新一代天气雷达测试规范.docx
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新一代天气雷达测试规范
新一代天气雷达（CINRAD-SA/SB）测试规范
1、范围
1.1本规范涵盖了新一代天气雷达测试内容、指标要求、测试方法、测试仪表的设置以及测试程序的使用。
1.2本规范适用新一代天气雷达的SA/SB型号。
2、本规范引用文件
新一代天气雷达出厂、现场测试大纲
3、测试内容以及指标
3.1发射机功率测试
要求发射机输出的峰值功率在650kW―750kW范围内。
3.2发射机输出脉冲包络测试
发射机输出脉冲包络，窄脉冲脉冲宽度（50%处）：
1.57±0.1µs，宽脉冲脉冲宽度（50%处）：
4.5―5.0µs；上升沿（10%―90%）、下降沿（90%―10%）大于120ns、小于200ns；纹波顶降小于5%。
3.3发射机极限改善因子测试
用频谱仪测得发射信号的S/N，根据计算公式：
I＝S/N＋10lgB－10lgF
式中：
I为极限改善因子（dB）
S/N为信号噪声比（dB）
B为频谱分析带宽（Hz）
F为发射脉冲重复频率（Hz）
SA/SB雷达发射机极限改善因子I≥52dB
3.4发射机输出频谱宽度测试
-40dB处谱宽不大于±7.26MHZ；
-50dB处谱宽不大于±12.92MHZ；
-60dB处谱宽不大于±22.94MHZ
3.5接收机噪声系数测试
包含保护器，接收机模拟噪声系数≤3.0dB，数字端噪声系数≤4.0dB
3.6接收机机内动态范围测试
采用机内信号源接收系统动态范围≥85dB
3.7接收机机外信号源动态范围测试
采用外部仪表信号源接收系统动态范围≥85dB
3.8接收机机内发射率测试
用机内信号源注入功率为-95dBm至-35dBm间各档的信号，在距离5km至200km范围内检验其回波强度的测量值，回波强度测量值与注入信号计算回波强度测量值的最大差值应在±1dB范围内。
3.9接收机机外信号源发射率动态范围测试
用仪表信号源注入功率为-90dBm至-35dBm各档的信号，在距离5km至200km范围内检验其回波强度的测量值，回波强度测量值与注入信号计算回波强度测量值的最大差值应在±1dB范围内。
3.10系统地物抑制能力测试
滤波前功率减滤波后功率≥52dB。
3.10系统相位噪声测试（I、Q相角）
I、Q相角法进行测试、计算相位噪声≤0.15°。
3.11现场雷达天线水平测试
水平合像仪测得天线8个方向对角差值不超过50"
3.12现场雷达天线太阳法的指向测试
方位、俯仰角度误差≤±0.3°
3.13现场雷达天线控制精度测试
方位、俯仰角度控制精度≤±0.1°
4、新一代天气雷达各项指标的测试方法
4.1发射机输出包络测试
4.1.1测试位置：
发射机的1D1定向耦合器输出端
4.1.2测试工具：
30dB衰减器，7dB衰减器（视检波器的最大承受功率选择大小）、N型头测试电缆一根、BNC头测试电缆一根、平衡检波器、示波器、转接适配器若干。
4.1.3测试方法：
30dB衰减器接在发射机的定向耦合器的输出端（平时不要取下），接上N头测试电缆，电缆接在30dB衰减器的后端，再接上7dB衰减器，连上检波器，通过BNC头的电缆接到示波器测试通道口。
4.1.4示波器设置（TDS3032B）：
a.将示波器测试通道直流耦合设置成50Ω匹配负载；
b.参考电平下设成10%，中间设置为50%，上设置为90%；
c.时间刻度设置为500ns，幅度刻度设置为100mv；（可视测试信号大小设置）
d.选择好示波器的触发源，调整适当的触发电平；
e.针对当前测试通道，在测量菜单中选中自动测量显示项，一般选正脉冲宽度、上升沿时、下降沿时；
4.1.5参数记录
4.1.5.1脉冲宽度（µs）
4.1.5.2脉冲上升沿时间、下降沿时间（ns）
4.1.5.3脉冲纹波顶降（%）
4.2发射机输出功率测试
4.2.1测试位置
同4.1.1
4.2.2测试工具
30dB衰减器，10dB衰减器（视功率计探头的最大承受功率选择大小或不用）、N型头测试电缆一根、功率计，转接适配器若干。
4.2.3测试连接方法
30dB衰减器接在发射机的定向耦合器的输出端（平时不要取下），接上N头测试电缆，再接上10dB衰减器，通过接头适配器连到功率计的探头上。
4.2.4功率计设置（AgilentE4418B）：
a.选功率计探头型号，在功率计探头表里找到功率探头的型号，并选中，有些探头型号在功率的列表中没有，但能正常使用。
b.设置测试频率，
c.设置校准系数
d.功率计标校
