民航多普勒天气雷达的故障案例分析及思考

摘要：多普勒天气雷达作为广泛部署于全国民航领域的关键气象探测设备，为航空气象预报和航空管制提供了可靠且丰富的气象数据支持。广州METEOR 1500C多普勒雷达系统自2006年投入使用以来，已稳定运行19年，然而，随着设备逐渐老化，近年来故障频发。本文详细介绍了几起典型故障案例，包括故障现象、诊断过程、解决方案及系统恢复步骤，并对故障原因进行了深入分析。通过总结故障处理经验，本文旨在为其他天气雷达保障单位提供参考，提升故障应对效率，保障民航气象服务的连续性和可靠性。

关键词：天气雷达；汇流环；TR管；波导

中图分类号：P415.2          文献标识码：B

Abstract： As a key meteorological detection equipment widely deployed in civil aviation， Doppler weather radar provides reliable and abundant meteorological data support for aviation weather forecast and air traffic control. Guangzhou METEOR 1500C Doppler radar system has been running steadily for 19 years since it was put into use in 2006， however， with the gradual aging of the equipment， frequent failures in recent years. This paper introduces several typical fault cases in detail， including fault phenomenon， diagnosis process， solution and system recovery steps， and makes an in-depth analysis of the fault causes. By summarizing the experience of fault handling， this paper aims to provide reference for other weather radar support units， improve the efficiency of fault response， and ensure the continuity and reliability of civil aviation meteorological services.

0 引言

随着大湾区航空业的蓬勃发展，航班量的持续增长对气象服务的时效性和准确性提出了更高要求。多普勒天气雷达作为一种先进的主动遥感探测工具，凭借其强大的探测能力，在提升航空气象服务质量和保障飞行安全方面发挥着不可替代的作用。

广州METEOR 1500C多普勒雷达系统作为新一代的数字化雷达，采用先进的多普勒技术和全数字化处理架构，具有高精度探测、快速扫描和智能化分析能力，系统主要由雷达发射机（TX）、雷达接收机（RX）、雷达信号处理器（RCP）、雷达数字接收机（GDRX）、本地控制单元（RCP-L）、天线系统、伺服系统、彩虹控制服务系统（RAINBOW）、雷达可视化监控系统（RAVIS）、天线控制单元（ACU）等分系统组成。由于广州多普勒天气雷达已投产多年，系统内部各运行部件性能在逐步下降，故障的频次增多，在运行维护和故障维修中积累了许多经验。本文对油脂分路器、TR管、汇流环、波导等关键部件故障的不正常情况进行研究总结，为天气雷达的设备故障维修提供可参考的解决方案。

1 多维度监控保障

广州多普勒天气雷达系统采用了多维度的设备监控手段，全面保障天气雷达系统的高效稳定运行。首先，系统自有的可视化监控系统（RAVIS）能够实时展示雷达的各项控制信号和状态信号，通过直观的图形化界面，帮助维护人员快速掌握雷达的运行状态，及时发现信号丢失、参数偏差等异常情况。其次，维护人员还开发了LOG文件监控软件，用于实时监测雷达控制处理器（RCP）中的LOG文件大小。当LOG文件体积超出正常范围时，软件会自动发出警报，结合历史经验，这一现象通常预示着汇流环和天线控制单元（ACU）的运行质量正在逐步下降，从而为维护人员提供了提前干预的机会。此外，系统还配备了动环视频监控功能，对雷达的关键部位，如俯仰箱、汇流环、天线大盘以及机房的温湿度等进行全天候实时监控。这些关键部位的运行状态直接关系到雷达的整体性能，特别是在无人值守的雷达台站，动环监控为远程维护提供了强有力的支持，确保维护人员能够及时发现机械或环境方面的潜在问题。

2 俯仰箱油脂分路器故障

为了确保机械雷达在水平和俯仰方向上的稳定运转，其齿轮传动系统必须保持充分的润滑。若润滑不足，齿轮将因干摩擦导致磨损、点蚀甚至断齿，严重影响雷达的指向精度和使用寿命。提高机械雷达齿轮系统的可靠性，避免因润滑不良导致的不可逆损伤，确保雷达长期平稳运行。

