氣象雷達原理及故障維護

葛杰

摘 要：氣象雷達是氣象部門開展氣象監測的重要工具，對氣象狀況及其變化趨勢進行探測，還能測定距離、方位等信息。文章對氣象雷達的工作原理以及雷達出現故障時的維護措施進行分析與探討，旨在提高氣象監測水平。

關鍵詞：氣象雷達；工作原理；故障維護

1、前言

氣象雷達主要用于探測氣象狀況以及變化趨勢。它是人們為防范氣象風險，保障飛行安全而研制的航空電子產品。它是利用電磁波經過天線輻射后遇到障礙物被反射回來的原理。它能夠在飛行中連續地向飛行員提供航路前方及其兩側的氣象狀況，此外還提供飛機前方地表特征的地圖型顯示，飛行員可據此選擇安全的航線，避繞危險的氣象區域或其它障礙物，識別地標以及判斷飛機的位置。

2、氣象雷達的組成

控制面板、顯示器、天線和收發機構成了氣象雷達主要部件。機載氣象雷達還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨的垂直陀螺組建提供，也可由慣性基準系統提供。

在控制面板上可以選擇雷達的工作方式，顯示距離范圍，掃描區域，設置增益等各項功能。俯仰角控制開關可調節天線在±15°內的俯仰變化，以便天線在適當的角度進行掃描。增益控制開關可以調節接收器的靈敏度，接收器的自動（CAL位）靈敏度因雷達系統的不同而不同。穩定控制開關用于控制天線的穩定性，當飛機有俯仰、傾斜動作時，通過R/T提供的補償信號控制天線，使其保持在選定的俯仰位置。識別控制開關是為了消除地面的雜波，使得對目標的探測更為準確。

3、工作原理

氣象雷達是通過目標對雷達波的反射來確定目標的位置和特性的。物體導電性好，對雷達波的反射能力越強，反射面積越大，反射能量越高，物體的幾何尺寸與波長相差很大時反射的能量變得非常微弱，而當反射面的直徑可與波長相比擬時，反射回來的能量會明顯升高。常用的雷達一般工作頻率為200～10000MHz，這主要取決于雷達的用途和性能，而且必須在國際電信聯盟所指定的頻段內，目前航空公司一般選用X波段的機載氣象雷達。

3.1距離測定

氣象雷達發射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過測量所接收到的目標回波信號與發射脈沖之間的時間間隔t，可以算出目標相對于飛機的距離L=ct/2。它的距離分辨力決定于脈沖的寬度，要提高區分近距離目標的能力，必須使用較窄的脈沖寬度。

3.2方位測定

它是通過測定雷達天線波束軸的瞬時方位來確定目標方位的。雷達天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當天線指向某一方位時只有該方位的目標回波才能被雷達所接收，把該信號的位置傳輸給顯示器，使回波圖像顯示在顯示器的相應方位，就可以確定目標的實際方位。雷達的方位分辨能力取決于天線水平面內的波束寬度，天線波束在水平面內的寬度越窄，其方位分辨力越好，為保障良好的方位分辨力，采用平板縫隙天線陣。3.3降水探測雖然雨、冰雹和雪都屬于導電的水物質，氣象雷達可以探測雨滴或濕的冰雹，卻無法探測云、霧、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質對于雷達發射的射頻脈沖能量有一部分被吸收、損耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷達監測的范圍內，且具有一定的直徑和密度的降雨區域均能產生有效的回波，從而被氣象雷達檢測出來。反射回的信號強弱與目標含水量有關，接收器接收到信號就可分析目標的性質和強弱，并在顯示器是用不同的顏色表示。

4、工作方式

氣象雷達的工作方式需通過控制面板選擇，有以下幾種：（1）氣象方式（WX）：這是其基本工作方式，用于探測飛機前方的氣象信息及障礙物的平面顯示圖。用不同顏色代表降雨的密度：黑色代表強度最低，隨著密度的逐漸增加分別用綠色，琥珀色，紅色紫色來表示。（2）氣象+湍流方式（WX+T）：這是其典型的工作方式，可同時探測航路中的氣象信息和湍流，并在屏幕中以洋紅色顯示湍流區域。（3）湍流方式（TURB）：屏幕只顯示湍流區域。（4）地圖方式（MAP）：用于觀察飛機前下方的地表特征，可提醒機組注意地面目標引起的危險，比如小山等快速變化的地形。這是利用不同地形對電波反射回波的差異，可顯示出山峰、河流、海岸線或城市等地形輪廓。在此模式下，黑色代表水，綠色代表地面，琥珀色代表城市和山區。天線角度設置過低，會引入過多地面雜波，進行俯仰調節，有專門的抑制雜波開關。（5）輪廓方式（CYC）：工作情況與氣象方式基本相同，屏幕上的紅色圖像將會以每秒一次的間隔閃爍，而這種方式不是所有型號的氣象雷達都配備。（6）OFF模式：此模式下，氣象雷達系統被關閉。

5、自檢功能

雷達故障自動檢測系統是為了對雷達快速、準確、隔離故障到可更換單元（LRU），以便快速維修，達到降低雷達修復時間的目的。現代氣象雷達都具備完善的性能監控和機內檢測系統，該系統對提高雷達的總體性能、可靠性、可使用性、可維修性具有極其重要作用。

只有在氣象雷達系統完整，連接正常的情況下才能進行自檢測試。在通電前要保證與其相關的跳開關都處于接通狀態。雷達天線的穩定性是以慣性基準組件提供的飛機姿態為基準的，而飛機上的慣性基準組件在啟動后還需經過一段時間的校準才能開始正常工作，所以要等這些系統準備好后才能開始性能檢測。為實現對雷達系統的全面監控，收發機內的BITE不僅要接收收發組內部電路的狀態信息，還要接收與雷達系統有交聯的系統的信息和指令：（1）收發組內部相關電路的檢測信息。（2）溫度傳感信號，當溫度超出給定的范圍時會發出相應的信號。（3）由ARINC429總線輸入的來自雷達控制組件的指令信號。（4）天線的掃掠和俯仰檢測信號，用于檢測掃掠位置和俯仰姿態。（5）來自中央維護計算機和慣性基準組件輸入的控制指令和姿態基準信息。

6、結束語

氣象雷達是氣象監測的重要手段，在突發性、災害性的監測、預報和警報中具有極為重要的作用，要想充分利用氣象雷達，必須掌握正確的使用方法和理解顯示目標特點，同時，對雷達知識的了解程度和經驗，會影響我們的判斷，而保障其正常工作是機務人員的基本要求。此外還需根據具體問題能進行具體的分析，熟練地運用手冊、工具、設備等。機務維修中的實踐使自己得到豐富的經驗，經驗的積累對維修行業來說顯得特別寶貴。有了豐富的經驗，便可以輕而易舉地使問題得到正確、迅速、有效的處理，以達到事半功倍的效果。

參考文獻

[1]劉康，陳陽.氣象雷達原理及故障維護[J].無線互聯科技，2018，15（20）：1-2.