淺談YQS1 型衛(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測(cè)設(shè)備工作原理及故障維修

陳志國，董學(xué)賢

（雞西市氣象局，黑龍江 雞西158100）

1 引言

YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測(cè)設(shè)備，吸取了國內(nèi)、 國外同類產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)， 能夠可靠獲取高質(zhì)量的GNSS 觀測(cè)數(shù)值，設(shè)備已通過CMA 組織的靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果表明：YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測(cè)設(shè)備滿足CMA 功能規(guī)格需求書的要求， 部分重要指標(biāo)優(yōu)于CMA 功能規(guī)格需求書的要求。

2 基本工作原理

GPS 衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號(hào)在穿越大氣層時(shí)， 受到對(duì)流層折射影響， 傳播路徑會(huì)發(fā)生彎曲和延遲。 在GPS氣象學(xué)中，正是利用大氣折射量得到大氣折射率，進(jìn)而通過折射率與溫度、氣壓和水汽壓之間的函數(shù)關(guān)系，最后估算出大氣層中的可降水分。

水汽的變化很大，而且對(duì)電磁波的影響十分敏感。每摩爾水汽的折射率大約為干空氣的17倍。 因此，盡管水汽只占整個(gè)大氣的0.1-4﹪， 但水汽造成的濕延遲約10﹪以上。 水汽引起的濕延遲有時(shí)1 h 的變化可達(dá)20 mm以上。 水汽是氣象上十分重要的一個(gè)物理量， 水汽的變化與云和降水密切相關(guān)，水汽相變會(huì)產(chǎn)生很高的相變潛熱，顯著地影響大氣的垂直穩(wěn)定度、風(fēng)暴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和演變以及地氣系統(tǒng)的經(jīng)向和輻射平衡。 水汽是一種在全球氣候系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的溫室氣體， 它不僅吸收和反射太陽輻射能量，對(duì)低層大氣的化學(xué)作用也有影響。

如果地面上GPS 接收機(jī)精確的三維坐標(biāo)可以通過其他方法確定，則可從GPS 接收機(jī)測(cè)量的衛(wèi)星信號(hào)傳播的總延遲量中提取水汽造成的濕延遲量，進(jìn)而反演出信號(hào)路徑上水汽的積累量, 這就是地基GPS 氣象學(xué)的基本原理。通過測(cè)量穿過空間/大氣層的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的延遲來獲得大氣/空間環(huán)境中的各種參數(shù)，包括：大氣溫、濕、壓以及電離層等信息。 連續(xù)工作的YQS1 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測(cè)設(shè)備可用來估算測(cè)站上空的水汽總量、電子濃度總量等。

地基GPS 遙感水汽的具體方法是：在精密確定站點(diǎn)坐標(biāo)以后，通過精密測(cè)量，獲取站星距離和電離層延遲，并把中性大氣的天頂延遲量估計(jì)出來。 中性大氣延遲量分為靜力延遲和濕項(xiàng)延遲兩部分。

3 導(dǎo)航衛(wèi)星遙感水汽探測(cè)設(shè)備的主要特點(diǎn)

3.1 預(yù)警能力強(qiáng)

很強(qiáng)的局地性強(qiáng)對(duì)流天氣目標(biāo)發(fā)現(xiàn)能力，對(duì)災(zāi)害性、危險(xiǎn)性天氣預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)， 在系統(tǒng)剛剛形成之初就能發(fā)現(xiàn)對(duì)流系統(tǒng)，并發(fā)出警報(bào)。

3.2 運(yùn)行穩(wěn)定

很強(qiáng)的自動(dòng)標(biāo)定校正技術(shù)，硬件、軟件相結(jié)合的全機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控、故障隔離定位、自動(dòng)告警、故障保護(hù)、安全連鎖技術(shù)。 故障隔離定位時(shí)間短，GPS/MET 可靠性高、維修性好，測(cè)量精度高。

3.3 測(cè)量精度高

體積小，重量輕，易于改裝，適合于實(shí)施機(jī)動(dòng)性現(xiàn)場(chǎng)氣象保障、 大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)和軍事行動(dòng)氣象保障任務(wù)。 輸出產(chǎn)品豐富，傳輸穩(wěn)定可靠，精確度高、實(shí)用性強(qiáng)。

