L波段雷達(dá)原理及常見故障處理

張龍斌　洪林峰　趙森

摘 要：高空氣象（溫、壓、濕、風(fēng)）探測是氣象基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一，擔(dān)負(fù)著為天氣預(yù)報、氣候分析、科學(xué)研究和國際交換提供準(zhǔn)確、及時的高空氣象情報和資料的任務(wù)。為了保障高空氣象探測的順利進(jìn)行，提高臺站業(yè)務(wù)質(zhì)量，本文將結(jié)合作者從事高空氣象觀測的實踐經(jīng)驗，對L波段雷達(dá)原理及在其工作過程中發(fā)生的常見故障進(jìn)行進(jìn)一步的分析及研究。以便臺站觀測員學(xué)習(xí)與參考。

關(guān)鍵詞：L波段雷達(dá);工作原理;故障處理

1.雷達(dá)系統(tǒng)的組成部分及分系統(tǒng)

1.1雷達(dá)系統(tǒng)組成部分

L波段雷達(dá)分為室外和室內(nèi)兩大部分。室外部分稱為天線裝置，由撐腳、天線座、立柱、俯仰變速箱、天線陣、和差箱、近程發(fā)射機(jī)、攝像機(jī)等組成。室內(nèi)部分由主控箱、驅(qū)動箱、示波器、計算機(jī)、UPS電源組成。其中室外、室內(nèi)部分由6根50米電纜相連。

1.2雷達(dá)分系統(tǒng)

1.2.1 天饋線分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是用來將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的高頻電磁能有效地傳輸?shù)教炀€，并由天線向空間輻射，同時將應(yīng)答器發(fā)回的射頻信號由天線接收下來，并有效地傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。

1.2.2 發(fā)射分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是在由測距分系統(tǒng)送來的發(fā)射觸發(fā)脈沖控制下，定時地產(chǎn)生高頻脈沖，通過天線向空間輻射，作為對應(yīng)答器的詢問信號。

1.2.3接收分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將天線所接收到的探空儀射頻信號加以放大、變頻、解調(diào)送到測距、天控分系統(tǒng)以完成測距和跟蹤應(yīng)答器的功能。此外還將探空儀發(fā)回的探空碼解調(diào)出來，送到數(shù)據(jù)處理終端得到溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)。

1.2.4 測距分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是測量回答器的應(yīng)答信號相對發(fā)射機(jī)發(fā)射主波間的延時，從而測量雷達(dá)與應(yīng)答器之間的斜距，并將所得的數(shù)據(jù)以串口通信的方式送到終端分系統(tǒng)，最終在計算機(jī)顯示器上顯示出來。

1.2.5 測角分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將同步機(jī)送來的代表天線角位置的三相交流信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將所得到的數(shù)據(jù)以串口通信的方式送到終端分系統(tǒng)，最終在計算機(jī)顯示器上顯示出來（方位、俯仰均如此）。

1.2.6天控分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是將接收機(jī)送來的代表天線偏離探空儀情況的角誤差信號解調(diào)出來，再經(jīng)放大、平滑等處理后送到驅(qū)動器，以使交流馬達(dá)帶動天線轉(zhuǎn)動，最終使天線對準(zhǔn)探空儀。

1.2.7終端分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是接收數(shù)據(jù)終端送來的各種命令，并將它們分發(fā)到各個分系統(tǒng)，同時收集各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)，按一定的速率送至數(shù)據(jù)終端。

1.2.8 自檢/譯碼分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能有兩個，其一是對其他分系統(tǒng)送來的關(guān)鍵信號作檢測，判斷信號是否正常。其二是對接收系統(tǒng)送來的探空碼進(jìn)行智能判別，去除探空碼中的各種干擾，提高探空質(zhì)量，最后將自檢結(jié)果和探空碼一起送往終端分系統(tǒng)。

1.2.9發(fā)射/顯示控制分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能有兩個，其一是根據(jù)終端分系統(tǒng)的指令來切換示波器是測距顯示或是測角顯示。其二是根據(jù)終端分系統(tǒng)的指令來開啟或關(guān)閉發(fā)射機(jī)，并且將發(fā)射機(jī)發(fā)生故障的各種保護(hù)信號進(jìn)行電平變換后，送到終端分系統(tǒng)報警。

1.2.10 電源分系統(tǒng)

