宋樹生 胡穎飛 崔日權

摘要 L波段探空雷達是一款科技含量高、自動化程度高的新式雷達，其新型的探測結構集氣象數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測和集成為一體，大幅度提高了探測所得氣象資料的質(zhì)量和精度。但由于是自動化程度高的氣象儀器，難免會在運行中出現(xiàn)天線故障。主要根據(jù)吉林省延吉市氣象局的L波段探空雷達運行中常見的天線故障進行歸納總結，提出一些應對處理措施，確保高空天氣探測工作順利開展。

關鍵詞 L波段天氣雷達;天線故障;維修維護

中圖分類號：TN959.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）08–0–02

Abstract L-band radiosonde radar is a new type of radar with high technology content and high degree of automation. Its new detection structure integrates meteorological data collection， monitoring and integration， which greatly improves the quality and accuracy of meteorological data. However， due to the high degree of automation of meteorological instruments， it is inevitable that there will be antenna failure in operation. According to the L-band sounding radar of Yanji Meteorological Bureau in Jilin Province， the common antenna faults are summarized， and some countermeasures are put forward to ensure the smooth development of high-altitude weather detection.

Key words L-band weather radar; Antenna failure; Maintenance

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.030

高空氣象探測是氣象綜合觀測系統(tǒng)的重要部分，吉林省延吉市常規(guī)高空觀測技術體制已經(jīng)完成從59-701雷達探空系統(tǒng)向L波段雷達探空系統(tǒng)的轉變。截至目前，我國已完成百余部L波段雷達探空系統(tǒng)的建設，該雷達系統(tǒng)借助氣象氣球攜帶探空儀在高空進行天氣要素觀測業(yè)務，能詳細監(jiān)測從地面直至高空30 000 m的大氣溫度場、濕度場和風場的三維數(shù)據(jù)，提高氣象觀測信息實時度和時空密度，為開展天氣預報、氣象服務和研究氣候變化規(guī)律等項目提供了可靠性更強的參考依據(jù)。但是，出現(xiàn)的各類天線故障問題卻在一定程度上制約了高空氣象探測的順利開展。基于此，以L波段探空雷達天線故障分析為切入點，引入日常管護對策，以期提供一些有益的經(jīng)驗。

1 L波段天氣雷達結構

延吉市使用的L波段雷達高空氣象探測系統(tǒng)主要是由GFE（L）1型二次測風雷達（簡稱L波段）和GTS1-1型數(shù)字式電子探空儀（簡稱探空儀）組成，主要用于對高空中的氣象要素展開新型觀測，該系統(tǒng)需配合相關電子設備使用。運行時，L波段雷達可以自動對準探空氣球的信號進行跟蹤，根據(jù)氣球的飛行方向和距離判定風向和風速，把探空儀收集到的氣象信息傳回地面由雷達進行接收。L波段探空雷達天線的任務是將傳輸線送來的射頻電磁能集中成束地向空中定向輻射，使雷達準確地測出探空氣球的斜距、方位角和仰角，并接收回答器發(fā)回的射頻脈沖信號;而探空雷達天線的功能是將傳通過傳輸線送過來的射頻電磁能集中成束然后向空中進行定向輻射。天線系統(tǒng)由4面口徑為Ф0.8 m拋物面天線組成，空間分布為正方形，具有較強的聚焦和定向功能，其垂直波瓣和水平波瓣的寬度都比較窄，均≤6°，這樣可以滿足測角精度的要求。

2 常見天線故障和維修

2.1 天線失控

在上一次運行時，雷達處于正常狀態(tài)，但下次開啟雷達時，天線卻出現(xiàn)失控狀態(tài)，表現(xiàn)為自轉不停且伴有示波器測角四亮線顯示方式和距離顯示方式不停切換的情況。此時，可先關閉雷達電源進行故障分析，若雷達同步電機運行正常，則考慮天控板是否正常，進行更換天控板的操作。更換后開機顯示四亮線模式和測距模式恢復正常，雷達天線控制也恢復正常，則是天控板故障。若更換后測角四亮線和測距模式仍不停切換，說明可能是主控制箱內(nèi)電源有接觸不良現(xiàn)象，此時應該仔細檢查測量主控箱內(nèi)的+5V、+12V、+15V、-15V等電源，重新將接觸不良的輸出電源接觸頭的螺釘擰緊，再開機則一切正常。

2.2 仰驅動警告

在施放氣球時，雷達天線處于對準探空儀且為自控狀態(tài)，或放球后某一時間，仰角驅動箱不斷發(fā)出警報，此時天線變?yōu)椴蛔灾髯粉?，出現(xiàn)急劇上升或下降情況，觀察放球軟件的顯示故障為仰角驅動模塊故障，其余電路插板卻顯示正常，若重啟驅動箱后，故障仍時隱時現(xiàn)，檢查電纜插頭接連處均未發(fā)現(xiàn)任何問題，但是驅動箱模塊顯示數(shù)字為“20”。這應該是匯流環(huán)和清潔刷架之間有摩擦產(chǎn)生的粉末堆積，長時間和水汽灰塵混合后形成污垢堵塞在二者之間，當天線轉到該角度時會導致電路接觸不良。此時應打開高壓傳輸電纜，卸下刷架，清潔匯流環(huán)和刷架。出現(xiàn)該故障的本質(zhì)原因是匯流環(huán)和刷架之間的吻合度太差，清潔措施只是針對功能尚好的原件，若長時間使用磨損較重，則應更換匯流環(huán)或刷架[1]。

