CINRADSA天氣雷達(dá)維護(hù)與故障維修

鄭鐘堯 傅超 崔倩

摘 要：近年來，隨著極端惡劣天氣的頻頻發(fā)生，對于氣象預(yù)報工作提出了更高的要求。氣象部門在氣象監(jiān)測的過程當(dāng)中，離不開多普勒天氣雷達(dá)的重要支撐，該設(shè)備具備較強(qiáng)的檢測及預(yù)警功能，能夠及時的反饋氣象信息。由于多普勒雷達(dá)處于不間斷的運行狀態(tài)，久而久之在環(huán)境因素、設(shè)備自身因素的影響下，會導(dǎo)致其出現(xiàn)一系列的故障問題，降低氣象監(jiān)測的準(zhǔn)確性，影響到正常使用。在這種情況下，積極做好故障檢修及維護(hù)工作顯得尤為重要。本文首先概述了S波段多普勒天氣雷達(dá);其次分析了多普勒天氣雷達(dá)的日常維護(hù)方法;最后探討了多普勒天氣雷達(dá)的故障維修對策。

關(guān)鍵詞：CINRAD/SA天氣雷達(dá);日常維護(hù);故障檢修;研究分析

近年來，多普勒天氣雷達(dá)憑借自身的諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測工作當(dāng)中，在氣象預(yù)報中起到了至關(guān)重要的作用。如果多普勒天氣雷達(dá)出現(xiàn)故障問題，則無法實現(xiàn)對災(zāi)害性天氣的及時有效預(yù)報，進(jìn)而造成巨大的損失?；诖耍瑸楸Ｕ隙嗥绽仗鞖饫走_(dá)的正常運行，要重視起日常維護(hù)及故障維修工作。

一、CINRAD/SA天氣雷達(dá)概述

目前業(yè)務(wù)上根據(jù)工作波長可將多普勒雷達(dá)分為S波段、C波段和X波段，S波段雷達(dá)波長為10cm，主要分布在沿海地區(qū)和降雨多發(fā)區(qū)域，其探測特點是探測距離遠(yuǎn)，衰減較小，能夠?qū)崿F(xiàn)對230km范圍內(nèi)的氣象信息的有效監(jiān)測，尤其是在出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的監(jiān)測和預(yù)警?，F(xiàn)階段，憑借自身的諸多方面的優(yōu)勢，CINRAD/SA天氣雷達(dá)在氣象預(yù)報工作中實現(xiàn)了廣泛的影響，極大的促進(jìn)了氣象事業(yè)的發(fā)展。

多普勒天氣雷達(dá)在工作的過程當(dāng)中，其工作原理為：雷達(dá)通過發(fā)射固定頻率的脈沖波來進(jìn)行對空掃描，在遇到活動目標(biāo)的情況下，所返回的波會和發(fā)射波頻率出現(xiàn)差異，這被稱之為多普勒頻率。通過對該頻率的大小展開分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對活動目標(biāo)的運動速度的準(zhǔn)確有效判斷。不僅如此，結(jié)合發(fā)射脈沖波到接收波的時間差，能夠?qū)崿F(xiàn)對活動目標(biāo)距離的有效測定。和普通雷達(dá)相比較而言，多普勒天氣雷達(dá)具備了更強(qiáng)的抗干擾能力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對隱藏在背景中的活動目標(biāo)的準(zhǔn)確高效測定。

二、CINRAD/SA天氣雷達(dá)的日常維護(hù)方法分析

多普勒天氣雷達(dá)在氣象監(jiān)測中應(yīng)用較多，尤其是汛期處于不間斷的運行狀態(tài)，因此在維護(hù)的過程當(dāng)中，主要以維護(hù)其保持正常運行狀態(tài)為主，一般維護(hù)時間在4小時之內(nèi)，其維護(hù)內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

（一）發(fā)射系統(tǒng)維護(hù)

在多普勒天氣雷達(dá)中，發(fā)射系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用。發(fā)射系統(tǒng)在工作當(dāng)中，需要發(fā)射低頻率且大波長的低頻波和中頻波，這對于發(fā)射系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的發(fā)射功率要求是非常高的。在啟動發(fā)動機(jī)的瞬間，如果操作出現(xiàn)差錯，電機(jī)會進(jìn)入自我保護(hù)狀態(tài)，停止運轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓現(xiàn)象。基于此，維護(hù)人員在日常維護(hù)工作當(dāng)中，要認(rèn)真做好對發(fā)射系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的檢查工作，確保其無故障問題，并認(rèn)真檢查連接電機(jī)的線路，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)破損等現(xiàn)象，要及時將其更換掉。與此同時，還要做好對發(fā)射機(jī)的檢查與維護(hù)工作，發(fā)射機(jī)內(nèi)裝有大型散熱風(fēng)機(jī)，起到了重要的降溫作用。但是在經(jīng)過長時間的運行之后，極易出現(xiàn)被大量灰塵堵塞，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢，嚴(yán)重的會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)被卡住不運轉(zhuǎn)的情況。因此維護(hù)人員要及時的清理風(fēng)機(jī)，時間控制在每月1次即可，以便于更好地保障風(fēng)機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。

