王新花 孫樂(lè) 谷雨

摘要：L波段雷達(dá)是我國(guó)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。本文主要根據(jù)青海省達(dá)日縣氣象局高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)工作經(jīng)驗(yàn)，首先介紹了L波段雷達(dá)的工作原理，接著重點(diǎn)論述L波段雷達(dá)的故障維修方法以及維護(hù)管理方式，以供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：L波段雷達(dá)；工作原理，維修維護(hù)

引言

近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)氣象探測(cè)技術(shù)方面得到不斷優(yōu)化增強(qiáng)，高空探測(cè)站也愈來(lái)愈多，我國(guó)目前已逐漸構(gòu)建了比較全面的高空氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。GFE（L）1型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱L波段雷達(dá)）是我國(guó)自主研發(fā)的新一代高空探測(cè)雷達(dá)，現(xiàn)已經(jīng)在全國(guó)大部分探空臺(tái)站投入應(yīng)用。L波段雷達(dá)的使用為天氣預(yù)報(bào)和氣候監(jiān)測(cè)提供自地面到30000米高度之間的不同高度層的氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、溫度等氣象數(shù)據(jù)以及相關(guān)氣象信息，不僅大幅提升了我國(guó)高空氣象要素?cái)?shù)據(jù)的觀測(cè)密度與探測(cè)精度，而且為我國(guó)各個(gè)地區(qū)開(kāi)展天氣預(yù)報(bào)、氣候變化研究以及公共氣象服務(wù)等氣象業(yè)務(wù)提供了更為有價(jià)值的指導(dǎo)依據(jù)。可以說(shuō)，L波段雷達(dá)當(dāng)前在我國(guó)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。因此，為了確保L波段雷達(dá)始終可以穩(wěn)定運(yùn)行，必須要掌握L波段雷達(dá)的工作原理及其維修維護(hù)方法。

1.L波段雷達(dá)的工作原理

L波段雷達(dá)在開(kāi)展高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)中，主要配合GTS1 型數(shù)字式電子探空儀執(zhí)行空中的溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等探測(cè)任務(wù)。L波段雷達(dá)具備采集速度快、探測(cè)精度高、體積小、能耗少、重量輕以及運(yùn)用方便等特征。L波段雷達(dá)的工作原理主要包括以下幾個(gè)方面。

1.1測(cè)角原理

L波段雷達(dá)天線主要由四個(gè)Ф0.8m拋物面天線、調(diào)制環(huán)以及和差環(huán)等共同構(gòu)成，其中，實(shí)現(xiàn)假單脈沖體制的關(guān)鍵為和差環(huán)。調(diào)制環(huán)主要是通過(guò)程序方波進(jìn)行控制，由和差環(huán)取得上、下、左、右誤差信號(hào)調(diào)制于和信號(hào)上，該信號(hào)通過(guò)接收機(jī)放大以及解調(diào)便能夠反映目標(biāo)偏離 電軸的角誤差信號(hào)（涉及到方向、大小）。通過(guò)垂直面上的2個(gè)天線所取得的誤差信號(hào)促進(jìn)俯仰電機(jī)對(duì)仰角進(jìn)行測(cè)量獲取。通過(guò)水平面上的天線取得的誤差信號(hào)促進(jìn)方位角電機(jī)而測(cè)量到方位角。本文主要通過(guò)方位角的測(cè)量為例來(lái)闡述測(cè)角原理（圖1）。若天線與正東方相對(duì)，目標(biāo)也處于正東方，因?yàn)樯漕l信號(hào)至左右天線所歷經(jīng)的路程保持一致，所以沒(méi)有相位差，即角誤差為0，在顯示器上分別顯示的2根亮線也相等。若電軸未對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)（如電軸方向偏南或者偏北了1個(gè)角度），如此因至左右2個(gè)單元天線的射頻信號(hào)存在相位差，便形成了角誤差信號(hào)，在顯示器上2根亮線便有長(zhǎng)短之分。L波段雷達(dá)主要通過(guò)這個(gè)原理對(duì)仰角以及方位角進(jìn)行測(cè)量。在高空氣象探測(cè)過(guò)程中，只需要對(duì)天線加以轉(zhuǎn)動(dòng)，使顯示器上的4條亮線保持兩兩對(duì)齊便說(shuō)明雷達(dá)天線和目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了。

