寒冷氣候條件下L波段雷達故障解決辦法

關鍵詞：L波段雷達；雷達故障分析；雷達維護

中圖分類號：TN957 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）12-0015-05

DOI： 10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.12.003

L-Band Radar Failure Solution for Cold Climate

YANG Xiaoyu1WANG Jiayi2LIU Yujiao3LIU Jiarui4WU Xiaowei1 LIU Chunfang' （1.Meteorological Bureau of Qiqihar City，Qiqihar 161006，China; 2.Meteorological Bureau of Yingshang County，Yingshang 2362Oo，China; 3.Meteorological Bureau of Mudanjiang City，Mudanjiang 1570o0，China; 4.Meteorological Bureau of Keerqin District，Tongliao City，Tongliao O28Ooo，China）

Abstract：[Purpsoes]By analyzing the failures of L-band radar under cold conditions，combined with its detection principle and the working mechanism of different componentsand transmission lines，the causes offailuresareidentified，which help theoperational staff utilize the historical failurerecords to deal with the common problems quickly，improve the quality of detection，and provide valuable references for the staff the related fields.[Methods] Systematically document allfailure cases since the adoption of L-band radar in Qiqihar radiosonde station，analyze the failure locations，diffrentiate between indoor and outdoor factors，and summarize the causes of faults that frequently occur in long-term operation along with its corresponding maintenance strategies， especially during cold seasons.[Findings] Under cold climate conditions，the risk of failure of radar systems tends to increase.For example，the low temperature leads to the degradation in the performance of the internal electronic components，as well as the brittleness of the transmission line insulation material which triggers problems such as fractures or poor contact.[Conclusions]To address issues encountered byL-band radar in the cold climate conditions， such as the switch tube housing corrosion and loosening，transmission line insulation material embrittlement and other problems，a series of solutions are proposed.These include strengthening daily inspection and maintenance，timely overhaul of transmission lines and exposed components，and emphasizing the maintenance of radome.

Keywords：L-band radar; radar failure analysis; radar maintenance

0 引言

在氣象部門工作中，探空任務是非常基礎的一項探測任務，具有任務繁重、要求精度高等特點[1]。隨著氣象觀測的現代化發展及電子技術的進步，L波段二次測風雷達在實際操作中逐漸得到應用。目前，120個高空觀測站已全面使用我國自主研發的GFE（L）1型二次測風雷達，其中，黑龍江省配備了4套該類型的雷達設備，于每日07：00和19：00執行探空觀測任務。作為氣象探測領域的關鍵設備，L波段雷達承擔著監測高空大氣層狀況的重要職責，能有效探測高空大氣層的溫濕度、風向風速、氣壓等氣象要素數據信息，且具備較高的穩定性和準確性，在氣象預報及研究工作中發揮著重要的作用。但L波段雷達工作環境復雜多變、設備容易老化，導致其在使用過程中難免會出現故障，不僅會影響雷達的正常運行，還會造成觀測數據失真，進而影響氣象服務的準確性和可靠性[2]。L波段雷達分為室內和室外兩部分，室內部分結構復雜，排查故障困難；室外部分受寒冷氣候環境的影響，排查故障難度加大，影響高空觀測的穩定運行。由于L波段雷達生產廠家在南京，廠家提供的故障分析與維修方面的參考資料沒有考慮寒冷氣候環境（指雷達運行的環境溫度 ?-10^°C 的情況）對故障發生的影響以及維修技術方法的特殊性。為降低排查雷達故障的難度，盡快解決故障，減少遲測、缺測現象的發生，保障高空探測的穩定運行，有必要歸納L波段發生故障成因，研究寒冷氣候環境對L波段雷達性能的影響。

1探空站基本情況

齊齊哈爾探空站位于齊齊哈爾市西部，其海拔為146.7m ，坐標為北緯 47^°22^′34^′′ 東經 123^°55^′25^′′ ，屬溫帶大陸性季風氣候區，是黑龍江省重要的氣象觀測站點之一。由于地處高緯度地區，四季分明，冬季寒冷且漫長，最低氣溫在 以下。這種極端的低溫環境對齊齊哈爾探空站L波段雷達的運行產生了負面影響，導致設備故障率有所增加。L波段雷達位于地面上 7.6m 的位置，且有一個放球點，這個放球點距離雷達約 60m ，方位為 102^° 、仰角為 0^° 。放球點是用于釋放探空氣球的地方，探空氣球攜帶氣象儀器升空，以收集高空的氣象數據，而這些數據對氣象預報和科學研究具有重要價值。

