新一代天氣雷達(dá)年維護(hù)和重要性能參數(shù)測(cè)試方法

鄒紅 雍新芳 張瀟予

摘 要：為更好地發(fā)揮CINRAD/SC型新一代天氣雷達(dá)的性能，延長(zhǎng)使用壽命，在業(yè)務(wù)使用中必須定期做好維護(hù)工作，而年維護(hù)是雷達(dá)維護(hù)工作的關(guān)鍵。文章根據(jù)雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，結(jié)合多年維護(hù)保養(yǎng)工作的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套行之有效的CINRAD/SC型雷達(dá)年維護(hù)方法，重點(diǎn)介紹了雷達(dá)重要性能參數(shù)測(cè)試的方法。以期為從事新一代天氣雷達(dá)工作的技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達(dá) 年維護(hù) 參數(shù)測(cè)試 方法

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（c）-0023-02

新一代天氣雷達(dá)是氣象部門用來(lái)分析中小尺度天氣系統(tǒng)，預(yù)警強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣，制作短時(shí)臨近預(yù)報(bào)以及指揮人工增雨作業(yè)強(qiáng)有力的工具。雷達(dá)維護(hù)保養(yǎng)工作可以有效地預(yù)防和減少故障的發(fā)生，將故障排除在萌芽階段，對(duì)保證設(shè)備連續(xù)正常工作具有重要意義。按維護(hù)要求不同，分為日維護(hù)、周維護(hù)、月維護(hù)、年維護(hù)和不定期維護(hù)。其中年維護(hù)工作直接關(guān)系到雷達(dá)在汛期的運(yùn)行質(zhì)量，且年維護(hù)工作紛繁復(fù)雜，建立行之有效的年維護(hù)流程就至關(guān)重要。我國(guó)新一代天氣雷達(dá)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來(lái)，在雷達(dá)的維護(hù)和維修方面，已積累了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[1-2]。柴秀梅等[3]提出了新一代天氣雷達(dá)分類維護(hù)和分級(jí)維護(hù)方法，梁金元等[4]總結(jié)了雷達(dá)維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)方法，梁華等[5]總結(jié)了CINRAD/CC雷達(dá)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方法，但是具體針對(duì)CINRAD/SC型雷達(dá)年維護(hù)方法的研究不多。本文根據(jù)雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，總結(jié)出一套行之有效的年維護(hù)方法，重點(diǎn)介紹了CINRAD/SC型雷達(dá)重要性能參數(shù)測(cè)試的步驟。

1 CINRAD/SC型雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和工作原理

CINRAD/SC型天氣雷達(dá)由天線饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和終端顯示系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等8個(gè)部分組成，其簡(jiǎn)易圖見(jiàn)圖1[6]。雷達(dá)發(fā)射機(jī)將頻率綜合器輸出的小功率高頻信號(hào)進(jìn)行高功率放大，經(jīng)過(guò)鐵氧體天線收發(fā)開(kāi)關(guān)、波導(dǎo)饋線、方位和俯仰鉸鏈送到饋源，由天線將能量輻射到空間。云、雨等目標(biāo)后向散射和晴空大氣衍射的電磁波被天線收集后，由接收機(jī)處理成數(shù)字中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)提取和數(shù)據(jù)處理，輸出強(qiáng)度、徑向速度和速度譜寬等參數(shù)，在終端顯示并生成產(chǎn)品，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)品分發(fā)給用戶。

2 年維護(hù)方法

年維護(hù)工作應(yīng)遵循先整體后分機(jī)，由表及里，自上而下的維護(hù)原則，雷達(dá)年維護(hù)就是對(duì)雷達(dá)整機(jī)做全面徹底的除塵、清洗、檢查和保養(yǎng)工作。目的是為了使每個(gè)元部件都能保持有良好散熱性、標(biāo)準(zhǔn)絕緣性、完整無(wú)損性、連接可靠性[4]，使雷達(dá)各項(xiàng)性能處于良好的工作狀態(tài)，延長(zhǎng)使用期限。

