武都高空站L波段雷達(dá)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(dá)，它是跟蹤雷達(dá)和數(shù)字無線通信集合于一體的綜合系統(tǒng), 具有較高自動化、較準(zhǔn)確的測風(fēng)精度和探測精度，采樣速率快，使用方便等特點(diǎn)，但是基于雷達(dá)本身技術(shù)含量高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)大部分集成化，繁雜又精密，一個小小的因素都會導(dǎo)致雷達(dá)出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致觀測記錄的不連續(xù)性和時效性的延誤，為此，對觀測員雷達(dá)維護(hù)維修技術(shù)和相關(guān)業(yè)務(wù)軟件的操作能力提出了更高的要求，以此來應(yīng)對雷達(dá)發(fā)生故障時及時判斷處理，提高和保障高空氣象探測數(shù)據(jù)的及時性、完整性和準(zhǔn)確性。以下就武都站2019年7月出現(xiàn)的突發(fā)仰角下限位故障和高仰角雷達(dá)跟蹤失效的故障過程的分析、判斷和排除進(jìn)行總結(jié)，為后期的雷達(dá)維護(hù)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(jīng) 104°55＇，境內(nèi)溝壑縱橫、峰巒疊嶂，屬北亞熱帶氣候，在天氣學(xué)上因“武都渦”而出名。由于觀測場地的限制，武都探空雷達(dá)架設(shè)在高于氣壓傳感器9m的樓頂上，且只有一個放球點(diǎn)，距雷達(dá) 73m，方位 104°,仰角 0.0°。

2 故障實(shí)況

2.1 高仰角位致使下限位開關(guān)損壞

2019年7月1日，傍晚時分的武都觀測站的探空室內(nèi)，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(xiàng)準(zhǔn)備工作。一切準(zhǔn)備就緒，各項(xiàng)性能指標(biāo)顯示正常，亮線齊平，凹口、頻率、增益、探空信號、天空自動雷達(dá)跟蹤均為最佳狀態(tài)。本站資料顯示，7 月 1 日 19 時，放球前 5min，風(fēng)向 85°～117°，風(fēng)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(dá)在下風(fēng)方，氣球容易過頂并丟球。

19時15分，值班人員發(fā)出了施放氣球信號，雷達(dá)放球鍵打開，全部曲線顯示雷達(dá)跟蹤正常，測角人員提示：“115°～135°方位的風(fēng)，且風(fēng)速較大，氣球要過頂，（武都放球點(diǎn)只有一個，在雷達(dá)的上風(fēng)方位）注意雷達(dá)跟蹤狀況。”監(jiān)測顯示，放球后仰角迅速升至84°、方位角300°，按以往經(jīng)驗(yàn)本站氣球過頂時，立即將天空自動開關(guān)轉(zhuǎn)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(dá)無法正常跟蹤氣球，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，隨即仰角驅(qū)動器仰角位顯示紅燈告警，仰角出現(xiàn)故障，根據(jù)平時維修經(jīng)驗(yàn)立即重啟了驅(qū)動箱電源，仍無法恢復(fù)，探測信號中斷，造成丟球。然后，在啟用備份接收機(jī)重放球和小球補(bǔ)測測風(fēng)記錄的同時，維修員打開驅(qū)動箱，對驅(qū)動電路、驅(qū)動模板進(jìn)行逐一檢測排查，經(jīng)檢測室內(nèi)各驅(qū)動電路未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)逐段檢查法，對室外雷達(dá)的仰角驅(qū)動電機(jī)、傳輸帶等仰角電路進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)異常。進(jìn)一步檢測驅(qū)動電路時發(fā)現(xiàn)仰角下限位開關(guān)因使用日久嚴(yán)重腐蝕氧化導(dǎo)致雷達(dá)升降故障，在無配件備份的情況下，對雷達(dá)下限位電路板做了暫時性修復(fù)，故障排除，雷達(dá)初步恢復(fù)正常。

2.2 高仰角雷達(dá)跑偏

武都觀測站2019年7月8日01時15分，氣球施放后，雷達(dá)出現(xiàn)亮線兩兩不齊的狀況，雷達(dá)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(jī)，探空數(shù)據(jù)正常，但夜間出現(xiàn)故障，光照條件不佳，能夠通過經(jīng)緯儀小球補(bǔ)測獲取的測風(fēng)資料非常有限，為了保證探空記錄的連續(xù)，繼續(xù)將天空自動開關(guān)轉(zhuǎn)換為手動，以手動跟球22min，有旁瓣信號。22min后測風(fēng)恢復(fù)正常狀態(tài)。由8日01時正點(diǎn)分鐘球坐標(biāo)和每秒球坐標(biāo)數(shù)據(jù)顯示 （如圖1、2所示）。