（二）天線系統(tǒng)維護(hù)

眾所周知，天線是多普勒天氣雷達(dá)的重要組成部分，當(dāng)多普勒天氣雷達(dá)在工作的過程當(dāng)中，天線是裸露在空氣中的，信號的發(fā)射機(jī)及波長的接收，均離不開天線的支撐，進(jìn)而才能夠保障各項氣象數(shù)據(jù)的完整性。如果多普勒天氣雷達(dá)的天線彎曲、折斷、或者布滿大量灰塵，會導(dǎo)致天線無法達(dá)到既定的監(jiān)測位置，進(jìn)而影響到數(shù)據(jù)的接收?；诖耍S護(hù)人員要做好對天線的清潔工作，至少每間隔1個月除塵1次，并且要做好對天線座的水平校正工作，以便于實現(xiàn)對信號的準(zhǔn)確接收。

（三）UPS供電系統(tǒng)維護(hù)

UPS即不間斷電源，當(dāng)市電異常無法給雷達(dá)正常供電時，UPS可以將機(jī)內(nèi)電池的電能提供給用電設(shè)備以維持其短時間內(nèi)正常運轉(zhuǎn)。雷達(dá)作為提供預(yù)報數(shù)據(jù)的重要來源，尤其是在汛期，提供其穩(wěn)定而不間斷的供電是非常必要的。對于UPS的日常維護(hù)，應(yīng)注意保證其周圍環(huán)境的干燥、清潔和溫濕度適宜，濕度一般控制在80%之內(nèi)。UPS控制面板可以讀到輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、電池后備時間等參數(shù)，日常維護(hù)時要注意這些參數(shù)是否正常。此外，應(yīng)至少每3個月對UPS進(jìn)行一次充放電，每次放電時間在15min左右，從而延長電池的使用壽命，維持其正常運轉(zhuǎn)。

（四）其他設(shè)備的維護(hù)

多普勒天氣雷達(dá)容易出問題的部分還包括：接收機(jī)、伺服系統(tǒng)以及柴油發(fā)電機(jī)等等，這些系統(tǒng)均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是多普勒天氣雷達(dá)的重要動力來源?；诖?，維護(hù)人員在日常維護(hù)工作當(dāng)中，也要重視起對設(shè)備的日常維護(hù)工作，減少故障問題的發(fā)生幾率，保障多普勒天氣雷達(dá)的高效、正常運行。

（五）雷達(dá)主要指標(biāo)測試和關(guān)鍵點波形檢查

在多普勒天氣雷達(dá)年維護(hù)工作當(dāng)中，要重視起對雷達(dá)只要指標(biāo)的測試工作及關(guān)鍵點的波形檢查工作。通過有效的檢查，能夠掌握雷達(dá)的運行狀況，如發(fā)現(xiàn)雷達(dá)各指標(biāo)處于異常狀態(tài)，應(yīng)及時做好深入全面的檢查工作，并解決故障問題所在，避免雷達(dá)出現(xiàn)帶病運行的現(xiàn)象，使得雷達(dá)具備更高的可靠性。在實際的檢查維護(hù)工作當(dāng)中，需要重點做好對雷達(dá)功率、天線水平、機(jī)內(nèi)動態(tài)、系統(tǒng)相干性、空間精度誤差、天線控制精度以及強(qiáng)度定標(biāo)等多種技術(shù)指標(biāo)的測試工作，完成測試工作后，需要對各項檢測數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確全面的記錄并備案，為接下來的應(yīng)用提供重要的數(shù)據(jù)參考。

三、多普勒天氣雷達(dá)的故障維修對策探討

（一）發(fā)射機(jī)故障檢修

發(fā)射機(jī)是由多個零部件所構(gòu)成的，包括：發(fā)射機(jī)監(jiān)控分機(jī)、發(fā)射配電電路、固態(tài)調(diào)節(jié)器等等。通過對發(fā)射機(jī)進(jìn)行模塊化設(shè)計，在出現(xiàn)故障的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對各個模塊的快速檢測，判斷故障問題所在。在一年四季當(dāng)中，發(fā)射機(jī)故障常見于夏季，多普勒天氣雷達(dá)在運行的過程當(dāng)中，發(fā)射機(jī)功率非常高，長時間的運轉(zhuǎn)導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的熱量，再加上夏季溫度高，極易導(dǎo)致發(fā)射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部模塊的部件參數(shù)出現(xiàn)變化，在高溫狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)高壓電源及放電開關(guān)組件等等，均極易導(dǎo)致出現(xiàn)故障問題，給發(fā)電機(jī)的運轉(zhuǎn)帶來影響。基于此，為了有效降低發(fā)電機(jī)故障問題的發(fā)生幾率，機(jī)務(wù)人員要密切留意機(jī)房動態(tài)，及時進(jìn)行降溫，定期關(guān)閉雷達(dá)發(fā)射機(jī)的高壓，以便于更好地保障發(fā)射機(jī)的正常使用，提升其運行效率。

