GFE(L)1型二次測風(fēng)雷達(dá)典型故障分析

王曉飛，林隆超，王文波，王 飛，曹 杰

(延安市氣象局,陜西延安 716000)

GFE(L)1型二次測風(fēng)雷達(dá)(下簡稱L波段雷達(dá))是我國自主研制的新一代高空探測雷達(dá)[1]，具有觀測精度高、采樣速率快、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)[2-3]。全國氣象系統(tǒng)現(xiàn)有120多部L波段探空雷達(dá)，其中陜西省部署4部，分別布設(shè)于西安、延安、漢中、安康。L波段雷達(dá)在業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生各種類型的故障，部分技術(shù)人員對(duì)L波段雷達(dá)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些故障進(jìn)行過分析總結(jié)及相關(guān)研究，如陜西省漢中市氣象局朱敏武2011年對(duì)GFE(L)1型二次測風(fēng)雷達(dá)天控故障及排除進(jìn)行了分析研究[4]。延安探空站作為全國最后一批L波段雷達(dá)改型的臺(tái)站，于2010年12月完成雷達(dá)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)等的安裝調(diào)試。本文就10年來延安L波段雷達(dá)曾經(jīng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，對(duì)多次出現(xiàn)的一些典型故障總結(jié)維修方法和經(jīng)驗(yàn)，幫助業(yè)務(wù)人員提高維護(hù)維修技術(shù)水平，提升高空觀測業(yè)務(wù)質(zhì)量，同時(shí)為省內(nèi)外其他高空臺(tái)站業(yè)務(wù)及技術(shù)保障人員提供雷達(dá)維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)。

1 雷達(dá)基本組成及故障大致概況

L波段雷達(dá)硬件結(jié)構(gòu)上可分為兩大部分，即室外天線部分和室內(nèi)終端部分。室外天線部分主要由天線座、俯仰減速箱、天線陣、和差箱、近程發(fā)射機(jī)、攝像機(jī)等組成。室內(nèi)終端部分主要由主控箱、驅(qū)動(dòng)箱、示波器、計(jì)算機(jī)和UPS電源組成。L波段雷達(dá)從功能上細(xì)分共包含十個(gè)分系統(tǒng)，分別為天饋線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、測距分系統(tǒng)、測角分系統(tǒng)、天控分系統(tǒng)、 終端分系統(tǒng)、自檢、譯碼分系統(tǒng)、發(fā)射/顯示控制分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)。在室內(nèi)部分主控箱內(nèi)有8塊電路板，分別為11-1探空通道板、11-2發(fā)射顯示控制板、11-3測距板、11-4終端板、11-5自檢解碼板、11-6天控板、11-7軸角轉(zhuǎn)換板(仰角)、11-8軸角轉(zhuǎn)換板(方位)，該部分負(fù)責(zé)雷達(dá)系統(tǒng)工作各類控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的處理。

本文結(jié)合高空氣象觀測資料，對(duì)延安探空站2011—2020年L波段雷達(dá)業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中出現(xiàn)過的各類故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的故障種類多達(dá)十余類，涉及雷達(dá)系統(tǒng)的多個(gè)部位和組件，其中一些故障出現(xiàn)一次后再未出現(xiàn)，有些故障反復(fù)多次出現(xiàn)。例如示波器亮線兩兩不齊、氣壓和雷達(dá)高度誤差、雷達(dá)仰角數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變等故障在業(yè)務(wù)中多次出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了業(yè)務(wù)工作的正常開展。

2 故障分析和維修方法

2.1 示波器顯示亮線兩兩不齊

若出現(xiàn)示波器亮線兩兩不齊情況,首先要檢查11-2板輸出的程序方波是否正常，其次檢查雷達(dá)天控部分四路饋線及饋源是否有進(jìn)水現(xiàn)象。