圖1 2019年7月8日01時 正點(diǎn)球坐標(biāo)（秒數(shù)據(jù)）曲線

圖2 2019年7月8日01時每秒球坐標(biāo)數(shù)據(jù)

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(dá)主瓣定向時仰角、方位有規(guī)律的變化特點(diǎn)。同時，從風(fēng)隨高度的變化曲線數(shù)據(jù)圖（如圖3所示）可以看出，該時次風(fēng)向風(fēng)速不連續(xù)，跳變較大。可見，此次測風(fēng)記錄因雷達(dá)跟蹤故障而缺測。出現(xiàn)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(jié)果為單向通道，正常，沒有排除故障，繼續(xù)用萬用表檢查開關(guān)管套通斷，更換了開關(guān)管套，沒有排除，檢測直流+5v，輸出值不對，負(fù)載有短路現(xiàn)象，重新焊接，雷達(dá)跑偏恢復(fù)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(xù)出現(xiàn)雷達(dá)跑偏現(xiàn)象，如圖4所示，亮線在此段探測兩長兩短，增益偏大現(xiàn)象，說明，01、07時的故障排除不完全正確，順藤摸瓜繼續(xù)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(diào)試了WT-9傳輸電纜，排除了仰角在高位時跟偏現(xiàn)象。但是9日01、07時仰角毛刺仍較多，繼續(xù)對天線裝置部分的合差箱進(jìn)行檢測，經(jīng)過反復(fù)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(fā)現(xiàn)天線饋線系統(tǒng)中的電纜接觸不良。更換了電纜，故障排除，亮線齊平，球坐標(biāo)曲線平滑有規(guī)律，數(shù)據(jù)正常，此次故障排除，總結(jié)為，5V電壓間斷有短路現(xiàn)象，造成曲線毛刺較多，不平滑。天線饋線系統(tǒng)中的電纜接觸不良，造成仰角較高時，雷達(dá)不跟蹤，至此，雷達(dá)故障完全排除，為后期的觀測質(zhì)量和精度提供了保障。

圖3 2019年7月8日01時風(fēng)隨高度的變化曲線數(shù)據(jù)圖

圖4 2019年7月8日01時 正點(diǎn)球坐標(biāo)曲線

3 故障排除方法的心得

1）做好雷達(dá)的日常維護(hù)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(jīng)常地、細(xì)致地對電氣和機(jī)械部分進(jìn)行檢查維護(hù)可以有效延長雷達(dá)的使用壽命，同時把故障排除在初始階段，以減少突發(fā)故障出現(xiàn)，保障實(shí)時資料的精確和有效。

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

3）在條件有限的情況下要靈活運(yùn)用日常積累的經(jīng)驗(yàn)去應(yīng)急處理，備份接收機(jī)必須處于正常狀態(tài)，有備無患，最好做到每班對比雷達(dá)觀測，如若雷達(dá)瞬間故障，備份接收機(jī)代替雷達(dá)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(dá)探測系統(tǒng)觀測記錄與探測數(shù)據(jù)備份接收機(jī)系統(tǒng)觀測記錄的相互對接處理技術(shù)，是類似應(yīng)急觀測情況下必須掌握的數(shù)據(jù)整理技巧。

4）只要結(jié)合雷達(dá)工作原理圖框以及測試圖款，對所對應(yīng)的電路進(jìn)行細(xì)致的分析，就會找到可能影響正常運(yùn)行的故障點(diǎn)，然后進(jìn)行修復(fù)，最好不要對集成電路模塊采取電烙鐵，以避免故障擴(kuò)大化。

4 總結(jié)

總而言之，武都站兩次故障均為主要元器件年久老化和聯(lián)結(jié)松動未及時發(fā)現(xiàn)更換而造成雷達(dá)故障，為了減少類似突發(fā)故障發(fā)生,每年一次的雷達(dá)常規(guī)業(yè)務(wù)維護(hù)明顯不夠，必須加強(qiáng)日常檢查維護(hù)，特別是在雨天后及時檢查傳輸線和外露的器件有無進(jìn)水和積水現(xiàn)象，避免因長時間積水導(dǎo)致器件生銹腐蝕而影響正常觀測。因部分配件站內(nèi)沒有備份，所以，做好應(yīng)急處置很關(guān)鍵，對備份儀器要做好維護(hù)保養(yǎng)，隨時啟用，力求在確保觀測資料“三性”要求以及數(shù)據(jù)傳輸時效性的前提下獲取觀測資料。