2L波段雷達的工作原理

L波段雷達已廣泛用于高空氣象探測中，該雷達由天饋線、發射、接收、測距、測角、天控和終端等分系統組成3，通過追蹤攜帶探測儀器的探空氣球來實現探測任務，雷達測距原理如圖1所示。在此過程中，探空氣球配備無線電應答裝置后升空。當地面L波段雷達向探空氣球發送特定的“詢問信號\"時，氣球搭載的無線電應答裝置會接收這些信號，并發送相應的“應答信號”回傳。通過雷達接收機進行接收，以獲取溫度、濕度、氣壓等關鍵氣象數據。通過精確計算每一組詢問信號與應答信號之間的時間差和應答信號的方位，能準確確定探空氣球在三維空間內任意時刻的位置信息，包括探空氣球與雷達站間的直線距離、方位角及仰角。通過分析氣球隨風移動的路徑和速度，可推導出高空中的風向與風速。該方法憑借雷達技術的精確性和無線電應答裝置的響應能力，為氣象學家提供了重要的高空風場數據。

3故障現象及故障排除實例

L波段探空雷達是一種自動化程度較高的新型雷達。為了能充分發揮該雷達的優良性能，最大限度延長雷達無故障運行時間和使用壽命，在日常業務使用過程中，除了按照使用說明正確操作使用外，還要定期做好雷達的維護保養工作。萬事皆有因，雷達故障也不例外[4]。故障排除的關鍵是正確的故障原因分析，因此，需要采取適當的分析和判斷方法，以實現\"準、穩、狠\"的效果[5]。通過對L波段雷達在寒冷氣候環境下的故障記錄進行分析，發現以下6種主要的故障現象及成因。

3.1放球時出現示波器四線錯位報警

故障表現。放球過程中，示波器上顯示的四條亮線時而兩兩不齊、時而兩兩又齊。當出現兩兩不齊時，報警器會報警。

原因分析。起初維修人員以為是旁瓣球，但仔細觀察后發現，當探空儀亮線兩兩不對齊時，探空高度與氣壓反算高度之間的差值很大；相反的，當亮線兩兩對齊時，兩高差之間的數值變小。排除旁瓣球的可能性后，確定故障發生在雷達上。據了解，當雷達指向探空儀時，示波器上應顯示四條平行的亮線，這些線在高度上應相互對應，且不同方向上的程序方波幅度應該一致。因此，推測可能是天線座和差箱的左開關管套出現問題。為了驗證這一猜測，維修人員到室外將和差箱打開進行檢查，看到左開關管套確實存在銹蝕和松動的現象。同時，二極管VK105也出現問題，這是因為在極冷和極熱的氣候條件下，開關套管結霜，二極管電阻率增加，從而影響其性能，最終導致故障的出現。

3.2 示波器四條亮線兩長兩短

故障表現。啟動雷達后，示波器上的四條亮線出現兩長兩短。該情況持續了大約 0.5h ，系統隨后逐漸恢復到正常狀態。

原因分析。經過連續數日的觀察，這一故障現象依然存在，且室外溫度持續下降（已降至-11℃以下）。分析認為，該故障并非偶發事件，極有可能是由近期氣溫大幅降低或某些電子元件在寒冷環境下的溫度適應性降低所導致的。該類故障缺乏明顯的故障跡象，使得維修人員無法精確找出故障源，只能依靠分析和推斷來進行故障診斷。經初步判斷，可能是因為電纜或饋線插頭在溫度波動中發生熱脹冷縮導致接觸不良或由某個電子元件在低溫條件下溫度適應性下降所引起的。為了能有效識別故障，維修人員對外部雷達設備進行詳細檢查。首先，檢查程序方波通道的電纜和饋線插頭，使用無水乙醇對可能存在的氧化斑點進行清理，并對插座進行校正。然而，故障并未解決。于是，采取更為直接的加熱方法來定位故障元件。采用一臺小型吹風機，逐一對調相器和開關管套進行預熱，同時觀察四條亮線的變化情況，發現在對下方開關管套進行加熱時，原本不規則的四條亮線逐漸趨于正常狀態。替換了下開關管套后，雷達系統的

