新一代天气雷达年维护和重要性能参数测试方法

邹红 雍新芳 张潇予

摘 要：为更好地发挥CINRAD/SC型新一代天气雷达的性能，延长使用寿命，在业务使用中必须定期做好维护工作，而年维护是雷达维护工作的关键。文章根据雷达的结构组成和工作原理，结合多年维护保养工作的经验，总结出一套行之有效的CINRAD/SC型雷达年维护方法，重点介绍了雷达重要性能参数测试的方法。以期为从事新一代天气雷达工作的技术人员提供参考。

关键词：新一代天气雷达 年维护 参数测试 方法

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0023-02

新一代天气雷达是气象部门用来分析中小尺度天气系统，预警强对流灾害性天气，制作短时临近预报以及指挥人工增雨作业强有力的工具。雷达维护保养工作可以有效地预防和减少故障的发生，将故障排除在萌芽阶段，对保证设备连续正常工作具有重要意义。按维护要求不同，分为日维护、周维护、月维护、年维护和不定期维护。其中年维护工作直接关系到雷达在汛期的运行质量，且年维护工作纷繁复杂，建立行之有效的年维护流程就至关重要。我国新一代天气雷达投入业务运行以来，在雷达的维护和维修方面，已积累了一些实践经验[1-2]。柴秀梅等[3]提出了新一代天气雷达分类维护和分级维护方法，梁金元等[4]总结了雷达维护保养的技术方法，梁华等[5]总结了CINRAD/CC雷达相关技术指标测试方法，但是具体针对CINRAD/SC型雷达年维护方法的研究不多。本文根据雷达的结构组成和工作原理，总结出一套行之有效的年维护方法，重点介绍了CINRAD/SC型雷达重要性能参数测试的步骤。

1 CINRAD/SC型雷达的结构和工作原理

CINRAD/SC型天气雷达由天线馈线系统、发射系统、接收系统、信号处理系统、数据处理和终端显示系统、伺服系统、监控系统、配电系统等8个部分组成，其简易图见图1[6]。雷达发射机将频率综合器输出的小功率高频信号进行高功率放大，经过铁氧体天线收发开关、波导馈线、方位和俯仰铰链送到馈源，由天线将能量辐射到空间。云、雨等目标后向散射和晴空大气衍射的电磁波被天线收集后，由接收机处理成数字中频信号，再经过信号提取和数据处理，输出强度、径向速度和速度谱宽等参数，在终端显示并生成产品，同时可以通过网络将产品分发给用户。

2 年维护方法

年维护工作应遵循先整体后分机，由表及里，自上而下的维护原则，雷达年维护就是对雷达整机做全面彻底的除尘、清洗、检查和保养工作。目的是为了使每个元部件都能保持有良好散热性、标准绝缘性、完整无损性、连接可靠性[4]，使雷达各项性能处于良好的工作状态，延长使用期限。

2.1 除尘

除尘工作要彻底就应遵循由表及里，自上而下的原则。除尘步骤：一是用吸尘器、棉布将天线座，机柜外表面大面积积尘清除。二是用吸尘器、棉布、软毛刷清除天线座和机柜内各机箱包括电路板、保险丝、开关、继电器、接触器等元器件表面的积尘，重点是清除计算机、机柜顶部散热风扇叶片上的灰尘。三是清除机柜背后下方进风窗口、机柜顶部排风窗口、发射柜后门上风管窗口、风冷柜风管窗口及柜体侧面和顶部窗口[7]。

2.2 清洗

清洗就是用酒精等清洗剂对雷达部件表面脏物进行清洗，确保元器件具有良好散热性、标准绝缘性。清洗步骤：一是用蘸有酒精的纱布清洗所有继电器、按键开关触点，以保持各触点接触良好。二是拆开外波导系统清洗每节波导内壁。三是用脱脂棉沾酒精仔细清洁汇流环环芯表面，切断电源，分别拆下外壳上的盖板上的4个螺钉、取下盖板后可见到环芯上的铜环，用手推动天线旋转，然后再由上向下擦洗环芯至无黑色即可[7]。

2.3 检查

外观检查主要包括三点：一是检查所有插件是否接触良好，机械部件固定有无松动，检查并拧紧所有电缆接头，插紧各元器件[8]。二是天线转台有无漏油及渗油现象，油标处油量是否有变化，天线传动系统是否灵活。三是检查电元器件外表面有无烧焦现象及电机碳刷有无磨损现象，及时更换。

2.4 保养

保养工作主要是对所有传动齿轮和轴承都要进行润滑、加油和换油，润滑是保证雷达机械长期正常工作，如不及时润滑，会使天线转动不灵活，齿面磨损加剧，出现异常响声。年维护时应用软刷沾汽油擦齿轮表面直至彻底清除干净，然后将新润滑脂涂在齿面上。

3 重要性能测试

3.1 脉冲包络和重复频率

测脉冲包络和重复频率试框图见图2所示[9]。

按图1所示连接测试设备，可变衰减器为SHK-3型衰减器，检波器TJ8-3的输出端接射频连接器（BNC-J-50Q和BNC-50KKJ），连接电缆均采用特性阻抗为75 Ω的雷达综合测试仪配套电缆。开启发射机高压，从示波器上读取射频脉冲包络的宽度T（即-3dB时的脉冲宽度）和周期T，计算出射频脉冲重复频率。

3.2 功率

在接收机内配置有峰值功率计（A通道用于发射机输出功率的测试），可将雷达工作频率、总的衰减量设置到功率计参数上。改变雷达工作频率，可直接在峰值功率计上读取发射机的峰值功率。

