XDR天气雷达控制系统调试与天线标定方法作者：陆卫冬魏旭辉来源：《农业开发与装备》 2015年第9期陆卫冬1，魏旭辉2（1.新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室，新疆乌鲁木齐 830002；2.新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室，新疆乌鲁木齐 830002）摘要：全疆共有十余部XDR-X波段数字化雷达，目前是新疆人影观测与作业指挥重要装备，在人影防雹、增水作业中发挥着极为重要作用。
阐述了XDR-X波段天气雷达天线控制系统与整机调试方法。
关键词：XDR天气雷达；控制系统原理；调试；标定引言XDR天气雷达工作原理是利用物体对电磁波的散射作用来对云、雨、雹等进行观测的。
当雷达天线发射出去的电磁波在空间传播时，若遇到云、雨、雪、雹等目标物，就有一部分电磁波会被散射回来，并被雷达天线接收。
根据散射回来的电磁波确定出这些目标物的位置和判断云中的含水量或降水强度，帮助我们了解云和降水的性质和结构。
为了实现天气人影雷达正常工作，必须对雷达控制系统进行调试和有效标定，从而达到精确观测指挥作业的效果。
1 XDR天线控制系统的调试计算机给出的天线角度预置值和天线当前角码进行比较，产生误差电压值，此误差电压经D/A变换后产生方位/仰角误差控制信号，由伺服放大器进行功率放大后，驱动方位/俯仰电机转动，经齿轮传动机构带动天线作方位/俯仰运动，从而使方位、俯仰角度发生变化。
通过同步机将此变化角度信号由SDC变成二进制方位/俯仰角码信号，再送往单片机和预置角度比较，又产生误差信号对天线角度进行调整。
如此形成一个不断调整的闭环控制线路得到精确定位的角度值。
XDR天线控制系统为一闭环控制系统，如图1所示。
从原理框图上容易发现其控制环有两条各自独立的方位控制环路和俯仰控制环路，此两个闭环系统分别保证方位和俯仰的控制精度。
环路控制过程如下：由计算机送来的控制角度（方位/仰角）通过并行接口进入天线控制板与天线当前方位/仰角角码进行比较运算，产生误差控制量，经D/A变换后输出，送到天线控制放大器进行脉冲调宽式放大（放大器电源由方位电枢/激磁变压器和俯仰电枢变压器供给）。
放大后的误差驱动电压经14芯电缆送到天线座上的CZ13，方位控制电压通过1CZ—2送到1CZ—3，驱动方位电机转动；俯仰控制电压经汇流环到1CZ5到1CZ8驱动俯仰电机转动。
方位/俯仰电机通过齿轮耦合带动天线作方位旋转/或仰角俯仰运动，由同步机传送其角度或角位移信号，经码录取系统产生方位/仰角二进制角度值。
经过缓冲单元进入单片机总线，再通过总线收发器进入单片机内部，再与预置的方位、仰角进行比较运算，产生误差……如此循环调整，使天线能精确的跟踪在预置位置上。
XDR雷达的天线控制系统原理框图如图2所示。
2 方位控制运动的调整2.1 方位天线控制放大板的调整2.1.1 将方位天线控制放大板的“功能选择”开关设置到检查位置，使天线控制放大器处于检查状态。
2.1.2 调整“平衡调整”电位器的滑动触头至中间位，使天线的正反向转速基本达到平衡。
2.1.3 调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至中间位，使其输出电压基本为0，天线不转动。
2.1.4 调整“灵敏度调整”电位器至适当位置，使方向指示灯不在正反两个方向闪动，且PWM输出指示灯正好熄灭，此时灵敏度符合粗调要求。
2.1.5 调“检查速度调整”电位器的滑动触头至左边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动。
若天线不转动请重新检查接线及天线控制放大板，或将俯仰天线控制放大板对调过来再试。
2.1.6 调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至右边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动（若天线不转动请重新检查接线及天线控制放大板。
或将俯仰天线控制放大板对调过来再试。
2.1.7 上述“2.1.5”、“2.1.6”两步速度应大致相当。
若天线不转动且PWM输出指示灯不亮，可调整“灵敏度调整”电位器，使灵敏度适当提高再调试。
此时方位天线控制放大板基本符合粗调要求。
作如下设置：调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至中间位置，使其输出电压基本为0，天线不转动。
2.2 方位控制运动的调整将方位天线控制放大板的“功能选择”开关设置到工作位置，使天线控制放大器处于正常工作状态，然后检查方位误差信号的同轴连接电缆是否完好，确保完好后打开终端信号处理天线控制分机电源。
2.2.1 将天线控制分机的方位手动开关设置到手动位置。
2.2.2 调整天线控制分机的“方位手动速度调整”电位器的滑动触头至左边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动。
若天线不转动，请重新检查接线及天线控制放大板，或将俯仰天线控制放大板对调过来再试。
2.2.3 调整“方位手动速度调整”电位器的滑动触头至右边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动。
若天线不转动请重新检查接线及天线控制放大板，或将俯仰天线控制放大板对调过来再试。
2.2.4 上述两步速度应大致相当。
若天线不转动且方位天线控制放大板PWM输出指示灯不亮，可调整方位天控放大板的“灵敏度调整”电位器，使灵敏度适当提高再调试。
此时方位天线控制放大板基本符合粗调要求。