該分系統(tǒng)的功能是為整機(jī)提供各種直流電源（不包括發(fā)射機(jī)的高壓電源）：±15V、+12V、+5V，由四個開關(guān)電源構(gòu)成一個電源盒，放置在主控箱內(nèi)。

2.常見故障及解決方法

2.1放球瞬間丟球

放球時雷達(dá)天線不能自動跟蹤探空儀（探空儀跑出攝像機(jī)監(jiān)視畫面），此時由于氣球距離天線很近，仰角、方位角變化很大，需要人工指揮抓球。室外操作員應(yīng)立即根據(jù)氣球位置告知室內(nèi)計算機(jī)操作員，并通過雷達(dá)天線瞄準(zhǔn)鏡隨時監(jiān)視;室內(nèi)計算機(jī)操作員應(yīng)將天控開關(guān)設(shè)置為手動，示波器顯示方式為角度方式，使天線對準(zhǔn)氣球（四條亮線平齊），并調(diào)節(jié)頻率，使之為最佳狀態(tài)。此時將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動，探空儀保持在攝像機(jī)畫面中央，并在示波器顯示方式為距離方式下調(diào)整距離按鈕，使凹口回到豎線中間。

2.2 放球過程中遇到旁瓣

雷達(dá)在放球瞬間跟蹤準(zhǔn)確，之后一般不會出現(xiàn)旁瓣現(xiàn)象，遇可疑現(xiàn)象應(yīng)謹(jǐn)慎判斷。如確定是旁瓣（四條亮線長短不一;凹口飄移且紅燈閃動），應(yīng)根據(jù)最后一組正確“方位角、仰角”數(shù)據(jù)，搖動天線在附近區(qū)域搜索，直到四條亮線平齊（示波器顯示方式為角度方式），調(diào)整距離按鈕，使凹口回到豎線中間（示波器顯示方式為距離方式），并將天控開關(guān)轉(zhuǎn)為自動，直至正常。另一種方法是可根據(jù)情況按一下“扇掃”按鈕（此按鈕不要輕易使用），雷達(dá)天線將在一定范圍內(nèi)自動搜索，盡力追回主瓣。

2.3雷達(dá)天線“死位”

雷達(dá)天線“死位”現(xiàn)象分為兩種：

（1）雷達(dá)天線仰角、方位角“鎖死”不動，電機(jī)驅(qū)動箱仰角燈或方位角

熄滅，應(yīng)及時關(guān)閉電機(jī)驅(qū)動箱開關(guān)，并迅速再開啟此開關(guān)。

（2）“放球軟件”界面的仰角或方位角顯示數(shù)字不動，而雷達(dá)天線還在轉(zhuǎn)動，應(yīng)迅速先將“放球軟件”控制區(qū)上的“發(fā)射機(jī)”開關(guān)關(guān)閉;天控開關(guān)置于手動。再按關(guān)機(jī)步驟，關(guān)閉雷達(dá)主控箱的發(fā)射開關(guān)、驅(qū)動箱開關(guān)、主控箱總開關(guān)，并迅速按與關(guān)閉相反順序再開啟各開關(guān)，以激活雷達(dá)與終端間的通訊傳遞。天控開關(guān)置于自動，打開控制區(qū)上的“發(fā)射機(jī)”開關(guān)。

2.4 放球過程中凹口消失

放球過程中因雷達(dá)、探空儀問題“凹口”變?nèi)趸蛳?，造成斜距不?zhǔn)。此時可通過不斷調(diào)整頻率，并觀察示波器上凹口的變化，直到凹口恢復(fù)清晰為止，保證探空數(shù)據(jù)的正常接收。

3.結(jié)束語

高空氣象探測系統(tǒng)是大氣探測綜合觀測系統(tǒng)的重要組成部分。L波段高空氣象探測雷達(dá)在我國高空氣象探測業(yè)務(wù)中起著不可或缺的作用。臺站觀測員一定要掌握L波段雷達(dá)的基本原理，遇到故障時做到不慌亂、不緊張，沉著分析、冷靜思考，逐步排查故障原因并迅速解決故障，確保高空氣象探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，為氣象預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的高空氣象資料。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國氣象局檢測網(wǎng)絡(luò)司. L波段（1型）高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊[M]. 北京：氣象出版社，2005

[2]李偉，李柏，陳永清. 常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務(wù)手冊[M]. 北京：氣象出版社，2012