運行恢復到了正常狀態。

3.3示波器四條亮線延伸很長存在嚴重的飛點現象

故障表現。放球后，在測角狀態下示波器的四根亮線異常的長，盡管嘗試調整頻率和增益，但飛點現象依然嚴重。隨后俯仰和方位不受控制，雷達與計算機處于間斷的通信狀態。

原因分析。針對該現象，推測是各單元板出現故障。因此，關機后迅速更換11—3、11—4、11—6插板，但開機后故障仍沒有解決。同時，注意到驅動箱電源并未發出報警信號，排除各單元板故障的可能性。隨后，與廠家技術人員取得聯系，初步判斷可能是電源出現問題。于是，將檢查的重點轉移到開關電源上，發現輸出的 +5V 直流電壓未能達到規定的額定值，從而導致雷達失控。通過調整可變電阻，使輸出電壓達到 +5V 或略高于此值時，重新接通電源并開機后，雷達運行恢復正常。經過進一步研究后發現，低溫環境可能導致電源模塊內部電子器件性能降低，從而使電源供應變得不穩定，進而影響雷達的正常工作。

3.4信號時斷時續或雷達自動跟蹤功能失效

故障表現。在進行放球操作過程中，值班人員注意到四條亮線上方出現四條虛線，且有時亮線會變成四個亮點，顯示出增益偏大的情況。放球時，信號時有時無，這種情況大致發生在東南方位。此外，有時雷達的自動跟蹤功能會失靈，導致無法正常工作。

原因分析。起初懷疑是外界存在強烈的干擾源。為了驗證這一猜想，邀請無線電委員會的技術人員進行檢測。然而，檢測結果顯示，沒有發現任何干擾源。因此，維修人員確定問題與雷達本身有關，而不是受到外部因素的干擾。于是，通過檢測，排除了內控制盒內部開路現象和發射機脈沖變壓器損壞的可能性，將重點轉向室外電纜上。通過仔細排查發現，WT8線纜部分區域出現斷裂和虛接的現象。更換受損電纜后，問題得到解決。推測可能是在寒冷的氣候條件下，傳輸線絕緣材料出現脆化，進而引發傳輸線斷裂或接觸不良，從而影響信號的正常傳輸。

3.5放球后方位自動跟蹤功能失效及仰角卡死

故障表現。放球后，有時會出現方位自動跟蹤功能失效及仰角卡死的現象。面對這種情況，值班人員通常會立即將雷達系統和計算機全部關閉，等待幾秒鐘后再重新開機。然而，故障依舊存在，并沒有得到解決。

原因分析。首先，懷疑是11一7插板出現了問題。為了驗證這一假設，維修人員更換了備份插板，并重新激活了雷達與終端之間的通信傳遞方式，但沒起作用，故障也沒有排除。其次，對驅動箱進行進一步檢查，打開驅動箱后發現，仰角驅動器顯示“22#告警”，這表明編碼器出現故障。而出現這種情況的主要原因是由天線座內部濕度較大所導致的。在濕度較大的環境中，刷架和匯流環之間的摩擦會產生碳粉，這些碳粉不會輕易脫落，而是積聚在匯流環上，形成污垢，導致刷架與匯流環的相互作用變得不穩定，可能引發仰角驅動器的故障。當天線轉動機構在低溫、低濕的環境中潤滑不良時，很容易出現卡滯或轉動不靈活的現象。這種情況不僅會影響雷達的掃描范圍，還會導致掃描精度的降低，從而影響整個雷達系統的性能。為了確保雷達系統的正常運行，要重視對天線座內的濕度控制，并確保轉動機構得到適當的潤滑，以免類似故障的發生。

3.6放球后高仰角位導致雷達卡死

故障表現。放球后，放球點選擇問題導致放球瞬間氣球過頂，L波段雷達受其轉速（方位 0^°～ 20^°/s ，仰角 0^°～15^°/s^? 限制，加之仰角被限制在-6^°～92^° ，從機械性上就不滿足跟蹤條件，此時雷達不能自動跟蹤目標，自動跟蹤功能失靈，從而驅動箱故障燈報警，雷達仰角鎖死在 90^° 以上。為了應對這一情況，值班人員迅速關掉雷達，再依次打開各開關，以激活雷達。然而經過多次重復此過程，故障未能得到解決，在保證數據不缺測的情況下，終止本次探測。