首先將示波器探頭一邊接地，另一邊分別測量11-6板xp1插頭的3、4、5、6腳，查看上、下、左、右四路程序方波是否正常。如果某一路程序方波顯示波形幅度異常，打開雷達(dá)天線和差箱，取下對(duì)應(yīng)的開關(guān)管套，測量vk105二極管是否燒壞，若燒壞更換即可。如果程序方波正常，二極管無開路現(xiàn)象，則先檢查雷達(dá)天控部分四路饋線及饋源是否有進(jìn)水現(xiàn)象，如有則更換，注意區(qū)分上下和左右；再次檢查WT9電纜是否有進(jìn)水現(xiàn)象，在雷達(dá)天線座立柱上的檢查窗口取下WT9電纜航空插頭，依次對(duì)應(yīng)量取各觸點(diǎn)通斷情況，并檢查外觀有無滲水現(xiàn)象，有則更換。以上檢查全部結(jié)束故障排除后，切記要準(zhǔn)備一個(gè)探空儀，打開雷達(dá)，完整測試一下，如果四條亮線正常，則說明故障排除。

2.2 氣壓和雷達(dá)高度曲線高差報(bào)警

氣壓高度是指利用探空儀測得的氣壓等數(shù)據(jù)反算出來的高度，雷達(dá)高度則是指利用雷達(dá)回波計(jì)算的探空儀高度。正常情況下，兩者高度對(duì)比曲線應(yīng)當(dāng)趨勢一致，誤差較小。在實(shí)際工作過程中，有時(shí)候在氣球施放不久后出現(xiàn)兩者誤差增大，放球軟件界面顯示高差報(bào)警。此時(shí)，如果排除探空儀本身參數(shù)問題，則要重點(diǎn)檢查雷達(dá)標(biāo)定中光電軸一致性問題。放球十分鐘后，使用架設(shè)在雷達(dá)天線上的瞄準(zhǔn)鏡觀察探空儀距離中心位置偏差。如果在俯仰方向上的偏差大于0.3°，就需要調(diào)整雷達(dá)的光軸和電軸的一致性。采用的方法是調(diào)節(jié)和差箱中上下調(diào)相器的位置，讓瞄準(zhǔn)鏡中觀察到探空儀的位置盡量靠近瞄準(zhǔn)鏡的中心位置，然后觀察放球軟件高差曲線變化情況和高差報(bào)警情況。若氣壓和測風(fēng)高度差值減小，報(bào)警消失，則故障排除。放球結(jié)束后，還要進(jìn)一步檢查L波段雷達(dá)天線部分的仰角零度標(biāo)定值是否偏移，如果偏移，要及時(shí)調(diào)整正確，利用下一次放球機(jī)會(huì)再次調(diào)整光電軸，直至符合要求。

2.3 氣球施放后期飛點(diǎn)多

探空儀被高空探測氣球攜帶升空，可探測從地面到35 000 m高空的大氣氣壓、溫度、濕度等要素，并通過無線電波將探測數(shù)據(jù)發(fā)送到L波段雷達(dá)。探測數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件解碼后形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在放球過程中以連續(xù)點(diǎn)連成的曲線形式在放球軟件界面上持續(xù)顯示。正常情況下，軟件界面上分別表示氣壓、溫度、濕度數(shù)據(jù)的曲線趨勢分布平滑且規(guī)律，但在氣球施放40 min左右開始，曲線經(jīng)常出現(xiàn)飛點(diǎn)，有時(shí)候飛點(diǎn)多到無法繼續(xù)正常觀測，嚴(yán)重影響探測資料的延續(xù)性。遇到此類情況，首先要查看測風(fēng)信號(hào)是否正常，如果測風(fēng)信號(hào)正常，則說明雷達(dá)接收系統(tǒng)正常，考慮是譯碼部分出現(xiàn)異常[5]。在放球結(jié)束后，打開雷達(dá)主控箱，用萬用表測量主控箱11-1板上LM393集成電路第5腳電壓。正常工作狀態(tài)下，第五腳的電壓為-6.5 V，如果測量值低于-6.5 V，在-6.3 V左右，就會(huì)造成氣球施放后期飛點(diǎn)較多的現(xiàn)象。在電路板上LM393 集成電路旁邊有個(gè)電位器，可通過調(diào)節(jié)電位器旋鈕，使電壓值為-6.5 V左右，故障即可排除。