（1）故障现象

可视化监控系统（RAVIS）提示天线单元中俯仰箱内部的油脂泵出现黄色告警（ellubrication FAULT），查阅天气雷达运行维护记录，发现此告警往往是误告警，因此，维护人员在RAVIS上远程获取雷达控制权限，并选择“ACU lubr.reset”复位告警，复位后一到两分钟，又再次出现告警。随后通过动环视频监控发现，油脂泵输出到油脂分路器的总管道松脱，并从管道溢出大量的润滑油脂，如图1所示。

（2）分析处理

维护人员抵达现场后，首先发现总管道与油脂分路器的连接端松脱。初步判断可能由三个原因导致：连接端旋钮松动、油脂分路器自身故障，或后端支路管道堵塞。

为验证原因，维护人员先将总管道重新接回油脂分路器并用扎带加固，随后启动油脂泵测试。然而运行一分钟后，管道再次松脱，且监控视频显示管道在松脱前出现明显鼓胀现象，由此排除了旋钮松动的可能性。接着，维护人员更换了已使用19年的油脂分路器，设备随即恢复正常运行，这表明故障主因是分路器内部油脂长期变质硬化导致堵塞，进而使系统压力升高。为进一步排查潜在问题，维护人员又对后端10条支路管道逐一疏通，结果发现其中3条存在油脂硬化堵塞情况。综合判断，本次故障是由油脂分路器老化堵塞引发系统压力异常，同时部分支路管道堵塞加剧了这一问题。

（3）经验总结

针对老旧天气雷达系统的机械润滑维护工作，需要进行一定的预防性维护，重点加强对超期运行部件的强制更换和润滑油脂的更换补充。对于使用超过10年的油脂分路器、润滑管道等关键部件，应当及时更换。在进行换季维护和年度维护时，检查油脂状态（颜色、硬度），必须严格按照设备手册要求，定期更换型号匹配的润滑油脂，并储备油脂消耗品，缩短故障响应时间。

3 雷达回波20Km范围内衰减异常

天气雷达是通过发射脉冲信号探测气象目标。当发射机发射脉冲时，接收机处于关闭状态以避免信号干扰。如果探测目标距离过近（如半径5Km范围内），回波可能在雷达仍在发射时返回，导致无法被接收（称为“盲区”）。那么当发射脉冲宽度越宽时，该“盲区”则会越大。对于广州多普勒天气雷达来说，正常的探测盲区大概处在半径3km范围里，若“盲区”超过该范围，那么表示雷达的探测能力出现异常。

（1）故障现象

根据预报用户反馈，并同番禺雷达、香港天文台雷达等回波产品图对比后，发现广州天气雷达的回波产品在20Km范围内回波信号衰减严重。以白云机场本场各预报部门为代表的雷达用户在使用广州天气雷达进行20Km范围内天气预报工作时形成了较大困难，影响预报员对本场天气过程的判断。雷达回波衰减情况如图2所示。

（2）分析处理

由于该故障情况发生在3月，广州处于阴雨连绵的季节，管制和预报用户对于广州本场的天气雷达产品需求度较高，维护人员无法开展长时间的实时停机维护检查，综合考虑后对此故障开展分阶段性的排查。

首先广州天气雷达在故障现象发现前已进行了中修、大修等重大维修项目，更换了很多核心的部件，因此第一阶段排查的内容是梳理近三年该雷达回波产品的情况，初步分析故障情况发生的可能原因。在梳理历史回波资料和雷达设备履历本后，该故障现象是发生在雷达中修、大修前，所以可以初步排除是因雷达中修、大修工作更换有关备件引起的。

