GFE(L)1型二次測風雷達典型故障分析

王曉飛，林隆超，王文波，王 飛，曹 杰

(延安市氣象局,陜西延安 716000)

GFE(L)1型二次測風雷達(下簡稱L波段雷達)是我國自主研制的新一代高空探測雷達[1]，具有觀測精度高、采樣速率快、自動化程度高等特點[2-3]。全國氣象系統現有120多部L波段探空雷達，其中陜西省部署4部，分別布設于西安、延安、漢中、安康。L波段雷達在業務運行過程中不可避免會產生各種類型的故障，部分技術人員對L波段雷達運行過程中出現的一些故障進行過分析總結及相關研究，如陜西省漢中市氣象局朱敏武2011年對GFE(L)1型二次測風雷達天控故障及排除進行了分析研究[4]。延安探空站作為全國最后一批L波段雷達改型的臺站，于2010年12月完成雷達及業務系統等的安裝調試。本文就10年來延安L波段雷達曾經出現的故障進行分析，對多次出現的一些典型故障總結維修方法和經驗，幫助業務人員提高維護維修技術水平，提升高空觀測業務質量，同時為省內外其他高空臺站業務及技術保障人員提供雷達維護維修經驗。

1 雷達基本組成及故障大致概況

L波段雷達硬件結構上可分為兩大部分，即室外天線部分和室內終端部分。室外天線部分主要由天線座、俯仰減速箱、天線陣、和差箱、近程發射機、攝像機等組成。室內終端部分主要由主控箱、驅動箱、示波器、計算機和UPS電源組成。L波段雷達從功能上細分共包含十個分系統，分別為天饋線分系統、發射分系統、接收分系統、測距分系統、測角分系統、天控分系統、 終端分系統、自檢、譯碼分系統、發射/顯示控制分系統、電源分系統。在室內部分主控箱內有8塊電路板，分別為11-1探空通道板、11-2發射顯示控制板、11-3測距板、11-4終端板、11-5自檢解碼板、11-6天控板、11-7軸角轉換板(仰角)、11-8軸角轉換板(方位)，該部分負責雷達系統工作各類控制信號和數據信號的處理。

本文結合高空氣象觀測資料，對延安探空站2011—2020年L波段雷達業務運行過程中出現過的各類故障進行統計分析，發現出現的故障種類多達十余類，涉及雷達系統的多個部位和組件，其中一些故障出現一次后再未出現，有些故障反復多次出現。例如示波器亮線兩兩不齊、氣壓和雷達高度誤差、雷達仰角數據出現跳變等故障在業務中多次出現，嚴重影響了業務工作的正常開展。

2 故障分析和維修方法

2.1 示波器顯示亮線兩兩不齊

若出現示波器亮線兩兩不齊情況,首先要檢查11-2板輸出的程序方波是否正常，其次檢查雷達天控部分四路饋線及饋源是否有進水現象。

首先將示波器探頭一邊接地，另一邊分別測量11-6板xp1插頭的3、4、5、6腳，查看上、下、左、右四路程序方波是否正常。如果某一路程序方波顯示波形幅度異常，打開雷達天線和差箱，取下對應的開關管套，測量vk105二極管是否燒壞，若燒壞更換即可。如果程序方波正常，二極管無開路現象，則先檢查雷達天控部分四路饋線及饋源是否有進水現象，如有則更換，注意區分上下和左右；再次檢查WT9電纜是否有進水現象，在雷達天線座立柱上的檢查窗口取下WT9電纜航空插頭，依次對應量取各觸點通斷情況，并檢查外觀有無滲水現象，有則更換。以上檢查全部結束故障排除后，切記要準備一個探空儀，打開雷達，完整測試一下，如果四條亮線正常，則說明故障排除。

2.2 氣壓和雷達高度曲線高差報警

氣壓高度是指利用探空儀測得的氣壓等數據反算出來的高度，雷達高度則是指利用雷達回波計算的探空儀高度。正常情況下，兩者高度對比曲線應當趨勢一致，誤差較小。在實際工作過程中，有時候在氣球施放不久后出現兩者誤差增大，放球軟件界面顯示高差報警。此時，如果排除探空儀本身參數問題，則要重點檢查雷達標定中光電軸一致性問題。放球十分鐘后，使用架設在雷達天線上的瞄準鏡觀察探空儀距離中心位置偏差。如果在俯仰方向上的偏差大于0.3°，就需要調整雷達的光軸和電軸的一致性。采用的方法是調節和差箱中上下調相器的位置，讓瞄準鏡中觀察到探空儀的位置盡量靠近瞄準鏡的中心位置，然后觀察放球軟件高差曲線變化情況和高差報警情況。若氣壓和測風高度差值減小，報警消失，則故障排除。放球結束后，還要進一步檢查L波段雷達天線部分的仰角零度標定值是否偏移，如果偏移，要及時調整正確，利用下一次放球機會再次調整光電軸，直至符合要求。

