L波段探空雷达天线故障问题及应对处理

宋树生 胡颖飞 崔日权

摘要 L波段探空雷达是一款科技含量高、自动化程度高的新式雷达，其新型的探测结构集气象数据收集、监测和集成为一体，大幅度提高了探测所得气象资料的质量和精度。但由于是自动化程度高的气象仪器，难免会在运行中出现天线故障。主要根据吉林省延吉市气象局的L波段探空雷达运行中常见的天线故障进行归纳总结，提出一些应对处理措施，确保高空天气探测工作顺利开展。

关键词 L波段天气雷达;天线故障;维修维护

中图分类号：TN959.4 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）08–0–02

Abstract L-band radiosonde radar is a new type of radar with high technology content and high degree of automation. Its new detection structure integrates meteorological data collection， monitoring and integration， which greatly improves the quality and accuracy of meteorological data. However， due to the high degree of automation of meteorological instruments， it is inevitable that there will be antenna failure in operation. According to the L-band sounding radar of Yanji Meteorological Bureau in Jilin Province， the common antenna faults are summarized， and some countermeasures are put forward to ensure the smooth development of high-altitude weather detection.

Key words L-band weather radar; Antenna failure; Maintenance

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.030

高空气象探测是气象综合观测系统的重要部分，吉林省延吉市常规高空观测技术体制已经完成从59-701雷达探空系统向L波段雷达探空系统的转变。截至目前，我国已完成百余部L波段雷達探空系统的建设，该雷达系统借助气象气球携带探空仪在高空进行天气要素观测业务，能详细监测从地面直至高空30 000 m的大气温度场、湿度场和风场的三维数据，提高气象观测信息实时度和时空密度，为开展天气预报、气象服务和研究气候变化规律等项目提供了可靠性更强的参考依据。但是，出现的各类天线故障问题却在一定程度上制约了高空气象探测的顺利开展。基于此，以L波段探空雷达天线故障分析为切入点，引入日常管护对策，以期提供一些有益的经验。

1 L波段天气雷达结构

延吉市使用的L波段雷达高空气象探测系统主要是由GFE（L）1型二次测风雷达（简称L波段）和GTS1-1型数字式电子探空仪（简称探空仪）组成，主要用于对高空中的气象要素展开新型观测，该系统需配合相关电子设备使用。运行时，L波段雷达可以自动对准探空气球的信号进行跟踪，根据气球的飞行方向和距离判定风向和风速，把探空仪收集到的气象信息传回地面由雷达进行接收。L波段探空雷达天线的任务是将传输线送来的射频电磁能集中成束地向空中定向辐射，使雷达准确地测出探空气球的斜距、方位角和仰角，并接收回答器发回的射频脉冲信号;而探空雷达天线的功能是将传通过传输线送过来的射频电磁能集中成束然后向空中进行定向辐射。天线系统由4面口径为Ф0.8 m抛物面天线组成，空间分布为正方形，具有较强的聚焦和定向功能，其垂直波瓣和水平波瓣的宽度都比较窄，均≤6°，这样可以满足测角精度的要求。

2 常见天线故障和维修

2.1 天线失控

在上一次运行时，雷达处于正常状态，但下次开启雷达时，天线却出现失控状态，表现为自转不停且伴有示波器测角四亮线显示方式和距离显示方式不停切换的情况。此时，可先关闭雷达电源进行故障分析，若雷达同步电机运行正常，则考虑天控板是否正常，进行更换天控板的操作。更换后开机显示四亮线模式和测距模式恢复正常，雷达天线控制也恢复正常，则是天控板故障。若更换后测角四亮线和测距模式仍不停切换，说明可能是主控制箱内电源有接触不良现象，此时应该仔细检查测量主控箱内的+5V、+12V、+15V、-15V等电源，重新将接触不良的输出电源接触头的螺钉拧紧，再开机则一切正常。