3.4 儀器性能好

性能價(jià)格比高，費(fèi)用低（整機(jī)價(jià)格，備件、維修等維持費(fèi)用，基礎(chǔ)實(shí)施建設(shè)投資等），操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)能高效。

4 維修人員安全預(yù)防措施

4.1 遠(yuǎn)離通電電路

維修人員在任何時(shí)候都必須遵守所用安全條例。 當(dāng)電源接通時(shí)，不要在設(shè)備內(nèi)部更換元件或者做調(diào)試。在某些情況下，由于電容存儲(chǔ)電荷，既使電源處于關(guān)的位置時(shí)也存在危險(xiǎn)電壓。為了避免事故發(fā)生，任何時(shí)候接觸設(shè)備之前，都必須斷開電源，把電路接地和放電。

4.2 不要獨(dú)自檢修和調(diào)試

除非有能夠提供幫助的人員在旁邊， 否則任何情況下任何人都不能獨(dú)自進(jìn)入封閉的場(chǎng)所檢修或者調(diào)試設(shè)備。 必須使用專用工具和接受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員才能對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢修或調(diào)試。 檢修和調(diào)試時(shí)禁止帶電作業(yè)，必須將電源切斷。

4.3 搶救方法

使用高壓或者接近高壓的工作人員應(yīng)該熟悉現(xiàn)代搶救方法， 這方面知識(shí)可以從地方醫(yī)療救助協(xié)會(huì)獲得。 當(dāng)在危險(xiǎn)區(qū)域工作時(shí)， 應(yīng)該根據(jù)正確安全的步驟操作。 在進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域工作前，要求對(duì)這些正確安全的操作步驟熟練掌握。

4.4 發(fā)射時(shí)天線指向開闊區(qū)域

如果必須在天線發(fā)射功率的情況下進(jìn)行維護(hù)， 則采取必要措施使天線指向開闊區(qū)域。 在操作設(shè)備之前，所有工具、基座等都置于安全狀態(tài)。 完成有關(guān)設(shè)備維護(hù)后，立即將所有連鎖開關(guān)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。 在距離外露帶電部件的電氣設(shè)備1.5 m 之內(nèi)不要使用帶金屬的刷子、掃帚或者其他工具。

5 設(shè)備的使用禁忌和限制

錯(cuò)接電子設(shè)備會(huì)導(dǎo)致主要的設(shè)備損壞。 所以在維護(hù)操作時(shí)，如果重新連接，應(yīng)確保連接開關(guān)/顏色編號(hào)正確。

儀器設(shè)備的使用禁忌：不按手冊(cè)要求使用儀器，超范圍使用儀器；儀器安全系統(tǒng)失效，無視危險(xiǎn)警告；在特定的許可范圍外，用工具如螺絲刀拆開儀器，私自修理或改裝儀器。 未經(jīng)廠家的同意而使用其他生產(chǎn)廠家的附件；誤操作以后繼續(xù)使用儀器，儀器有明顯的損壞和缺陷仍繼續(xù)使用；測(cè)量場(chǎng)地缺乏足夠的安全措施，如在道路上測(cè)量；在沒采用相應(yīng)控制盒安全措施的情況下，操作機(jī)械、移動(dòng)物體或類似的檢測(cè)應(yīng)用。

使用限制： 儀器對(duì)環(huán)境條件的要求與人所能適應(yīng)的環(huán)境條件相似：不適合在有腐蝕，易燃易爆的場(chǎng)合使用。在危險(xiǎn)地區(qū)、與電力裝置接近的地區(qū)或類似地區(qū)工作時(shí)，儀器負(fù)責(zé)人一定要預(yù)先與當(dāng)?shù)氐陌踩鞴軝C(jī)構(gòu)和安全專家取得聯(lián)系。

6 常見故障及處理方法

6.1 供電異常

接收機(jī)電源指示不亮；市電供電是否正常。用萬用電表測(cè)輸出電壓。如果供電正常，檢查電源適配器。 適配器輸出電壓不正常，換適配器。 電壓正常時(shí)接收機(jī)壞，向生產(chǎn)商保修。

