多普勒天气雷达发射及接收系统常见故障排除方法研究

李卫东 韩 波 殷秋云 张 敏 唐 云

1 研究意义及必要性

近年来，随着气象事业的飞速发展，新一代天气雷达在短时临近预报和防灾减灾中、气象装备保障等业务工作的开展和相应业务系统的建设方面发挥了重要作用，其增强了探测数据的应用能力、产品研发能力及服务能力，提升了气象服务的现代化水平。

现阶段，随着气象事业的快速发展，越来越多的研究人员、专家、学者参与雷达常见故障的研究分析当中。然而通过深入的调查分析发现，他们大多是对单一故障原因进行分析。基于此，笔者结合自身工作经验，举例说明自己在工作当中所面临的实际故障问题，并对出现故障的原因、诊断以及如何解决故障进行了研究分析，希望能起到抛砖引玉的作用。

2 研究重点

在气象探测的过程中，离不开气象雷达。怎样能最大限度地确保气象雷达装备保障能力以及工作效率，避免出现故障问题，是新形势下做好装备保障工作的重要任务。CINRAD/SA雷达是当今国际上先进的气象雷达之一，整个雷达前端系统要完成发射、接收、在线标订、系统控制等主要功能，其信号流程比较复杂。因此，掌握好雷达的发射和接收系统的故障排除有助于提高对整个雷达系统的理解，对判断和解决故障都有帮助。

3 发射及接收系统常见故障的排除方法

3.1 发射系统

工作原理：发射系统主要是由固态功放和脉冲速调管级联而成的。发射系统主要是将一些来自频率综合器的小功率射频脉冲信号转化成大功率的射频脉冲信号，然后再经过馈线系统传输至天线系统，并向空间辐射，以此实现对大气气象信息的探测。

故障1：发射机工作不正常，调制脉冲故障、调制脉冲过流。

故障分析及处理：第一，应复位气象雷达系统故障，复位之后，显示故障已经消除，并且显示系统恢复正常的运行状态。这主要是由于气象雷达监控系统当中的一些监测开关过于灵敏导致的。一旦系统所检测到的数值高于或者低于设定值，就会发出故障警报，这也就是人们所说的虚故障。

故障2：雷达系统提示“准加高压”，在加高压的瞬间，雷达电源的空气开关跳闸。

故障分析：调制机柜当中的禁止脉冲信号接头出现接触不良的现象，进而使调制脉冲取样信号产生了巨大的变化，最终出现输出电压处于快速变化的状态，导致调制脉冲波产生大幅度的波动。同时，烧毁了作为调制开关使用的大功率刚性调制器IGBT模块，继而产生相应的反馈脉冲电流，系统为了有效防止器件发生损坏现象，也就切断了电源。

处理情况：第一，应及时对已经出现故障的器件进行更换；第二，利用酒精全面清洗输入禁止脉冲信号的接头，清洗完毕之后及时拧紧；第三，科学合理地使用示波器，对调整之后的EXB841的触发脉冲进行有效监测。

注意事项：在这里需要注意的是，应定时定期打开高频柜，对储能电容和脉冲变压器上高压绝缘子的灰尘及时进行清理，以此最大限度地保持其绝缘性能。与此同时，还应及时观察检测仪器的读数是否处于正常数值，并检查相关插件是否处于正常工作状态，尤其是要检查高压部分是否牢固、是否存在打火现象等，一旦发现问题，应在第一时间进行解决。

故障3：可控硅风机故障。

导致可控硅风机出现故障问题的因素主要包括以下两方面：一是由于可控硅供电的+24 V电压出现了一定程度的损坏；二是可控硅风机运转存在一定的异常。

检修故障方法：在等发动机冷却之后，利用万能表监测可控硅的供电电源，验证输出+24 A的电流是否正常。如果验证没有出现电流输出的现象，就说明线性电源有所损坏，这时只需要更换新的电源。