1.2測(cè)距原理

L波段雷達(dá)在運(yùn)行過(guò)程中，雷達(dá)的“詢問(wèn)信號(hào)”就是發(fā)射脈沖，由雷達(dá)天線進(jìn)行發(fā)射，由探測(cè)的氫氣球所附帶的無(wú)線電回答器進(jìn)行接收，無(wú)線電回答器便有1個(gè)應(yīng)答信號(hào)傳輸至地面，由雷達(dá)天線接收。所以只用獲取無(wú)線電波從雷達(dá)至氣球之間的往返時(shí)間，之后采取這個(gè)時(shí)間的1/2乘以無(wú)線電波的傳播速度，便可以獲取探測(cè)氫氣球和雷達(dá)間的距離。若將無(wú)線電波的傳播速度設(shè)定為C，測(cè)定時(shí)間設(shè)為Δt，那么所獲取的距離D可采用下式進(jìn)行計(jì)算：

D= 1/2（C×Δt）

無(wú)線電波在空間傳播速度即為光速，C=3×105km/s，Δt一般采取微秒（μs）去計(jì)算，即 C=0.3 km/μs，所以求得D=0.15×Δt（km）。

1.3測(cè)風(fēng)原理

由于凈舉力的作用，探測(cè)氫氣球一般會(huì)憑借一定的垂直速度進(jìn)行上升，并且伴隨著風(fēng)力進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)。由于探測(cè)氫氣球質(zhì)量較小，在隨風(fēng)漂移運(yùn)動(dòng)中所出現(xiàn)的慣性比較小。所以，可把探測(cè)氫氣球的運(yùn)動(dòng)當(dāng)成空氣質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，探測(cè)氫氣球在水平方向上進(jìn)行移動(dòng)，基本上能夠代表空氣質(zhì)點(diǎn)的水平位移。L波段雷達(dá)連續(xù)跟蹤以及測(cè)量探測(cè)氫氣球的運(yùn)動(dòng)軌跡，采取數(shù)學(xué)模型通過(guò)計(jì)算獲取高空各層的風(fēng)速、風(fēng)向。

1.4高空其他氣象要素的測(cè)量

高空氣壓、濕度、溫度等各類氣象要素的取得主要是通過(guò)探測(cè)氫氣球所攜帶的數(shù)字探空儀所完成的。探空儀主要由氣壓、濕度、溫度傳感器和編碼電路、轉(zhuǎn)換電路以及回答器共同構(gòu)成，其感應(yīng)元件的電參量隨著大氣中氣壓、濕度、溫度的變化而發(fā)生改變，而轉(zhuǎn)換電路需要對(duì)變化的電參量開(kāi)展采樣以及編碼工作，之后通過(guò)回答器傳輸至地面由雷達(dá)所接收，通過(guò)軟件解碼以及計(jì)算，便可以獲取高空層各高度的氣壓、濕度、溫度等氣象要素值。

2.L波段雷達(dá)故障分析判斷以及維修方法

2.1故障分析判斷方法

（1）動(dòng)態(tài)判斷法

L波段雷達(dá)整機(jī)在進(jìn)行加電的時(shí)候，將探空儀電源接通，同時(shí)要雷達(dá)天線與探空儀對(duì)準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)候需要在放球軟件探空信號(hào)接收區(qū)，需要有溫度、濕度、氣壓信號(hào)，出現(xiàn)于軟件的左下方、終端—雷達(dá)通訊指示欄以及探空脈沖指示欄等區(qū)域，均需要有對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)處于移動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)控制盒的手動(dòng)方式對(duì)雷達(dá)偏離探測(cè)儀器的角度進(jìn)行調(diào)整，之后切換至自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，檢查雷達(dá)是否能夠重新與探空儀對(duì)準(zhǔn)。通過(guò)上述檢查若無(wú)任何異常狀況，便可以判斷雷達(dá)的信號(hào)接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通訊系統(tǒng)以及自動(dòng)跟蹤等均處于正常狀態(tài)，反之，則可以判斷出現(xiàn)了故障問(wèn)題。

