張龍斌　洪林峰　趙森

摘 要：高空氣象（溫、壓、濕、風(fēng)）探測是氣象基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一，擔(dān)負(fù)著為天氣預(yù)報、氣候分析、科學(xué)研究和國際交換提供準(zhǔn)確、及時的高空氣象情報和資料的任務(wù)。為了保障高空氣象探測的順利進行，提高臺站業(yè)務(wù)質(zhì)量，本文將結(jié)合作者從事高空氣象觀測的實踐經(jīng)驗，對L波段雷達(dá)原理及在其工作過程中發(fā)生的常見故障進行進一步的分析及研究。以便臺站觀測員學(xué)習(xí)與參考。

關(guān)鍵詞：L波段雷達(dá);工作原理;故障處理

1.雷達(dá)系統(tǒng)的組成部分及分系統(tǒng)

1.1雷達(dá)系統(tǒng)組成部分

L波段雷達(dá)分為室外和室內(nèi)兩大部分。室外部分稱為天線裝置，由撐腳、天線座、立柱、俯仰變速箱、天線陣、和差箱、近程發(fā)射機、攝像機等組成。室內(nèi)部分由主控箱、驅(qū)動箱、示波器、計算機、UPS電源組成。其中室外、室內(nèi)部分由6根50米電纜相連。

1.2雷達(dá)分系統(tǒng)

1.2.1 天饋線分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是用來將發(fā)射機產(chǎn)生的高頻電磁能有效地傳輸?shù)教炀€，并由天線向空間輻射，同時將應(yīng)答器發(fā)回的射頻信號由天線接收下來，并有效地傳輸?shù)浇邮諜C。

1.2.2 發(fā)射分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是在由測距分系統(tǒng)送來的發(fā)射觸發(fā)脈沖控制下，定時地產(chǎn)生高頻脈沖，通過天線向空間輻射，作為對應(yīng)答器的詢問信號。

1.2.3接收分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將天線所接收到的探空儀射頻信號加以放大、變頻、解調(diào)送到測距、天控分系統(tǒng)以完成測距和跟蹤應(yīng)答器的功能。此外還將探空儀發(fā)回的探空碼解調(diào)出來，送到數(shù)據(jù)處理終端得到溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)。

1.2.4 測距分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是測量回答器的應(yīng)答信號相對發(fā)射機發(fā)射主波間的延時，從而測量雷達(dá)與應(yīng)答器之間的斜距，并將所得的數(shù)據(jù)以串口通信的方式送到終端分系統(tǒng)，最終在計算機顯示器上顯示出來。

1.2.5 測角分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將同步機送來的代表天線角位置的三相交流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并將所得到的數(shù)據(jù)以串口通信的方式送到終端分系統(tǒng)，最終在計算機顯示器上顯示出來（方位、俯仰均如此）。

1.2.6天控分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將接收機送來的代表天線偏離探空儀情況的角誤差信號解調(diào)出來，再經(jīng)放大、平滑等處理后送到驅(qū)動器，以使交流馬達(dá)帶動天線轉(zhuǎn)動，最終使天線對準(zhǔn)探空儀。

1.2.7終端分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是接收數(shù)據(jù)終端送來的各種命令，并將它們分發(fā)到各個分系統(tǒng)，同時收集各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)，按一定的速率送至數(shù)據(jù)終端。

1.2.8 自檢/譯碼分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能有兩個，其一是對其他分系統(tǒng)送來的關(guān)鍵信號作檢測，判斷信號是否正常。其二是對接收系統(tǒng)送來的探空碼進行智能判別，去除探空碼中的各種干擾，提高探空質(zhì)量，最后將自檢結(jié)果和探空碼一起送往終端分系統(tǒng)。

1.2.9發(fā)射/顯示控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能有兩個，其一是根據(jù)終端分系統(tǒng)的指令來切換示波器是測距顯示或是測角顯示。其二是根據(jù)終端分系統(tǒng)的指令來開啟或關(guān)閉發(fā)射機，并且將發(fā)射機發(fā)生故障的各種保護信號進行電平變換后，送到終端分系統(tǒng)報警。

