論文：GFEL型二次測風(fēng)雷達接收系統(tǒng)原理及常見故障處理

論文：GFEL型二次測風(fēng)雷達接收系統(tǒng)原理及常見故障處理

　　【摘 要】本文針對GFE（L）型二次測風(fēng)雷達的特點，按照接收系統(tǒng)前、后端的功能劃分，介紹各模塊的主要工作原理、特點和主要技術(shù)指標(biāo)，依據(jù)各模塊參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和典型故障事例，分析其產(chǎn)生故障的特點和原因，以便在維修中快速定位和排除故障，且已在實際應(yīng)用中得到了驗證。

　　【關(guān)鍵詞】GFE（L）型；二次測風(fēng)雷達；接收機系統(tǒng)；故障處理

　　接收機是雷達系統(tǒng)的重要組成部分，其功能是通過預(yù)選濾波、放大、變頻、濾波、解調(diào)等方法最大限度獲得有用回波信號，同時濾除無用信號，將目標(biāo)反射或散射回的微弱射頻信號變成有足夠幅度的視頻或數(shù)字信號，用以滿足信號處理的要求。GFE（L）型二次測風(fēng)雷達是中國氣象局新一代高空氣象探測雷達，其接收系統(tǒng)采用了單通道、單脈沖二次雷達工作體制，它與數(shù)字探空儀相配合，將回答器回答的微弱射頻信號放大成有足夠幅度的視頻信號，送至測角、測距、天控、數(shù)字終端等系統(tǒng)，用以解調(diào)有用信號和實現(xiàn)測距、測角的自動跟蹤以及對雷達的控制。所以，接收系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，直接影響雷達其它系統(tǒng)的正常工作以及探測的精度[1]。

　　新疆區(qū)2006年完成安裝并投入業(yè)務(wù)運行的有十四部。多年的業(yè)務(wù)運行表明，該雷達工作狀態(tài)良好，探測精度較原來710型雷達相比有較大提高。但是，接收和天控系統(tǒng)的故障率較高，影響了探測的精度及數(shù)據(jù)的完整，本文重點從雷達接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理入手，分析可能產(chǎn)生故障的原因以及對其它系統(tǒng)的影響，找出解決問題的辦法。

　　1 GFE（L）型二次測風(fēng)雷達接收機的各部分功能及基本原理

　　1.1 GFE（L）型二次測風(fēng)雷達接收機的各部分功能及技術(shù)指標(biāo)

　　GFE（L）型二次測風(fēng)雷達的工作頻率為1675±6MHz，是目前氣象部門二次測風(fēng)雷達的主要工作頻段，工作在這個頻段具有作用距離遠、外部噪聲低、天線尺寸小、角分辨率高等特點。其主要技術(shù)指標(biāo)：

　　工作頻率：1675±6MHz

　　本振頻率：1645±6MHz

　　靈敏度：≤-107dBm

　　帶寬：2.7MHz

　　總增益：≥110dB

　　AGC控制能力：≥70dB

　　AFC跟蹤范圍：±4MHz

　　GFE（L）型二次測風(fēng)雷達接收系統(tǒng)由前端和后端兩部分組成，功能是將天線所接收到的探空儀射頻信號加以放大、變頻、解調(diào)送到測距、天控分系統(tǒng)以完成測距和跟蹤應(yīng)答器的功能。此外還將探空儀發(fā)回的探空碼解調(diào)出來，送到數(shù)據(jù)處理終端得到溫、壓、濕數(shù)據(jù)。同時還在測距分系統(tǒng)送來的主抑觸發(fā)脈沖的控制下，完成主波抑制功能以消除發(fā)射主波和近地物回波對AGC、AFC功能的影響。實現(xiàn)了角度自動跟蹤、自動測距、自動數(shù)據(jù)處理、近距離抓球與近距離測距。主要分電路原理分述如下：

　　高頻組件由高頻帶通濾波器、射頻放大器、本振、混頻器、前中放大器以及射頻、前中增益和頻率控制器組成。高頻帶通濾波器采用腔體機械濾波器，腔體濾波器為頻率可調(diào)的帶通濾波器。腔體機械濾波器由諧振腔、調(diào)諧螺釘?shù)冉M成，通過調(diào)諧螺釘改變諧振頻率實現(xiàn)可調(diào)的濾波特性。其作用是濾除工作頻率以外的其他干擾，包括對鏡像信號的抑制。濾波器的電氣性能通常用回波損耗、插入損耗、帶外抑制等特性來描述，濾波器的插入損耗越小，回波損耗越大，系統(tǒng)的匹配特性越好；帶外抑制越高，系統(tǒng)對帶外干擾的抑制越大。在機械特性上，要求濾波器的體積小、重量輕并具有穩(wěn)定的溫度、時間、電平特性。

　　本振為三點式振蕩器，頻率的調(diào)整由變?nèi)荻�極管來實現(xiàn)，振蕩輸出的信號經(jīng)一定的功率推動后送到混頻器。本振信號還耦合出一部分信號送到分頻器，分頻后的25kHz左右的方波信號送入主控箱中的終端板，終端板對其計數(shù)再乘以分頻數(shù)后在雷達控制界面上顯示出來。一般來說中頻放大器和濾波器的頻率是相對穩(wěn)定的，但在實際工作中，由于發(fā)射機磁控管振蕩器和接收機的本機振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高，當(dāng)外界條件變化時，只要其中一個頻率發(fā)生了變化，混頻后得到的實際中頻就會與額定中頻有偏差，造成接收機靈敏度及增益都會下降，嚴重時甚至看不到回波信號。為了防止這種情況在該電路中采用了自動頻率控制（AFC）電路，AFC控制范圍±4MHz。

