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        CLC-11-A型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)及常見(jiàn)故障分析

        2019-07-07 13:54:17虎雅莉
        科技資訊 2019年11期

        摘? 要:固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)是一部脈沖多普勒雷達(dá),能夠探測(cè)晴空大氣湍流,能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)大氣的三維風(fēng)場(chǎng)且能實(shí)時(shí)地提供所探測(cè)高度的水平風(fēng)場(chǎng)、大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)、垂直氣流等隨高度的分布。該文簡(jiǎn)要介紹了CLC-11-A型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)的工作原理及其常見(jiàn)故障,通過(guò)對(duì)日常工作中的一些常見(jiàn)故障舉例分析并總結(jié)維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn),為雷達(dá)業(yè)務(wù)保障工作提供了一定的參考。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)廓線雷達(dá)? T/R組件? 虛溫

        中圖分類號(hào):TN959.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):1672-3791(2019)04(b)-0055-03

        Abstract: A fixed boundary layer wind profiler is a type of Pulse doppler radar that can detect clear air turbulence and atmospheric there-dimensional wind field in a real time.The wind profiler can continuously measure and provide the distribution of atmospheric horizontal wind field,vertical airstream,atmospheric structure constant of refractive index and other meteorological elements at measured heights above the ground.This paper briefly introduces the working principle and common faults of CLC-11-A fixed boundary wind profile radar,by analyzing some common faults in daily work and summarizing maintenance experience, this paper provides some reference for radar business support work.

        Key Words: Wind profiler; TR assembly; Virtual temperature

        固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)是一種廣泛應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)、空中管制、大氣污染預(yù)測(cè)等方面的地基遙感設(shè)備。配備聲探測(cè)功能的風(fēng)廓線雷達(dá)還可以通過(guò)電波和聲波的相互作用遙感大氣溫度廓線。寧夏銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)目前布設(shè)了一部CLC-11-A型固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá),且于2018年1月31日已投入運(yùn)行。風(fēng)廓線雷達(dá)的使用為天氣預(yù)報(bào)用戶提供了高分辨率數(shù)據(jù),一定程度上填補(bǔ)了系統(tǒng)留下的觀測(cè)區(qū)域空白,保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn),確保獲取資料可靠,隨之成為業(yè)務(wù)人員的基本工作。因此,了解并掌握風(fēng)廓線雷達(dá)的工作原理及日常維護(hù)維修方法,是每個(gè)雷達(dá)業(yè)務(wù)從事者必備的能力素質(zhì)。

        1? 工作原理

        固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)主要以晴空大氣湍流為探測(cè)目標(biāo),再利用布拉格散射原理探測(cè)湍流中大氣折射率指數(shù)結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2的變化,進(jìn)而導(dǎo)出大氣中風(fēng)場(chǎng)的變化。

        雷達(dá)工作時(shí),主控計(jì)算機(jī)首先產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào),信號(hào)通過(guò)發(fā)射前級(jí)和T/R組件移相放大,再由天饋系統(tǒng)輻射出去,最后進(jìn)行功率合成,以把能量集中到天線的某一個(gè)波束上(天線共有五波束,分別為:偏東15°、偏西15°、偏南15°、偏北15°、天頂),雷達(dá)手冊(cè)規(guī)定一次完整的取樣應(yīng)至少包括一個(gè)垂直和兩個(gè)正交的傾斜波束。

        輻射出去的電磁波信號(hào)在遇到大氣湍流后就會(huì)被散射返回,被雷達(dá)天線接收,之后又經(jīng)過(guò)T/R組件放大、移相、合成后送至數(shù)字中頻接收機(jī),由其進(jìn)行濾波、放大、正交、數(shù)據(jù)抽取,再由信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行頻域FFT運(yùn)算變換,輸出回波信號(hào)的功率譜數(shù)據(jù),最后由數(shù)據(jù)處理對(duì)功率譜進(jìn)行分析,反演出大氣風(fēng)場(chǎng)。

        2? 故障分析

        2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)終端界面溫度顯示不正常

        該界面顯示的溫度是通過(guò)溫度探頭測(cè)量得到的,它們分別安裝在室內(nèi)室外機(jī)柜。2月3日,該監(jiān)測(cè)終端顯示發(fā)射機(jī)柜、室內(nèi)、TR1及TR2機(jī)柜溫度高達(dá)95℃(當(dāng)時(shí)室外-12℃)(見(jiàn)圖1),10月15日監(jiān)測(cè)溫度無(wú)顯示(見(jiàn)圖2)。引起這種故障的原因有3點(diǎn):一是空調(diào)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn);二是溫度探頭故障;三是溫控誤報(bào)。經(jīng)查看,第一次空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,更換溫度探頭后恢復(fù)正常;第二次空調(diào)及溫度探頭均正常,懷疑溫控誤報(bào),等待一段時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)正常。需要注意的是,業(yè)務(wù)人員要實(shí)時(shí)監(jiān)控該終端界面,且至少一周巡視檢查一次空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)情況,以防關(guān)鍵組件長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài),降低其使用壽命。

        2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)終端顯示TR組件故障

        T/R組件是有源相控陣的核心器件,其主要功能是實(shí)現(xiàn)功率和回波信號(hào)的放大。這里要說(shuō)明的是,風(fēng)廓線總共配了20個(gè)T/R組件,分別安放在天線陣正下方的兩個(gè)機(jī)柜里,同時(shí)機(jī)柜兩側(cè)各安裝一個(gè)小空調(diào)對(duì)其進(jìn)行降溫。只要故障的組件不超過(guò)5個(gè),其中一兩個(gè)故障,只會(huì)使雷達(dá)波的副瓣電平升高,使得最大探測(cè)高度降低,影響其探測(cè)效果,但不影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