2.3 氣球施放后期飛點多

探空儀被高空探測氣球攜帶升空，可探測從地面到35 000 m高空的大氣氣壓、溫度、濕度等要素，并通過無線電波將探測數據發送到L波段雷達。探測數據經計算機軟件解碼后形成標準數據，在放球過程中以連續點連成的曲線形式在放球軟件界面上持續顯示。正常情況下，軟件界面上分別表示氣壓、溫度、濕度數據的曲線趨勢分布平滑且規律，但在氣球施放40 min左右開始，曲線經常出現飛點，有時候飛點多到無法繼續正常觀測，嚴重影響探測資料的延續性。遇到此類情況，首先要查看測風信號是否正常，如果測風信號正常，則說明雷達接收系統正常，考慮是譯碼部分出現異常[5]。在放球結束后，打開雷達主控箱，用萬用表測量主控箱11-1板上LM393集成電路第5腳電壓。正常工作狀態下，第五腳的電壓為-6.5 V，如果測量值低于-6.5 V，在-6.3 V左右，就會造成氣球施放后期飛點較多的現象。在電路板上LM393 集成電路旁邊有個電位器，可通過調節電位器旋鈕，使電壓值為-6.5 V左右，故障即可排除。

2.4 雷達仰角數據出現跳變現象

雷達仰角數據是否正常直接關系到測風數據的準確與否。氣球施放后，雷達仰角秒數據應當是規律性變化，測風曲線中仰角曲線也是趨勢平滑；但實際工作中，會遇到仰角數據有幾度甚至十幾度的跳變現象。如果跳變現象持續時間較長，則嚴重影響測風數據準確性和資料的可用性。此類故障首先應檢查天線部分仰角同步機輸送到雷達的信號是否正常，可以用示波器來測試判斷[6]；同時檢查同步機壓塊是否壓緊，如果沒有壓緊也會造成天線和同步機沒有同時轉動，導致仰角數據異常，如果不正常則更換同步機。以上檢查更換結束后要注意仰角0°的重新標定[7]。其次要檢查雷達仰角粗精搭配是否正常。在同步機信號正常情況下，則要檢查雷達仰角粗精搭配是否正常。在主控箱的11-7板上，將撥碼開關S1的第一位撥到“ON”的位置，使軸角板處于搭配狀態，此時放球軟件仰角顯示為“xx.xx”，其中小數點左側為粗讀數，右側為精讀數，多次搖動雷達天線仰角，同時檢查軟件界面顯示仰角值粗讀數和精讀數的差值。如果差值均小于20，說明粗精搭配正常；如果差值大于20，要撥動撥碼開關并多次搖動天線使差值在20以內，完成搭配，排除故障。粗精搭配完成后要注意仰角0°的重新標定檢查。

2.5 攝像系統故障

L波段雷達天線中部安裝了攝像裝置，用于輔助抓球，對于高空氣象觀測工作帶來了極大的便利，但是攝像頭一旦損壞或者故障，會對正常觀測造成很大影響。如果攝像頭異常或出現藍屏等現象，首先要考慮給攝像機供電的12 V電源是否正常，用萬用表測量12 V電源是否正常輸入到攝像頭。其次檢查供電線路是否存在開路、接觸不良等現象。在12 V電源正常輸入到攝像頭的情況下，則要檢查供電線路是否存在開路、接觸不良等現象，若存在則要更換供電線。再次要檢查安裝到終端計算機的視頻采集卡是否正常工作，若不正常工作，則要更換視頻采集卡，整個流程結束，故障基本會排除。

3 結語

L波段雷達作為新一代高空探測設備，涉及電子、機械、計算機、軟件等多個專業領域，對業務人員及技術保障人員基礎知識積累要求較高，要求L波段雷達維護維修人員不僅要具備較強的專業技術素養和豐富的知識積累，還要在日常工作中還要善于分析和思考，做好雷達探測設備的維護保養、標校檢查等，熟練掌握L波段雷達原理，在工作中對遇到的每一次故障從分析、測試、維修等多個環節進行反復總結，提高雷達維修維護保障水平，減少雷達故障對業務質量造成的影響。本文是根據延安L波段雷達運行過程中出現的一些典型故障，結合對故障的分析和維修過程進行的總結研究，對故障類型覆蓋還不盡完善。目前，全國氣象部門各探空站的L波段雷達在運行過程中出現的故障類型和現象不盡相同，各地技術保障人員對雷達故障的判斷分析和維修方法也有所差異，需要在后期工作過程中相互學習、借鑒，共同提升L波段雷達的維護維修技術水平，為高空氣象觀測業務順利開展提供幫助。