2.1 除塵

除塵工作要徹底就應(yīng)遵循由表及里，自上而下的原則。除塵步驟：一是用吸塵器、棉布將天線座，機(jī)柜外表面大面積積塵清除。二是用吸塵器、棉布、軟毛刷清除天線座和機(jī)柜內(nèi)各機(jī)箱包括電路板、保險(xiǎn)絲、開(kāi)關(guān)、繼電器、接觸器等元器件表面的積塵，重點(diǎn)是清除計(jì)算機(jī)、機(jī)柜頂部散熱風(fēng)扇葉片上的灰塵。三是清除機(jī)柜背后下方進(jìn)風(fēng)窗口、機(jī)柜頂部排風(fēng)窗口、發(fā)射柜后門上風(fēng)管窗口、風(fēng)冷柜風(fēng)管窗口及柜體側(cè)面和頂部窗口[7]。

2.2 清洗

清洗就是用酒精等清洗劑對(duì)雷達(dá)部件表面臟物進(jìn)行清洗，確保元器件具有良好散熱性、標(biāo)準(zhǔn)絕緣性。清洗步驟：一是用蘸有酒精的紗布清洗所有繼電器、按鍵開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，以保持各觸點(diǎn)接觸良好。二是拆開(kāi)外波導(dǎo)系統(tǒng)清洗每節(jié)波導(dǎo)內(nèi)壁。三是用脫脂棉沾酒精仔細(xì)清潔匯流環(huán)環(huán)芯表面，切斷電源，分別拆下外殼上的蓋板上的4個(gè)螺釘、取下蓋板后可見(jiàn)到環(huán)芯上的銅環(huán)，用手推動(dòng)天線旋轉(zhuǎn)，然后再由上向下擦洗環(huán)芯至無(wú)黑色即可[7]。

2.3 檢查

外觀檢查主要包括三點(diǎn)：一是檢查所有插件是否接觸良好，機(jī)械部件固定有無(wú)松動(dòng)，檢查并擰緊所有電纜接頭，插緊各元器件[8]。二是天線轉(zhuǎn)臺(tái)有無(wú)漏油及滲油現(xiàn)象，油標(biāo)處油量是否有變化，天線傳動(dòng)系統(tǒng)是否靈活。三是檢查電元器件外表面有無(wú)燒焦現(xiàn)象及電機(jī)碳刷有無(wú)磨損現(xiàn)象，及時(shí)更換。

2.4 保養(yǎng)

保養(yǎng)工作主要是對(duì)所有傳動(dòng)齒輪和軸承都要進(jìn)行潤(rùn)滑、加油和換油，潤(rùn)滑是保證雷達(dá)機(jī)械長(zhǎng)期正常工作，如不及時(shí)潤(rùn)滑，會(huì)使天線轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，齒面磨損加劇，出現(xiàn)異常響聲。年維護(hù)時(shí)應(yīng)用軟刷沾汽油擦齒輪表面直至徹底清除干凈，然后將新潤(rùn)滑脂涂在齒面上。

3 重要性能測(cè)試

3.1 脈沖包絡(luò)和重復(fù)頻率

測(cè)脈沖包絡(luò)和重復(fù)頻率試框圖見(jiàn)圖2所示[9]。

按圖1所示連接測(cè)試設(shè)備，可變衰減器為SHK-3型衰減器，檢波器TJ8-3的輸出端接射頻連接器（BNC-J-50Q和BNC-50KKJ），連接電纜均采用特性阻抗為75 Ω的雷達(dá)綜合測(cè)試儀配套電纜。開(kāi)啟發(fā)射機(jī)高壓，從示波器上讀取射頻脈沖包絡(luò)的寬度T（即-3dB時(shí)的脈沖寬度）和周期T，計(jì)算出射頻脈沖重復(fù)頻率。

3.2 功率

在接收機(jī)內(nèi)配置有峰值功率計(jì)（A通道用于發(fā)射機(jī)輸出功率的測(cè)試），可將雷達(dá)工作頻率、總的衰減量設(shè)置到功率計(jì)參數(shù)上。改變雷達(dá)工作頻率，可直接在峰值功率計(jì)上讀取發(fā)射機(jī)的峰值功率。

3.3 噪聲系數(shù)

