宋樹生 胡穎飛 崔日權(quán)

摘要 L波段探空雷達(dá)是一款科技含量高、自動(dòng)化程度高的新式雷達(dá)，其新型的探測(cè)結(jié)構(gòu)集氣象數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測(cè)和集成為一體，大幅度提高了探測(cè)所得氣象資料的質(zhì)量和精度。但由于是自動(dòng)化程度高的氣象儀器，難免會(huì)在運(yùn)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(dá)運(yùn)行中常見(jiàn)的天線故障進(jìn)行歸納總結(jié)，提出一些應(yīng)對(duì)處理措施，確保高空天氣探測(cè)工作順利開展。

關(guān)鍵詞 L波段天氣雷達(dá);天線故障;維修維護(hù)

中圖分類號(hào)：TN959.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(cè)是氣象綜合觀測(cè)系統(tǒng)的重要部分，吉林省延吉市常規(guī)高空觀測(cè)技術(shù)體制已經(jīng)完成從59-701雷達(dá)探空系統(tǒng)向L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。截至目前，我國(guó)已完成百余部L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)的建設(shè)，該雷達(dá)系統(tǒng)借助氣象氣球攜帶探空儀在高空進(jìn)行天氣要素觀測(cè)業(yè)務(wù)，能詳細(xì)監(jiān)測(cè)從地面直至高空30 000 m的大氣溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的三維數(shù)據(jù)，提高氣象觀測(cè)信息實(shí)時(shí)度和時(shí)空密度，為開展天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)和研究氣候變化規(guī)律等項(xiàng)目提供了可靠性更強(qiáng)的參考依據(jù)。但是，出現(xiàn)的各類天線故障問(wèn)題卻在一定程度上制約了高空氣象探測(cè)的順利開展。基于此，以L波段探空雷達(dá)天線故障分析為切入點(diǎn)，引入日常管護(hù)對(duì)策，以期提供一些有益的經(jīng)驗(yàn)。

1 L波段天氣雷達(dá)結(jié)構(gòu)

延吉市使用的L波段雷達(dá)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)主要是由GFE（L）1型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)（簡(jiǎn)稱L波段）和GTS1-1型數(shù)字式電子探空儀（簡(jiǎn)稱探空儀）組成，主要用于對(duì)高空中的氣象要素展開新型觀測(cè)，該系統(tǒng)需配合相關(guān)電子設(shè)備使用。運(yùn)行時(shí)，L波段雷達(dá)可以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)探空氣球的信號(hào)進(jìn)行跟蹤，根據(jù)氣球的飛行方向和距離判定風(fēng)向和風(fēng)速，把探空儀收集到的氣象信息傳回地面由雷達(dá)進(jìn)行接收。L波段探空雷達(dá)天線的任務(wù)是將傳輸線送來(lái)的射頻電磁能集中成束地向空中定向輻射，使雷達(dá)準(zhǔn)確地測(cè)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(hào);而探空雷達(dá)天線的功能是將傳通過(guò)傳輸線送過(guò)來(lái)的射頻電磁能集中成束然后向空中進(jìn)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(qiáng)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(cè)角精度的要求。

2 常見(jiàn)天線故障和維修

2.1 天線失控

在上一次運(yùn)行時(shí)，雷達(dá)處于正常狀態(tài)，但下次開啟雷達(dá)時(shí)，天線卻出現(xiàn)失控狀態(tài)，表現(xiàn)為自轉(zhuǎn)不停且伴有示波器測(cè)角四亮線顯示方式和距離顯示方式不停切換的情況。此時(shí)，可先關(guān)閉雷達(dá)電源進(jìn)行故障分析，若雷達(dá)同步電機(jī)運(yùn)行正常，則考慮天控板是否正常，進(jìn)行更換天控板的操作。更換后開機(jī)顯示四亮線模式和測(cè)距模式恢復(fù)正常，雷達(dá)天線控制也恢復(fù)正常，則是天控板故障。若更換后測(cè)角四亮線和測(cè)距模式仍不停切換，說(shuō)明可能是主控制箱內(nèi)電源有接觸不良現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)該仔細(xì)檢查測(cè)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(jī)則一切正常。

2.2 仰驅(qū)動(dòng)警告

在施放氣球時(shí)，雷達(dá)天線處于對(duì)準(zhǔn)探空儀且為自控狀態(tài)，或放球后某一時(shí)間，仰角驅(qū)動(dòng)箱不斷發(fā)出警報(bào)，此時(shí)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(qū)動(dòng)模塊故障，其余電路插板卻顯示正常，若重啟驅(qū)動(dòng)箱后，故障仍時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，檢查電纜插頭接連處均未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，但是驅(qū)動(dòng)箱模塊顯示數(shù)字為“20”。這應(yīng)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(zhǎng)時(shí)間和水汽灰塵混合后形成污垢堵塞在二者之間，當(dāng)天線轉(zhuǎn)到該角度時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路接觸不良。此時(shí)應(yīng)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(duì)功能尚好的原件，若長(zhǎng)時(shí)間使用磨損較重，則應(yīng)更換匯流環(huán)或刷架[1]。