2.4 雷達(dá)仰角數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變現(xiàn)象

雷達(dá)仰角數(shù)據(jù)是否正常直接關(guān)系到測風(fēng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否。氣球施放后，雷達(dá)仰角秒數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是規(guī)律性變化，測風(fēng)曲線中仰角曲線也是趨勢平滑；但實(shí)際工作中，會(huì)遇到仰角數(shù)據(jù)有幾度甚至十幾度的跳變現(xiàn)象。如果跳變現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較長，則嚴(yán)重影響測風(fēng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和資料的可用性。此類故障首先應(yīng)檢查天線部分仰角同步機(jī)輸送到雷達(dá)的信號(hào)是否正常，可以用示波器來測試判斷[6]；同時(shí)檢查同步機(jī)壓塊是否壓緊，如果沒有壓緊也會(huì)造成天線和同步機(jī)沒有同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致仰角數(shù)據(jù)異常，如果不正常則更換同步機(jī)。以上檢查更換結(jié)束后要注意仰角0°的重新標(biāo)定[7]。其次要檢查雷達(dá)仰角粗精搭配是否正常。在同步機(jī)信號(hào)正常情況下，則要檢查雷達(dá)仰角粗精搭配是否正常。在主控箱的11-7板上，將撥碼開關(guān)S1的第一位撥到“ON”的位置，使軸角板處于搭配狀態(tài)，此時(shí)放球軟件仰角顯示為“xx.xx”，其中小數(shù)點(diǎn)左側(cè)為粗讀數(shù)，右側(cè)為精讀數(shù)，多次搖動(dòng)雷達(dá)天線仰角，同時(shí)檢查軟件界面顯示仰角值粗讀數(shù)和精讀數(shù)的差值。如果差值均小于20，說明粗精搭配正常；如果差值大于20，要撥動(dòng)撥碼開關(guān)并多次搖動(dòng)天線使差值在20以內(nèi)，完成搭配，排除故障。粗精搭配完成后要注意仰角0°的重新標(biāo)定檢查。

2.5 攝像系統(tǒng)故障

L波段雷達(dá)天線中部安裝了攝像裝置，用于輔助抓球，對(duì)于高空氣象觀測工作帶來了極大的便利，但是攝像頭一旦損壞或者故障，會(huì)對(duì)正常觀測造成很大影響。如果攝像頭異?；虺霈F(xiàn)藍(lán)屏等現(xiàn)象，首先要考慮給攝像機(jī)供電的12 V電源是否正常，用萬用表測量12 V電源是否正常輸入到攝像頭。其次檢查供電線路是否存在開路、接觸不良等現(xiàn)象。在12 V電源正常輸入到攝像頭的情況下，則要檢查供電線路是否存在開路、接觸不良等現(xiàn)象，若存在則要更換供電線。再次要檢查安裝到終端計(jì)算機(jī)的視頻采集卡是否正常工作，若不正常工作，則要更換視頻采集卡，整個(gè)流程結(jié)束，故障基本會(huì)排除。

3 結(jié)語

L波段雷達(dá)作為新一代高空探測設(shè)備，涉及電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、軟件等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，對(duì)業(yè)務(wù)人員及技術(shù)保障人員基礎(chǔ)知識(shí)積累要求較高，要求L波段雷達(dá)維護(hù)維修人員不僅要具備較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)素養(yǎng)和豐富的知識(shí)積累，還要在日常工作中還要善于分析和思考，做好雷達(dá)探測設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、標(biāo)校檢查等，熟練掌握L波段雷達(dá)原理，在工作中對(duì)遇到的每一次故障從分析、測試、維修等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)總結(jié)，提高雷達(dá)維修維護(hù)保障水平，減少雷達(dá)故障對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量造成的影響。本文是根據(jù)延安L波段雷達(dá)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些典型故障，結(jié)合對(duì)故障的分析和維修過程進(jìn)行的總結(jié)研究，對(duì)故障類型覆蓋還不盡完善。目前，全國氣象部門各探空站的L波段雷達(dá)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障類型和現(xiàn)象不盡相同，各地技術(shù)保障人員對(duì)雷達(dá)故障的判斷分析和維修方法也有所差異，需要在后期工作過程中相互學(xué)習(xí)、借鑒，共同提升L波段雷達(dá)的維護(hù)維修技術(shù)水平，為高空氣象觀測業(yè)務(wù)順利開展提供幫助。