新一代天氣雷達CINRAD/SA伺服系統故障分析與處理

毛承敏，石 偉，黃夢妮，王新發

（懷化市氣象局，湖南 懷化 418000）

新一代天氣雷達數據具有定位準確、時空分辨率高、產品種類齊全的特點，是分析形成短時強降水、雷暴大風、冰雹、龍卷等中小尺度天氣系統的重要數據支撐，也是現行短臨預警發布的重要參考依據；隨著經濟發展社會進步，政府及公眾對短中期預報及預警也提出了更高的要求，尤其是作為防災減災最后一道屏障的預警信息，其直接影響政府的決策，關乎廣大人民的生命和財產安全，這也對雷達運行保障提出了更高的要求。

目前，影響湖南CINRAD/SA雷達正常運行的因素較多。內部因素：雷達伺服系統的穩定性；天線系統的穩定性；發射機輸出功率；接收通道的穩定性；強度定標；相位噪聲等。外部因素：計算機故障；網絡傳輸故障；外部電路故障；輔助設施故障；工作人員業務素質等因素。以上因素嚴重影響了湖南CINRAD/SA雷達正常運行，其中伺服系統故障占到總故障的45%，極大的影響了短時氣象預警服務、決策服務的正確性。

1 伺服系統架構及工作原理

伺服系統主要功能是按照RAD計算機輸出的位置或速度命令使天線快速、準確地轉到命令所規定的位置或轉速，并將天線的方位角、俯仰角和天線座的狀態實時上報到RDA計算機。伺服系統主要包括俯仰伺服和方位伺服。俯仰和方式伺服主要組件有：5A6數字控制單元、5A7功率放大單元、DAU組合、上光端機、同步箱、聯軸節、光電碼盤、軸角盒等，俯仰鏈路包含滑環。其中5A6數字控制單元包括DCU數字板、DCU模擬板、狀態顯示電路板、軸角顯示電路板、電源濾波器和電源模塊等；5A7功率放大單元包括方位驅動器、俯仰驅動器和三相固態繼電器等。

伺服系統驅動雷達俯仰、方位轉動以及天線工作狀態的控制操作，都是由終端計算機發出的指令實施。伺服系統又可以分為驅動轉動鏈路和角碼狀態傳輸鏈路。伺服系統驅動轉動鏈路：RDA計算機發出指令到5A16轉接板，然后到DAU大底板，通過DUA大底板發送給5A6數字控制單元，再到5A7功率放大單元。5A7功率放大單元把指令分別發送給方位電機和俯仰電機，再發送到減速箱，最后通過減速箱把指令送到天線。伺服系統角碼狀態傳輸鏈路：天線方位和俯仰信息通過同步箱發送到光電碼盒，再發送到軸角盒，然后通過上光端機、上光纖板、下光纖板發送到DAU大底板，最后在終端計算機上顯示。

2 伺服系統頻發故障分析與處理

伺服系統故障多種多樣，頻發故障也很多。頻發故障大體可以分為兩類，一是驅動轉動鏈路故障，二是角碼狀態傳輸鏈路故障。

驅動轉動鏈路故障和角碼狀態傳輸鏈路又可以分為機械故障和信號傳輸故障。機械故障是指各個設備系統在規定的應力范圍內工作時，導致設備不能完成其功能的機械零件元器件的破裂、斷裂、卡死等損壞狀態，不能完成規定功能。如電機損壞、減速箱損壞、同步箱損壞、軸角盒破裂等。信號傳輸故障是指由RDA計算機發出控制天線的指令在傳輸到天線的過程中出現中斷；或者從天線反饋到RDA計算機的角碼信號中斷等情況。

伺服系統故障分析診斷的原則：首先要排除虛警或非常規操作造成伺服無法加強電，導致天線不工作；如收藏銷報警、電機手輪、電機過溫、電死限位、安全開關、門開關及伺服強電開關等。排查共同鏈路；如驅動轉動鏈路的5A6數字控制單元，角碼狀態傳輸鏈路的上光端機、上光纖板、下光纖板等。設備檢修最先考慮：供電、保險絲、線纜連接以及控制信號是否正常。

故障處理具體流程：通過天線狀態信息和角碼信息分析問題路線，同時確認是單路問題，還是方位、俯仰共同鏈路。可以通過二分法來排查故障所在位置，把時間復雜度控制在O(log2n)，這樣相比于從頭至尾逐一排查用的時間要少。首先根據伺服系統的工作流程，找到工作流程中的中點。不難發現流程圖的中點是天線，然后手動上下左右推天線，看5A6角碼顯示天線位置角碼傳輸是否正常。如果方位和俯仰角碼都能正常顯示，那說明角碼傳輸鏈路沒有故障，故障在驅動轉動鏈路，首先用RDASOT里的天線控制分別對天線的方位和俯仰進行控制，如果同時故障，根據診斷原則首先用二分法排查共同鏈路，如果故障不能排除，然后同樣是用二分法分別排查方位和俯仰的驅動轉動鏈路，如果只有一個驅動故障，直接用二分法對故障鏈路進行診斷；反之，說明角碼傳輸鏈路有故障，如果方位和俯仰角碼同時故障，根據診斷原則首先用二分法排查共同鏈路，如果故障不能排除，然后再用二分法分別對方位角碼傳輸鏈路和俯仰角碼傳輸鏈路進行故障排查。如果只有一個角碼故障，直接用二分法對故障鏈路進行診斷。

3 伺服系統維護及定標

為了確保伺服系統有良好的運行性能，需要臺站定期做好維護工作，首先在周、月維護時，要做好分機的清潔工作；記錄分機狀態信息，查看是否有異常波動。天線出現異響、轉動阻力增大、伺服系統噪聲變大等情況時，需及時停機檢查。分別檢查驅動轉動鏈路和角碼狀態傳輸鏈路，如匯流環的清理，發現問題及時更換；檢查光電碼盒輸出等。檢查伺服系統方位和俯仰精度，方位、俯仰精度檢驗時差值超過±0.1°，必須進行定標。

4 結語

工作中作為雷達機務人員，需要掌握伺服系統基本的工作狀態和工作流程，掌握伺服系統的驅動轉動鏈路和角碼狀態傳輸鏈路，以及外圍電路的設計特點，定期檢查電機的性能指標，保持其運轉精度，延長使用壽命。故障發生時，才能在第一時間做到思路清晰，快速、準確地找出故障原因，排除故障。避免盲目地對故障進行排查，這樣問題可能得不到有效解決，還可能造成連帶故障。

隨著雷達業務運行體系的建設，進一步明確了基層臺站的工作職責和流程，只有最大限度發揮一線保障的作用和優勢，提高機務人員的業務能力，在工作實踐中不斷地復習、鞏固、運用，真正做到技術整合，才能對提高和穩定本站業務質量起到關鍵作用，為開展重大天氣氣象服務提供準確可靠的決策數據。