淺析GLC-18 F型多普勒天氣雷達的應(yīng)用和故障解決方案

□ 民航河北空管分局 蔡有生/文

近年來，隨著傳統(tǒng)天氣雷達使用壽命到期，國內(nèi)許多機場陸續(xù)淘汰并報廢了傳統(tǒng)天氣雷達，安裝了性能更加可靠、功能更加先進的新一代多普勒天氣雷達。相對于老一代天氣雷達而言，新一代全數(shù)字多普勒天氣雷達除了能夠提供氣象目標的方位、強度、距離信息外，還能提供氣象目標的徑向速度、譜寬等信息，并且利用這些信息，經(jīng)二次處理，可以獲得一些有價值的二次產(chǎn)品，比如垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品、風(fēng)切變產(chǎn)品、微下?lián)舯┝髯R別產(chǎn)品、冰雹警示產(chǎn)品等。多普勒雷達所提供的各種產(chǎn)品，對管制員判斷是否能夠指揮飛機避開雷雨區(qū)安全降落有著重要意義。對預(yù)報員來說，利用多普勒雷達資料，對分析中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變、警戒災(zāi)害性天氣、局地短時預(yù)報等有著不可替代的作用。盡管多普勒天氣雷達功能先進，但是離不開各種不同功能軟件的支持。

目前，不同機場安裝的多普勒雷達型號有所差別，但雷達系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及支持雷達可靠運行實現(xiàn)各種功能的軟件工作原理大同小異。本文以南京恩瑞特公司生產(chǎn)的GLC-18 F型雙機熱備單伺服多普勒天氣雷達為例，介紹此雷達系統(tǒng)的軟件組成及其功能和應(yīng)用，并重點分析各主要軟件在整個雷達系統(tǒng)中所起的作用及軟件之間的相互配合協(xié)作關(guān)系。

GLC-18 F型雙機熱備雷達系統(tǒng)的組成

GLC-18 F型雙機熱備雷達是南京恩瑞特公司生產(chǎn)的一款高性能天氣雷達，系統(tǒng)硬件架構(gòu)主要由通道A、通道B、兩套數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、不同用戶終端以及用于連接它們的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，其中通道A由發(fā)射機A、接收機A以及控制處理機（工控機A）組成，通道B結(jié)構(gòu)亦同。雷達系統(tǒng)的整體硬件組成如圖1所示。

GLC-18 F多普勒雷達工作原理

當整個雷達系統(tǒng)加電后，終端通過網(wǎng)絡(luò)控制雷達控制處理機（RCP），對天線掃描、信號處理器（RSP）和發(fā)射機（TX）等參數(shù)進行設(shè)置并發(fā)布控制命令使雷達按照設(shè)定的方式工作。雷達通過發(fā)射不同重復(fù)頻率的脈沖來監(jiān)測或測量不同量程范圍內(nèi)的氣象體目標。

氣象體目標信息的獲取過程是：首先氣象回波經(jīng)過天線進入饋線系統(tǒng)；然后饋線系統(tǒng)將回波信號送入接收機（RX），回波信號在接收機（RX）中先經(jīng)前端進行射頻放大，再經(jīng)混頻器下變頻到中頻，經(jīng)前中放大、濾波后送主中繼續(xù)放大、濾波。主中的輸出信號送給數(shù)字中頻組件，經(jīng)A/D變換成數(shù)字中頻I、Q信號后送給RSP；RSP對氣象回波信號進行FFT或PPP處理，進行譜分析或相關(guān)函數(shù)運算，具體是按FFT還是PPP方式處理，由終端發(fā)送命令經(jīng)控制處理機對RSP設(shè)置來決定。

在譜分析的過程中，系統(tǒng)采用浮點運算；直接去除地雜波和干擾信號后對譜線進行詳細分析和處理，即在頻率軸上求出信號頻率的中心點（對應(yīng)于氣象目標的速度）和譜寬以及信號的功率等氣象信息；最后RSP將處理的結(jié)果送至RCP，RCP對回波數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制后送給雷達數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，并以雷達基數(shù)據(jù)的格式保存在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中，最后由服務(wù)器分發(fā)給不同的用戶終端，不同用戶終端的產(chǎn)品顯示軟件對收到的原始數(shù)據(jù)進一步處理，得到不同用戶所需產(chǎn)品并顯示在各終端上，同時按照不同終端用戶的需要，將資料記錄在各終端設(shè)定的目錄中。

GLC-18 F多普勒雷達功能的應(yīng)用及其相互之間的關(guān)系

為了完成用戶所指定的不同掃描作業(yè)任務(wù)，并將雷達圖像產(chǎn)品顯示給不同用戶，雷達系統(tǒng)中的控制處理機（工控機）、服務(wù)器以及各用戶終端，需要安裝并運行不同的程序，不同程序之間需要協(xié)同配合工作才能完成所需任務(wù)。

