淺談L波段氣象探空雷達常見故障的維護維修方法

崔炳儉 董衛(wèi)紅 崔 燦 馮 靜 張大寬

（1.鄭州市氣象局，河南 鄭州 450005；2.河南省廣播電視廳，河南 鄭州 450001）

淺談L波段氣象探空雷達常見故障的維護維修方法

崔炳儉1董衛(wèi)紅1崔 燦1馮 靜1張大寬2

（1.鄭州市氣象局，河南 鄭州 450005；2.河南省廣播電視廳，河南 鄭州 450001）

L波段探空系統(tǒng)是我國自主研制的新一代氣象儀器裝備，由數(shù)字探空儀和L波段雷達配合，可探測0～30千米高空的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，具有探測精度高、采樣速率快、使用方便等特點，是我國高空氣象探測系統(tǒng)的新型雷達。文章通過對L波段探空雷達的日常維護方法和工作中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，進行分析判斷及經(jīng)驗總結(jié)，提出多種L波段雷達維護維修方法和技能。

L波段雷達；維護；故障；維修

（一）L波段雷達的用途和基本原理

L波段雷達是用于高空大氣綜合性的探測雷達。它與數(shù)字式電子探空儀相配合，能測定高空的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，為氣象服務(wù)提供準確的氣象資料。利用跟蹤探空氣球來測定風(fēng)場信息的，探空氣球上帶有無線電回答器（簡稱回答器），測量時L波段雷達在地面向它發(fā)出詢問信號，回答器就對應(yīng)地發(fā)回回答信號，根據(jù)每一對詢問與回答信號之間的時間之隔和回答信號的來向，就可以測定每一瞬間探空氣球在空間的位置，即它離雷達站的直線距離、方位角、仰角，然后根據(jù)氣球隨風(fēng)飄移的情況，測算出高空的風(fēng)向、風(fēng)速，再根據(jù)L波段雷達距離數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)及坐標數(shù)據(jù),就知道了探空氣球在空中飄移的快慢和方向，也就可以計算出空中不同高度的平均風(fēng)速和風(fēng)向來。另外探空氣球上帶有無線電回答器升空，是利用氣球上攜帶的探空儀來完成的，探空儀是由溫、壓、濕反應(yīng)靈敏的感應(yīng)元件及轉(zhuǎn)換電路所組成，敏感元件的電參量隨著空氣中溫、壓、濕度的變化而變化。而轉(zhuǎn)換電路則對變化的電參量進行采樣、編碼而形成探空碼，然后用此探空碼去控制回答器，再由回答器將探空碼發(fā)回地面，雷達接收機把它接收下來，這樣就得到了空中溫、壓、濕氣象要素。

（二）L波段探空雷達天線裝置的維護

L波段雷達天線裝置，包括天線陣、天線座、和差箱、俯仰減速箱、近程發(fā)射機和攝像裝置等。雷達天線裝置就如人的“眼睛”，“眼睛”不好，“行走”困難,要想充分發(fā)揮雷達的性能，延長雷達的使用壽命，雷達天線裝置的維護，是不可缺少的一環(huán)。L波段雷達天線裝置的維護，可從如下方面進行。

1.防塵和電氣接頭檢查

由于雷達天線裝置安裝在室外，受日曬雨淋，天線裝置外表和饋線系統(tǒng)外表灰塵較大，應(yīng)及時除塵清潔。為使雷達的發(fā)射和接收信號總處于最佳的工作狀態(tài)，天線拋物面的清潔尤為重要。因天線拋物面承擔(dān)著信號的發(fā)射和接收，過多的塵埃會影響雷達信號的傳輸，因此，要定期（季度或半年）清潔天線拋物面的清潔。定期（季度或年）檢查各電纜和天線裝置內(nèi)各接揷元件的接頭，看是否有被氧化。若電纜插頭有氧化現(xiàn)象，可用無水酒精擦洗，并反復(fù)多次接揷電纜插頭，使它們接觸良好，尤其要定期（季度或半年）用無水酒精清潔匯流環(huán)，由于匯流環(huán)長時間的使用，容易產(chǎn)生碳垢，造成接觸不良，所以，匯流環(huán)的清潔與否，直接影響著信號上下中轉(zhuǎn)的正常。

2.防潮

L波段雷達天線座設(shè)計有一個耳機對話孔，在雨季或較潮濕天氣時，若經(jīng)常揷撥耳機，潮氣容易進入天線座內(nèi)。使天線座內(nèi)各接揷元件接頭氧化、腐蝕，容易造成接觸不良。和差箱、近程發(fā)射機箱等的密封也不很完美，潮氣也會進入，因此，要做好天線座、和差箱、近程發(fā)射機箱等的防潮工作，最好是把探空儀濕度片瓶里的干燥劑集中起來，烘干后用布袋裝好，放到天線裝置各箱里面，并定期干燥更換。以保證各箱內(nèi)的元器件都工作在較干燥的環(huán)境里，確保它們的正常工作。