（2）靜態(tài)判斷法

L波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)在進(jìn)行整機(jī)加電、但是不對(duì)探空儀信號(hào)進(jìn)行輸入，通過(guò)雷達(dá)的技術(shù)參數(shù)對(duì)雷達(dá)認(rèn)真檢查，查看L波段雷達(dá)的增益、高壓以及頻率等有關(guān)數(shù)值是否處于正常狀態(tài)；另外，還應(yīng)該對(duì)放球軟件進(jìn)行認(rèn)真檢查，查看各項(xiàng)操作是否可以穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2故障維修方法

（1）直覺(jué)法

直覺(jué)法主要利用耳聽(tīng)、眼看、鼻聞以及手摸等直觀方法來(lái)找出故障以及對(duì)故障部位進(jìn)行確定。

（2）隔離法

由于雷達(dá)電路內(nèi)各支路之間相互作用，為了可以對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確定，可以切斷其疑似故障點(diǎn)和周圍之間的聯(lián)系，之后再進(jìn)行檢查以及分析判斷。

（3）測(cè)量法

測(cè)量法主要采取儀表測(cè)量雷達(dá)電路的電阻、電流、電壓、電流以及波形，以獲取數(shù)據(jù)，接著與廠家的技術(shù)數(shù)據(jù)加以對(duì)比，觀察有無(wú)異常狀況。測(cè)量法是對(duì)雷達(dá)進(jìn)行維修的一種特別準(zhǔn)確的方法，同時(shí)也比較常用。

（4）代替法

通過(guò)分析故障現(xiàn)象，在懷疑某一單元板或者是某元器件存在故障問(wèn)題時(shí)，可以憑借備份單元板或者元器件加以替換，按照替換之后的結(jié)果展開(kāi)排查。

3.L波段雷達(dá)的維護(hù)管理

3.1日常維護(hù)

（1）每日要做好儀器的清潔維護(hù)工作；（2）雨季或者是下雪天氣，應(yīng)該檢查室外裝置是否有滲水現(xiàn)象，電纜有無(wú)受潮等情況，在大風(fēng)天氣條件下，應(yīng)及時(shí)防風(fēng)；（3）檢查放球軟件界面上雷達(dá)各狀態(tài)以及參數(shù)顯示有無(wú)異常，注意查看室內(nèi)以及室外裝置是否存在氣味或者異常聲音等，一旦存在問(wèn)題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修維護(hù)。

3.2季度維護(hù)

每個(gè)季度應(yīng)對(duì)L波段雷達(dá)進(jìn)行一次認(rèn)真的檢查維護(hù)，尤其是重要部件需要著重維護(hù)，維護(hù)內(nèi)容包括：（1）應(yīng)對(duì)天線、饋線系統(tǒng)的外表的灰塵進(jìn)行清洗；（2）對(duì)電纜接頭進(jìn)行認(rèn)真檢查，并且將各接插元件進(jìn)行檢查；（3）對(duì)天線轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的靈活性進(jìn)行檢查。

3.3年度維護(hù)

年度維護(hù)需要對(duì)全機(jī)進(jìn)行全方位檢查以及維護(hù)，同時(shí)對(duì)雷達(dá)全機(jī)的技術(shù)性能進(jìn)行檢查，年度維護(hù)的內(nèi)容較多，需要耗費(fèi)的時(shí)間稍長(zhǎng)，最好不要在最熱或者最冷的季節(jié)開(kāi)展。年度維護(hù)內(nèi)容包括：（1）清潔與維護(hù)天線單元饋線接點(diǎn)；（2）全部傳動(dòng)齒輪以及軸承均需加油或者換油；（3）對(duì)雷達(dá)天線裝置水平、方位角零點(diǎn)、仰角零點(diǎn)、距離零點(diǎn)以及械軸、電軸以及光軸的一致性等展開(kāi)檢查以及校準(zhǔn)，以確保雷達(dá)探測(cè)氣象要素的精度。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王新花（1990-），女，土族，青海省民和縣人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事氣象觀測(cè)工作。

（作者單位：1青海省達(dá)日縣氣象局；

2吉林省鎮(zhèn)賚縣氣象局；

3集安市氣象局）