6.2 接收機(jī)異常

接收機(jī)沒有收到星；用測(cè)試電線替代原電纜，連天線與接收機(jī),或換一臺(tái)接收機(jī)。 無星，是接收機(jī)的問題。 有星，是電纜的問題。 收星正常，原接收機(jī)有問題，否則是電纜問題。

6.3 電纜通電異常

電纜或者電纜頭問題； 短接電纜一頭的信號(hào)線與屏蔽線，用萬用電表測(cè)試。 電阻檔測(cè)試通，表示電纜正常。電阻檔測(cè)不通， 確定電纜有問題。 確認(rèn)電纜頭的結(jié)構(gòu)是否完好，電纜頭膠帶是否密封。 電纜頭結(jié)構(gòu)不好，換電纜頭。 密封不好，換防水膠帶密封電纜頭。 電纜頭結(jié)構(gòu)好，是電纜斷。

6.4 參數(shù)設(shè)置異常

接收機(jī)沒有收到星；在檢查電纜沒有問題的情況下，檢查接收機(jī)設(shè)置是否變動(dòng)。 通常按照說明書或留檔的正常設(shè)置，重新設(shè)置一遍。

6.5 衛(wèi)星數(shù)量異常

接收機(jī)收到的星數(shù)下降；檢查有無其他信號(hào)源干擾。查看設(shè)備周圍有無其他信號(hào)干擾信號(hào)或者障礙物對(duì)儀器進(jìn)行了遮擋，在儀器仰角10°以上的范圍內(nèi)，不能有任何障礙物，否則會(huì)影響接受機(jī)對(duì)衛(wèi)星的搜索。

6.6 FTP 服務(wù)器沒有文件

先檢查接收機(jī)上是否有數(shù)據(jù)文件。 接收機(jī)上無數(shù)據(jù)文件， 在上述各項(xiàng)檢查無問題的情況下， 說明接收機(jī)故障，送生產(chǎn)商保修。 接收機(jī)上有數(shù)據(jù)文件，說明通信線路有問題。

6.7 通信問題

檢查通信網(wǎng)絡(luò)，用其他PC 機(jī)連機(jī)后讀取數(shù)據(jù)文件，取不到數(shù)據(jù)文件， 說明接收機(jī)通信模塊壞，PC 機(jī)連機(jī)能取到數(shù)據(jù)文件，如果確認(rèn)基準(zhǔn)站部分正常，則是FTP 服務(wù)器問題。

6.8 FTP 服務(wù)器問題

檢查FTP 服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)， 聯(lián)網(wǎng)取數(shù)據(jù)文件正常，是FTP 服務(wù)器有問題，否則FTP 服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)問題。

7 小結(jié)

YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測(cè)設(shè)備，能夠雙頻同步跟蹤地平仰角0°以上的所有可用衛(wèi)星，并行通道120 個(gè)，接收機(jī)能夠自動(dòng)校時(shí)，接收機(jī)采樣整秒時(shí)刻與GPS時(shí)之差小于1 ms。 可設(shè)置不同的數(shù)據(jù)更新率，最高數(shù)據(jù)率為20 Hz（非內(nèi)插）。 設(shè)備支持文件循環(huán)存儲(chǔ)，可同時(shí)存儲(chǔ)多種采樣率的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量達(dá)16 G，可存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)或RINEX 文件。非正常斷電后恢復(fù)供電自動(dòng)恢復(fù)工作，內(nèi)置FTP 服務(wù)支持FTP 主動(dòng)上傳或手動(dòng)下載。 能夠在開機(jī)幾秒鐘內(nèi)捕獲到所有可見衛(wèi)星。 內(nèi)置FTP 服務(wù)器， 允許簡(jiǎn)單快速的手動(dòng)下載數(shù)據(jù)或者使用FTP 上傳，將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到遠(yuǎn)程FTP 服務(wù)器；內(nèi)置WEB 服務(wù)器，通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或INTERNET， 使用簡(jiǎn)單的瀏覽器就可以監(jiān)控、置、管理接收機(jī)。

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