武都高空站L波段雷達故障排除與體會

魏清霞,宋煜彬

（隴南市氣象局,甘肅 隴南 746000）

武都站使用的L波段GFE（F）-1型自動跟蹤雷達，它是跟蹤雷達和數字無線通信集合于一體的綜合系統, 具有較高自動化、較準確的測風精度和探測精度，采樣速率快，使用方便等特點，但是基于雷達本身技術含量高，內部結構大部分集成化，繁雜又精密，一個小小的因素都會導致雷達出現異常，從而導致觀測記錄的不連續性和時效性的延誤，為此，對觀測員雷達維護維修技術和相關業務軟件的操作能力提出了更高的要求，以此來應對雷達發生故障時及時判斷處理，提高和保障高空氣象探測數據的及時性、完整性和準確性。以下就武都站2019年7月出現的突發仰角下限位故障和高仰角雷達跟蹤失效的故障過程的分析、判斷和排除進行總結，為后期的雷達維護維修提供思路和技巧。

1 臺站基本概況

武都是國家基本氣象觀測站，位于甘肅省東南部，海拔高度 1081.0m，北緯 33°24＇，東經 104°55＇，境內溝壑縱橫、峰巒疊嶂，屬北亞熱帶氣候，在天氣學上因“武都渦”而出名。由于觀測場地的限制，武都探空雷達架設在高于氣壓傳感器9m的樓頂上，且只有一個放球點，距雷達 73m，方位 104°,仰角 0.0°。

2 故障實況

2.1 高仰角位致使下限位開關損壞

2019年7月1日，傍晚時分的武都觀測站的探空室內，值班員和往常一樣井然有序地開展著施放探空氣球的各項準備工作。一切準備就緒，各項性能指標顯示正常，亮線齊平，凹口、頻率、增益、探空信號、天空自動雷達跟蹤均為最佳狀態。本站資料顯示，7 月 1 日 19 時，放球前 5min，風向 85°～117°，風速 4.5～5.0m/s,氣溫30.9℃，相對濕度24%、氣壓885.7hPa。這種天氣狀況，由于雷達在下風方，氣球容易過頂并丟球。

19時15分，值班人員發出了施放氣球信號，雷達放球鍵打開，全部曲線顯示雷達跟蹤正常，測角人員提示：“115°～135°方位的風，且風速較大，氣球要過頂，（武都放球點只有一個，在雷達的上風方位）注意雷達跟蹤狀況。”監測顯示，放球后仰角迅速升至84°、方位角300°，按以往經驗本站氣球過頂時，立即將天空自動開關轉換為手動，通過控制操作桿，手動搖動方位、仰角跟蹤氣球。但是，本次手動操作，仰角不能下降，雷達無法正常跟蹤氣球，出現卡死現象，隨即仰角驅動器仰角位顯示紅燈告警，仰角出現故障，根據平時維修經驗立即重啟了驅動箱電源，仍無法恢復，探測信號中斷，造成丟球。然后，在啟用備份接收機重放球和小球補測測風記錄的同時，維修員打開驅動箱，對驅動電路、驅動模板進行逐一檢測排查，經檢測室內各驅動電路未發現異常。根據逐段檢查法，對室外雷達的仰角驅動電機、傳輸帶等仰角電路進行檢測，未發現異常。進一步檢測驅動電路時發現仰角下限位開關因使用日久嚴重腐蝕氧化導致雷達升降故障，在無配件備份的情況下，對雷達下限位電路板做了暫時性修復，故障排除，雷達初步恢復正常。

2.2 高仰角雷達跑偏

武都觀測站2019年7月8日01時15分，氣球施放后，雷達出現亮線兩兩不齊的狀況，雷達不跟蹤氣球，立即由自動切換為手動搜索跟蹤。因啟用了備份接收機，探空數據正常，但夜間出現故障，光照條件不佳，能夠通過經緯儀小球補測獲取的測風資料非常有限，為了保證探空記錄的連續，繼續將天空自動開關轉換為手動，以手動跟球22min，有旁瓣信號。22min后測風恢復正常狀態。由8日01時正點分鐘球坐標和每秒球坐標數據顯示 （如圖1、2所示）。

