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探析L波段探空雷达常见故障分析和检修方法

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：孙超

[导读] 科技的不断发展促使我国的探空事业有了更大的进展，由于L波段探空系统较为常见，且实际运用较为便捷，因此，得到了广泛的应用。L波段探空系统是我国自主研制的新一代气象仪器装备，由数字探空仪和L波段雷达配合，可探测0～30千米高空的风向、风速、气温、气压、湿度等气象要素，具有探测精度高、采样速率快、使用方便等特点，是我国高空气象探测系统的新型雷达。

青海省茫崖气象局孙超 817500

摘要：科技的不断发展促使我国的探空事业有了更大的进展，由于L波段探空系统较为常见，且实际运用较为便捷，因此，得到了广泛的应用。L波段探空系统是我国自主研制的新一代气象仪器装备，由数字探空仪和L波段雷达配合，可探测0～30千米高空的风向、风速、气温、气压、湿度等气象要素，具有探测精度高、采样速率快、使用方便等特点，是我国高空气象探测系统的新型雷达。本文就实际工作中对L波段雷达常见故障的维修方法和技巧以及在灾害性、恶劣性天气过程等条件下雷达的维护保养方法进行分析总结，仅供参考。
关键词：L波段探空雷达；故障；分析；维修维护
        1.L波段雷达的用途和基本原理
        L波段雷达是用于高空大气综合性的探测雷达。它与数字式电子探空仪相配合，能测定高空的风向、风速、气温、气压、湿度等气象要素，为气象服务提供准确的气象资料。利用跟踪探空气球来测定风场信息的，探空气球上带有无线电回答器，测量时L波段雷达在地面向它发出询问信号，回答器就对应地发回回答信号，根据每一对询问与回答信号之间的时间之隔和回答信号的来向，就可以测定每一瞬间探空气球在空间的位置，即它离雷达站的直线距离、方位角、仰角，然后根据气球随风飘移的情况，测算出高空的风向、风速，再根据L波段雷达距离数据和角度数据及坐标数据,就知道了探空气球在空中飘移的快慢和方向，也就可以计算出空中不同高度的平均风速和风向来。另外探空气球上带有无线电回答器升空，是利用气球上携带的探空仪来完成的，探空仪是由温、压、湿反应灵敏的感应元件及转换电路所组成，敏感元件的电参量随着空气中温、压、湿度的变化而变化。而转换电路则对变化的电参量进行采样、编码而形成探空码，然后用此探空码去控制回答器，再由回答器将探空码发回地面，雷达接收机把它接收下来，这样就得到了空中温、压、湿气象要素。
        2.L波段探空雷达天线装置的维护
        L波段雷达天线装置，包括天线阵、天线座、和差箱、俯仰减速箱、近程发射机和摄像装置等。雷达天线装置就如人的“眼睛”，“眼睛”不好，“行走”困难。要想充分发挥雷达的性能，延长        雷达的使用寿命，雷达天线装置的维护，是不可缺少的一环。L波段雷达天线装置的维护，可从如下方面进行。
        2.1防尘和电气接头检查
        由于雷达天线装置安装在室外，受日晒雨淋，天线装置外表和馈线系统外表灰尘较大，应及时除尘清洁。为使雷达的发射和接收信号总处于最佳的工作状态，天线抛物面的清洁尤为重要。因天线抛物面承担着信号的发射和接收，过多的尘埃会影响雷达信号的传输，因此，要定期清洁天线抛物面的清洁。定期检查各电缆和天线装置内各接揷元件的接头，看是否有被氧化。若电缆插头有氧化现象，可用无水酒精擦洗，并反复多次接揷电缆插头，使它们接触良好。尤其要定期用无水酒精清洁汇流环。由于汇流环长时间的使用，容易产生碳垢，造成接触不良。所以，汇流环的清洁与否，直接影响着信号上下中转的正常与否。
        2.2防腐和机件润滑
        雷达装置的工作环境就处于室外，因而受到风吹日晒的可能性相对较大，表面很容易受到腐蚀和氧化。尤其是在雨季，雨水会损坏装置表面的油漆，缩短雷达的使用寿命。因此，进行润滑工作是较为重要的。除此之外还要定期进行天线座的润滑工作，使得雷达的工作性能不受到丝毫的损害。进而减少雷达发生故障问题。做好防腐和机件的润滑工作是保证L波段雷达天线装置正常运行的基础和前提，因此，相关的工作人员需要加强对这一问题的重视。
        3.常见的故障分析和维修
        上一时次雷达工作正常，但下次雷达正常开机时，雷达天线失控，自转不停，有时并伴有示波器测角，四亮线显示方式与距离显示方式自动不停的切换。

