摘 要：本文以CINRAD/SB雷达为研究对象，详细阐述了雷达回波生成原理和回波信号接收过程。围绕一起紫色回波故障实例，通过现象监测、报警信息分析和数据测试，不断排查，最终使得故障得以解决。为雷达技术人员提高故障分析和维护维修水平积累了更多经验。
关键词：CINRAD/SB；雷达；紫色回波故障； 处理
中图分类号：TN959.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-8595（2017） 02-024-05
电子科学技术 URL： http：//.cn DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2017.02.007
Abstract： By taking the CINRAD/SB radar as the research object， the principle of radar echo generation and the process of echo signal receiving are described in detail. Focusing on an example of purple echo fault， by indication monitoring， alert information analysis and data testing， investigations are continuously carried out， and ultimately， the fault is resolved. More experiences are accumulated for radar technicians to improve their abilities on fault analysis and maintenance.
Key words： CINRAD/SB； Radar； Purple Echo Fault； Deal With
引言
随着天气雷达投入业务应用，雷达故障分析及维护维修等方面积累了一定经验。预报人员通过雷达数据可以快速做出天气精准预报，为气象防灾减灾提供有力保障，这同时也对技术人员分析问题、解决问题的能力提出了更高要求[1-6]。
本文首先简要介绍了雷达回波生成原理，以CINRAD/SB雷达为例分析了回波信号接收过程，其次围绕一起紫色回波故障，通过定位与逐级排除法，描述了整个故障处理过程并进行总结，旨在为提高雷达技术水平积累更多经验。
1 雷达回波生成原理
雷达回波由雷达数據采集子系统RDA、雷达产品生成子系统RPG和主用户处理器PUP三部分共同完成。
1.1 RDA
RDA系统由7部分组成，包括天线馈线、天线、天线座、雷达发射机、雷达接收机、RDA监测设备、波导充气单元。RDA数据采集过程详见图1。
1.2 RPG
RPG功能包括四项：天气产品生成；本地存贮、分配和控制所选天气产品的档案；控制RDA操作模式；监视整个雷达的工作状态。RPG接收RDA的天气数据，执行速度解模糊处理，并把解模糊数据存入共享存贮器和磁盘存贮器。这些数据被继续随雨量数据一起处理，并转换成基本的及导出的天气产品。产品回送到共享存贮器，并有选择性地存档，根据PUP申请访问。RPG还处理发送控制命令、体扫描覆盖图、杂波检查区，并将有关数据报送给RDA。
1.3 PUP
PUP即用户使用终端，用户可根据需要向RPG发送产品需求命令。可显示存档，支持基本产品、导出产品和字符产品的日常或者一次性请求。
2 CINRAD/SB雷达回波信号接收过程
如图2所示，回波信号被探测到后，经接收机保护器（2A3），再经低噪声放大器（2A4）补偿其从天线到塔楼下接收机柜内变换器的电缆损耗（即预选带通滤波器的输出信号经射频预选滤波后送到混频器，预选带通滤波器（4A4）接收固定衰减和20dB定向耦合器DC2的低噪声放大器输出信号），其中万州雷达的发射频率为2.8GHz。
射频到中频信号的变换需由混频器—前置放大器（4A5）和匹配滤波器（4A6）共同实现。带通滤波器（4A4）输出的信号由J1输出口，注入混频器—前置放大器（4A5）组件，其内的20dB定向耦合器接收J1信号；混频器—前置放大器（4A5）组件内的30dB定向耦合器经信号入口J2接收稳定本振（STALO）信号；混频器—前置放大器（4A5）组件内的中频回波信号送至匹配滤波器组件（4A6），以改善信噪比。
匹配滤波器（4A6）的中频信号送入A/D高速采集模块（4A52），通过光纤传输到数字中频转换组合器（5A18），最后送达信号处理器（RDA计算机内）。
至此，回波信号的接收过程完成。
3 雷达紫色回波故障分析与处理
围绕一起雷达紫色回波故障，描述了整个分析与处理过程。
3.1 故障诊断