原因分析。初步推測可能是驅動箱內部電路板及仰角、方位驅動模塊出現問題，遂開啟驅動箱，對其進行詳盡檢測與排查。經過一系排查，未在驅動箱內的各驅動電路及模塊發現異常。隨后，采取分段檢查的方式，對室外仰角減速箱的同步帶和天線座內的仰角同步機進行全面細致的檢測，結果同樣未顯示任何異常。然而，在深入檢測俯仰減速箱內的限位開關時發現，俯仰減速箱的箱門防水膠墊密封性能下降，當室外溫度冷暖交替時，箱門內壁會結霜，從而導致限位開關被銹蝕。在本次探測出現高仰角情況時，限位開關啟動后卡住，當仰角降下來后，由于限位開關被卡死，雷達自動跟蹤功能失靈。當時缺乏備用配件，維修人員不得不將限位開關臨時斷開，從而防止近期再出現高仰角情況時造成雷達卡死現象。

4寒冷氣候環境下雷達的維護和保養

通過上述故障排除實例可知，寒冷氣候環境對L波段雷達性能的影響是多方面的，包括硬件故障、信號傳輸問題、驅動機構性能下降等。雖然L波段雷達是我國新一代測風雷達，但遇到惡劣天氣，尤其是在寒冷氣候環境下，其性能會顯著下降[。雖然惡劣的天氣條件無法掌控，但是通過日常的維護與修復工作，可將故障和事故的發生率降至最低。具體操作方法如下。

① 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顯然不足，必須加強日常檢查和維護工作，特別是在寒冷的氣候條件下，更應提高警惕，及時檢查傳輸線和外露器件，確保沒有水分侵入或積水的情況發生。這樣可以有效避免水分長時間停留而結冰，進而減少雷達出現故障的風險，確保正常的觀測活動不受影響。

② 對備用設備進行適當的維護與保養，以確保其能隨時啟動使用。由于部分配件在站內沒有備份，因此采取有效的應急措施至關重要。

③ 定期對天線轉動機構進行潤滑保養，確保其在低溫環境下仍能靈活轉動。

④ 加強對雷達天線罩的維護保養工作。天線罩作為保障雷達天線免受惡劣天氣侵襲的關鍵部件，其重要性不言而喻。因此，需要定期核查天線罩的密封性能，確認無破損或老化跡象，以有效防正水分及冰霜滲入其內部結構。

⑤ 當遇到冰凍時，及時清除冰凌。針對室外電纜及其連接器，應當采用防凍材料予以包裹，降低低溫環境對電纜性能的潛在影響。

⑥ 定期開展電纜完整性及連接可靠性的檢查工作，以確保不會因冰凍現象而引發電纜斷裂或接觸不良等問題。

⑦ 在日常維護和保養中，除了常規的檢查和維護工作外，還要特別關注寒冷氣候對雷達性能的潛在影響，并采取相應的預防措施，確保雷達在惡劣環境下保持良好運行狀態。

5結語

L波段探空雷達基本實現了對高空氣象數據采集、監測和集成的自動化操作。L波段探空雷達在長期運行過程中，尤其在寒冷的氣候條件下，故障發生率往往會有所上升，這會影響高空氣象探測業務的順利進行。為了應對這些挑戰，將進一步完善維護和保養制度，確保在極端天氣條件下，雷達設備能夠保持最佳運行狀態。同時，也要加強操作人員的培訓，確保其能熟練掌握L波段雷達的操作規程。在工作中，針對每一次遇到的故障，維修人員要從分析、測試、維修等多個環節進行深入的反復總結，提高雷達維修維護保障水平，進而降低雷達故障對業務質量所帶來的不良影響，以維持高空氣象數據采集的連續性和準確性，為國防、科研、工業、農業、天氣預報、氣候能源開發、防災減災提供準確、及時、完整的高空氣象資料。未來，將繼續關注氣象條件對雷達性能的影響，不斷探索和實施新的技術手段，進一步提升雷達系統的整體性能。

參考文獻：

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（欄目編輯：孫焱）