CINRAD/SA天氣雷達接收機測試通道故障排查方法

蒲曉勇，李 俊，程昌玉

(湖北省氣象信息與技術保障中心，武漢 430074)

0 引言

CINRAD/SA雷達接收機采用超外差式接收，信號運行路徑分為主通道、測試通道和控制通道[1]。主通道主要用于對雷達回波的放大和接收，測試通道則用于傳輸不同信號和選擇路徑，并將選擇的信號按特定的路徑送入接收機，以滿足接收機和雷達系統對噪聲系數、動態范圍、強度、速度及相噪測試和定標的需要，及時發現雷達接收通道增益的變化[2]。雷達RDASC系統軟件自動標校功能可根據變化量，在下一個體掃前調整雷達常數(Syscal值)，從而補償這種變化。如果變化太大，系統會發出請求維護的報警信息[3，4]。

1 測試通道的組成

CINRAD/SA雷達接收機測試通道由RF噪聲源、四路功分、微波延遲線、四位開關、二位開關、RF數控衰減器和接口板等部件組成[5-8](圖1)。

圖1 測試通道組成

四路測試信號分別為：來自頻率源CW射頻測試信號；RF噪聲源寬帶噪聲測試信號；微波延遲線4A21的高功率KD射頻測試信號；發射機3A5脈沖整形器輸出的RFD激勵測試信號。

2 測試通道故障排查

由于CINRAD/SA雷達接收機測試通道涉及開關和衰減器部件，信號小，且這些器件又受接收機接口板4A32的控制，所以故障排除很復雜，在維修過程中，首先考慮通道故障。根據報警信息和性能參數標定結果判斷四路信號對故障的影響，參考CW、噪聲溫度和RFD標定值，如果3個標定值均不正常，應首先檢查測試通道的公共部分，即射頻衰減器、接收機接口板和二位開關。文章分別對測試通道各主要部件故障判斷方法進行介紹。

2.1 四位開關故障判斷

在頻綜輸出正常的情況下，用頻綜J3輸出的CW信號作為測試信號源，將信號分別從四位開關的J1、J2、J3、J4注入，為了避免注入信號太大損壞四位開關，需要在信號注入前增加20 dB左右固定衰減器。打開測試程序，根據需要選擇測試程序中四位開關的測試通道(圖2)，用功率計在四位開關的J5口進行測量。因為J2→J5、J3→J5、J4→J5衰減值約3 dB，所以輸入信號分別從J2、J3、J4口輸入時從J5口測得的對應功率值用公式1進行計算。由于J1與J5間有14 dB左右的增益，當信號從J1注入后，在J5口的實測值應該在10 dBm以上，使用公式(2)進行計算。

圖2 測試控制界面

J5out=J3in-20 dB-3 dB

(1)

J5out=J3in-20 dB+14 dB

(2)

式中：J5out為四位開關J5口測量值；J3in為頻綜J3口輸入值。

2.2 數控衰減器故障判斷

在測試程序中，設置0 dB、1 dB、2 dB、4 dB、8 dB、16 dB、32 dB、40 dB共8個衰減量分別進行測量。用小功率計首先測量輸入值J1，然后分別測試設置的8個衰減值后的輸出值J2，數控衰減器自身衰減值約6 dB，輸出值J2out為：

J2out=J1in-衰減量設置值-6 dB

(3)

式中，J2out為數控衰減器J2口輸出值；J1in為數控衰減器J1口輸入值。

注意，如果J2口輸出值不正確，還不能判斷為數控衰減器損壞，因為數控衰減器還受接收機接口板控制，接口板輸出的控制碼不正確，同樣影響衰減器輸出。所以當數控衰減器J2口輸出不正確時，還應檢查接口板輸出的控制碼是否正確或檢查相應的控制電纜[9]。

2.3 二位開關故障判斷

二位開關用于射頻測試信號目的地選擇，是一個單刀雙擲開關，最大差損約2.5 dB。在通常的運行標定中，都是通過測試程序將信號注入接收機保護器前端J3口。同樣可以用小功率計測試保護器J3口輸入值和二位開關J1口的輸入值判斷二位開關的狀態。

2.4 RFD測量值異常故障判斷

RFD測試信號取自發射機脈沖形成器3A5的J3端，信號直接送至四位開關的J2口，此信號用來監測速調管輸入信號是否正常。 通過分析RFD測量值，并結合發射機功率，可以判斷發射機高頻激勵器3A4和高頻脈沖形成器3A5的輸出是否正常。當出現RFD值異常時，首先觀察RFD測量值和期望值的線性度，如果線性度不好，有可能是微波泄漏干擾或標定大信號時接收機飽和所致。

如果RFD1、RFD2、RFD3測量值和期望值等差，且相差不大，調整適配參數中R46項即可。若3項測量值出現非線性的情況，基本可以分為RFD1測量值大于期望值、RFD2和RFD3標定正常或RFD3測量值大于期望值、RFD1和RFD2正常兩種情況。第1種情況是因為高頻脈沖形成器3A5微波泄漏影響標定導致異常，可以通過直接更換3A5組件予以解決；而第2種情況是因為RFD取樣功率太大導致標定時接收機飽和，可以在取樣輸出點增加1個約2 dB的衰減器，再調整適配參數[10]。

2.5 KD測量值異常故障判斷

KD信號取自波導1DC2，該信號是雷達發射脈沖信號經速調管放大輸出的取樣，經W61電纜傳入接收機，經過6 dB SMA固定衰減器、四路功分、微波延遲線后送至四位開關的J1口，用來模擬回波信號以標定雷達反射率是否線性和測試發射機的輸出是否正常。KD測試信號一般和發射功率一起檢查，如果發射功率正常時出現該項報警，故障排查相對較復雜，KD采樣值大小與適配參數、電纜、微波延遲線、四路功分計、四位開關等均有關系。如果KD1、KD2、KD3測量值和期望值等差，且相差不大，調整適配參數中R47項即可。如果測量值和期望值偏差較多，則要測試四路功分計輸入功率是否正常。四路功分將信號一分為四，每路輸出信號比輸入小6 dB，用小功率計測得J2口輸出值應比J1口輸入值小6 dBm。如果四路功分和四位開關J1→J5路14 dB增益均正常，則要考慮更換接收機微波延遲線。同時調整適配參數R247和R255，R247雜波抑制檢查距離庫設置，調整范圍為12，14，16，18幾個數字，通常選用16，16表示的是16/2×0.25=2 km處的距離庫數據，2表示I和Q占用2位，0.25表示的是250 m的距離分辨率數值；R255是功率調整點，有32個點(0～31)供選擇，每個點代表1個時鐘周期104 ns(15.6 m)，32個點代表(32×15.6≈500 m)2個250 m的距離庫內采樣點的選擇，不同功率調整點會有不同的距離庫輸出數據，為了使得最大功率點盡量出現在單個距離庫的中間位置，通常使用20，21，22這3個參數。

3 結束語

接收機主要部件無自動故障定位功能，當出現告警無法判斷具體故障部件時，首先要分清是主通道還是測試通道發生故障，優先檢查測試通道故障。在對測試通道進行故障排查時，除了要著重檢查相關組件是否損壞，還要檢查各組件間信號連接電纜的情況。