S波段雷達(dá)正常測(cè)試值為2.0～3.9 db。測(cè)試步驟：（1）在開(kāi)低壓狀態(tài)下，多普勒處理模式應(yīng)在PPP或FFT模式，雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率選擇不變比。（2）在雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序中點(diǎn)擊雷達(dá)控制，在下拉菜單中選擇噪聲系數(shù)測(cè)試。（3）在彈出的窗口依次點(diǎn)擊無(wú)噪生源、采樣、加噪聲源、采樣，分別讀出其V1、V2和NF1。（4）根據(jù)公式計(jì)算得出噪聲系數(shù)NF2，其中ENR有效為機(jī)內(nèi)噪聲源的有效超噪比，V1為斷開(kāi)噪聲源讀數(shù)，V2為接通噪聲源讀數(shù)，NF1為計(jì)算機(jī)顯示讀數(shù)。

3.4 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性

指標(biāo)要求：≥85 db。測(cè)試步驟：（1）在雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序中點(diǎn)擊雷達(dá)控制，在下拉菜單中選擇系統(tǒng)標(biāo)校的標(biāo)校檢查。（2）在雷達(dá)參數(shù)設(shè)置和控制面板窗口中選擇RVP8控制，變比選NONE，濾波器選不濾波，將雜項(xiàng)控制的距離訂正取消；選擇接收機(jī)控制，在標(biāo)校數(shù)據(jù)中的衰減值中改變衰減值（參考現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告）。（3）讀取其相應(yīng)的強(qiáng)度值，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進(jìn)行擬合，由實(shí)測(cè)曲線和擬合直線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的輸出數(shù)據(jù)差值≤1.0 db來(lái)確定接收系統(tǒng)的低端下拐點(diǎn)和高端上拐點(diǎn)，上下拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)功率差值為接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。

3.5 系統(tǒng)相干性

測(cè)試方法：（1）雷達(dá)在高壓狀態(tài)下進(jìn)行，脈沖重復(fù)頻率選擇不變比，在雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序中點(diǎn)擊雷達(dá)控制，在下拉菜單中選擇相位穩(wěn)定度。（2）在彈出的窗口中讀取相位噪聲，點(diǎn)擊清零，讀取新數(shù)據(jù)。

3.6 強(qiáng)度定標(biāo)

回波強(qiáng)度測(cè)量值與注入信號(hào)計(jì)算回波期望值的最大差值應(yīng)在+-1 db的范圍內(nèi)。測(cè)試方法：（1）在雷達(dá)開(kāi)高壓的狀態(tài)下，通過(guò)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試讀取雷達(dá)常數(shù)C，通過(guò)雷達(dá)方程，其中C為雷達(dá)常數(shù)，Pr為輸入信號(hào)功率，R為距離，Lat為大氣損耗，由注入信號(hào)功率計(jì)算出相應(yīng)的回波強(qiáng)度期望值。（2）在低壓狀態(tài)下，在雷達(dá)控制面板中點(diǎn)擊系統(tǒng)標(biāo)校的標(biāo)校檢查。注：RVP8雜項(xiàng)控制的距離訂正通斷應(yīng)加上。（3）改變接收機(jī)控制中標(biāo)校數(shù)據(jù)的衰減值。（4）點(diǎn)擊工具欄中鼠標(biāo)按鈕，在提示窗口中讀取其不同距離檔的強(qiáng)度值為測(cè)量值。（5）計(jì)算出期望值和測(cè)量值的差值。

3.7 速度定標(biāo)

用機(jī)內(nèi)微波移相器對(duì)速度測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)方法：（1）由機(jī)內(nèi)測(cè)試信號(hào)經(jīng)移相器后注入接收機(jī)，改變發(fā)射脈沖移相器的變化值，由公式公式中為相移，計(jì)算出速度值V2。（2）在雷達(dá)控制中程序中選擇速度圖，選擇1000 Hz或750 Hz，不變比，不濾波。（3）選擇控制面板中的接收機(jī)控制，在標(biāo)校數(shù)據(jù)中的移相角度值。（4）在雷達(dá)實(shí)時(shí)處理程序中點(diǎn)擊系統(tǒng)標(biāo)校的標(biāo)校檢查，點(diǎn)擊工具欄的鼠標(biāo)按鈕，在提示窗口中讀取速度值V1。（5）計(jì)算出各個(gè)V2和V1的差值。

