天气雷达回波偏弱典型故障分析与研究

天气雷达回波偏弱典型故障分析与研究

周建宇

（包头机场分公司航务保障部气象台014040）

摘要：天气雷达回波的强弱是我们在雷达使用中重点关注的一个方面。因为天气雷达所探测目标物的位置、形状、大小、移动速度等等这些信息，都包含在目标物的雷达回波之中。而在天气雷达的回波之中，不仅仅包含上述目标物的有用信息，还包含了地物回波和其他的杂波。天气雷达回波的异常变化，包括变强和变弱，都将会使我们最终的测量数据产生很大的偏差，将严重影响我们对于目标物特性的正确判断。本文主要针对我们日常工作中最常见的天气雷达回波变弱这一故障现象进行分析研究，阐述了导致天气雷达回波变弱的一些可能因素，并通过实例分析，总结了排除天气雷达回波变弱这一问题的一般的分析、处理流程与方法。

关键词：天气雷达弱回波故障分析

引言

在天气雷达的日常使用中，回波故障是较多发生的一类故障。而在雷达回波故障中，回波变弱的情况又占绝大多数。而我们通过在雷达终端显示器上观察雷达回波，也能够直观地判断出雷达的工作状态是否正常。要准确、快速地查出雷达回波偏弱的原因，找出故障点，并做出针对性的处理，及时地排除故障，首先必须了解天气雷达的射频信号的工作流程。

1雷达射频信号的工作流程

如图1所示，雷达的射频信号和雷达的发射系统、接收系统、馈线系统均有关系，所以，我们在故障排查时，也主要是逐级检查这几个系统中的一些相关的重要元器件。一般情况下，故障均出于此。因此，作为维修人员，我们平常就应该熟练掌握这几个系统的工作原理、信号流程等基本知识，以及这几个系统之间的相互联系，信号走向，才能在排故、维修中做到心中有数，有的放矢。

图1雷达系统框图

2天气雷达回波变弱产生的原因及处理方式

根据雷达射频信号的工作流程可知雷达系统回波偏弱与多个分系统有关。

2.1发射系统

天气雷达的发射功率会影响回波信号的强度。发射系统中功率放大器的损坏，调制器高压不够时，均会导致回波偏弱。通常通过监测发射系统监控表盘指数、测试调制波形、测试检波包络和测试功率来判断和排除发射系统故障点。检查发射功率是否明显降低，检查发射电压电流表显示是否有明显变化。发射功率明显降低检查检波包络，电压电流表显著变化检查调制器。

2.2接收系统

接收系统通道内电缆或器件的损坏，会影响回波信号的强度。接收机中的馈线、放电保护器、高频放大器、中频放大器、混频器等损坏或老化，可导致接收机噪声变大，影响接收机的信噪比，进而使接收回波信号变弱。可通过关闭高压，在终端点击“标校检查”，或用信号源引一固定测试信号从场放后开始逐一排查器件和电缆，直到找到损坏器件。

2.3馈线系统

天气雷达馈线系统采用波导传输，波导的损耗过大，将会影响回波信号的接收。馈线系统有冷凝水，波导扭曲或有打火现象，方位和俯仰关节损坏，放电管等损坏，都会使得雷达回波减弱。一般采用太阳法来检验馈线系统是否正常，即在晴朗天气下，当雷达回波显示有明显的太阳亮线时，则证明馈线系统正常。

2.4伺服系统

伺服系统俯仰标定的准确性会影响回波的强弱。如果标定的仰角比实际的仰角小，则会导致回波偏弱。

一般都是通过太阳标定法来标定俯仰和方位的角度。

3案例分析

3.1故障现象

天气雷达回波明显变弱。

3.2故障分析

雷达回波明显变弱，首先应该从以下几方面考虑：

（1）从信号处理器出来的激励脉冲是否正常；

（2）接收系统的通道电缆或器件是否损坏；

（3）发射机的状态及输出功率是否有明显变化；

（4）馈线系统是否有冷凝水或损坏；

（5）终端软件标校是否有错误。

3.3维修方法

回波变弱具体检查步骤及维修方法：

3.3.1测试信号如变弱

（1）关闭高压，在终端点击“标校检查”，检查测试信号是否变弱。如果变弱，一般情况下是“场放”损坏了，需要更换“场放”和“放电管”（“场放”损坏一般情况下均是“放电管”损坏导致）。

（2）如果更换“场放”故障还未排除，则需检查接收通道器件。通过“信号源”引一个固定测试信号，从“场放”后开始逐一排查各器件和电缆，直到找到损坏的器件为止。

3.3.2测试信号如正常

（1）检查发射功率是否明显降低，检查发射电压电流表的显示是否有明显的变化。

（2）发射功率明显降低检查检波包络，电压电流表显著变化检查调制器。检波包络与发射调制波形之间的关系，如图2所示，

图2检波包络与发射调制波形之间的关系图3信号流程图

（二）属正常情况，（一）和（三）需进入信号处理器改变脉冲的延迟时间。

激励脉冲不正常，则需检查信号处理器；激励脉冲正常，则需检查频综输出。频综输出激励信号不正常，检查频综输入电源（+5V,+12V）。若电源不正常，需更换；若电源正常，需更换频综。脉冲功放输出不正常，需检查功放电源及功放前后的衰减器，若都正常，则需更换功放。

3.3.3、测试信号正常，发射机也正常

（1）检查馈线

如图3所示。馈线内的空气含有水分，室内外较大的温差，会使得馈线内形成冷凝水，附着在波导内壁吸收电磁波，严重时会导致回波全无。

（2）检查仰角标校是否正确

我们判断回波是否偏弱一般是根据固定的地物回波来判定的。当我们标定的仰角比正确的仰角偏大时，地物回波就会偏弱。反之，如果标定的仰角比正确的仰角偏小时，我们看到的回波会偏强。

4、结论

随着雷达技术的不断发展，新一代性能强大的天气雷达的不断涌现，使得天气雷达在我们的工作和生活中必将发挥越来越重要的作用。只有全面地了解雷达的基本知识、工作原理，熟练掌握雷达回波的信号流程走向，才能在遇到雷达回波故障时，快速地找到故障点，及时排除故障。这就要求我们在日常的工作中，勤于思考，勤于总结，不断提高自己的维修技能。同时，我们还要加强雷达的日常维护工作，按时、认真地做好雷达的日维护、周维护、月维护及年维护，降低雷达故障率，确保雷达正常、高效、稳定地工作。

参考文献：

[1]左飞.714C波段气象雷达无回波故障解析[J].科技情报开发与经济，2011（22）：156-158.

[2]郑迎宾，黄飞翔.天气雷达回波弱的分析研究[J].电子世界，2017（09）：67.

作者简介：周建宇（1973-），男，汉族，山西省朔州市，大学本科，工程师，从事研究方向：民航气象设备。