故障4：常见的灯丝电源故障。

灯丝电源出现故障，主要是2个因素导致：一是灯丝电源出现异常，导致电流无法正常输出；二是灯丝电源负载处于断路状态。

排除故障的步骤：应及时关闭雷达发射机电源，然后使用万能表测量万用变压器四号和三号端子的阻值。如果所测量出的阻值超过4 Ω，就是由于脉冲电压器和调速管两者之间的接触不良所导致的断路。此时就需要及时调整接触点的高度。另外，应及时断开灯丝电源，然后和XSO3电缆进行相应连接，利用万用表测量电缆插头三脚和四脚的阻值：如果所测的阻值超过了4 Ω的话，就说明存在虚焊的可能；如果所测得的阻值处于2 Ω和4 Ω之间，也就说明电缆之间的连接并没有问题。

故障5：开高压后，高压电压上升至额定值2 700 V之后，高压断开，电压指示值显示为0。此时监控系统开关电源发出故障警报，按下系统故障复位后，系统显示恢复正常，但是再开高压之后，故障依旧存在。

故障检查与分析：系统显示高压，这也就说明高压开关电源处于正常工作的状态。高压断开之后，说明调制脉冲过流，保护电路发生了一定的作用。利用示波器对两路IGBT刚性调制器面板上的触发脉冲信号进行相应检查发现，两者之间的触发脉冲宽度存在一定的差异。在这种情况下，就导致了调制器开关出现了交替不均匀的现象，进而出现调制脉冲过流问题。基于此，人们就可以将故障问题锁定在预调器的触发脉冲产生器上，利用电缆，正确地将触发脉冲产生器板连接，然后利用示波器仔细地观察两路触发脉冲波形，可发现三极管v4早已出现故障，无法使用［1］。

故障处理：在这种情况下，只需要更换一个全新的三极管v4就可以了，然后测试波形显示恢复正常，并且开高压也显示正常。

3.2 接收系统

工作原理：回波信号在经过MSTC送达到低噪声场效应管放大器，然后通过放大器，在经过预选器之后，进入混频器当中，这样回波信号和本振信号两者之间就会出现变频，人们也就得到了30 MHZ的中频信号。此后，再送往数字中频转换器当中，就能转换成为光信号，并最终送到信号处理器中［2］。

故障1：雷达系统的监测子系统无故障提示，但终端无回波显示。

故障分析：如果终端并没有显示出现故障，那么也就能说明各个监测系统都是完好无损并且处于正常的工作状态。在这种情况下，人们可以先不检查这一系统器件，应将检查的重点放在一些没有设置监测点的器件上；如果依然提示没有故障，那么故障位置所在必然就是未设置监测点的回波通道上。此时只需要对接收机内的回波通道进行深入分析，就能找到故障问题所在（如图1所示）。

图1 接收机内的回波通道

要想验证接收机模拟部分是否处于正常的工作状态，可以通过观察接收机故障最终检测的结果来实现。可利用小功率计测量出在MSTC之间能有效接收到回波信号，然而终端却显示此时没有信号输出。在这种情况下，就可以断定是MSTC微波组合出现了故障。如果在较为恶劣的天气情况下出现此类故障的话，可以利用备份件替换最有可能出现故障的器件；如果依然没有解决故障，应再进行更加深入的研究［3］。

处理情况：在这种情况下，需要及时更换损坏的MSTC微波组合，然后在相应的终端上选择对MSTC微波组合的控制状态。

故障2：雷达系统不能加低压。

故障分析：接收机内的监控付系统无法正常上电，雷达无法正常利用遥控进行开机，并且对付系统进行直流稳压电源进行相应的监测，显示所测得的数值远低于正常值。在这种状况下，付系统也就无法正常进行上电工作，因而也就出现了接收机内的监控付系统的供电电源不正常现象。

处理情况：人们在更换完成付系统的直流稳压电源之后，付系统就能正常地进行上电工作，进而也就使系统恢复了正常［4］。

注意事项：在这里需要注意的是，应时刻留意接收机是否处于正常工作状态，同时应确保接收机监控面板上的电源是否处于正常状态。

4 结语

多普勒天气雷达发射系统以及接收系统的应用，为气象事业发展做出了巨大贡献，人们应全面加强对多普勒天气雷达发射系统以及接收系统故障的研究力度，并采取有效措施解决故障，确保雷达的正常运行，进而为人们提供更加优质、完善的服务。