        11月15日巡視檢查發(fā)現(xiàn)雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)終端BIT界面顯示TR16開(kāi)關(guān)功率120W組件故障告警(見(jiàn)圖3),此時(shí)雷達(dá)仍正常工作。引起這種故障的原因有3點(diǎn):一是整個(gè)TR組件損壞;二是連接該組件的線路松動(dòng);三是軟件虛報(bào)故障。最后經(jīng)與廠家聯(lián)系,懷疑波控碼遺失,由于前期安裝RASS更換了接收機(jī)模塊,導(dǎo)致其虛報(bào)故障,最后重新補(bǔ)裝波控碼后故障排除。

        2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)終端系統(tǒng)連接信息界面顯示不正常

        銀川機(jī)場(chǎng)本場(chǎng)安裝了2臺(tái)服務(wù)器,互為主備,但該終端界面經(jīng)常顯示備用服務(wù)器數(shù)量為0(見(jiàn)圖4)。遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器,經(jīng)過(guò)仔細(xì)查看,是由于服務(wù)器程序軟件(WPSS)無(wú)響應(yīng)導(dǎo)致,結(jié)束該進(jìn)程,重啟軟件后便可恢復(fù)正常。這里建議經(jīng)常對(duì)電腦進(jìn)行病毒查殺。

        2.4 風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品顯示終端溫度顯示界面溫度變化區(qū)間太大

        該溫度是由RASS測(cè)量得到。其工作原理是:RASS的高功率聲源產(chǎn)生的聲波會(huì)擾動(dòng)大氣,使之產(chǎn)生折射指數(shù)起伏,并利用風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)這種折射指數(shù)起伏,從而得到聲波傳播或運(yùn)動(dòng)的徑向速度的高度分布,再根據(jù)聲速和溫度間的關(guān)系就可以反演出溫廓線,從而得到隨高度變化的大氣虛溫[3]。但銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)自安裝RASS以來(lái),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度突變現(xiàn)象(見(jiàn)圖5),由10℃突然變到-30℃,而下一時(shí)刻又變回10℃。經(jīng)分析,引起這種現(xiàn)象的原因有:一是程序算法問(wèn)題(目前銀川是國(guó)內(nèi)第二家安裝RASS并實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的,程序算法設(shè)計(jì)還不是很成熟);二是原始數(shù)據(jù)本身問(wèn)題,因?yàn)榇髿鈼l件變化對(duì)虛溫探測(cè)性能影響也非常大。

        3? 其他常見(jiàn)問(wèn)題

        3.1 數(shù)據(jù)空洞

        由于風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)的目標(biāo)是大氣湍流,回波信號(hào)一般比較弱,當(dāng)回波弱到一定程度后,就會(huì)無(wú)法生成風(fēng)場(chǎng),所以就形成了空白區(qū),即數(shù)據(jù)空洞。同時(shí)由于回波比較微弱,其信噪比較臨界,反演的風(fēng)場(chǎng)可信度不高,所以,我們經(jīng)常會(huì)看到低空(尤其是0~100m區(qū)域)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)比較零亂。另外,濕度越大對(duì)雷達(dá)探測(cè)就越有利,因?yàn)槌睗窨諝獾姆瓷湎禂?shù)變化會(huì)更大,寒冷干燥的空氣則容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)空洞,這也就是為什么沿海地區(qū)是風(fēng)廓線雷達(dá)的理想架設(shè)場(chǎng)所。

        3.2 虛溫探測(cè)

        一方面,降水時(shí)如果測(cè)得的水顆粒下降速度不同于垂直速度,測(cè)得的虛溫則會(huì)不準(zhǔn)確;另一方面,溫度對(duì)RASS的影響很大,聲音衰減隨溫度、濕度和壓力的變化而變化,所以越是寒冷干燥的空氣其衰減能力越大,從而降低了虛溫的探測(cè)范圍。

        4? 結(jié)語(yǔ)

        固定式邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)作為一種先進(jìn)的地基探空設(shè)備,它不僅能夠探測(cè)到大氣的三維風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù),還能探測(cè)到垂直溫度廓線,且資料可靠性強(qiáng)。該設(shè)備目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到民航業(yè)務(wù)中,尤其基于風(fēng)廓線雷達(dá)提供局地的垂直風(fēng)廓線,對(duì)于預(yù)報(bào)員在風(fēng)切變預(yù)測(cè)、天氣系統(tǒng)過(guò)境、降水開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間等方面提供著非常有價(jià)值的指導(dǎo)。所以雷達(dá)業(yè)務(wù)人員非常有必要了解并掌握風(fēng)廓線雷達(dá)相關(guān)知識(shí)及常見(jiàn)故障的維護(hù)維修技術(shù),在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn),確保其正常穩(wěn)定運(yùn)行,進(jìn)而更好地發(fā)揮其在高空探測(cè)、臨近預(yù)報(bào)等方面的優(yōu)勢(shì)。

        參考文獻(xiàn)

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        [2] 周志敏,萬(wàn)蓉,崔春光,等.廓線雷達(dá)資料在一次冰雹過(guò)程中的應(yīng)用[J].暴雨災(zāi)害,2010,29(3):251-256.

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        ①作者簡(jiǎn)介:虎雅莉(1992—),女,漢族,寧夏銀川人,本科,助理工程師,主要從事氣象探測(cè)設(shè)施應(yīng)用維護(hù)工作。

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