2.3 俯仰角丟球故障

在進(jìn)行高空氣象探測(cè)中，如果放球時(shí)段內(nèi)仰角未超過(guò)80°，會(huì)出現(xiàn)四亮線瞬間跳變的情況且無(wú)法進(jìn)行恢復(fù)，此時(shí)天線會(huì)隨機(jī)亂轉(zhuǎn)，導(dǎo)致探空數(shù)據(jù)混亂和丟球。若人工抓球后便能恢復(fù)正常，但后期仍會(huì)反復(fù)出現(xiàn)天線亂轉(zhuǎn)和丟球的情況，應(yīng)注意觀察與方位朝向和高頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連的WT8線纜的連接情況;若出現(xiàn)接觸不良應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修。一般先拆開WT8線管套，打開接觸點(diǎn)，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(jìn)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(shè)好WT8接口。維修操作中，要注意介質(zhì)層和中心銅導(dǎo)線應(yīng)截取合適的長(zhǎng)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(jìn)行雷達(dá)跟蹤觀測(cè)時(shí)，方位讀數(shù)呈現(xiàn)不變或亂跳現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)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(wèn)題，則再檢查精、粗同步機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)正常，若工作正常，問(wèn)題應(yīng)該出在方位角精粗搭配上，即觀察11-8板的撥碼開關(guān)，因?yàn)榫?、粗自整角機(jī)的隨機(jī)性導(dǎo)致其零點(diǎn)沒(méi)有吻合對(duì)準(zhǔn)，甚至相差較大，保持這樣的角度自然會(huì)在天線轉(zhuǎn)動(dòng)范圍上表現(xiàn)出不連續(xù)性和不穩(wěn)定性。此時(shí)應(yīng)在軸角轉(zhuǎn)換板上再布設(shè)一撥盤開關(guān)，將軸角轉(zhuǎn)換版上的S1開關(guān)保持在ON的狀態(tài)，顯示屏幕上會(huì)出現(xiàn)精粗讀數(shù)，在天線低速轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)不大于20，若大于則轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)，使精粗得到良好的搭配效果為止。完成搭配工作后，將開關(guān)S1撥回原位置則測(cè)角工作會(huì)正常進(jìn)行。在以后的工作中基本可以通過(guò)精粗讀數(shù)差值大于20且方位角讀數(shù)不變或跳動(dòng)快速鎖定是精粗搭配出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整，避免遲放或缺測(cè)。

還有一種情況，即在目標(biāo)移動(dòng)變化幅度較小時(shí)，方位角讀數(shù)不隨之發(fā)生變化，多發(fā)于高空風(fēng)速較低的時(shí)節(jié)，尤其是雷達(dá)跟蹤處于平流層低層氣球時(shí)，仰角和方位角的變化會(huì)很小。因?yàn)樘炀€的轉(zhuǎn)動(dòng)是依靠齒輪完成，當(dāng)角變化幅度小時(shí)，齒輪轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變慢，移動(dòng)距離下降。此時(shí)若齒輪間吻合度不高，雷達(dá)讀數(shù)會(huì)長(zhǎng)時(shí)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(duì)齊，再用一根銅線將其固定，將同步方位齒輪恢復(fù)原狀，擰上四個(gè)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(jī)軸沒(méi)有較大竄動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)天線，維修完畢后可對(duì)方位角度指示進(jìn)行精粗搭配，重新對(duì)方位進(jìn)行標(biāo)定即可[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

L波段探空雷達(dá)的天線故障很大程度上是由運(yùn)行外部環(huán)境差所致，定期對(duì)關(guān)鍵位置進(jìn)行清潔和連接情況進(jìn)行檢查并維護(hù)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(gòu)成與運(yùn)行原理，特別是在零部件老化后，故障的出現(xiàn)頻率會(huì)增高，要適時(shí)地更換和保養(yǎng)零件。L波段探空雷達(dá)的使用壽命延長(zhǎng)和高效運(yùn)轉(zhuǎn)離不開每一位氣象工作者的精心管理和維護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚惇.L波段雷達(dá)方位角零度標(biāo)定時(shí)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(dá)故障的檢修方法和技巧研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2019（4）：247.

責(zé)任編輯：黃艷飛