2.3 俯仰角丟球故障

在進行高空氣象探測中，如果放球時段內(nèi)仰角未超過80°，會出現(xiàn)四亮線瞬間跳變的情況且無法進行恢復，此時天線會隨機亂轉，導致探空數(shù)據(jù)混亂和丟球。若人工抓球后便能恢復正常，但后期仍會反復出現(xiàn)天線亂轉和丟球的情況，應注意觀察與方位朝向和高頻旋轉關節(jié)相連的WT8線纜的連接情況;若出現(xiàn)接觸不良應及時進行維修。一般先拆開WT8線管套，打開接觸點，檢查屏蔽層的銅線是否出現(xiàn)大面積斷裂，芯線和屏蔽層之間是否有明顯的打火現(xiàn)象，若有則要將線纜頭去掉，再用屏蔽層銅絲向下進行拓展，去除多余的介質(zhì)層，絞短中心銅線，將其插入WT8線纜頭部，執(zhí)行固定操作，再將屏蔽層的銅絲均勻分布在壓片周圍，最后徹底裝設好WT8接口。維修操作中，要注意介質(zhì)層和中心銅導線應截取合適的長度，確保接口位置始終處于密切連接狀態(tài)。

2.4 方位角讀數(shù)異常

在正常進行雷達跟蹤觀測時，方位讀數(shù)呈現(xiàn)不變或亂跳現(xiàn)象。此時應考慮檢查各接頭和管道是否異常，可更換一塊11-8板，若方位角顯示仍有問題，則再檢查精、粗同步機是否轉動正常，若工作正常，問題應該出在方位角精粗搭配上，即觀察11-8板的撥碼開關，因為精、粗自整角機的隨機性導致其零點沒有吻合對準，甚至相差較大，保持這樣的角度自然會在天線轉動范圍上表現(xiàn)出不連續(xù)性和不穩(wěn)定性。此時應在軸角轉換板上再布設一撥盤開關，將軸角轉換版上的S1開關保持在ON的狀態(tài)，顯示屏幕上會出現(xiàn)精粗讀數(shù)，在天線低速轉動且精粗搭配良好的情形下，粗讀數(shù)減去精讀數(shù)的差值（必須是粗讀數(shù)大于精讀數(shù)）應不大于20，若大于則轉動開關，使精粗得到良好的搭配效果為止。完成搭配工作后，將開關S1撥回原位置則測角工作會正常進行。在以后的工作中基本可以通過精粗讀數(shù)差值大于20且方位角讀數(shù)不變或跳動快速鎖定是精粗搭配出現(xiàn)問題，及時調(diào)整，避免遲放或缺測。

還有一種情況，即在目標移動變化幅度較小時，方位角讀數(shù)不隨之發(fā)生變化，多發(fā)于高空風速較低的時節(jié)，尤其是雷達跟蹤處于平流層低層氣球時，仰角和方位角的變化會很小。因為天線的轉動是依靠齒輪完成，當角變化幅度小時，齒輪轉速也會隨之變慢，移動距離下降。此時若齒輪間吻合度不高，雷達讀數(shù)會長時間不變，維修方法是先打開天線座，卸下同步方位齒輪，用螺絲刀擰緊上下齒輪并對齊，再用一根銅線將其固定，將同步方位齒輪恢復原狀，擰上四個內(nèi)六角螺絲，使雙片齒輪和同步齒輪靠緊，不要留有間隙，保持同步機軸沒有較大竄動幅度。之后用尖嘴鉗將先前固定用的銅線拆除，切忌傷及齒輪，在拆除銅線前不要轉動天線，維修完畢后可對方位角度指示進行精粗搭配，重新對方位進行標定即可[2]。

3 結語

L波段探空雷達的天線故障很大程度上是由運行外部環(huán)境差所致，定期對關鍵位置進行清潔和連接情況進行檢查并維護零部件很重要。操作人員要熟練掌握可能出現(xiàn)的各種故障和天線系統(tǒng)構成與運行原理，特別是在零部件老化后，故障的出現(xiàn)頻率會增高，要適時地更換和保養(yǎng)零件。L波段探空雷達的使用壽命延長和高效運轉離不開每一位氣象工作者的精心管理和維護。

參考文獻

[1] 姚惇.L波段雷達方位角零度標定時的誤差分析及解決方法[J].青海氣象，2019（3）：95–98.

[2] 辛忠德.L波段探空雷達故障的檢修方法和技巧研究[J].科學與財富，2019（4）：247.

責任編輯：黃艷飛