新一代多普勒天气雷达一次伺服系统故障分析及处理

 新一代多普勒天气雷达一次伺服系统故障分析及处理

张强 ,刘雪宇

张掖市气象局 甘肃 张掖 734000

摘要：文章以CINRAD/CC天气雷达为例，介绍了多普勒天气雷达伺服系统的构成及工作原理，结合工作原理对多普勒天气雷达伺服系统发生的故障进行了分析，重点介绍了伺服系统故障的排查方法及过程，并探讨总结了天气雷达伺服系统发生故障时的维护维修方法。

关键词：多普勒天气雷达；方位伺服系统；故障分析；维修措施

1 引言

CINRAD/CC 雷达作为全国新一代天气雷达探测网组网雷达之一，在短时临近预报、中小尺度灾害性天气的监测和预警等方面发挥着不可替代的重要作用，是气象防灾减灾的重要手段之一。因此，为缩短因故障停机的时间，保障雷达的正常运行，保证资料的有效性和连续性，对设备维护提出了非常严格的要求[1]。

雷达天线伺服系统是控制雷达正常运转的重要硬件组成部分，天线伺服系统是由天线座、抛物面天线、俯仰和方位方向的旋转机构、天线、伺服功放和伺服电子控制等部分组成[2]。本文针对伺服系统俯仰定位精度故障的维修实例,系统全面的讨论该故障的检查和排除，有利于维护人员快速排除伺服系统俯仰定位精度故障,同时也可作为方位定位精度故障排除的参考。

2 伺服系统构成

2.1工作原理

伺服系统由伺服分机的伺服控制板、方位和俯仰驱动器、方位和俯仰R/D变换板、本地控制键盘和显示面板以及开关电源和天线转台的传动机构、传感器(方位旋转变压器和俯仰变压器)、伺服电机等组成(如图1所示)。伺服系统用其内部的BITE对本系统的故障信息进行检测，并将故障信息送往监控系统，在雷达终端显示器上进行显示。

由图1可以看出，伺服控制板是伺服系统的核心控制电路，输入信号主要来自于监控分系统和本控面板送来的天线控制指令、R/D 变换板送来的天线方位和仰角角度码等。这些输入信号经过软件的运算和处理后，输出变频脉冲信号经过伺服驱动器控制天线的旋转速度以及天线方位、仰角转向。R/D 变换板输入信号包括来自方位、俯仰旋转变压器产生的确定天线方位仰角正弦和余弦信号。驱动器输入信号包括来自伺服本控面板的天线定位位置指令，电机码盘送来的天线当前转向转速状态信号。输出信号有伺服驱动器将输入信号经过内部运算处理后最终产生驱动天线转动的驱动信号送往驱动天线扫描的方位俯仰电机.另外，值得关注的是汇流环的上部连接俯仰电机与俯仰旋转变压器，下部通过插座引线链接着俯仰驱动器与俯仰 R/D 变换板，其中汇流环固定线柱与俯仰伺服驱动和俯仰 R/D 变换板相连，转动线柱与俯仰电机和俯仰旋转变压器相连[3]。

图1 伺服系统组成图

2.2伺服系统工作流程

如图2所示，伺服系统开机后，伺服控制系统收到本控或遥控操作指令后，经运算处理送出相应的脉冲信号驱动方位电机和俯仰电机按指令要求的方式进行扫描运动[4]。脉冲信号的频率决定电机的转速。方位旋转变压器和俯仰旋转变压器产生的代表天线方位角和仰角信息的信号，经方位R/D变换板和俯仰R/D变换板变换为14位二进制数字信号，回馈给伺服控制板，送至信号处理器经过监控系统送至监控终端进行显示［5］。

图2 伺服系统信号流程图

3 故障现象分析与排除

3.1故障现象及其表现特征

2018年5月份，雷达伺服分机出现了一次异常，表现在天线参数异常，俯仰和方位参数连续变化不停，手动调整伺服方位、仰角，雷达天线无反应。之后重启伺服模块，故障灯未消失，伺服仰角方位显示丢失，多次重试无效。

