L波段雷達原理及常見故障處理

張龍斌　洪林峰　趙森

摘 要：高空氣象（溫、壓、濕、風）探測是氣象基礎業務之一，擔負著為天氣預報、氣候分析、科學研究和國際交換提供準確、及時的高空氣象情報和資料的任務。為了保障高空氣象探測的順利進行，提高臺站業務質量，本文將結合作者從事高空氣象觀測的實踐經驗，對L波段雷達原理及在其工作過程中發生的常見故障進行進一步的分析及研究。以便臺站觀測員學習與參考。

關鍵詞：L波段雷達;工作原理;故障處理

1.雷達系統的組成部分及分系統

1.1雷達系統組成部分

L波段雷達分為室外和室內兩大部分。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、近程發射機、攝像機等組成。室內部分由主控箱、驅動箱、示波器、計算機、UPS電源組成。其中室外、室內部分由6根50米電纜相連。

1.2雷達分系統

1.2.1 天饋線分系統

該分系統的功能是用來將發射機產生的高頻電磁能有效地傳輸到天線，并由天線向空間輻射，同時將應答器發回的射頻信號由天線接收下來，并有效地傳輸到接收機。

1.2.2 發射分系統

該分系統的功能是在由測距分系統送來的發射觸發脈沖控制下，定時地產生高頻脈沖，通過天線向空間輻射，作為對應答器的詢問信號。

1.2.3接收分系統

該分系統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、解調送到測距、天控分系統以完成測距和跟蹤應答器的功能。此外還將探空儀發回的探空碼解調出來，送到數據處理終端得到溫度、氣壓、濕度數據。

1.2.4 測距分系統

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

1.2.5 測角分系統

該分系統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轉換，并將所得到的數據以串口通信的方式送到終端分系統，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

該分系統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出來，再經放大、平滑等處理后送到驅動器，以使交流馬達帶動天線轉動，最終使天線對準探空儀。

1.2.7終端分系統

該分系統的功能是接收數據終端送來的各種命令，并將它們分發到各個分系統，同時收集各分系統的數據、狀態，按一定的速率送至數據終端。

1.2.8 自檢/譯碼分系統

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

1.2.9發射/顯示控制分系統

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

1.2.10 電源分系統

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

2.常見故障及解決方法

2.1放球瞬間丟球

放球時雷達天線不能自動跟蹤探空儀（探空儀跑出攝像機監視畫面），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。室外操作員應立即根據氣球位置告知室內計算機操作員，并通過雷達天線瞄準鏡隨時監視;室內計算機操作員應將天控開關設置為手動，示波器顯示方式為角度方式，使天線對準氣球（四條亮線平齊），并調節頻率，使之為最佳狀態。此時將天控開關轉為自動，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

雷達在放球瞬間跟蹤準確，之后一般不會出現旁瓣現象，遇可疑現象應謹慎判斷。如確定是旁瓣（四條亮線長短不一;凹口飄移且紅燈閃動），應根據最后一組正確“方位角、仰角”數據，搖動天線在附近區域搜索，直到四條亮線平齊（示波器顯示方式為角度方式），調整距離按鈕，使凹口回到豎線中間（示波器顯示方式為距離方式），并將天控開關轉為自動，直至正常。另一種方法是可根據情況按一下“扇掃”按鈕（此按鈕不要輕易使用），雷達天線將在一定范圍內自動搜索，盡力追回主瓣。

2.3雷達天線“死位”

雷達天線“死位”現象分為兩種：

（1）雷達天線仰角、方位角“鎖死”不動，電機驅動箱仰角燈或方位角

熄滅，應及時關閉電機驅動箱開關，并迅速再開啟此開關。

（2）“放球軟件”界面的仰角或方位角顯示數字不動，而雷達天線還在轉動，應迅速先將“放球軟件”控制區上的“發射機”開關關閉;天控開關置于手動。再按關機步驟，關閉雷達主控箱的發射開關、驅動箱開關、主控箱總開關，并迅速按與關閉相反順序再開啟各開關，以激活雷達與終端間的通訊傳遞。天控開關置于自動，打開控制區上的“發射機”開關。

2.4 放球過程中凹口消失

放球過程中因雷達、探空儀問題“凹口”變弱或消失，造成斜距不準。此時可通過不斷調整頻率，并觀察示波器上凹口的變化，直到凹口恢復清晰為止，保證探空數據的正常接收。

3.結束語

高空氣象探測系統是大氣探測綜合觀測系統的重要組成部分。L波段高空氣象探測雷達在我國高空氣象探測業務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據的準確性和完整性，為氣象預報和防災減災提供可靠的高空氣象資料。

參考文獻：

[1]中國氣象局檢測網絡司. L波段（1型）高空氣象探測系統業務操作手冊[M]. 北京：氣象出版社，2005

[2]李偉，李柏，陳永清. 常規高空氣象觀測業務手冊[M]. 北京：氣象出版社，2012