第二阶段排查的内容主要通过查阅雷达原版技术手册、咨询国内厂家技术指导以及查找有关技术论文文献参考，并结合可视化监控系统的状态数据，可排除发射机发射功率过低、接收机灵敏度下降、信号处理异常等故障的可能，并在汪俊、陈平等人的研究[1]中发现与本次故障十分相似的故障现象，所以初步判定故障为雷达四端环流器末端的TR管异常引起的。维护人员更换四端环流器及TR管部件后雷达恢复正常，图中可得知雷达最新的有效探测范围能实现大于3Km，雷达探测“盲区”基本消除，如图3所示。

四端环流器是一种用于波导收发转换装置，通过该部件，天气雷达的发射系统和接受系统能够实现共用一套天线系统运行，使天气雷达在发射或接收时信号互不影响。但是四端环流器的信号隔离度是有一定限度的，发射时会有一部分的大功率脉冲信号漏进接收系统，为避免这种情况的发生，在四端环流器接收通道中使用TR管来对接收系统进行隔离保护，同时在接收时使微弱的回波信号顺利通过。

TR管的工作原理是通过电极放电来保护接收系统的，当有大功率的脉冲信号漏进接收通道时，TR管则会处在放电状态，电流迅速增大至形成“短路效应”阻隔所有信号，放电结束后电流迅速减小，不再影响接收通道接收微弱的回波信号。如果TR管损坏，则会导致放电过程变长，阻隔信号的时间也随着变长，使回波信号无法进入接收通道，从而导致天气雷达近距离的回波无法被接收而形成回波空洞。

而TR管的损坏很大可能是因为四端环流器的接收通道隔离度在长时间运行中持续下降，超出TR管正常接收功率的大功率脉冲信号被漏进接收通道中，最终导致TR管损坏。因此同时更换新的四端环流器，保证TR管不会再被超出正常功率的大功率脉冲信号冲击而损坏。

（3）经验总结

当天气雷达出现复杂故障时，应首先系统分析运行日志和监测数据，采用间接检测手段定位问题，避免盲目拆卸。同时聚焦器件深层的故障引发原因，故障原因往往不是孤立出现的，应找出真正的故障源头，彻底解决设备安全隐患，形成故障处理与预防的闭环管理。

4 汇流环运行质量下降

汇流环是天气雷达天线系统中的关键旋转连接部件，通过滑动接触（电刷与环道）实现天线在360°连续旋转过程中稳定传输电力、控制信号，确保雷达全天候不间断扫描。其运行需兼顾低电阻导电、抗干扰、耐磨损及环境适应性（如防腐蚀、宽温工作），直接影响雷达的可靠性、信号质量及维护周期，是保障气象探测实时性和精确性的核心组件之一。

（1）故障现象

天气雷达频繁出现天线控制单元（ACU）告警，雷达可视化监控系统（RAVIS）提示EL speed limit、ACU error status等相关告警信息，同时发现有部分回波产品图未能正常生成，并在天气雷达运行日志中出现大量的“acueldisplaycodestat has changed ！”告警信息。

（2）分析处理

通过动环视频监控可以发现天气雷达汇流环存在异常抖动的情况，初步考虑是天线单元的抖动引起汇流环抖动而导致信号传输收到干扰，维护人员对天线大盘进行加固，紧固大盘各个水平方向的螺栓，并调整天线齿轮间隙，在技术手册允许的范围里尽可能减小齿轮的间隙，减小天线在启动、停止时的震动。随后ACU告警的频次减少，回波产品图生成不再受影响。此次故障发生后，维护人员总结经验并研发了上文提到的LOG文件监控软件，持续有效的关注汇流环的运行质量。

