CINRAD/SA雷达反射率噪声环现象的分析处理

　　0　引言

　　2008-08-07第9号台风北冕在阳江东平镇登陆,期间阳江新一代天气雷达反复出现组合反射率产品图像异常的现象,具体表现为,230 km和460 km的多普勒雷达产品组合反射率图像均不同程度地在150~200 km的范围内出现噪声环的现象,具体故障图见图1。

　　1　故障现象

　　多普勒雷达与噪声有关的故障在广东省时有发生,下面就描述的是比较有代表性的两例。

　　实例一[1]:汕头雷达站的新一代天气雷达CINRAD /SA在2006-12初出现1次强度回波噪声异常的现象,230 km和460 km的雷达的组合反射率(CR)图象均有此现象,具体表现为出现圈状噪声回波,其强度随探测距离的增大而增强,且天线俯仰角度越低此现象越明显,但速度图像基本正常。经排查,是A/D变换器(4A11)损坏所致,更换新的A/D变换器后强度回波噪声环现象消除,见图2。

　　实例二:阳江天气雷达于2008-05初出现CAPPI反射率(等高平面反射率)产品图像异常的现象,230 km和460 km的多普勒雷达产品CAPPI反射率图像均不同程度的出现杂乱噪点的现象,具体表现为无规则的噪点回波。经排查,是I/Q相位检波器(4A10)的I支路的直流偏置电压失真所致。重新调整偏置电压后CAPPI反射率噪点现象消除,见图2。

　2　故障分析处理

　　对于本次组合反射率噪声环现象,开始疑为噪声温度过高引起的现象,于是检查RDASC监控软件,打开性能菜单Performance,检查雷达的各项运行参数,发现噪声温度、发射机功率、I/Q相位平衡和幅度平衡等均正常,再检查各机柜里各硬件的连接情况,也没有发现异常。

　　根据之前汕头雷达站和阳江雷达站的故障维修经验,此类故障中,I/Q相位检波器和A/D转换器2个部件出现故障的频率较高,另外,由于I/Q相位检波器和A/D转换器在接收机通道中处于通道的最后关节[2],见图3。这两个器件对整个接收通道的重要性不言而喻,如果I/Q相位检波器和A/D转换器工作不正常,天线接收回来的资料不可能正常在雷达显示屏上显示出来。基于以上考虑,首先检查这两个部件。通过对接收机通道中的最后把关部件A/D转换器做输出测试,未发现其工作异常;接着把检测重点放在I/Q相位检波器上[3],经检测,测得I/Q两支路偏置电压都比较接近0 mV,满足“接收机系统DC偏置标定在±0.25 LSB之间[4]”的基本要求,I/Q相位检波器发生故障的可能也被排除。

　　问题究竟出在哪里呢?进一步仔细观察故障现象,检查RDASC监控软件,打开VIEW(视图)菜单[5],选择Reflectivity,连续观察几组体扫之后发现,当仰角在4°以上时才会出现组合反射率噪声环现象。带着这个新的发现,我们再次联系北京敏视达雷达有限公司,将故障现象、检查和初步判断的情况向他们通报,厂家技术人员提醒我们,在排除硬件故障的基础上,应该将重点检查工作放在软件的适配参数上。再次检查RDASC监控软件,打开通过选择菜单项ADAPTATION,显示ADAPTATIONCONTROL对话框,在PASSWORD编辑框中输入口令HIGH,选择Current Version(当前版本),弹出ADAPTATION属性图,选择Sps2(可编程信号处理器2),得到Sps2属性窗口如图4所示。从图4可以发现仰角在4°以下时,接收机噪声标准化值(即噪声门限与噪声电平的比值)全部为5,仰角高于4°时,其值突变为1.009,也正是因为该接收机噪声标准化值被降低为1.009,那么幅度为5 dBm的噪声处于1.009以上的部分将被识别为正常信号出现在组合反射率上,因此形成噪声环。终于找到症结所在,于是将仰角4°~4.5°以及4.5°~5.0°的噪声标准化值全部修改为5(大于5°的噪声标准化值应保持1),重新标定、开机,噪声环现象消除,见图2。