可作如下设置：调整“方位手动速度调整”电位器的滑动触头至中间位置，使其输出电压基本为0，天线不转动。
方位天线控制放大板元器件排列图见图3所示。
3 仰角控制运动的调整3.1 仰角天线控制放大板的调整3.1.1 将仰角天线控制放大板的“功能选择”开关设置到检查位置，使天控放大器处于检查状态。
3.1.2 调整“平衡调整”电位器的滑动触头至中间位置，使天线的正反向转速基本达到平衡。
3.1.3 调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至中间位置，使其输出电压基本为0，天线不转动。
3.1.4 调整“灵敏度调整”电位器至适当位置，使方向指示灯不在正反两个方向闪动，且PWM输出指示灯正好熄灭，此时灵敏度符合粗调要求。
3.1.5 调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至左边一半位置：使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动。
若天线不转动，请重新检查接线及天线控制放大板，或将方位天线控制放大板对调过来再试。
3.1.6 调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至右边一半位置，使其有一定的输出电压。
此时天线应能匀速转动，若天不转动，请重新检查接线及天线控制放大板，或将方位天线控制放大板对调过来再试。
3.1.7 上述“3.1.5”、“3.1.6”两步速度应大致相当。
若天线不转动且PWM输出指示灯不亮，可适当调整“灵敏度调整”电位器，使灵敏度适当提高再调试。
此时仰角天线控制放大板基本符合粗调要求。
可作如下设置：调整“检查速度调整”电位器的滑动触头至中间位置，使其输出电压基本为0V，天线不转动。
3.2 仰角控制运动的调整将仰角天线控放大板的“功能选择”开关设置到工作位置，使天线控制放大器处于正常工作状态。
然后检查俯仰误差信号的同轴连接电缆是否完好，确保完好后打开终端信号处理-天线控制分机电源。
3.2.1 将天线控制分机的天线控制选择开关设置到手动位置。
3.2.2 调整“仰角手动速度调整”电位器的滑动触头至左边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速运行。
若天线不转动，请重新检查接线及天线控制放大板，或将方位天线控制放大板对调过来再试。
3.2.3 调整“仰角手动速度调整”电位器的滑动触头至右边一半位置，使其有一定的输出电压，此时天线应能匀速转动。
若天线不转动，请重新检查接线及天线控制放大板，或将方位天线控制放大板对调过来再试。
3.2.4 上述两步速度应大致相当。
若天线不转动且仰角天线控制放大板PWM输出指示灯不亮，可调整仰角天控放大板的“灵敏度调整”电位器，使灵敏度适当提高再调试。
此时仰角天线控制放大板基本符合粗调要求。
作如下设置：调整“仰角手动速度调整”电位器的滑动触头至中间位置，使其输出电压基本为0V，天线不转动。
4 XDR整机系统调整一个完整的XDR系统包括雷达天线系统，收发系统，XDR终端机柜硬件系统（终端信号处理-天控分机，天线驱动分机等），传输系统（有线/无线/光纤/电话信道等），计算机处理及显示系统，远程计算机遥控处理显示系统和VGA视频传输系统等。
XDR雷达整体系统组成框图如图4所示。
XDR的四大系统（信号系统，码录取系统，天控系统，传输系统）的原理及调整方法如前述，其中信号系统包括了从发射机到接收机到终端信号处理-天控分机的信号处理系统及计算机处理显示系统等方面内容。
天控系统包括了从计算机到终端信号处理-天控分机的天线控制器到天控放大器到驱动电机到齿轮传动机构乃至天线转动等方面内容；传输系统则相对独立，可采用多种传输方式。
4.1 天线标定雷达架设起来以后，为了保证测定坐标的精确度，需要对雷达的水平位置，以及方位角、仰角的零度进行校正和标定。
在标定时，务必认真细致，反复校验，力求精确。
4.2 水平标定4.2.1 将两个水准器装到天线支承座扇形支板上的水准器架上。
这两个水准器在位置上是相互垂直的。
4.2.2 将天线传动底座上三个调整螺丝的保护长螺帽去掉，用小板手反复调整三个调整螺丝，使两个水准器的水泡处于中央位置。
4.2.3 将天线方位旋转180°。
观察水准器的水泡有没有位移，如果有位移，需要重复调整。
这样反复调整多次，直到将天线方位旋转到任意位置，水准器的水泡都处于刻线范围之内为止。
将三个调整螺丝的保护长螺帽均匀用力拧紧。
4.3 方位角零度的标定（正北标定）雷达天线正北标定有经纬仪测定法和北极星定位法两种方法。
4.3.1 经纬仪测定法。
将天线停在某一方位，在离天线100m左右的地方架设58型方向盘，（也可用测风经纬仪），先用方向盘测出天线的磁方位角。
然后根据当地的磁偏角确定天线的真方位角。
具体操作方法如下：1）把方向盘装到三角架上。
2）根据方向盘上的水准器，校正方向盘水平。
4）根据方向盘上的指北针，转动瞄准镜，将瞄准线校到磁北。
5）转动瞄准镜，瞄准天线抛物面，使抛物面的两个边缘与瞄准镜镜面中心的十字座标垂直线重合。
6）读出此时瞄准线的磁方位的密位百倍数（方向盘上的黑色读数），将此数乘以6，就是瞄准线的磁方位角度数。
7）根据瞄准线磁方位角的度数，用图解法求出天线磁方位角度数（作图时注意磁方位角的度数是从磁北起、按顺时针方向计算的）。
例如，瞄准线的磁方位角为330°，则天线的磁方位角为330°-270°=60°（如图5所示）；瞄准线的磁方位角为150°，则天线的磁方位角为150°+90°=240°（如图6所示）；瞄准线的磁方位角为240°，则天线的磁方位角为240°-90°=150°（图7所示）；瞄准线的磁方位角为60°，则天线的磁方位角为60°+270°=330°（图8所示）。