新一代天气雷达CINRAD/SA伺服系统故障分析与处理

毛承敏，石 伟，黄梦妮，王新发

（怀化市气象局，湖南 怀化 418000）

新一代天气雷达数据具有定位准确、时空分辨率高、产品种类齐全的特点，是分析形成短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等中小尺度天气系统的重要数据支撑，也是现行短临预警发布的重要参考依据；随着经济发展社会进步，政府及公众对短中期预报及预警也提出了更高的要求，尤其是作为防灾减灾最后一道屏障的预警信息，其直接影响政府的决策，关乎广大人民的生命和财产安全，这也对雷达运行保障提出了更高的要求。

目前，影响湖南CINRAD/SA雷达正常运行的因素较多。内部因素：雷达伺服系统的稳定性；天线系统的稳定性；发射机输出功率；接收通道的稳定性；强度定标；相位噪声等。外部因素：计算机故障；网络传输故障；外部电路故障；辅助设施故障；工作人员业务素质等因素。以上因素严重影响了湖南CINRAD/SA雷达正常运行，其中伺服系统故障占到总故障的45%，极大的影响了短时气象预警服务、决策服务的正确性。

1 伺服系统架构及工作原理

伺服系统主要功能是按照RAD计算机输出的位置或速度命令使天线快速、准确地转到命令所规定的位置或转速，并将天线的方位角、俯仰角和天线座的状态实时上报到RDA计算机。伺服系统主要包括俯仰伺服和方位伺服。俯仰和方式伺服主要组件有：5A6数字控制单元、5A7功率放大单元、DAU组合、上光端机、同步箱、联轴节、光电码盘、轴角盒等，俯仰链路包含滑环。其中5A6数字控制单元包括DCU数字板、DCU模拟板、状态显示电路板、轴角显示电路板、电源滤波器和电源模块等；5A7功率放大单元包括方位驱动器、俯仰驱动器和三相固态继电器等。

伺服系统驱动雷达俯仰、方位转动以及天线工作状态的控制操作，都是由终端计算机发出的指令实施。伺服系统又可以分为驱动转动链路和角码状态传输链路。伺服系统驱动转动链路：RDA计算机发出指令到5A16转接板，然后到DAU大底板，通过DUA大底板发送给5A6数字控制单元，再到5A7功率放大单元。5A7功率放大单元把指令分别发送给方位电机和俯仰电机，再发送到减速箱，最后通过减速箱把指令送到天线。伺服系统角码状态传输链路：天线方位和俯仰信息通过同步箱发送到光电码盒，再发送到轴角盒，然后通过上光端机、上光纤板、下光纤板发送到DAU大底板，最后在终端计算机上显示。

2 伺服系统频发故障分析与处理

伺服系统故障多种多样，频发故障也很多。频发故障大体可以分为两类，一是驱动转动链路故障，二是角码状态传输链路故障。

驱动转动链路故障和角码状态传输链路又可以分为机械故障和信号传输故障。机械故障是指各个设备系统在规定的应力范围内工作时，导致设备不能完成其功能的机械零件元器件的破裂、断裂、卡死等损坏状态，不能完成规定功能。如电机损坏、减速箱损坏、同步箱损坏、轴角盒破裂等。信号传输故障是指由RDA计算机发出控制天线的指令在传输到天线的过程中出现中断；或者从天线反馈到RDA计算机的角码信号中断等情况。

伺服系统故障分析诊断的原则：首先要排除虚警或非常规操作造成伺服无法加强电，导致天线不工作；如收藏销报警、电机手轮、电机过温、电死限位、安全开关、门开关及伺服强电开关等。排查共同链路；如驱动转动链路的5A6数字控制单元，角码状态传输链路的上光端机、上光纤板、下光纤板等。设备检修最先考虑：供电、保险丝、线缆连接以及控制信号是否正常。

故障处理具体流程：通过天线状态信息和角码信息分析问题路线，同时确认是单路问题，还是方位、俯仰共同链路。可以通过二分法来排查故障所在位置，把时间复杂度控制在O(log2n)，这样相比于从头至尾逐一排查用的时间要少。首先根据伺服系统的工作流程，找到工作流程中的中点。不难发现流程图的中点是天线，然后手动上下左右推天线，看5A6角码显示天线位置角码传输是否正常。如果方位和俯仰角码都能正常显示，那说明角码传输链路没有故障，故障在驱动转动链路，首先用RDASOT里的天线控制分别对天线的方位和俯仰进行控制，如果同时故障，根据诊断原则首先用二分法排查共同链路，如果故障不能排除，然后同样是用二分法分别排查方位和俯仰的驱动转动链路，如果只有一个驱动故障，直接用二分法对故障链路进行诊断；反之，说明角码传输链路有故障，如果方位和俯仰角码同时故障，根据诊断原则首先用二分法排查共同链路，如果故障不能排除，然后再用二分法分别对方位角码传输链路和俯仰角码传输链路进行故障排查。如果只有一个角码故障，直接用二分法对故障链路进行诊断。

3 伺服系统维护及定标

为了确保伺服系统有良好的运行性能，需要台站定期做好维护工作，首先在周、月维护时，要做好分机的清洁工作；记录分机状态信息，查看是否有异常波动。天线出现异响、转动阻力增大、伺服系统噪声变大等情况时，需及时停机检查。分别检查驱动转动链路和角码状态传输链路，如汇流环的清理，发现问题及时更换；检查光电码盒输出等。检查伺服系统方位和俯仰精度，方位、俯仰精度检验时差值超过±0.1°，必须进行定标。

4 结语

工作中作为雷达机务人员，需要掌握伺服系统基本的工作状态和工作流程，掌握伺服系统的驱动转动链路和角码状态传输链路，以及外围电路的设计特点，定期检查电机的性能指标，保持其运转精度，延长使用寿命。故障发生时，才能在第一时间做到思路清晰，快速、准确地找出故障原因，排除故障。避免盲目地对故障进行排查，这样问题可能得不到有效解决，还可能造成连带故障。

随着雷达业务运行体系的建设，进一步明确了基层台站的工作职责和流程，只有最大限度发挥一线保障的作用和优势，提高机务人员的业务能力，在工作实践中不断地复习、巩固、运用，真正做到技术整合，才能对提高和稳定本站业务质量起到关键作用，为开展重大天气气象服务提供准确可靠的决策数据。