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：

270°

90°

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（Agilent E4418B）：

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（Agilent E4445A）、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（Res BW ）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（Agilent E4445A）、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（Res BW ）、

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

Peak Mark点，再找到另一标示点Delta Marker，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Agilent 8970B，噪声源一般用Agilent 346 B，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)/(P tτG2QФ)]＋P r＋20lgR＋LΣ+R×L at

= C + P r + 20lgR + R×L at

C =10lg*(2.69×λ2)/ (P tτQΦ)]-2G＋160＋LΣ

式中：λ：波长（cm）、G：天线增益（dB）、P t：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L at外的总损耗(dB)、P r：输入信号功率（dBm）、R：距离（km）、L at：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P r值。

3、所有S波段雷达在注入功率P r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Clibration check，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

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：

5.3 发射频谱宽度记录表

频谱宽度测试图

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：

相位噪声

5.5 接收机动态范围记录

略。

5.6 接收机发射率标定