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        3.1分析与维修
        关闭雷达电源，根据故障现象分析，由于雷达天线能转动，可初步判断雷达的同步电机正常，雷达天线的转动，因受天控板控制，所以，考虑天控板是否正常。更换天控板，开机后，雷达天线控制正常，测角四亮线模式与测距模式也恢复正常，雷达工作正常。下班后，更换原来天控板，重新开机后，雷达天线受控，天线控制正常。但测角四亮线模式与测距模式还自动不停的切换。由此可知，此故障的出现，不是天控板造成的。检查主控制箱电源。打开主控箱电源箱盖，经仔细检查并测量主控箱的+5V、+12V、+15V、-15V、～110V电源，发现+5V电源有接触不良现象，且+5V电源有点偏低，经向厂家咨询，厂家提议最好把+5V电源调高至+5.1V左右。
        3.2故障现象
        校正好的光电轴突然偏离很大，四亮线两两不齐。分析与维修：雷达四亮线两两不齐，但雷达自动跟踪等一切正常。到天线瞄准镜看，发现校正好的光电轴突然偏离较大。由于L波段雷达天线的控制，是通过和差环所获取的角误差信号或手动信号来完成的。当雷达自动跟踪正常，即对准了探空仪时，示波器上的四条亮线是两两对齐的，“上”、“下”、“左”、“右”的程序方波幅度是一样的，用示波器检查天控板“上”“下”“左”、“右”的程序方波，发现方波幅度有点偏差，首先怀疑天线座和差箱的开关管套上的二极管VK105是否接触不良，打开天线座和差箱，发现箱内有积水，擦干水后，用电吹风把和差箱内的器件全部吹干，重新校正光电轴的一致。
        3.3仰角驱动箱E报警
        故障现象：放球前雷达天线对准探空仪并将天控打为自控时，或施放后的某时刻开始，仰用驱动箱E不断报警，此时天线不自动跟踪或陡升、或剧降，“放球软件”故障显示为“仰角驱动模块”故障，各电路插板显示正常。反复重启动驱动箱开关，故障现象时隐时现，检查所有电缆插头及插座未发现问题，打开驱动箱箱盖，模块显示数字为“20”。分析：此乃汇流环故障的表现。由于汇流环与刷架之间摩擦产生的粉末不能自然掉落，并与尘埃及水汽混合成污垢，在某处或某角度，汇流环与刷架之间形成一道屏障，当天线转到该角度时出现电路接触不良，造成天控系统工作不正常，导致以上故障出现。故障的排除：打开天线座门，旋下高压传输电缆，将刷架卸下，用酒精精心清洗汇流环及刷架。建议：由于该故障为汇流环与刷架之间的吻合程度有关，当元件使用的材料或元件使用时间长后，磨损老化，以致其吻合不好。清洗只是权宜之计，要想彻底根除故障，换更整块汇流环或刷架才是根本。
        4.常用雷达检修方法
        常用雷达检修方法一般是直觉法和测量法。直觉法就是依靠眼看、手摸、耳听、鼻嗅等直观方法确定故障部位及原因。主要针对雷达系统有异常光、热、声、味等故障，具有快速有效的效果。测量法是将电路工作时得到的数值或者波形与正常情况下的值进行比较，以确定故障部位，主要可以分为电压测量、电流测量、电阻测量、波形测量等。由于电表性能、响应限制，电压测量主要应用于低频、直流电路中，在测量中应注意电表具有内阻会对被测电路的影响，同时应从大量程开始测量，依次换小量测，避免电表损坏。
结语
L波段探空雷达基本实现了对高空气象数据采集、监测和集成自动化操作。L波段探空雷达在长时间运行中也会出现故障问题，影响高空气象探测业务顺利开展。所以，气象台站工作人员应强化高空探测业务知识学习。掌握好L波段探空雷达操作技巧。增强高空探测业务能力及突发故障应急处理能力。确保L波段探空雷达始终处于稳定运行状态。
参考文献
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[2]马福云,卜凡钰．L波段高空气象探测雷达常见故障及维修处理U。科研，2015(25)：226．
[3]周铁桩．浅谈L波段气象探空雷达常见故障的维护维修方法Ⅱ。山西农经，2016(10)：126。
[4]王文志.L波段探空雷达常见故障与维修m．电子技术与软件工程。2016(17)：105。
作者简介：孙超（1988.01），男，汉族，辽宁省沈阳市人，本科，助理工程师，从事气象综合观测和装备保障工作。