气象雷达典型故障分析

0 引言

气象雷达是飞行中的重要一环，为飞行员提供前方航线的气象依据。气象雷达出现故障，将导致飞行员无法正确判断前方是否有恶劣气象，严重时可能造成飞机返航，因此需重视其维护。近几年，随着装机年限的增加，WXR-270气象雷达的故障率越来越高，内外场出现雷达目标弱、雷达跟踪不稳定等多发性典型故障。为此，对其进行故障原因分析，为从事该项维护工作的人员提供思路和方法。

1 WXR-270 气象雷达工作原理

气象雷达是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等目标对电磁波的散射作用来探测大气中的降水，因此，包含有较大雨滴的空中降雨区域会对气象雷达天线所辐射的X 波段的电磁波产生一定程度的反射，形成降雨区域的雷达回波。在飞行时，垂直陀螺将姿态信号送入天线实现空域稳定功能，收发机的发射部分产生高能量的射频脉冲并通过天线向外辐射，天线辐射高能量的射频信号并接收从雷达目标（降雨、地形、信标等）反射回来的回波信号，接收机接收、检测从天线来的回波信号，经放大、检波后转换成数字形式的信号送到显示器。雷达的简要工作原理如图1 所示。

WXR-270 气象雷达主要由WXT-250A/B 收 发 机、ANT-312/318 天 线、IND-270 显示器和波导组成。

2 典型故障1

2.1 故障现象

飞行时雷达显示目标偏少,雷达目标弱。

2.2 原因分析

雷达最大作用距离：

其中，雷达发射峰值功率为Pt；目标散射截面积为α；雷达接收天线的有效接收面积为Ar；雷达所用波长为λ；玻尔兹曼常数为K；标准室温T0一般取值290K；接收机噪声带宽Bn由中频放大器决定，其数值与中频的3dB 带宽相接近；接收机噪声系数（Ga为接收机的功率增益）；检测目标信号所需的最小输出信噪比称为检测因子D0，；最小可检测信号

依据雷达方程，目标变弱可考虑最小可检测信号Simin变大或者雷达发射峰值功率Pt变小等因素。雷达方程中，当其他因素一定时，Pt越大则作用距离越远，显示器上目标越强。发射机峰值功率受调制电路控制，众多高频高压器件如磁控管、脉冲电容、脉冲变压器等均影响整机的发射功率。调制器组件产生磁控管所需的高压脉冲，当振荡电路开始工作时，给脉冲形成网络（由电容器C1 ～C11 及电感L1 组成）充电，当充电到一个门限（典型值为-330V）后，经过T1 放电生成一个+4500V 的二次脉冲施加到磁控管的阳极，激发磁控管产生所需要的高频脉冲。通过给RD-301A雷达综合测试仪外接一个频谱分析仪来检测磁控管的信号，发现信号波瓣正常、中心频率漂移正常，整个频谱稳定无畸变，由此判定磁控管工作正常。根据信号流向溯源至脉冲形成网络，用双踪示波器分别监控近、远距脉冲信号，发现远距（C1 ～C11）波形基本正常，但是上升沿和下降沿有畸变，判定其中存在电容充放电异常情况。

2.3 排除方法

用双踪示波器监控近距（C1 ～C2）波，形成山峰状畸变，由此锁定电容中有一个已经损坏。检测分析电容的损失角D 和冲击电压等参数后，确定C1 电容性能失效，更换后故障排除。

图1 雷达工作简图

3 典型故障2

3.1 故障现象

飞行时雷达跟踪不稳定，显示目标时偶发性出现强弱变化。

3.2 原因分析

在外界参数一定的情况下，影响雷达目标跟踪稳定的因素为发射机的发射峰值功率Pt和接收机的最小检测门限 Simin。影响发射峰值功率Pt的主要元器件是调制电容C1 ～C11；影响Simin参数的因素主要有信号带宽和检测需要的信噪比，信号带宽波动超出容限可导致显示器上目标带出现明显的强弱变化，而信噪比则直接影响信号的接收门限，信噪比与信号带宽需要严格匹配。该雷达故检发现最小可检测信号Simin浮动较大。信号带宽、信噪比受收发机内A5中频/视频板调控，中频电路主要是从中频信号中检波并分离出雷达目标信息，再将其处理成相应的视频信号供雷达显示器用。

首先分析发射峰值功率Pt因素。影响发射峰值功率Pt的主要元器件是调制电容C1 ～C11，使用的调制电容为金属化塑料薄膜电容，其材质被高压击穿后，只要移去高压即可自行恢复原功能。由于金属化薄膜电容不像电解电容那样可以通过测量充放电来判别电容的好坏，电容检测只能看其容值是否在范围内、损失角是否正常等，故采用双踪示波器分别监控近、远距脉冲信号来判定电容好坏。检查发现C1 ～C11 波形正常，未发现异常。

文章来源：《水土保持通报》 网址: http://www.stbctbzz.cn/qikandaodu/2021/0514/658.html