　　前中輸出的30MHz信號送至室內(nèi)主控箱中的中頻通道盒，經(jīng)三級單片放大，再經(jīng)功分器分成兩路，一路送至測距，同時對此信號檢波、放大得到AGC電壓，分別送到射頻和前中放大，完成自動增益控制功能。另一路為角支路，經(jīng)放大、鑒頻，得到鑒頻電壓送至高頻組件中的本振，完成自動頻率控制。

　　2 GFE（L）型二次測風(fēng)雷達接收機典型故障分析與處理

　　雷達接收機的工作性能與其他系統(tǒng)密切相關(guān)，往往接收機的故障，會表現(xiàn)在其它系統(tǒng)，是維修人員難以判斷或者走彎路，下面根據(jù)接收機原理就一些典型故障進行分析[3-4]。

　　2.1 增益幅度不夠，接收機靈敏度下降，雷達工作到后期時，探空碼飛碼增多

　　該故障的特點是，初始放球探空碼飛碼少甚至無飛碼，工作到后期探空碼飛碼逐漸增多，如圖2-b所示，但是雷達自初始放球到工作結(jié)束，數(shù)據(jù)接收、測距、測角自動跟蹤正常。

　　結(jié)合接收機放大器和增益控制原理分析可知，引起該故障的因素很多。探空儀、前置高放、高頻組件、隔離器、限幅器、環(huán)流器工作狀態(tài)不好，接收通路中信號線纜、高頻接插件接觸不良引起信號的衰減，外部及地物干擾等都可能引起探空飛碼多。

　　排除方法對無測試手段的臺站來說，一般只能采用替換法。用不同批次探空儀作放球?qū)嶒灪陀美走_炮瞄鏡觀察低仰角時是否由于地物干擾造成，首先排除探空儀、地物干擾因素。然后檢查、擦洗、緊固接收通道信號線纜插頭，高頻接插件等。再對前置高放、高頻組件、中放單元進行更換。在無果的情況下，可提高中頻放大器增益進行解決。這種方法費時、費力，且需有大量的備件予以支持。

　　對于有經(jīng)驗和具備測試手段的維修工作者，可用網(wǎng)絡(luò)分析儀或射頻分析儀對接收通路的信號線纜逐段進行測試，從測試駐波比分析其線纜、高頻接插件接觸是否良好，一般駐波比應(yīng)≤1.4左右。用信號源、頻譜儀分別檢查前置高放，高頻組件、接收系統(tǒng)的增益及靈敏度等，測試結(jié)果應(yīng)符合前置高放、高頻組件、接收系統(tǒng)規(guī)定的增益及靈敏度指標(biāo)，通過測試可以直觀的找出故障部位。

　　2.2 前置高放增益下降，信號線纜接觸不良等，不能工作到球炸

　　臺站依然通過更換前置高放和檢查清潔保養(yǎng)緊固信號線纜插頭及高頻接插件等解決。長期工作經(jīng)驗表明，前置高放增益≤7dB時（正常時應(yīng)≥13dB）、前置高放輸入線纜插頭（SMA）脫落、WT9線纜接觸不良或芯線短路時會產(chǎn)生該故障。

　　當(dāng)然，高頻組件、中頻放大盒出現(xiàn)故障時，也會造成增益下降，但是這種情況發(fā)生時增益飽和，茅草幅度低，雷達無法正常工作。其原因是雷達在長期工作中，前置高放工作性能下降，天線運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生抖動，加之新疆冬、夏季溫差較大，處在室外的線纜和高頻接插件由于熱脹冷縮而產(chǎn)生形變，造成室外的線纜插頭和高頻接插件松動或氧化接觸不好，造成信號的衰減。因此，要加強日常的維護保養(yǎng)。

　　3 結(jié)束語

　　本文結(jié)合GFE（L）型二次測風(fēng)雷達接收機原理，討論了因接收機靈敏度和增益下降兩類故障現(xiàn)象以及解決方法，這兩類故障似乎有相同之處即增益幅度下降，但仔細分析是有區(qū)別的。第一類故障是由于器件變性而引起的軟性故障，檢查、發(fā)現(xiàn)解決問題的難度較大。當(dāng)然造成探空飛碼多的因素很多，其表現(xiàn)形式又有區(qū)別，在解決問題時，對具體情況要作具體分析。第二類故障比較直觀，易于發(fā)現(xiàn)解決。從解決兩類故障現(xiàn)象中認知到，隨著氣象探測設(shè)備的現(xiàn)代化、電子產(chǎn)品的高科技化和復(fù)雜化，計算機硬件、軟件及信息綜合處理的快速化，這些特點在現(xiàn)代雷達技術(shù)中的應(yīng)用非常突出，熟知雷達各系統(tǒng)原理是分析解決問題的基礎(chǔ)，少走彎路以達到快速、準(zhǔn)確隔離故障，以便快速維修，達到降低雷達修復(fù)時間的目的。

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