圖1 2019年7月8日01時 正點球坐標（秒數據）曲線

圖2 2019年7月8日01時每秒球坐標數據

可以看出，前一分鐘仰角，方位保持不變，2～22min手動跟蹤，仰角、方位角較混亂，不符合雷達主瓣定向時仰角、方位有規律的變化特點。同時，從風隨高度的變化曲線數據圖（如圖3所示）可以看出，該時次風向風速不連續，跳變較大。可見，此次測風記錄因雷達跟蹤故障而缺測。出現此情況，首先考慮了亮線兩兩不齊，原因出在程序方波上，通過三用表檢查程序方波11-6天空板輸出信號，其結果為單向通道，正常，沒有排除故障，繼續用萬用表檢查開關管套通斷，更換了開關管套，沒有排除，檢測直流+5v，輸出值不對，負載有短路現象，重新焊接，雷達跑偏恢復正常。但是8日07時增益仍然偏大，方位、仰角的曲線毛刺較多，不平滑，19時07分至13分繼續出現雷達跑偏現象，如圖4所示，亮線在此段探測兩長兩短，增益偏大現象，說明，01、07時的故障排除不完全正確，順藤摸瓜繼續檢查了中頻通道盒、前置放大信號、限幅器等均無故障，檢測合差箱出來的高頻電纜可能接觸不良，調試了WT-9傳輸電纜，排除了仰角在高位時跟偏現象。但是9日01、07時仰角毛刺仍較多，繼續對天線裝置部分的合差箱進行檢測，經過反復地更換器件都無法排除故障，在測量上、下、左、右四路饋線時，發現天線饋線系統中的電纜接觸不良。更換了電纜，故障排除，亮線齊平，球坐標曲線平滑有規律，數據正常，此次故障排除，總結為，5V電壓間斷有短路現象，造成曲線毛刺較多，不平滑。天線饋線系統中的電纜接觸不良，造成仰角較高時，雷達不跟蹤，至此，雷達故障完全排除，為后期的觀測質量和精度提供了保障。

圖3 2019年7月8日01時風隨高度的變化曲線數據圖

圖4 2019年7月8日01時 正點球坐標曲線

3 故障排除方法的心得

1）做好雷達的日常維護管理十分重要，許多情況下塵垢、腐蝕、生銹和霉變等都是造成故障的原因，因此，經常地、細致地對電氣和機械部分進行檢查維護可以有效延長雷達的使用壽命，同時把故障排除在初始階段，以減少突發故障出現，保障實時資料的精確和有效。

2）在出現故障無法一次解決時，不能孤立的檢查單項設備器件而耽誤時間，要用順藤摸瓜的檢查方法，檢查一項排除一項，提高檢修效率，節省排除故障的時間。

3）在條件有限的情況下要靈活運用日常積累的經驗去應急處理，備份接收機必須處于正常狀態，有備無患，最好做到每班對比雷達觀測，如若雷達瞬間故障，備份接收機代替雷達觀測探空記錄，減少重放球的概率，提高時效性,值得一提的是，主雷達探測系統觀測記錄與探測數據備份接收機系統觀測記錄的相互對接處理技術，是類似應急觀測情況下必須掌握的數據整理技巧。

4）只要結合雷達工作原理圖框以及測試圖款，對所對應的電路進行細致的分析，就會找到可能影響正常運行的故障點，然后進行修復，最好不要對集成電路模塊采取電烙鐵，以避免故障擴大化。

4 總結

總而言之，武都站兩次故障均為主要元器件年久老化和聯結松動未及時發現更換而造成雷達故障，為了減少類似突發故障發生,每年一次的雷達常規業務維護明顯不夠，必須加強日常檢查維護，特別是在雨天后及時檢查傳輸線和外露的器件有無進水和積水現象，避免因長時間積水導致器件生銹腐蝕而影響正常觀測。因部分配件站內沒有備份，所以，做好應急處置很關鍵，對備份儀器要做好維護保養，隨時啟用，力求在確保觀測資料“三性”要求以及數據傳輸時效性的前提下獲取觀測資料。