2.2 仰驱动警告

在施放气球时，雷达天线处于对准探空仪且为自控状态，或放球后某一时间，仰角驱动箱不断发出警报，此时天线变为不自主追踪，出现急剧上升或下降情况，观察放球软件的显示故障为仰角驱动模块故障，其余电路插板却显示正常，若重启驱动箱后，故障仍时隐时现，检查电缆插头接连处均未发现任何问题，但是驱动箱模块显示数字为“20”。这应该是汇流环和清洁刷架之间有摩擦产生的粉末堆积，长时间和水汽灰尘混合后形成污垢堵塞在二者之间，当天线转到该角度时会导致电路接触不良。此时应打开高压传输电缆，卸下刷架，清洁汇流环和刷架。出现该故障的本质原因是汇流环和刷架之间的吻合度太差，清洁措施只是针对功能尚好的原件，若长时间使用磨损较重，则应更换汇流环或刷架[1]。

2.3 俯仰角丢球故障

在进行高空气象探测中，如果放球时段内仰角未超过80°，会出现四亮线瞬间跳变的情况且无法进行恢复，此时天线会随机乱转，导致探空数据混乱和丢球。若人工抓球后便能恢复正常，但后期仍会反复出现天线乱转和丢球的情况，应注意观察与方位朝向和高频旋转关节相连的WT8线缆的连接情况;若出现接触不良应及时进行维修。一般先拆开WT8线管套，打开接触点，检查屏蔽层的铜线是否出现大面积断裂，芯线和屏蔽层之间是否有明显的打火现象，若有则要将线缆头去掉，再用屏蔽层铜丝向下进行拓展，去除多余的介质层，绞短中心铜线，将其插入WT8线缆头部，执行固定操作，再将屏蔽层的铜丝均匀分布在压片周围，最后彻底装设好WT8接口。维修操作中，要注意介质层和中心铜导线应截取合适的长度，确保接口位置始终处于密切连接状态。

2.4 方位角读数异常

在正常进行雷达跟踪观测时，方位读数呈现不变或乱跳现象。此时应考虑检查各接头和管道是否异常，可更换一块11-8板，若方位角显示仍有问题，则再检查精、粗同步机是否转动正常，若工作正常，问题应该出在方位角精粗搭配上，即观察11-8板的拨码开关，因为精、粗自整角机的随机性导致其零点没有吻合对准，甚至相差较大，保持这样的角度自然会在天线转动范围上表现出不连续性和不稳定性。此时应在轴角转换板上再布设一拨盘开关，将轴角转换版上的S1开关保持在ON的状态，显示屏幕上会出现精粗读数，在天线低速转动且精粗搭配良好的情形下，粗读数减去精读数的差值（必须是粗读数大于精读数）应不大于20，若大于则转动开关，使精粗得到良好的搭配效果为止。完成搭配工作后，将开关S1拨回原位置则测角工作会正常进行。在以后的工作中基本可以通过精粗读数差值大于20且方位角读数不变或跳动快速锁定是精粗搭配出现问题，及时调整，避免迟放或缺测。

还有一种情况，即在目标移动变化幅度较小时，方位角读数不随之发生变化，多发于高空风速较低的时节，尤其是雷达跟踪处于平流层低层气球时，仰角和方位角的变化会很小。因为天线的转动是依靠齿轮完成，当角变化幅度小时，齿轮转速也会随之变慢，移动距离下降。此时若齿轮间吻合度不高，雷达读数会长时间不变，维修方法是先打开天线座，卸下同步方位齿轮，用螺丝刀拧紧上下齿轮并对齐，再用一根铜线将其固定，将同步方位齒轮恢复原状，拧上四个内六角螺丝，使双片齿轮和同步齿轮靠紧，不要留有间隙，保持同步机轴没有较大窜动幅度。之后用尖嘴钳将先前固定用的铜线拆除，切忌伤及齿轮，在拆除铜线前不要转动天线，维修完毕后可对方位角度指示进行精粗搭配，重新对方位进行标定即可[2]。

3 结语

L波段探空雷达的天线故障很大程度上是由运行外部环境差所致，定期对关键位置进行清洁和连接情况进行检查并维护零部件很重要。操作人员要熟练掌握可能出现的各种故障和天线系统构成与运行原理，特别是在零部件老化后，故障的出现频率会增高，要适时地更换和保养零件。L波段探空雷达的使用寿命延长和高效运转离不开每一位气象工作者的精心管理和维护。

参考文献

[1] 姚惇.L波段雷达方位角零度标定时的误差分析及解决方法[J].青海气象，2019（3）：95–98.

[2] 辛忠德.L波段探空雷达故障的检修方法和技巧研究[J].科学与财富，2019（4）：247.

责任编辑：黄艳飞