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

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

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

　　接收機是雷達系統的重要組成部分，其功能是通過(guò)預選濾波、放大、變頻、濾波、解調等方法最大限度獲得有用回波信號，同時(shí)濾除無(wú)用信號，將目標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字信號，用以滿(mǎn)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，其接收系統采用了單通道、單脈沖二次雷達工作體制，它與數字探空儀相配合，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、數字終端等系統，用以解調有用信號和實(shí)現測距、測角的自動(dòng)跟蹤以及對雷達的控制。所以，接收系統性能的穩定，直接影響雷達其它系統的正常工作以及探測的精度[1]。

　　新疆區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(lái)710型雷達相比有較大提高。但是，接收和天控系統的故障率較高，影響了探測的精度及數據的完整，本文重點(diǎn)從雷達接收系統的結構及工作原理入手，分析可能產(chǎn)生故障的原因以及對其它系統的影響，找出解決問(wèn)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

　　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(mén)二次測風(fēng)雷達的主要工作頻段，工作在這個(gè)頻段具有作用距離遠、外部噪聲低、天線(xiàn)尺寸小、角分辨率高等特點(diǎn)。其主要技術(shù)指標：

　　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)雷達接收系統由前端和后端兩部分組成，功能是將天線(xiàn)所接收到的探空儀射頻信號加以放大、變頻、解調送到測距、天控分系統以完成測距和跟蹤應答器的功能。此外還將探空儀發(fā)回的探空碼解調出來(lái)，送到數據處理終端得到溫、壓、濕數據。同時(shí)還在測距分系統送來(lái)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(shí)現了角度自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)測距、自動(dòng)數據處理、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的帶通濾波器。腔體機械濾波器由諧振腔、調諧螺釘等組成，通過(guò)調諧螺釘改變諧振頻率實(shí)現可調的濾波特性。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(lái)描述，濾波器的插入損耗越小，回波損耗越大，系統的匹配特性越好；帶外抑制越高，系統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、重量輕并具有穩定的溫度、時(shí)間、電平特性。

　　本振為三點(diǎn)式振蕩器，頻率的調整由變容二極管來(lái)實(shí)現，振蕩輸出的信號經(jīng)一定的功率推動(dòng)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，終端板對其計數再乘以分頻數后在雷達控制界面上顯示出來(lái)。一般來(lái)說(shuō)中頻放大器和濾波器的頻率是相對穩定的，但在實(shí)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定度不高，當外界條件變化時(shí)，只要其中一個(gè)頻率發(fā)生了變化，混頻后得到的實(shí)際中頻就會(huì )與額定中頻有偏差，造成接收機靈敏度及增益都會(huì )下降，嚴重時(shí)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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密切相關(guān)，往往接收機的故障，會(huì )表現在其它系統，是維修人員難以判斷或者走彎路，下面根據接收機原理就一些典型故障進(jìn)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(shí)，探空碼飛碼增多

　　該故障的特點(diǎn)是，初始放球探空碼飛碼少甚至無(wú)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束，數據接收、測距、測角自動(dòng)跟蹤正常。

　　結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(xiàn)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(wú)測試手段的臺站來(lái)說(shuō)，一般只能采用替換法。用不同批次探空儀作放球實(shí)驗和用雷達炮瞄鏡觀(guān)察低仰角時(shí)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(xiàn)纜插頭，高頻接插件等。再對前置高放、高頻組件、中放單元進(jìn)行更換。在無(wú)果的情況下，可提高中頻放大器增益進(jìn)行解決。這種方法費時(shí)、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(xiàn)纜逐段進(jìn)行測試，從測試駐波比分析其線(xiàn)纜、高頻接插件接觸是否良好，一般駐波比應≤1.4左右。用信號源、頻譜儀分別檢查前置高放，高頻組件、接收系統的增益及靈敏度等，測試結果應符合前置高放、高頻組件、接收系統規定的增益及靈敏度指標，通過(guò)測試可以直觀(guān)的找出故障部位。

　　2.2 前置高放增益下降，信號線(xiàn)纜接觸不良等，不能工作到球炸

　　臺站依然通過(guò)更換前置高放和檢查清潔保養緊固信號線(xiàn)纜插頭及高頻接插件等解決。長(cháng)期工作經(jīng)驗表明，前置高放增益≤7dB時(shí)（正常時(shí)應≥13dB）、前置高放輸入線(xiàn)纜插頭（SMA）脫落、WT9線(xiàn)纜接觸不良或芯線(xiàn)短路時(shí)會(huì )產(chǎn)生該故障。

　　當然，高頻組件、中頻放大盒出現故障時(shí)，也會(huì )造成增益下降，但是這種情況發(fā)生時(shí)增益飽和，茅草幅度低，雷達無(wú)法正常工作。其原因是雷達在長(cháng)期工作中，前置高放工作性能下降，天線(xiàn)運轉過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生抖動(dòng)，加之新疆冬、夏季溫差較大，處在室外的線(xiàn)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(xiàn)纜插頭和高頻接插件松動(dòng)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。

　　3 結束語(yǔ)

　　本文結合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(lèi)故障現象以及解決方法，這兩類(lèi)故障似乎有相同之處即增益幅度下降，但仔細分析是有區別的。第一類(lèi)故障是由于器件變性而引起的軟性故障，檢查、發(fā)現解決問(wèn)題的難度較大。當然造成探空飛碼多的因素很多，其表現形式又有區別，在解決問(wèn)題時(shí)，對具體情況要作具體分析。第二類(lèi)故障比較直觀(guān)，易于發(fā)現解決。從解決兩類(lèi)故障現象中認知到，隨著(zhù)氣象探測設備的現代化、電子產(chǎn)品的高科技化和復雜化，計算機硬件、軟件及信息綜合處理的快速化，這些特點(diǎn)在現代雷達技術(shù)中的應用非常突出，熟知雷達各系統原理是分析解決問(wèn)題的基礎，少走彎路以達到快速、準確隔離故障，以便快速維修，達到降低雷達修復時(shí)間的目的。

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