3.2故障分析及思路

由于伺服仰角方位显示丢失，首先怀疑俯仰R/D变换板、方位R/D变换板、伺服控制板异常，若检查发现以上部件均正常，则应检查方位、俯仰驱动器、方位、俯仰旋转变压器，以及方位电机和俯仰电机是否正常。

3.3故障维修措施

经过检查，初步怀疑，伺服分机中的某个插件版、旋转变压器或者电机损坏，先检查俯仰R/D变换板上25芯插座的测试信号XP2－7、XP2－8、XP2－9的正弦波是否正常，其中XP2－7为本板产生并使用的60V/400Hz激励信号、XP2－8为来自天线座的旋转变压器输出信号Sinθ、XP2－9为来自天线座的旋转变压器输出信号Cosθ。经检查发现俯仰R/D变换板正常。

接下来准备检查方位R/D变换板和伺服控制板，发现方位R/D变换板检测异常。继续检查伺服分机到转台的连接电缆是否正常，发现XP2－7、XP2－8、XP2－9的信号全部正常，则故障定位在方位R/D备份板，最终在替换方位R/D变换板后恢复正常。

4 总结

CINRAD/CC 雷达伺服系统故障可分为 4 类，即俯仰电源故障，方位电源故障，俯仰R/D 变换故障，方位R/D变换故障。从伺服控制板产生的俯仰驱动信号至俯仰驱动器经汇流环到俯仰电机这一信号线路上出现的故障归集为俯仰电源故障，从伺服控制板产生的方位驱动信号至方位驱动器到方位电机这一条信号线路上出现的故障归集为方位电源故障，从俯仰旋转变压器经汇流环至俯仰 R/D 变换板到伺服控制板的这一信号线路上出现的故障归集为俯仰R/D变换故障，从方位旋转变压器至方位R/D变换板到伺服控制板这一信号线路上出现的故障归集为方位R/D变换故障。根据上述故障分类，当出现伺服系统故障时，就可以确定是哪一部分出现了问题，再针对这一部分进行测试分析，查明故障原因。

此次雷达装备故障的快速排除，主要在以下方面值得总结：首先是维修过程科学严谨。维修人员严格按照故障报警信息和伺服面板的指示信息，逐步尝试、确定雷达天线伺服系统故障单元位置。二是当俯仰和方位的R/D变换板的其中一个出现问题时，俯仰、方位参数显示都不对，维修时，应该把它们结合起来考虑、检查。三是雷达装备的备品备件比较齐全。近年来，根据雷达装备的维修、维护需要，对易损、易坏电子元器件采取模块备份措施，为装备维修提供了物质保证。

参考文献:

[1]李培民,吴星霖,林月. CINRAD/CC 雷达冷却故障处理个例分析［J］.气象科技,2008,36(1) : 123－124．

[2]郑洪,柴秀梅,余加贵,高应鸣,张凌.CINRAD/CC雷达伺服系统故障分析与处理方法[J].气象与环境科学,2011,34(01):91-95.DOI:10.16765/j.cnki.1673-7148.2011.01.004.

[3]张计晨,李婧婧. 新一代天气雷达(CINRAD/CC)伺服系统功能组成分析与典型故障处理[C]//.第34届中国气象学会年会 S18 气象雷达探测新技术与数据质控的业务应用论文集,2017:290-293.

[4]李东喆.桃仙机场多普勒天气雷达伺服系统故障分析及处理[J].气象水文海洋仪器,2020,37(02):94-97.DOI:10.19441/j.cnki.issn1006-009x.2020.02.023.

[5]刘小东,柴秀梅,张维全,等.新一代天气雷达检修的技术和方法［J］.气象科技,2006，34(增刊):111－114．