3.防腐和機件潤滑

雷達天線裝置安裝在室外，受自然界影響較大。日曬雨淋，天線裝置外表的防銹漆受損后，器件易被腐蝕、氧化（尤其在雨季），嚴重時影響到雷達性能發(fā)揮和使用壽命，因此，應(yīng)及時給天線裝置做好補漆等護理工作，并定期（季度或年）給天線座各有關(guān)部分進行加油、換油，保證天線轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的靈活運轉(zhuǎn)，使雷達的工作性能時刻保持在最佳工作狀態(tài)，從而做到預(yù)防和減少雷達故障的發(fā)生。

（三）常見故障分析和維修

1.故障現(xiàn)象：校正好的光電軸突然偏離很大，四亮線兩兩不齊。

分析與維修：雷達四亮線兩兩不齊，但雷達自動跟蹤等一切正常。到天線瞄準鏡看（當(dāng)時天空無云），發(fā)現(xiàn)校正好的光電軸突然偏離較大。由于L波段雷達天線的控制，是通過和差環(huán)所獲取的角誤差信號或手動信號來完成的。當(dāng)雷達自動跟蹤正常，即對準了探空儀時，示波器上的四條亮線是兩兩對齊的，“上”、“下”、“左”、“右”的程序方波幅度是一樣的，用示波器檢查11-6揷板(天控板)“上”、“下”、“左”、“右”的程序方波，發(fā)現(xiàn)方波幅度有點偏差，首先懷疑天線座和差箱的開關(guān)管套上的二極管VK105是否接觸不良，打開天線座和差箱，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有積水(因前幾天下過雨)，擦干水后，用電吹風(fēng)把和差箱內(nèi)的器件全部吹干，重新校正光電軸的一致性，故障排除。

2.故障現(xiàn)象：上一時次雷達工作正常，但下次雷達正常開機時，雷達天線失控，自轉(zhuǎn)不停，有時并伴有示波器測角四亮線顯示方式與距離顯示方式[4]自動不停的切換。

分析與維修：關(guān)閉雷達電源，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，由于雷達天線能轉(zhuǎn)動，可初步判斷雷達的同步電機正常，雷達天線的轉(zhuǎn)動，因受天控板（11-6號板）控制，所以，考慮天控板是否正常。更換天控板，開機后，雷達天線控制正常，測角四亮線模式與測距模式也恢復(fù)正常，雷達工作正常。下班后，更換原來天控板，重新開機后，雷達天線受控，天線控制正常。但測角四亮線模式與測距模式還自動不停的切換。由此可知，此故障的出現(xiàn)，不是天控板（11-6）造成的。檢查主控制箱電源。打開主控箱電源箱蓋，經(jīng)仔細檢查并測量主控箱的+5V、+12V、+15V、-15V、～110V電源，發(fā)現(xiàn)+5V電源有接觸不良現(xiàn)象，且+5V電源有點偏低（+4.8V左右），經(jīng)向廠家咨詢，廠家提議最好把+5V電源調(diào)高至+5.1V左右。調(diào)好并上緊+5V輸出電源接觸頭螺釘，重新開機，雷達一切正常，故障排除。

3.故障現(xiàn)象：按下“高壓”按鈕后，發(fā)射機電流表無指示，或有一會兒后又掉回零，且自檢警示過壓短路。

分析與維修：造成發(fā)射機高壓加不上電的原因有以下三方面：（1）測距板（11-3）有沒有發(fā)射觸發(fā)脈沖；（2）終端板（11-4）是否有送出加發(fā)射高壓指令；（3）發(fā)射/顯示板（11-2）本身是否工作正常。根據(jù)這個思路，先用備份板(11-3;11-4;11-2)替換法，發(fā)現(xiàn)發(fā)射/顯示板（11-2）工作不正常。根據(jù)11-2板的單元電路圖（9a），結(jié)合故障現(xiàn)象有過壓短路警示,調(diào)整好示波器，用示波器對（壞的11-2板）2XP1的第12腳測量為低電平方波（下稱低電平），根據(jù)電路原理，測得集成塊D6第18腳為低電平，D6第2腳也是低電平；因D3B是個與非門電路，根據(jù)與非門電路原理，D3B第4腳為高電平，D3B第3腳應(yīng)為低電平。但實際測得D3B第4腳為高電平，D3B第3腳也是高電平，測集成塊D4第13腳為高電平,但測集成塊D4第2腳卻為低電平,這就相互矛盾，根據(jù)集成塊D4為74HCTLS77型號的原理可知，集成塊D4第13腳和第2腳的電位應(yīng)一致,換上好的11-2板測得的集成塊D4第13腳為低電平，D4第2腳也為低電平,故判斷集成塊D4壞了,更換集成塊D4，故障解除。