1.2.10 電源分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是為整機提供各種直流電源（不包括發(fā)射機的高壓電源）：±15V、+12V、+5V，由四個開關(guān)電源構(gòu)成一個電源盒，放置在主控箱內(nèi)。

2.常見故障及解決方法

2.1放球瞬間丟球

放球時雷達(dá)天線不能自動跟蹤探空儀（探空儀跑出攝像機監(jiān)視畫面），此時由于氣球距離天線很近，仰角、方位角變化很大，需要人工指揮抓球。室外操作員應(yīng)立即根據(jù)氣球位置告知室內(nèi)計算機操作員，并通過雷達(dá)天線瞄準(zhǔn)鏡隨時監(jiān)視;室內(nèi)計算機操作員應(yīng)將天控開關(guān)設(shè)置為手動，示波器顯示方式為角度方式，使天線對準(zhǔn)氣球（四條亮線平齊），并調(diào)節(jié)頻率，使之為最佳狀態(tài)。此時將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動，探空儀保持在攝像機畫面中央，并在示波器顯示方式為距離方式下調(diào)整距離按鈕，使凹口回到豎線中間。

2.2 放球過程中遇到旁瓣

雷達(dá)在放球瞬間跟蹤準(zhǔn)確，之后一般不會出現(xiàn)旁瓣現(xiàn)象，遇可疑現(xiàn)象應(yīng)謹(jǐn)慎判斷。如確定是旁瓣（四條亮線長短不一;凹口飄移且紅燈閃動），應(yīng)根據(jù)最后一組正確“方位角、仰角”數(shù)據(jù)，搖動天線在附近區(qū)域搜索，直到四條亮線平齊（示波器顯示方式為角度方式），調(diào)整距離按鈕，使凹口回到豎線中間（示波器顯示方式為距離方式），并將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動，直至正常。另一種方法是可根據(jù)情況按一下“扇掃”按鈕（此按鈕不要輕易使用），雷達(dá)天線將在一定范圍內(nèi)自動搜索，盡力追回主瓣。

2.3雷達(dá)天線“死位”

雷達(dá)天線“死位”現(xiàn)象分為兩種：

（1）雷達(dá)天線仰角、方位角“鎖死”不動，電機驅(qū)動箱仰角燈或方位角

熄滅，應(yīng)及時關(guān)閉電機驅(qū)動箱開關(guān)，并迅速再開啟此開關(guān)。

（2）“放球軟件”界面的仰角或方位角顯示數(shù)字不動，而雷達(dá)天線還在轉(zhuǎn)動，應(yīng)迅速先將“放球軟件”控制區(qū)上的“發(fā)射機”開關(guān)關(guān)閉;天控開關(guān)置于手動。再按關(guān)機步驟，關(guān)閉雷達(dá)主控箱的發(fā)射開關(guān)、驅(qū)動箱開關(guān)、主控箱總開關(guān)，并迅速按與關(guān)閉相反順序再開啟各開關(guān)，以激活雷達(dá)與終端間的通訊傳遞。天控開關(guān)置于自動，打開控制區(qū)上的“發(fā)射機”開關(guān)。

2.4 放球過程中凹口消失

放球過程中因雷達(dá)、探空儀問題“凹口”變?nèi)趸蛳В斐尚本嗖粶?zhǔn)。此時可通過不斷調(diào)整頻率，并觀察示波器上凹口的變化，直到凹口恢復(fù)清晰為止，保證探空數(shù)據(jù)的正常接收。

3.結(jié)束語

高空氣象探測系統(tǒng)是大氣探測綜合觀測系統(tǒng)的重要組成部分。L波段高空氣象探測雷達(dá)在我國高空氣象探測業(yè)務(wù)中起著不可或缺的作用。臺站觀測員一定要掌握L波段雷達(dá)的基本原理，遇到故障時做到不慌亂、不緊張，沉著分析、冷靜思考，逐步排查故障原因并迅速解決故障，確保高空氣象探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，為氣象預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的高空氣象資料。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李偉，李柏，陳永清. 常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務(wù)手冊[M]. 北京：氣象出版社，2012