714CD型天气雷达回波关联故障浅析

刘　健,贾　东,刘　颖

（1.赤峰市气象局,内蒙古 赤峰　024000；2.阿鲁科尔沁旗气象局,内蒙古 阿鲁科尔沁　025500）

714CD型天气雷达回波关联故障浅析

刘健1,贾东1,刘颖2

（1.赤峰市气象局,内蒙古 赤峰024000；2.阿鲁科尔沁旗气象局,内蒙古 阿鲁科尔沁025500）

摘要：回波作为714CD型天气雷达性能的最直观表现之一，往往能够成为故障判断的切入口，本文从雷达的运行原理、信号流程着手，通过对雷达各分系统的功能剖析，结合赤峰市新一代天气雷达历史故障实例，浅析雷达分系统与回波故障的关系。

关键词：714CD型天气雷达；回波偏强；回波偏弱；故障分析

1　CD型天气雷达的结构和功能概述

CINRAD/CD型天气雷达主要由天线罩、天线装置、馈线系统、发射系统、接收系统、伺服系统、监控系统、信号处理系统、终端系统和配电系统组成。具有探测降水、台风、暴雨、冰雹、龙卷等气象目标的功能。CD雷达能探测周围半径450千米范围内气象目标的强度和位置，定量测量半径200千米范围内的目标强度；能监测半径150千米范围内气象目标降水粒子群相对于雷达的平均径向速度和速度谱宽。CD 雷达对于分析中小尺度天气系统，警戒强对流危险天气，制作短期、短时和临近天气预报具有显著作用。

2　雷达工作的信号流程

图1　714CD型天气雷达信号流程图

714CD型天气雷达的信号流程如图1所示，雷达发射机将频率综合器输出的小功率高频信号经速调管进行高功率放大，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。

3　主要分系统对应故障点及实例分析

3.1发射系统部分

发射系统采用全相参体制，固态射频功率放大器推动高增益速调管构成放大式发射机。速调管采用电源电磁聚焦，系统监控采用可编程控制器，控制发射机冷却、低压、高压逻辑，故障记忆及保护功能。

发射系统主要由高压调制器系统和微波链路两部分组成，如图2所示。

图2　发射系统组成

3.1.1速调管

速调管为发射系统的核心，造价昂贵，为发射机的末级微波功率放大器。714CD型天气雷达发射机采用KC4082型永磁聚焦速调管，工作时在速调管调制高压和磁场的作用下，对阴极发射的电子注进行速度调制，进而获得密度调制，并与高频场进行能量交换，以获得微波放大与振荡。

速调管稳定工作一段时间后会逐渐老化，将使终端回波出现1-2dB的下降，老化之初并不明显，但这种下降将是持续性的，当回波强度出现连续小幅度衰减至回波偏弱，即可判断速调管老化已经显现，持续性衰减将愈演愈烈直至不能达标。

典型故障发生在2006年3月，赤峰市新一代天气雷达出现地物回波强度减弱，高压电流和注电流减小，发射功率下降的现象，机务人员敏锐发现速调管老化已经显现，开始申请更换速调管，至7月中旬数据接近不达标，此时新速调管已经到位，更换后雷达恢复正常。3.1.2功放分机

功放分机位于速调管前端，若该分机出现故障，其功放增益降低或功放损坏，将导致终端无回波。 .

3.2接收系统部分

接收系统主要由接收机、接收监控、接收电源分机和双通道脉冲功率计四部分组成。信号接收通道：经波导同轴转换器送出的回波信号进入接收机后经单刀双掷微波开关切换进入场放，经低噪声放大后滤波送入混频器与来自频综的本振信号混频送出30MHZ中频信号,再经低噪声前置中频放大后送入数字中频转换器内，在数字中频转换器内以36MHZ（RVP7）或72MHZ（RVP8）的采样速率对中频信号进行A/D变换，并经过格式变换后用光缆（RVP7）或网线（RVP8）送出数字中频信号给信号处理器，以便对气象回波的强度、速度及谱宽进行估值。

（1）场放。场放的作用是对微弱的高频回波信号进行低噪声放大，场放损坏将造成回波偏弱。位于场放前端的TR放电管故障会导致放电恢复时间过长，同样会使回波明显偏弱，相对而言，TR放电管更容易损坏，而放电管损坏极易导致场放烧毁。

（2）前置中放。前置中放的作用是对混频器输出的中频回波或测试信号进行放大，前置中放损坏将影响对中频回波的放大作用，造成回波偏弱；

（3）数字中频转换器（IFD）。数字中频转换器的作用为30MHz回波和30MHz相参基准信号同时进入数字中频转换器，在数字中频分机里分别被滤波、A/D变换，然后进行格式变换后，RVP7用光缆输出， RVP8通过CAT-5E接口用网线输出。

（4）频率综合器。频率综合器的作用是产生接收机必需的本振信号，相参基准信号（COHO信号）、激励信号、测试信号。同时提供一路相参基准付路信号用于移相功能或前中、数字中频转换器检查。其损坏也会造成回波偏弱。

（5）接收通路的微波开关或电缆损耗增大，同样可能造成回波偏弱。

3.3馈线系统部分

馈线的作用为在雷达发射状态时，由馈线将发射机产生的高功率微波能量传输到馈源及天线，再由天线将微波能量定向辐射到空间；在雷达接收状态时，由天线接收的回波信号，经馈线传输至接收机。馈线内生锈，有冷凝水，或者馈线扭伤均可造成回波偏弱或者无回波。

3.4伺服系统部分

伺服系统包括方位和俯仰伺服系统。天线方位伺服系统由方位、俯仰共用的伺服分机和伺服电源分机及方位驱动分机、方位驱动永磁直流电动机组J130SZ-C1601-01、方位减速器、方位主发送器等组成；天线俯仰伺服系统由方位、俯仰共用的伺服分机和伺服电源分机及俯仰驱动分机、俯仰驱动永磁直流电动机组J130SZ-C1601-01、俯仰减速器、俯仰主发送器等组成。

3.5信号处理系统部分

信号处理系统的主要功能为识别气象回波信号与干扰噪声，抑制与气象回波无关的杂波，将气象目标回波信号的振幅、相位提取出来；信号处理器要准确地提取出云雨通过电磁波所带回来的各种气象参数，如反射率，径向速度及谱宽，为气象预报提供准确参数。

3.6终端系统部分

终端系统主要包括实时显示和遥控显示两套终端，可以对雷达参数进行设定。对于终端系统而言，若“距离订正”没有选，将可造成近处回波偏强，远距离回波偏弱，而标校参数出错同样可能造成回波偏强或偏弱。

参考文献

[1]焦中生，沈超玲，张云主编.气象雷达原理[M].北京：气象出版社,2005.

[2] 马胜萍主编.气象雷达维护与维修[M].北京：气象出版社,2014.