4.故障現(xiàn)象：L波段雷達在地面自動跟蹤時，向右方向跟蹤速度很慢，但放球后，只要氣球不是往右方向的角度變化很大，雷達還能自動跟蹤。

故障分析和排除：根據(jù)L波段雷達自動跟蹤的原理，即雷達天線可以從上、下、左、右四個方向自動轉(zhuǎn)動，是根據(jù)軟、硬件結(jié)合的控制單元將調(diào)制在載波上的角誤差信號解調(diào)下來，使天線朝著誤差減小的方向運動，完成自動跟蹤的功能，當(dāng)L波段雷達天線沒有對準目標，即雷達的電軸沒有對準目標，這樣雷達的天線的射頻信號有相位差，所以就有角誤差信號產(chǎn)生，使雷達天線朝角誤差信號產(chǎn)生方向運動，根據(jù)L波段雷達的自動跟蹤工作原理分析，從程序方波、和差箱開關(guān)管套、及電纜線三方面進行檢查。

（1）先看看雷達的程序方波是否正常

關(guān)閉雷達電源，打開主控箱，用轉(zhuǎn)接板接好11-6板。開雷達主電源、驅(qū)動電源，用示波器測量11-6板xp1的第3、4、5、6腳，測得雷達的上、下、左、右四程序方波，四程序方波正常，這說明主控箱的11-6插板正常。

（2）檢查和差箱開關(guān)管套

關(guān)閉雷達電源，撥開11-6板，用萬用表測量轉(zhuǎn)接板xp1的第3、4、5、6腳空載時的電阻阻值,當(dāng)萬用表正極（紅表筆）接地時，測得轉(zhuǎn)接板xp1的第3、4、5、6腳空載時的電阻阻值是一樣的，為無窮大；當(dāng)用萬用表的負極（黑表筆）接地時，測得轉(zhuǎn)接板xp1的第3、4、5腳空載時的電阻阻值是一樣的，但第6腳的阻值比其他三路的電阻明顯大些，因此，懷疑和差箱的天線右路的PIN開關(guān)管套上的二極管VK105有問題，打開和差箱，取下天線右路的二極管VK105進行測量，二極管VK105正常。

（3）檢查電纜線

首先，檢查和差箱到主控箱間的電纜線。擰下接和差箱電纜WT9電纜頭，根據(jù)和差箱電路圖XS3所示，找到第10、11、12、13腳。用萬用表正極接地，用萬用表負極分別測量第10、11、12、13腳，發(fā)現(xiàn)它們的阻值都一樣。同樣，調(diào)換萬用表表筆再測量上述四根電纜線芯，它們的阻值也一樣，因此，排除室內(nèi)到和差箱電纜線的問題。根據(jù)在室內(nèi)測量11-6板時得出天線右的阻值與其他三路阻值的不同的，天線右的開關(guān)二極管VK105又是好的結(jié)論，所以，懷疑天線右的調(diào)相器[4-5]到天線間有問題。擰開天線右的調(diào)相器，發(fā)現(xiàn)該調(diào)相器里的直導(dǎo)體很松動。由于直導(dǎo)體的松動，導(dǎo)致天線右的調(diào)相器與電纜接觸不好，上緊調(diào)相器的直導(dǎo)體，接好電纜線，回到室內(nèi)。再測量轉(zhuǎn)接板（11-6板上的）空載時xp1第3、4、5、6腳的電阻阻值，四路阻值幾乎一樣（調(diào)換表筆測量也一樣）。至此，故障原因終于查明。準備一探空儀，雷達地面自動跟蹤正常，放球后，雷達自動跟蹤正常，調(diào)整好光電軸，雷達恢復(fù)正常。

根據(jù)上述故障現(xiàn)象及排除過程，可以分析出產(chǎn)生故障的原因：由于雷達自動跟蹤過程中，有時天線抖動較大，使得調(diào)相器的直導(dǎo)體松動，導(dǎo)致了調(diào)相器與電纜的接觸不良，造成角誤差信號錯誤，使雷達自動跟蹤不正常。

