韩亚静，谷山青，张 骞，魏振东，李 丹

(1.滨州市气象局，山东滨州 256600；2.山东省气象台，济南 250031；3.滨州市人工影响天气管理服务中心，山东滨州 256600；4.山东省气象服务中心，济南 250031)

随着全国新一代天气雷达布网完成并投入业务运行，雷达站技术人员在维护维修方面积累了大量经验。潘新民等[1]阐述了CINRAD/SA雷达交流数字伺服系统的技术特点和信号流程，总结了CINRAD/SA雷达交流数字伺服系统故障诊断方法。汪章维等[2]对新一代天气雷达系统原理及分系统进行了阐述，同时总结了经典故障案例，对机务维修具有指导意义。郭泽勇等[3-4]收集了多个天线伺服系统故障案例进行统计分析，归纳总结了天线伺服系统故障的排查方法。蔡勤等[5]通过对雷达伺服信号链路进行分析，总结了雷达闪码故障产生的原因和检修方法。滨州CINRAD/SA雷达反复出现天线锥摆故障，产品无明显异常，没有报警信息，但数字控制单元5A6轴角显示板上的俯仰角度上下浮动，不能停在固定的仰角上。本文介绍根据天线伺服系统的工作原理、天线位置控制策略和天线各信号流程，对该故障进行诊断分析及处理的方法，为处理此类故障提供经验。

1 天线伺服系统的组成

CINRAD/SA雷达天线伺服系统由位置环、速度环和加速度环组成，涉及的模块主要包括RDA计算机、DCU数字控制单元、PAU功率放大单元、天线伺服电机、光纤传输系统等[6]。位置环由RDA计算机、DCU模拟板D/A、速度环和轴角编码器等组成；速度环是位置环的后半部分，主要由加速度环、测速机和速度比较环节等组成；加速度环是速度环的前馈环节，主要由功放、电机和微分电路等组成[7]。

2 天线锥摆过冲故障现象

2016年7月29日15：25—17：30对雷达进行维护，做太阳法标定结果正常，但波形异常，呈阶梯状(图1)。在检查天线控制精度时，发现5A6轴角显示板上俯仰角度上下跳动，而方位角度正常。对雷达基数据进行分析，发现天线在俯仰上存在锥摆现象，不能停在固定的仰角上，并且在切换仰角时过冲严重。图2是体扫21模式下2016-07-29T17：38的天线方位俯仰图，同时观察天线罩内视频监控，能够目测到天线在本应固定仰角时却上下摆动。但是，对长时间段的雷达基数据分析，发现天线锥摆现象并不是一直存在，具有偶发性，且比较频繁。

图1 2016-07-29滨州CINRAD/SA雷达太阳法标定中异常的俯仰波形

3 故障分析及诊断

雷达天线锥摆会降低天线的控制精度，还会磨损天线伺服系统的机械结构，严重时还会导致雷达强制停机[8]。维修时应根据故障现象按照信号流程进行综合判断，找出故障点。由故障现象可知，天线故障点位于俯仰支路。天线仰角过冲和天线俯仰运行速度不稳定，实质上都是天线俯仰速度出问题，故障定位关键点有：DCU数字控制单元、功放、电机、信号传输通道[9]。为快速定位故障点，先后进行了如下操作。

清理汇流环。俯仰的各种电信号需要通过汇流环传输，如果积碳严重导致电刷接触不良，会造成俯仰信号的不可靠传输。

更换俯仰电机。交流伺服系统采用165 V交流无刷电机，包括驱动电机和测速电机，基本免于维护，但对相序要求较高。

分别更换DCU数字控制单元的模拟板和数字板。先更换模拟板是因为其有完整的速度环，更换了以后发现故障依旧，再更换模拟板速度值的输入——数字板。

图2 2016-07-29T17：38滨州CINRAD/SA雷达体扫21模式下异常的天线方位俯仰图

方位俯仰功放互换。由图2可知方位支路正常，即方位功放运行正常。将方位和俯仰的功放互换，如果故障也由俯仰支路转为了方位支路，则判断俯仰功放故障；如果故障依旧，则说明方位和俯仰的功放都是正常的。

测试光纤链路信号传输是否正常。天线角码的控制和反馈信号是用光纤传输的，如果雷达电磁环境中干扰较大，可导致传输误码，故也可能导致天线运转异常。用电缆替换光纤传输，将电缆从天线座顺入机房，连接5A6相应接口，天线座两个接头分别连接上光端机5V供电接口和二层板的相应接口。又因是长距离差分传输，在轴角盒及数字板加了平衡电阻，反复调试模拟板的加速度阻容配比，故障现象没有改善。

检查俯仰电机速度反馈信号的传输通道。对俯仰电机速度反馈信号的传输通道进行通断测量，发现某一条测速信号偶尔存在断路现象。

4 故障处理

CINRAD/SA雷达天线伺服系统线缆连接如图3所示，数字控制单元和功放通过5W1、5W2连接，其中5W1包含方位和俯仰信息，5W2给功放风机供电。天线座和功放通过W94、W95、W96、W97四根电缆连接，其中W94是方位电机反馈电缆，W95是俯仰电机反馈电缆,W96是方位电机驱动电缆，W97是俯仰电机驱动电缆。W95经过三次转接：由5A7机箱经由机柜顶部、天线座转接板(二层板)转接，进入天线座内部，再经过汇流环进入俯仰箱内，并进入交流伺服电机的测速机。综上所述，俯仰测速信号经过的线缆是5W1和W95。

图3 CINRAD/SA雷达天线伺服系统线缆连接图

电机速度反馈是三相交流信号，包括T、R、S三相和中线MP，将其中两个信号线短接，在另一端用万用表测量这两个信号线的通断情况。如果线路有断路，则测不到阻值，如果线路通畅，一般阻值在7 Ω左右。通过反复测试，发现测速T信号线路时通时不通，问题根源找到，即俯仰测速机信号缺失一相导致实际速度反馈错误，从而导致天线锥摆。分段测量俯仰速度反馈信号线路(5W1和W95)通断，最终定位到伺服机柜顶端的电缆航空头上，怀疑插拔接头时有缩针现象，导致接触不良。将相应电缆更换后，故障解决。

5 结语

天线锥摆幅度较小时不会造成雷达停机，较难发现，日常维护应细心观察，可借助软件及时发现故障；要熟悉交流伺服系统的信号流程，全面分析，逐级排查，才能快速定位故障点；由于接触不良导致的天线锥摆现象时有时无，维修后的短期拷机正常并不能确定故障是否真正排除，这需要维修人员对天线运转情况做长期观察，并对出现的故障及时处理。