（二）接收系統(tǒng)故障檢修

接收系統(tǒng)作為多普勒天氣雷達(dá)的重要組成部分，其常見的故障有兩種，一種是噪聲電平偏低故障，這主要是由于噪聲電平出現(xiàn)了改變，導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度下降。在面對這一故障問題的情況下，首先需要將中頻電纜斷開，然后判斷是否為中頻數(shù)字接收機(jī)出現(xiàn)了故障問題。接著要測量振動頻率的故障，借助頻譜儀來對頻率進(jìn)行測試，判斷是否出現(xiàn)故障。隨后要對晶振工作狀態(tài)進(jìn)行測試，利用頻譜儀來對測試?yán)走_(dá)在100MHz晶振輸出情況來判斷是否存在故障。通過上述各項檢測工作，基本能夠完成對噪聲電平偏低故障的檢修工作。另一種是特性曲線的異常故障問題，在出現(xiàn)這一故障問題的情況下，噪聲電平是基本正常的，這主要是由于DDS功率降低，導(dǎo)致實際功率和軟件功率兩者出現(xiàn)了較大的差異，進(jìn)而導(dǎo)致曲線無法達(dá)到最大值。在維修這一故障問題的情況下，首先需要做好對接收機(jī)噪聲電平及接收機(jī)電源保險絲的檢查工作，接著要對接收機(jī)功率最大值進(jìn)行標(biāo)定，最后使用頻譜儀來對標(biāo)定的輸出功率進(jìn)行測量。通過這樣的方式，即可實現(xiàn)對接收系統(tǒng)故障問題的具體化判斷，然后結(jié)合實際情況展開故障問題或者更換元件，促使接收系統(tǒng)恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

（三）波導(dǎo)故障檢修

在應(yīng)用高壓系統(tǒng)引導(dǎo)S段波的過程當(dāng)中，高壓啟動的情況下，系統(tǒng)會產(chǎn)生較大的高壓電流，在這個時候，高壓電流指示燈由原來的綠色轉(zhuǎn)變成紅色，如果持續(xù)一段時間后指示燈顏色無變化，并且波導(dǎo)系統(tǒng)無法正常制導(dǎo)，就代表電壓過大，因此需要及時的做好對電壓的變頻處理工作。如果持續(xù)一段時間后指示燈恢復(fù)原來的綠色，而制導(dǎo)系統(tǒng)無法正常在運轉(zhuǎn)，這代表發(fā)射系統(tǒng)基本正常，極易是接收器出現(xiàn)故障所導(dǎo)致的。在處理這一故障問題的情況下，需要將多普勒天氣雷達(dá)的接收系統(tǒng)后蓋打開，檢查是否存在線路短路及被燒壞現(xiàn)象，如果依然沒有發(fā)現(xiàn)存在故障問題，則需要及時的聯(lián)系波導(dǎo)廠家來檢查設(shè)備，或者可以重新制造波導(dǎo)系統(tǒng)，以便于更快的將波導(dǎo)故障排除，恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

四、結(jié)語

綜上所述，氣象服務(wù)越來越重要的今天，多普勒天氣雷達(dá)對氣象預(yù)報起到了不可或缺的作用。近年來，極端惡劣天氣的頻頻發(fā)生，使得人們越來越關(guān)注、依賴氣象預(yù)報。多普勒天氣雷達(dá)作為氣象監(jiān)測的重要設(shè)備，為保障其安全高效運行，要重視起日常維護(hù)工作，降低故障問題發(fā)生幾率。針對所出現(xiàn)的故障，要及時做好維修工作，更快恢復(fù)正常運行，更好地服務(wù)于氣象監(jiān)測工作中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李明元，陳明林，左經(jīng)純，王懷林，劉建國.新一代多普勒天氣雷達(dá)（CINRAD/CD）方位伺服系統(tǒng)典型故障分析及處理[J].氣象，2016（01）：123-128.

[2]李進(jìn).移動724XD型X波段脈沖多普勒天氣雷達(dá)維護(hù)與故障分析[J].機(jī)電信息，2017（30）：62-63.

[3]鄭文烤.多普勒天氣雷達(dá)日常維護(hù)使用與故障維修[J].中小企業(yè)管理與科技，2017（04）：181-182.

[4]楊正瑋.多普勒天氣雷達(dá)日常維護(hù)與故障維修[J].設(shè)備管理與維修，2018（06）：73-74.

[5]曹敦波，范大偉，祁珊，胡忠文.烏魯木齊機(jī)場多普勒天氣雷達(dá)故障統(tǒng)計分析[J].氣象水文海洋儀器，2020（01）：86-90.

[6]李翠翠，馮和平，楊金紅，曹凱明，楊亭.新一代天氣雷達(dá)異?；夭ǖ牟糠窒嚓P(guān)性能參數(shù)分析[J].氣象水文海洋儀器，2019（02）：45-50.