e.功率计差损补偿offset，该值为定向耦合器的耦合度+固定衰减器+测试电缆的差损+0.5dB（加波导、转接头差损）、脉冲占空比（％）、显示单位dBm/kW
4.2.5参数记录：
峰值功率
4.2.5.1窄脉冲：
重复频率分别为322、857、1282Hz的峰值功率；宽脉冲：
重复频率分别为322、446Hz的峰值功率。
4.2.5.2通过占空比计算上述各重复频率的平均功率，并记录。
4.3发射机输入、输出频谱宽度测试
4.3.1测试位置
同4.1.1
4.3.2测试工具
频谱仪（AgilentE4445A）、30dB衰减器，10dB衰减器（视频谱仪的最大承受功率选择大小或不用）、N型头测试电缆一根、转接适配器若干。
4.3.3测试方法
连接方法同4.2.3
4.3.4频谱仪设置
4.3.4.1打开频谱仪电源，预热仪表5分钟以上；
4.3.4.2设置测试信号的中心频率，设置频谱仪扫描宽度（Span）为50MHz，扫描频率（Sweep）为1S，分析带宽（ResBW）为30KHz，Detector/Demod设为Peak状态。
4.3.5参数记录
发射机分别工作在窄脉冲、宽脉冲模式下，在频谱的两侧，找到距峰值功率点为-10dB、-20dB、-30dB、-40dB、-50dB、-60dB处的标志点，记录下此点距中心频率的带宽。
4.4发射机极限改善因子测试
4.4.1测试位置
发射机输入频谱测试点：
速调管输入前（可调衰减器的输出）
发射机输出频谱测试点：
同4.1.1。
4.4.2测试工具
频谱仪（AgilentE4445A）、30dB衰减器，10dB衰减器（视频谱仪的最大承受功率选择大小或不用）、N型头测试电缆一根、SMA头测试电缆一根、转接适配器若干。
4.4.3测试方法
发射机输出频谱测试连接方法同4.2.3，发射机输入频谱测试点在发射机射速调管输入点，直接用SMA头电缆、转接适配器将可调衰减器输出的信号连至频谱仪。
4.4.4频谱仪设置
4.4.4.1打开频谱仪电源，预热仪表5分钟以上；
4.4.4.2设置测试信号的中心频率，根据测试信号的重复频率相应地设置频谱仪扫描宽度（Span）为1KHz或2KHz，扫描频率（Sweep）为600mS，分析带宽（ResBW）、视频带宽（VBW）为3Hz。
分别测试644Hz、1282Hz重复频率的信号的极限改善因子。
合理地将中心频率移偏，在频谱仪上见到两根谱线为最佳；调整显示信号幅度的参考值，能够充分显示信号的顶部和噪声底部；对测试信号取10次平均；找到PeakMark点，再找到另一标示点DeltaMarker，设置为半重复频率处，这两个标示点的幅度落差值为发射信号的信噪比。
4.4.5测试数据记录
根据仪表测试，读取重复频率为644Hz、1282Hz的S/N，根据公式计算出极限改善因子。
4.5接收机噪声系数测试
4.5.1测试位置
模拟噪声系数测试点在数字中频A/D模块前，即模拟中频输出端；仪表噪声源注入点：
雷达出厂测试，保护器输入端，现场测试，在场放的输入端，需要从保护器（SB是打火管）上拆下场放。
4.5.2测试工具
噪声系数表、仪表自配噪声源、BNC电缆、SMA电缆、接头适配器若干。
4.5.3测试方法
将噪声源连到测试点，噪声系数表通过BNC电缆提供28V直流电给噪声源，测试时要将控制程序关掉，以防系统其它信号漏入接收通道，测试模拟噪声系数时，用SMA电缆将接收机末级模拟中频输出端连至噪声系数表，从仪表上读出噪声系数值；测试接收机数字终端后的噪声系数，不需用噪声系数表测量，只需设置噪声仪表功能码控制噪声源的冷态、热态，用公司自带测试程序读取数值，经计算得到整个系统的噪声系数，即数字端噪声系数（数字中频输出）。
4.5.3仪表设置
现噪声系数表一般用Agilent8970B，噪声源一般用Agilent346B，使用前对仪表进行设置和标校，根据仪表的功能代码设置测试信号的射频、中频频率。
4.5.4测试数据记录
模拟噪声系数直接从噪声系数表上读取，出厂时测试通道一般包括保护器或打火管，现场测试时只能从；数字端噪声系数由测试程序读取。
4.6机内信号动态范围测试
通过运行系统自带测试程序，控制接收机内的射频衰减器，在103―0dB范围内依次衰减，频综输出的测试信号从大到小依次增强，程序自动生成对应每个衰减信号在5Km处的反射率值，高低端为不超过1dB压缩点处。
用Excel表制出动态曲线图，同时画出拟合直线，拟合直线的斜率不超过1±0.015，拟合均方根差≤0.5。
4.7外部信号源接收机动态范围测试
用外部信号源输出连续波信号注入接收机保护器，通过手动控制信号输出步进，信号从-110dBm至-15dBm递增，运行系统自带测试程序取5Km处的发射率值，高端、低端要求每隔1dBm取一个数值，中间线性段每隔5dBm取一个数值。