GLC-18 F多普勒雷達軟件系統(tǒng)包括：雷達主控軟件（RCP）、雷達控制維護軟件（RCM）、雷達服務(wù)器程序（DPS）、雷達服務(wù)器監(jiān)控程序（DPSMg r）、雷達實時顯示終端（RTD）、任務(wù)制作程序（RMS）、用戶終端（PUP-Y和PUP-G）、遙控配電軟件（RCDS）、其他輔助軟件等。

（一）雷達主控軟件（RCP）在實際中的應(yīng)用

雷達主控軟件只能安裝于雷達站控制處理機（工控機）中，每套雷達只能配置一套。雙機熱備雙通道雷達，有A、B之分，A雷達的工控機安裝RCP-A，B雷達的工控機安裝RCP-B，不能互換，否則將不會正常工作。RCP除了與雷達硬件接口外，就是與雷達數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通訊接口。RCP主要是負責(zé)與雷達硬件接口，與雷達進行直接通訊。預(yù)報終端將所需的各種雷達采集任務(wù)提交給數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，主控軟件RCP接受雷達數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的控制命令，控制雷達按指定的參數(shù)（包括天線掃描策略、信號處理工作參數(shù)、接收機工作參數(shù)和發(fā)射機工作參數(shù)等）工作，同時采集雷達回波數(shù)據(jù)以及雷達各分系統(tǒng)的Bit狀態(tài)等信息發(fā)回服務(wù)器處理，最后服務(wù)器DPS軟件將這些信息發(fā)送給不同的用戶終端處理顯示。

（二）控制維護軟件（CMT）在實際中的應(yīng)用

控制維護軟件CMT是維護雷達所需的必備工具，主要為機務(wù)維護人員在本地對雷達進行維護維修時所使用。根據(jù)實際需要，為方便機務(wù)人員現(xiàn)場維護維修，將此軟件安裝在雷達站工控機中?？刂凭S護軟件CMT與系統(tǒng)中的其他軟件沒有接口。

（三）數(shù)據(jù)處理服務(wù)器軟件（DPS）在實際中的應(yīng)用

服務(wù)器軟件DPS是雷達軟件系統(tǒng)最核心的控制部分，用于中心控制與數(shù)據(jù)處理。它安裝于雷達系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器上，該軟件所有功能均在后臺運行，是雷達組件中不可缺少的一部分，DPS負責(zé)雷達基數(shù)據(jù)的收集、預(yù)處理和分發(fā)。雷達實時顯示終端（RTD）、數(shù)據(jù)預(yù)處理終端（DPP）和用戶終端（預(yù)報終端軟件PUP-Y和管制終端軟件PUP-G）都在接收它處理分發(fā)的數(shù)據(jù)后，才能完成各自的功能。監(jiān)控軟件DPSMg r也是通過DPS才能完成對雷達的監(jiān)視和控制。另外，任務(wù)制作軟件RMS向DPS發(fā)布各類掃描任務(wù)，由DPS通知RCP完成不同參數(shù)的掃圖任務(wù)。

（四）預(yù)報用戶終端軟件（PUP-Y）的應(yīng)用及相互關(guān)系

預(yù)報終端軟件PUP-Y分別安裝在預(yù)報室終端及機務(wù)室維護終端電腦上，接收服務(wù)器軟件DPS分發(fā)的雷達原始數(shù)據(jù)，然后由PUP-Y生成各種所需的圖像產(chǎn)品，根據(jù)需要存儲在不同的目錄中，可供后期查詢顯示及其他處理。此軟件功能復(fù)雜，通過不同的配置，可以滿足不同的需求。

（五）管制用戶終端軟件（PUP-G）的應(yīng)用及相互關(guān)系

該軟件功能單一，安裝于塔臺、進近、飛服終端電腦中，基本不用管制人員操作。預(yù)報員根據(jù)管制員要求，執(zhí)行相應(yīng)的雷達定時任務(wù)，PUP-G終端就能顯示管制員所需量程、仰角的PPI圖像或者所需方位的RHI圖像，提供管制員使用。

（六）監(jiān)控軟件（DPSMgr）的應(yīng)用及相互關(guān)系

此軟件可以控制雷達運行及監(jiān)控各系統(tǒng)的運行狀態(tài)，主要功能運用在以下五個方面：

1.雷達通道進行切換、服務(wù)器切換等操作；

2.監(jiān)視DPS的運行狀態(tài)、雷達A、B通道發(fā)射機、接收機、伺服等系統(tǒng)的Bit狀態(tài)信息；

3.監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)節(jié)點狀態(tài)；

4.監(jiān)視雷達工作參數(shù)；

5.查詢各類日志信息，便于分析故障原因。

GLC-18 F多普勒雷達故障及解決方案

（一）發(fā)射系統(tǒng)

故障現(xiàn)象：故障監(jiān)控系統(tǒng)電壓告警。故障處理：首先，對雷達系統(tǒng)進行故障復(fù)位，故障消除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，說明故障監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到的是虛故障。虛故障是由于對雷達監(jiān)控系統(tǒng)中的一些檢測點設(shè)置的電壓閾值過于靈敏，當檢測值超過或小于閾值時，就會虛報故障。