5.故障現(xiàn)象：L波段雷達地面方位自動跟蹤較慢，但只要不是方位角度近距離變化很大（一秒鐘方位角變化5、6度以上），自動跟蹤還基本能工作。

故障的分析與排除：首先，根據(jù)雷達自動跟蹤的原理，結(jié)合雷達故障的原因，先懷疑11-6板的程序方波是否正常。用轉(zhuǎn)接板接好11-6板，開雷達主電源、驅(qū)動電源，用示波器測量11-6板xp1的第3、4、5、6腳，測得雷達的上、下、左、右四程序方波的幅度大小一樣，這說明主控箱的11-6插板正常。關(guān)閉雷達電源，撥開11-6板，用萬用表測量轉(zhuǎn)接板上xp1的第3、4、5、6腳的空載阻值，正向時，四路阻值一樣，為無窮大；反向時，第5、6腳的阻值比第3、4腳的阻值明顯大些，懷疑和差箱左、右兩路的開關(guān)二極管VK105有問題。打開和差箱，取下左、右兩路的開關(guān)二極管，量得兩二極管為好的。擰下WT9電纜頭，發(fā)現(xiàn)電纜頭受潮，且有銅銹。用電吹風(fēng)吹干電線頭，用無水酒精清洗干凈電纜頭銅銹，吹干，接好WT9電纜，到室內(nèi)從新測量轉(zhuǎn)接板xp1上的第3、4、5、6腳的正、反向阻值，四路阻值基本一樣，用探空儀地面檢查，雷達自動跟蹤正常。

由上述故障現(xiàn)象和排除過程，得出產(chǎn)生此故障的原因：由于電纜頭受潮，導(dǎo)致電纜線的接觸不良，使雷達自動跟蹤出現(xiàn)異常。

6.故障現(xiàn)象：L波段雷達地面自動跟蹤正常，當(dāng)仰角升高一定角度后，仰角自動跟蹤失敗（即無法自動跟蹤），當(dāng)仰角降低到某一角度后，雷達又能自動跟蹤。

首先，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，因雷達在地面自動跟蹤正常，可初步判斷主控箱11-6板工作正常。加上雷達方位自動跟蹤正常，低仰角自動跟蹤，所以，天線座里的電機應(yīng)該是好的。因此，故障很有可能出在電纜線上。關(guān)閉雷達電源，打開主控箱，撥開11-6板，接上轉(zhuǎn)接板，測量轉(zhuǎn)接板xp1的第3、4、5、6腳的空載阻值，低仰角時，正向四路阻值都差不多一樣（反向也一樣），但當(dāng)仰角升高大40度時，再測量轉(zhuǎn)接板xp1的第3、4、5、6腳的空載阻值，發(fā)現(xiàn)第3、第4腳斷開，（反向也一樣）。到天線座下，擰下WT9電纜插頭，測量第10、11、12、13線芯，發(fā)現(xiàn)第10、11線芯有斷接現(xiàn)象，至此，可判斷，WT9電纜線到室內(nèi)主控箱間某一電纜線已損壞。打開天線座，用萬用表測量WT9電纜線第10、11線芯，確定為WT9電纜損壞。由于雷達設(shè)計的原因，WT9電纜線不能單獨更換（要四根電纜線一齊換），重新更換，雷達故障排除。

通過上述故障現(xiàn)象和故障排除的經(jīng)驗，可分析故障產(chǎn)生的原因：WT9電纜線，連接著天線座與和差箱，由于天線工作時的轉(zhuǎn)動和日常的風(fēng)吹，使電纜線經(jīng)常產(chǎn)生晃動，時間長，電纜線容易受到損壞，從而造成雷達工作的異常。

小結(jié)：L波段氣象高空探測雷達可以說是易學(xué)難修。因其集成化程度較高，電路原理圖等資料不夠詳細，在日常工作中經(jīng)常碰到問題，如高壓加不上，誤報警等，這些故障，大部分情況下是由發(fā)射分機的脈沖變壓器壞和主控箱的插板造成的，所以，機務(wù)員要多加分析，善于總結(jié)，確保高空探測雷達的正常運行。

[1] 南京大橋機器廠.GFE( L)1型二次測風(fēng)雷達原理與維修[J].2003:3.

[2] 中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司.L波段高空氣象探測系統(tǒng)設(shè)備維護、維修手冊[J].2004,10:34.

[3] 中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司.L波段（1型）高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊[M].氣象出版社,2005:97.

[4] 中央氣象局.高空氣象觀測手冊[J].1979,2:35.

[5] 空軍雷達學(xué)校氣象雷達教學(xué)組.701測風(fēng)雷達原理和維修[M].氣象出版社,1980,12:25.

[6] 南京大橋廠.701測風(fēng)二次雷達技術(shù)說明書[J].1974:24.

TN959.4

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1008-1151(2010)04-0101-02

2010-01-09

崔炳儉（1962－），男，河南浚縣人，鄭州市氣象局工程師，從事雷達、通訊網(wǎng)絡(luò)管理保障工作。