用Excel表制出动态曲线图，同时画出拟合直线，拟合直线的斜率不超过1±0.015，拟合均方根差≤0.5。
4.8接收机发射率标定
分别用外接信号源和机内信号源注入功率为－90dBm至－40dBm的信号，在距离5km至200km范围内检验其回波强度的测量值，回波强度测量值与注入信号计算回波强度期望值的最大差值应在±1dB范围内。
4.8.1接收机发射率期望值通过下面公式计算：
10lgz=10lg[（2.69×1016λ2）/（PtτG2QФ）]＋Pr＋20lgR＋LΣ+R×Lat
=C+Pr+20lgR+R×Lat
C=10lg[（2.69×λ2）/（PtτQφ）]-2G＋160＋LΣ
式中：
λ：
波长（cm）、G：
天线增益（dB）、Pt：
发射脉冲功率（kW）、τ：
脉宽（μs）、θ：
水平波束宽度（°）、φ：
垂直波束宽度（°）、L0：
匹配滤波器损耗（1.56dB）、Lrt：
收发支路馈线总损耗（dB）、LΣ：
系统除Lat外的总损耗（dB）、Pr：
输入信号功率（dBm）、R：
距离（km）、Lat：
大气损耗（dB/km）：
S段取0.011（双程）。
4.8.2测试工具
信号源、功率计、测试电缆、衰减器（30dB、20dB各一个）、转接适配器。
4.8.3测试要求
1、做接收机发射率定标要求适配参数准确，用功率计实测频综CW测试信号、保护器耦合注入信号大小，将两信号的差值合理分配给RDASC适配参数表；根据厂家提供的天馈系统参数，合理分配到RDASC适配参数表的Transmit2项里。
2、用功率计、信号源准确标校测试电缆的差损，以便能够得到精确的Pr值。
3、所有S波段雷达在注入功率Pr相同的情况下，在同距离上测得的发射率值应该基本相同，不超过±1dB范围。
4.9系统地物抑制能力、系统相位噪声（I、Q相角）测试
运行RDASC程序，标定完成后，查看性能参数（Performance）里德Clibrationcheck，记录下滤波前功率、滤波后功率值，地物抑制（dB）=滤波前功率（dB）―滤波后功率（dB）；打开RDASC目录下IQ62文件读取相噪值并记录。
以上过程连续做十次。
4.10天线指向、控制精度测试
运行RDASOT程序，调整RDA计算机精确北京时间，输入正确的经纬度参数，
5、测试参数记录表
5.1脉冲宽度记录表
τ（μs）
τr（ns）
τf（ns）
δ（%）
5.2发射功率记录表
定向耦合器耦合度（dB）：
固定衰减器（dB）：
测试电缆（dB）：
其他（dB）：
测量点至速调管输出端总损耗（dB）：
测量数据：
F（Hz）
τ（μs）
D（‰）
P平均（mw）
Pt（kw）
322
857
1282
322
446
5.3发射频谱宽度记录表
频谱宽度测试图
距中心频率频谱线衰减量（dB）
频谱宽度（MHz）
左频偏
右频偏
谱宽
－10
－20
－30
－40
－50
－60
5.4极限改善因子、及相噪记录表
见下图644Hz重复频率的信号相噪：
F（Hz）
B（Hz）
S/N（dB）
I（dB）
644
3
1282
3
地物抑制
测试次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
滤波前功率（dB）
滤波后功率（dB）
差值（dB）
相位噪声
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
相位噪声（σφ）
0.06
0.06
0.06
0.07
0.05
0.05
0.05
0.06
0.05
0.07
5.5接收机动态范围记录
略。
5.6接收机发射率标定
距离
输入信号反射率
5（km）
50（km）
100（km）
150（km）
200（km）
（dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
（dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
（dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
（dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
（dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
dBm）
期望值（dBZ）
实测值（dBZ）
差值（dB）
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