器、測試電纜連接。啟動、調節示波器，直至正弦波顯示正常。檢查電子器件質量問題，及時更新損壞的電子模塊。

3.2 噪聲電平較低

接收機運行狀態評定，可通過噪聲電平等指標實現，平穩的噪聲電平，表示噪音系統運行正常，此時的振動功率未超過預定值，接收機的性能與雷達設備的功用正常發揮，為多普勒氣象雷達設備探測范圍的拓展提供了基礎保障。相反情況下，則表示接收系統運行故障，接收機靈敏度降低，雷達設備功用發揮直接受到影響。針對噪聲電平較低故障的維修，包括以下措施；一是斷開中頻、射頻接受分機通道，測定接收機終端噪聲電平值（正常1us為6-9dB），以此判斷中頻接收機運行狀態，產生故障顯示，表示中頻接收機已經出現質量問題。二是利用頻譜儀，測定頻率源，以及一本振頻率輸出功率，與設定的正常值（≥9dBm）進行比對，當測定的輸出功率小于9dBm，表示一本振出現質量問題。三是利用頻譜儀測定雷達晶振輸出，從而了解零件晶振運行狀態，及時更換較小輸出功率的雷達零配件，確保雷達零件晶振處于正常工作狀態。四是利用頻譜儀，測定雷達輸出功率，根據C波段頻標，評定功分電路功率，當測定功率顯示偏低，應當更換考慮頻標綜合模塊，確保100MHz公分電路處于正常工作狀態[3]。

4 結束語

天氣雷達系統的長時間運行，對接收機的整體性能提出了更多要求。對雷達接收機故障采取有針對性的應對措施，能夠切實提高雷達系統的維護水平，確保其穩定運行，提供精準的氣象探測數據和產品，進而提升我國民航天氣雷達現代化發展和空管安全管理的水平。