此次回波故障出现后，伴随有雷达回波基本反射率（R）显示满屏紫色（图3圆域内灰色所示）、速度（V）显示满屏紫色（类似于图3，从略）、标定的CW（连续波测试信号）与RFD（射频信号）等值的实测值远大于理论值（详见表1）等现象。报警信息有：“线性通道测试信号变坏（接收系统）”“线性通道射频激励信号变坏（接收系统）”“速度/谱宽检查变坏（接收系统）”“系统噪声温度变坏（接收系统）”“天线功率比变坏（发射系统）”等。
表1 给出了雷达故障时，相关定标参数情况，可以看出不管是连续波测试信号还是射频信号，实测值都大于理论值。
3.2 故障排查与处理
3.2.1 第一阶段
回波故障出现后，停止雷达运行，通过发射测试信号进行常规维护，技术指标包括：发射机包络形状、脉宽和机外功率检测，均属正常，肯定发射机系统正常。根据回波信号，从数字中频开始查找，使用台站峰值功率计（型号Agilent E4418B，探头为8481A）测试频综的射频激励信号、射频测试信号、本振信号和时钟信号，发现部分指标异常，如表2所示。初步判断为接收机噪声源、四位开关或接收机接口板问题。因器件不属于台站级，随即联系厂家携带雷达所需更换器件到站处理。
3.2.2 第二阶段
故障初步排查完成后，对所涉及的雷达器件进行逐一更换与替代，包括新的噪声源、四位开关、接收机接口板等，但紫色回波故障现象依旧。
与上级技术支持、厂家技术人员等继续沟通情况，达成共识为信号处理板问题。锁定故障为信号处理A板、B板或DCB板，并分析性能指标问题与RF数控衰减器相关。由于所需器件均不属台站级备件，随即联系敏视达、南京十四所分别发送对应雷达组件。
组件到站后，立即对锁定的问题器件进行逐一更换，但均无效果。更换了RF数控衰减器，接收机指标标定正常。经过两次更换仍不能解决故障，又锁定问题发生在频率综合器（下文简称频综）上。
3.2.3 第三阶段
台站检测工具有限，故邀请省级保障中心到雷达站再次进行故障诊断。用频谱仪检测频综器件，结果四路信号比较稳定，确认其不存在故障。根据接收机通道信号流程，再次用排除法逐级排查故障点位：
首先，需要判断问题出在模拟环节还是数字中频环节。断掉数字中频前端（去掉主通道模拟部分），紫色回波不变，证实接收机主通道模拟端正常，不会影响回波，再次锁定故障在数字中频后端。
其次，在锁定数字处理部分后，断掉时钟（4A15）对A/D高速采集模块（4A52）的时钟信号，回波异常不变（如图4所示）；断掉A/D高速采集模块（4A52）供电后，无回波，确认信号处理板不存在问题。
最后，断掉信号处理模块（5A18）的时钟信号，紫色回波不变，由此锁定A/D高速采集模塊（4A52）或者数字中频转换组合器（5A18）存在问题。由于所需更换器件也不属于台站级，故等待厂家提供所需器件后再行处理。
3.2.4 最终阶段
更换A/D高速采集模块（4A52）和数字中频转换组合器（5A18）的信号处理接口板，回波故障依旧。再仔细分析数字中频模块，排除硬件故障可能性，反复查看接收机主通道信号流程图，更换故障处理思路，决定从数字信号传输或者控制问题着手，查看中频后端的各个接线头，通过替代法判断接线好坏。
更换A/D时钟至5A18信号处理接口板时钟控制线后，故障消失。为进一步证实，再次换回原时钟控制线，故障出现。重复测试2次，最后查得A/D转换器时钟模块输出端（J4）到数字变频转换组合（5A18）的端口（J9）输入线的线头内线芯凹陷，不能建立正常光纤通讯；时钟（4A15）不能对信号处理模块（5A18）提供正常的时钟信号，更换A/D时钟至5A18信号处理接口板控制线，故障消失。
最终，更换一根新的时钟控制信号线，开机运行，测试通过，回波恢复正常（如图5所示），故障排除。
4 结束语
雷达回波故障可由多方面原因引起。深入了解雷达接收机系统、回波信号各级流向、回波生成原理等，掌握各个信号节点的相应技术，以及熟悉标定参数和报警信息等，对最终锁定故障所在起到了犹为重要的作用。此次故障的分析和处理思想，对今后的雷达维护维修具有深远的指导意义。
参考文献
王立轩， 葛润生， 秦勇， 等. 新一代天气雷达的自动标校技术[J]. 气象科技， 2001， 29（3）： 26-29.
胡东明， 伍志方. CINRAD/SA雷达日常维护及故障诊断方法[J]. 气象， 2003， 29（10）： 26-28.
王志武， 周宏根， 林忠南. 新一代多普勒天气雷达SA&B的故障分析[J]. 现代雷达， 2005， 27（1）： 16-17.
中国新一代多普勒天气雷达CINRAD/SB用户手册（中）[Z]. 北京： 北京敏视达雷达有限公司.
周红根， 柴秀梅， 胡帆， 等. 新一代天气雷达回波异常情况分析[J]. 气象，2008， 34（6）： 112-115.
柴秀梅， 黄晓， 黄兴玉. 新一代天气雷达回波强度自动标校技术[J]. 气象科技， 2007， 35（3）： 418-422.
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