经过数月的平稳运行后，天气雷达再次出现ACU告警，LOG文件监控软件也显示LOG文件体积激增，汇流环运行质量在下降。通过动环视频监控观察可发现天线抖动并不明显，维护人员对汇流环进行检查，可以发现汇流环的电刷以及环道上附着了油脂及灰尘，舱内出现溢油的现象，且部分信号线缆接头因老化而出现破损。维护人员首先仔细清洁了汇流环电刷和环道，对老化的线缆重新焊接新接头，做好绝缘防尘保护，接着对舱内溢油处进行检查，禁锢螺栓或使用固体胶封堵溢油点，空调出风口做好防尘过滤，更换舱门密封条，保证汇流环运行环境的清洁与稳定。考虑到汇流环已使用了多年，在后续的天气雷达大修项目中更换汇流环以及电刷、线缆等。经过以上的维护手段后，ACU告警的频次大大降低，LOG文件体积大小也一直处于正常范围。

（3）经验总结

汇流环属于天气雷达一种特殊的传输部件，保证其稳定运行十分重要。除了汇流环自身老化以外，环境对汇流环的运行也影响较大，天线抖动、天线大盘水平、空气尘埃油脂等都会对汇流环的运行造成一定的干扰，维护人员应该要做好汇流环的预防性维护，降低引起汇流环磨损的灰尘油脂和天线剧烈抖动的产生。

5 波导异常漏气

天气雷达的波导器件是一种用于高效传输微波信号的金属管道，负责将雷达发射机产生的高频电磁波低损耗地传导至天线，并接收目标反射的回波信号。其设计需确保信号在特定频段稳定传输，同时减少能量泄漏和损耗，是雷达系统中连接关键部件（如发射机、接收机、天线）的重要纽带。

（1）故障现象

维护人员在对天气雷达进行年度维护时，发现雷达运行时波导充气机充气时间变长，气压上升速率变慢，而当气压上升至设定值，充气停止后，气压下降的速率也变快了。

（2）分析处理

维护人员首先判断波导充气机是否故障。拧开充气管道和波导的连接，用圆形的玻璃珠堵住管道，开启波导充气机，发现充气速率比为波导充气要快得多，当充气停止时，气压也是在缓慢下降，因此可以确定该波导充气机是正常的。

接着就是判断波导是否出现漏气的情况。波导漏气的检查最容易实现的方法就是肥皂水检测法，通过在波导连接处、法兰盘、焊缝等易漏部位涂抹肥皂水，在波导充气时观察是否有气泡产生，气泡产生处即为漏点。同时翻查设备履历本，重点检查曾经移动或更换过的波导。使用肥皂水检测法检查时，发现在曾经更换汇流环所拆卸过的波导下关节处出现肥皂气泡，拆卸该段波导后，能够看出关节处的密封橡胶圈破损断裂，影响了该关节的密封性，更换密封圈后，波导充气恢复正常。

在该故障处理之后的一次天气雷达停机维护中，再次发现上述的充气异常情况，并使用了相似的故障排除步骤，最终是发现了天线馈源附近的一段软体波导破损导致漏气，更换备件后恢复正常。

（3）经验总结

波导充气不足时，绝缘性能下降，可能导致内部电弧放电，损坏设备。因此当波导充气异常且排除充气机故障后，维护人员需系统性地排查漏气点。由于波导总长度较长，检查过程耗时较多，因此要求维护人员细致耐心，确保不遗漏任何可能的漏气位置。

6 结束语

本文通过对多普勒天气雷达中油脂分路器、TR放电管、汇流环以及波导等关键部件的典型故障现象进行深入分析，并结合实际运维经验提出了针对性的解决方案，为雷达系统的稳定运行提供了重要的技术参考。这些研究成果不仅有助于提高气象雷达的故障诊断效率，缩短维修响应时间，还能为预防性维护策略的制定提供理论依据，从而有效保障天气雷达的探测精度和业务连续性，对提升气象灾害监测预警能力具有重要的实践意义。

参考文献：

[1]汪俊，陈平，高玉春，等.1CINRAD/SC天气雷达放电管故障现象及原因分析[C]//雷达气象学委员会，中国气象局气象探测中心.第31届中国气象学会年会S1 气象雷达探测技术研究与应用.绵阳市气象局;中国气象局气象探测中心;，2014：559-564.

作者简介：李诚，男，广东清远人，助理工程师，主要从事气象设备维护维修工。