故障現(xiàn)象：監(jiān)控器系統(tǒng)報燈絲電壓故障。故障處理：檢查燈絲電流值與速調(diào)管名牌值是否相同，如不符，調(diào)節(jié)燈絲電流至速調(diào)管名牌值；檢查保險絲，保險絲是否燒毀，如燒毀更換保險絲；檢查燈絲電源保險絲及燈絲電源是否燒毀，如燒毀更換燈絲電源保險絲或燈絲電源；檢查脈沖變壓器217 T 1次級雙繞組間是否擊穿，如被擊穿，更換次級雙繞組。

故障現(xiàn)象：雷達系統(tǒng)在提示“準加高壓”后，在加高壓瞬間，雷達電源的空氣開關(guān)跳閘。故障處理：調(diào)整機柜內(nèi)禁止脈沖信號的接頭接觸不良，造成脈沖調(diào)制器無禁止脈沖信號輸入，使調(diào)制脈沖取樣信號劇烈變化，輸出電壓快速變化，造成調(diào)制脈沖波形間幅度起伏增大，燒毀作為調(diào)制開關(guān)用的大功率剛性調(diào)制器模塊，由此產(chǎn)生一個反饋脈沖電流，燒毀驅(qū)動板上的驅(qū)動模塊以及開關(guān)電源內(nèi)整流板上的六只高頻快速二極管，系統(tǒng)內(nèi)的保護電路切斷電源。對損壞的器件進行更換，對于輸入禁止脈沖信號的接頭，用酒精清洗后擰緊使其接觸良好，用示波器對更換后的大功率剛性調(diào)制器模塊的觸發(fā)脈沖進行調(diào)整。

（二）接收系統(tǒng)

故障現(xiàn)象，雷達系統(tǒng)不能加低壓。故障處理：接收機內(nèi)的監(jiān)控副系統(tǒng)不能正常加電，雷達無法遙控開機。對副系統(tǒng)需要的各種直流穩(wěn)壓電源進行檢測，發(fā)現(xiàn)各測量值低于工作電壓的正常值至1伏時，副系統(tǒng)不能加電工作。更換副系統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源。

（三）伺服系統(tǒng)

故障現(xiàn)象，雷達不能做俯仰掃描運動。故障處理：檢查俯仰驅(qū)動電機面板上電流表的驅(qū)動電流，發(fā)現(xiàn)俯仰驅(qū)動電機在動作時電流為10 A，未動作時為4 A。而正常工作時，在俯仰驅(qū)動電機面板上電流表的驅(qū)動電流為2 A左右，未動作時為0 A。調(diào)整俯仰增益電位器，調(diào)整脈沖調(diào)制器驅(qū)動模塊的直流電壓由4 V為7～8 V。天線能向上動作，但向下時，均有超過-2度保護。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動系統(tǒng)中所用的絕緣柵大功率晶體管燒毀，保護電路中的一個60歐姆電阻脫焊，脈沖調(diào)制器電阻燒毀，俯仰驅(qū)動電機損壞。更換或修復(fù)損壞的器件后，系統(tǒng)正常工作。

（四）多普勒雷故障解決方案

氣象多普勒雷達是雷雨季節(jié)氣象預(yù)報的關(guān)鍵設(shè)備。它的運行質(zhì)量和可靠性是氣象預(yù)報的關(guān)鍵。因此，氣象雷達故障應(yīng)急處置方案是非常必要的。當多普勒雷達出現(xiàn)故障時，首先，要辨別是虛告警還是真實故障，復(fù)位操作可以解決這個問題；其次，要對雷達的故障點做出準確的診斷定位；第三，要對雷達故障進行正確的處置。要做到上面的三點，要求雷達機務(wù)員不僅要熟悉多普勒雷達工作原理，還要熟悉常見的故障及正確處理方式。因此，對雷達機務(wù)員進行持續(xù)針對性的實操培訓(xùn)工作，是十分必要的一個環(huán)節(jié)。

結(jié)束語：

綜上所述，通過分析GLC-18 F型天氣雷達系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理、支持雷達各部分主要軟件的功能及其在實際中的運用，使機務(wù)人員對雷達軟件系統(tǒng)及其之間的相互協(xié)作工作關(guān)系有了一個全面地、系統(tǒng)地了解，對分析解決雷達軟件系統(tǒng)故障具有一定的幫助。同時，進一步分析了GLC-18 F多普勒雷達常見故障及解決方案，強調(diào)了氣象多普勒雷達是雷雨季節(jié)氣象預(yù)報的關(guān)鍵設(shè)備。機務(wù)人員不僅要熟悉多普勒雷達工作原理，還要熟悉常見的故障及正確處理方式。因此，對雷達機務(wù)員進行持續(xù)針對性的實操培訓(xùn)工作，具有深刻的現(xiàn)實意義。