3.8 雷達(dá)天線水平測(cè)試

測(cè)試方法：（1）將水平儀放在測(cè)試平臺(tái)上，將方位調(diào)到0°，調(diào)整水平儀，使水泡處于中間位置，記下讀書(shū)。然后手動(dòng)方位減速器手搖炳，每轉(zhuǎn)動(dòng)45°后調(diào)整水平儀使水泡處于中間位置，并記下水平儀變化后的讀數(shù)。（2）計(jì)算方位角度相差180°的兩讀數(shù)的差值，選取最大差值。

4 安全作業(yè)

年維護(hù)是一項(xiàng)工作量非常大的技術(shù)工作，需要一定的時(shí)間才能完成，不可操之過(guò)急，必須 在斷電停機(jī)狀態(tài)下施，安全作業(yè)。如擦拭調(diào)制機(jī)柜和高壓機(jī)柜內(nèi)元器件時(shí)必須等相關(guān)元器件充分放電后進(jìn)行；進(jìn)入天線罩內(nèi)應(yīng)先將安全開(kāi)關(guān)盒置于“斷”；上天線時(shí)應(yīng)注意將安全插銷拉出將方位或俯仰按鈕操作位置鎖死；不要使用不合適的清潔劑來(lái)清洗機(jī)電元件及匯流環(huán)等。否則會(huì)出現(xiàn)“機(jī)損人傷”的后果，不可疏忽大意，應(yīng)高度重視。

5 結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)維護(hù)保養(yǎng)工作可以有效地預(yù)防和減少故障的發(fā)生，將故障排除在萌芽階段，對(duì)保證設(shè)備連續(xù)正常工作具有重要意義。雷達(dá)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步努力掌握新一代天氣雷達(dá)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，做到多維護(hù)，勤思考，在工作中不斷累積經(jīng)驗(yàn)，才能做好年維護(hù)工作。年維護(hù)工作紛繁復(fù)雜，掌握一套行之有效的年維護(hù)方法和參數(shù)測(cè)試步驟對(duì)雷達(dá)保障人員做好本職工作有重要意義。該文根據(jù)雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，總結(jié)出一套簡(jiǎn)單的年維護(hù)和重要性能參數(shù)測(cè)試方法，但存在一定的局限性，還有很多細(xì)節(jié)需要在以后的年維護(hù)工作中實(shí)踐且完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 符長(zhǎng)靜，孫殿光，蘇添記，等.新一代天氣雷達(dá)故障分析與日常維護(hù)[J].山東氣象，2004，24（3）：37-38.

[2] 劉維成，張宇飛，楊曉軍，等.新一代天氣雷達(dá)故障分析與日常維護(hù)[J].甘肅科技，2009，25（23）：66-68.

[3] 柴秀梅，高玉春，潘新民，等.新一代天氣雷達(dá)分類維護(hù)與分級(jí)維修的探討[J].氣象水文海洋儀器，2011，28（1）：116-119.

[4] 梁金元，劉武斌，曹巧蓮.CINRAD/CC雷達(dá)維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)[J].山西氣象，2007，2（79）：26-28.

[5] 梁華，劉永強(qiáng).CINRAD/CC雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方法[J].干旱氣象，2011，29（4）：504-508.

[6] 羅紅.淺談CINRAD/CD型天氣雷達(dá)的維護(hù)保養(yǎng)[J].氣象水文海洋儀器，2012，29（1）：95-98.

[7] 國(guó)營(yíng)第七八四廠.新一代天氣雷達(dá)培訓(xùn)教材[M].成都：國(guó)營(yíng)第七八四廠，2006.

[8] 吳月友.L波段雷達(dá)工作原理及維修保養(yǎng)方法[J].氣象水文海洋儀器，2014，31（1）：103-106.

[9] 彭濤，鄭偉.新一代天氣雷達(dá)故障檢測(cè)及維護(hù)維修[J].四川氣象，2007，27（1）：44-46.