3.3 噪声系数

S波段雷达正常测试值为2.0～3.9 db。测试步骤：（1）在开低压状态下，多普勒处理模式应在PPP或FFT模式，雷达脉冲重复频率选择不变比。（2）在雷达实时处理程序中点击雷达控制，在下拉菜单中选择噪声系数测试。（3）在弹出的窗口依次点击无噪生源、采样、加噪声源、采样，分别读出其V1、V2和NF1。（4）根据公式计算得出噪声系数NF2，其中ENR有效为机内噪声源的有效超噪比，V1为断开噪声源读数，V2为接通噪声源读数，NF1为计算机显示读数。

3.4 系统动态特性

指标要求：≥85 db。测试步骤：（1）在雷达实时处理程序中点击雷达控制，在下拉菜单中选择系统标校的标校检查。（2）在雷达参数设置和控制面板窗口中选择RVP8控制，变比选NONE，滤波器选不滤波，将杂项控制的距离订正取消；选择接收机控制，在标校数据中的衰减值中改变衰减值（参考现场测试报告）。（3）读取其相应的强度值，根据输入输出数据，采用最小二乘法进行拟合，由实测曲线和拟合直线对应点的输出数据差值≤1.0 db来确定接收系统的低端下拐点和高端上拐点，上下拐点对应的输入信号功率差值为接收系统动态范围。

3.5 系统相干性

测试方法：（1）雷达在高压状态下进行，脉冲重复频率选择不变比，在雷达实时处理程序中点击雷达控制，在下拉菜单中选择相位稳定度。（2）在弹出的窗口中读取相位噪声，点击清零，读取新数据。

3.6 强度定标

回波强度测量值与注入信号计算回波期望值的最大差值应在+-1 db的范围内。测试方法：（1）在雷达开高压的状态下，通过雷达自动测试读取雷达常数C，通过雷达方程，其中C为雷达常数，Pr为输入信号功率，R为距离，Lat为大气损耗，由注入信号功率计算出相应的回波强度期望值。（2）在低压状态下，在雷达控制面板中点击系统标校的标校检查。注：RVP8杂项控制的距离订正通断应加上。（3）改变接收机控制中标校数据的衰减值。（4）点击工具栏中鼠标按钮，在提示窗口中读取其不同距离档的强度值为测量值。（5）计算出期望值和测量值的差值。

3.7 速度定标

用机内微波移相器对速度测量进行检验方法：（1）由机内测试信号经移相器后注入接收机，改变发射脉冲移相器的变化值，由公式公式中为相移，计算出速度值V2。（2）在雷达控制中程序中选择速度图，选择1000 Hz或750 Hz，不变比，不滤波。（3）选择控制面板中的接收机控制，在标校数据中的移相角度值。（4）在雷达实时处理程序中点击系统标校的标校检查，点击工具栏的鼠标按钮，在提示窗口中读取速度值V1。（5）计算出各个V2和V1的差值。

3.8 雷达天线水平测试

测试方法：（1）将水平仪放在测试平台上，将方位调到0°，调整水平仪，使水泡处于中间位置，记下读书。然后手动方位减速器手摇炳，每转动45°后调整水平仪使水泡处于中间位置，并记下水平仪变化后的读数。（2）计算方位角度相差180°的两读数的差值，选取最大差值。

4 安全作业

年维护是一项工作量非常大的技术工作，需要一定的时间才能完成，不可操之过急，必须 在断电停机状态下施，安全作业。如擦拭调制机柜和高压机柜内元器件时必须等相关元器件充分放电后进行；进入天线罩内应先将安全开关盒置于“断”；上天线时应注意将安全插销拉出将方位或俯仰按钮操作位置锁死；不要使用不合适的清洁剂来清洗机电元件及汇流环等。否则会出现“机损人伤”的后果，不可疏忽大意，应高度重视。

5 结语

雷达维护保养工作可以有效地预防和减少故障的发生，将故障排除在萌芽阶段，对保证设备连续正常工作具有重要意义。雷达技术人员应加强业务学习，进一步努力掌握新一代天气雷达的工作原理和基本结构，做到多维护，勤思考，在工作中不断累积经验，才能做好年维护工作。年维护工作纷繁复杂，掌握一套行之有效的年维护方法和参数测试步骤对雷达保障人员做好本职工作有重要意义。该文根据雷达的结构组成和工作原理，总结出一套简单的年维护和重要性能参数测试方法，但存在一定的局限性，还有很多细节需要在以后的年维护工作中实践且完善。

参考文献

[1] 符长静，孙殿光，苏添记，等.新一代天气雷达故障分析与日常维护[J].山东气象，2004，24（3）：37-38.

[2] 刘维成，张宇飞，杨晓军，等.新一代天气雷达故障分析与日常维护[J].甘肃科技，2009，25（23）：66-68.

[3] 柴秀梅，高玉春，潘新民，等.新一代天气雷达分类维护与分级维修的探讨[J].气象水文海洋仪器，2011，28（1）：116-119.

[4] 梁金元，刘武斌，曹巧莲.CINRAD/CC雷达维护保养技术[J].山西气象，2007，2（79）：26-28.

[5] 梁华，刘永强.CINRAD/CC雷达技术指标测试方法[J].干旱气象，2011，29（4）：504-508.

[6] 罗红.浅谈CINRAD/CD型天气雷达的维护保养[J].气象水文海洋仪器，2012，29（1）：95-98.

[7] 国营第七八四厂.新一代天气雷达培训教材[M].成都：国营第七八四厂，2006.

[8] 吴月友.L波段雷达工作原理及维修保养方法[J].气象水文海洋仪器，2014，31（1）：103-106.

[9] 彭涛，郑伟.新一代天气雷达故障检测及维护维修[J].四川气象，2007，27（1）：44-46.