動態范圍對多普勒雷達回波產品的影響

莊庭

摘 要 雷達接收機動態范圍的不合格導致接收機性能變壞，從而對多普勒雷達回波產品產生了嚴重的影響，降低了多普勒天氣雷達的探測預警能力。從天津CINRAD/SA雷達的一次接收機動態范圍故障導致雷達回波產品的不準確入手，詳細分析了接收機動態范圍故障的原因和對雷達回波產品的影響，通過分步分段故障排查和測試，迅速準確定位故障部位并修復故障。接收機動態范圍故障并不一定是電子器件的損壞造成的，傳輸線纜的信號泄露也是其故障原因之一，這為多普勒天氣雷達接收機動態范圍故障維修提供方法與借鑒。

【關鍵詞】CINRAD/SA雷達 接收機 動態范圍 雷達回波

當今的天氣預報工作人員在制作短臨天氣預報產品的過程中，大量的用到多普勒天氣雷達回波的產品，所以多普勒天氣雷達的數據質量和可用性在天氣預報工作起了舉足輕重的作用。多普勒天氣雷達接收機的動態范圍是多普勒天氣雷達的重要系統參數之一，這個參數是影響多普勒天氣雷達對小信號目標的探測能力以及天氣回波測量的準確度的關鍵因素，我們可以通過這個參數進而比較準確地測算出降水強度、降水量，識別和判斷強對流天氣以及冰雹、龍卷等極端天氣。

1 接收機的動態范圍

接收機的動態范圍（Dynamic Range下文簡稱DR）表示接收機能夠正常工作所容許的輸入信號強度變化的范圍，用使接收機開始出現過載時的輸入功率Pimax與最小可檢測信號功率Pimin之比來表示，如下式所示：

我們從公式（1）可以看出，信號太強，接收機會出現過載飽和，會導致接收系統動態范圍減少；信號太弱，就探測不到有效的氣象回波信號，雷達的性能會受到嚴重的損害。

每次做動態范圍測試時，先要點擊“Noise”按鈕，看看底部噪聲值，這個底部噪聲值必須保持在-64DB～-65DB左右，如果這個底部噪聲值跟標準值偏差太大，雷達接收機部分肯定是有故障的，所測出的動態范圍數值必然都不合格。然后我們選擇“inside”（機內動態測試）或者“outside”（機外動態測試），再點擊“Auto Test”按鈕就可以進行動態范圍測試了，最終得到一條動態擬合線。根據這條動態擬合線計算出“Slope”值（斜率），這個斜率值必須保持在0.985～1.015之間，越接近理論值1越好，否則所測試的動態范圍也是不合格的。最后根據“DynStart”和“DynEnd”值計算出“DynRange”值（動態范圍），當然“DynStart”和“DynEnd”這兩條直線是可以移動的，我們可以根據“DynStart”和“DynEnd”線移動到新的位置，再點擊“Fit”按鈕就可以得到新的動態范圍值。

2 動態范圍對多普勒天氣雷達回波的影響

2015年8月12日天津港特大火災爆炸事故導致天津塘沽雷達停機，雖然在8月13日經過雷達機務人員和北京敏視達的維修工程師的共同努力，天津塘沽雷達暫時恢復運轉。因為要做好災后救援的氣象服務工作，雷達沒法停機做系統的檢查各項參數。在8月19日的一次強降水過程當中，發現天津雷達探測到的降水回波強度值明顯弱于周邊雷達站探測到的同一塊降水回波強度值，很明顯天津雷達探測到的降水回波強度比滄州雷達弱5DBZ左右，而且探測到的強降水區域也比滄州雷達探測到的區域小，這就嚴重影響了預報員的業務工作和災害性天氣的預報，后果特別嚴重。

3 動態范圍異常的診斷和分析

影響動態范圍的因素較多，所以必須采用分步、分模塊的方法進行動態范圍調整和故障排查，我們把能夠影響接收機動態范圍的模塊整理了一下，同時把接收機的檢測通道和主通道各個檢測點的功率整理了一下。

4 動態范圍異常的檢測和排除

根據上文的故障范圍診斷和分析，使用功率計測量了圖2中所有器件的輸入輸出功率，發現所有器件都是沒有問題的，這種情況下只剩下一種可能，接收機系統中各模塊間的傳輸電纜出現信號泄露，導致接收機動態范圍值始終上不去。

4.1 排查思路

根據接收機動態范圍檢測信號的傳輸流程，重點排查從機內信號源到二位開關這段是否存在信號泄露，因為這段設備在接收機機柜內，平時調試過程中操作比較多的就在接收機機柜，是容易人為造成信號泄露的點。

4.2 排查過程

檢查信號泄露是否與接收機柜內的半剛性電纜有關：使用一根確定無信號泄露的半剛性電纜依次替換機內信號源的J3端口到四位開關的J3端口，四位開關的J5端口到7位RF數控衰減器的J1端口，7位RF數控衰減器的J2端口到二位開關的J1端口的半剛性電纜，并逐一做動態范圍測試，觀察動態范圍值是否有變化，如果有變化，那極有可能是該段的半剛性電纜的SFT電纜與SMA插頭的焊接處出現信號泄露。經測試發現替換完7位RF數控衰減器的J2端口到二位開關的J1端口的半剛性電纜，測試的動態范圍明顯好轉，結合前面檢查的結果，可以斷定二位開關的J1端口的半剛性電纜的SMA插頭和SFT電纜的焊接處發生信號泄露。

4.3 故障排除

將確定有問題的7位RF數控衰減器的J2端口到二位開關的J1端口的半剛性電纜兩邊的SMA插頭重新進行焊接，并確保接收機系統的抗干擾能力。把這個問題處理后，重新做機內動態測試和機外動態測試，都得到了合格的動態范圍值。

5 結語

本文結合了實測數據有條理的對天津雷達的接收機動態范圍故障進行了排查，并快速準確的定位了故障部位，提高了接收機的維修效率，保障了天津雷達業務系統的正常運行和使用。這次故障原因就在二位開關的J1端口的半剛性電纜的SMA插頭和SFT電纜的焊接處出現問題，導致屏蔽層破壞，抗干擾能力變差。這個問題有可能是平時做標校工作時，經常需要擰開這些SMA插頭，接信號源等測試設備，操作過于頻繁導致了這些焊接處出現破損，體現出基礎性硬件質量的重要性。

參考文獻

[1]楊傳鳳，柴秀梅，張海燕，黃秀韶，涂愛琴，劉朝暉，袁希強.CINRAD/SA雷達數字中頻改造技術難題及解決方法[J].氣象科技，2012，40（01）：5-8.

[2]楊蘇勤，湯達昌，謝啟杰，溫繼昌.一次典型CINRAD/SA接收機動態范圍異常分析與處理[J].氣象科技，2013，41（05）：970-973.

作者單位

天津市濱海新區氣象局 天津市 300457endprint