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多普勒天气雷达的故障维修及日常维护李彦军

发表时间：2021/6/10 来源：《探索科学》2021年4月作者：李彦军

[导读] 随着全球气候变暖现象不断加剧，各种极端灾害性天气频繁出现，对气象预报工作提出了更高的要求。在对天气、气候进行监测的过程中，离不开多普勒天气雷达的支撑，因该设备具有检测和预警功能，气象部门可以及时获取到反馈的气象信息。

西藏林芝市气象局李彦军 860000

摘要：随着全球气候变暖现象不断加剧，各种极端灾害性天气频繁出现，对气象预报工作提出了更高的要求。在对天气、气候进行监测的过程中，离不开多普勒天气雷达的支撑，因该设备具有检测和预警功能，气象部门可以及时获取到反馈的气象信息。本文在简要概述多普勒天气雷达的基础上，针对多普勒天气雷达的故障问题，给出了相关的维修办法，最后则探讨了多普勒天气雷达日常维护，以确保多普勒天气雷达可以持续稳定运行，不断提升气象服务质量。
关键词：多普勒天气雷达   故障维修日常维护
        引言
        随着科学技术水平的提升，我国对多普勒天气雷达的研究不断深入，并逐渐成为我国开展天气预测的重要工具。因多普勒天气雷达需要长期不间断运行，受到环境、人为、设备自身等因素的影响，极易引发故障问题，对气象监测的准确性产生影响，不利于气象工作的正常开展。因此，将多普勒天气雷达的故障维修和日常维护工作做好显得刻不容缓。
        1、多普勒天气雷达概述
        多普勒天气雷达是将无线电技术、计算机应用技术和信息处理技术进行结合的相干雷达，可以探测和监督天气情况。作为一种高性能的数字雷达，多普勒天气雷达是对多普勒效应的广泛应用，也是科学技术水平进步的重要体现。自气象系统中引入多普勒天气雷达以来，在方便人们日常生产生活的同时，也为多普勒效应的应用提供了研究范例。多普勒天气雷达主要包括触发信号发生器、调制解调器、发射机、天线转换开关、天线、接收机、信号处理器、数据处理和显示终端。其工作原理是雷达在发射固定频率的脉冲波开展对空扫描，一旦遇到活动目标，返回的波段频率与发射波段频率之间会出现差异，这种差异称之为多普勒频率。通过分析该频率大小，可以准确判断活动目标的运动速度。另外，根据发射脉冲波与接收脉冲波之间的时间差，可以有效测定活动目标距离。同普通雷达相比，多普勒天气雷达自身的抗干扰能力更强，可以准确测定隐藏在背景中的活动目标。由于多普勒天气雷达具有诸多方面的优势，在天气预报中产生了广泛影响，有效推动了现代化气象事业的发展。
        2、多普勒天气雷达故障维修
        2.1发射系统故障维修
        实际上，发射机主要利用了大功率速调管线性放大技术，其作用是消除地面杂波、精确测量风速。发射机主要选用了模块化设计，任意模块出现故障问题都能被检测到。在使用中不难发现发射系统在夏季出现故障的概率较高，因气象雷达发射机有较大功率，在运行过程中会产生巨大热量，再加上夏季气温偏高，在长期使用该设备的过程中很容易导致聚焦线圈电源、BOOSTER 板电源被烧坏，驻波比告警等故障，对于发射机的正常运行极为不利。为了防止这些故障问题的出现，可以根据气象条件和雷达机房环境，尽量缩减机房空间，高温出现时可以选择空调降温，始终确保机房温度在20~21℃之间，以提升发射机工作效率。
        2.2回波故障维修
        回波故障的主要表现形式是多普勒天气雷达可以正常工作且能加压运行，强度场回波在终端实时处理程序中可以正常显示，但是速度和谱宽场回波却并未显示，检查监控程度对应的测试点后未出现相关的故障报告。其主要原因可能是接收机在带通滤波器前将分离回波信号忽略造造成的。可以根据强度场对之前电路能否正常传输进行判断，若是可以正常传输，则说明网络和采集器正常，可以分别测试不同模块信号的输入端口和输出端口，直到找出具体故障位置。

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若是回波故障需做好信号处理器的检查，选择备份加速版，并重新启动，若是故障问题仍旧存在，可以对信号监控面板的开关进行调节，使其处于检测档，进而判断故障问题，若是以上均正常，需检查信号处理面板的I、Q信号输入端。此时检测到的电压值较小，且信号波异常。根据以上情况可以判断是接收机故障，可以打开接收机电源，逐一检测有关部件，直至找出具体故障部位，重新更换配件后，开机后的加高压回波就恢复了正常。
        2.3雷达天线动态故障维修
        在使用多普勒天气雷达的过程中，天线座动态出错、报警强制系统待机过程中不能操作这些均是雷达天线动态故障的主要表现形式。引起这些故障的原因较多，可以通过从难到易的方式开展检测。首先对雷达碳刷和滑环进行清洗，若是故障问题未得到解决，可以借助于RDASOT软件检测不同方位和仰角，若有错误信息出现，但是方位正确，仰角抖动和角码闪烁则可能是仰角问题。需对电阻值和波形进行测试，若是仍旧出现抖动，则是仰角故障，需进一步检测；在对5A6数字板和模拟板重新更换后，如果故障问题还是没有得到解决，需对上光纤板和下光纤板分别进行检测；若是上、下光纤板存在问题，可以对故障光纤板雷电天线进行更换，就能确保雷达天线恢复正常。
        3、日常维护
        3.1天线系统的日常维护
        作为多普勒天气雷达的重要组成部分，天线在多普勒天气雷达工作中发挥着十分重要的作用。由于天线长期在空气中裸露，发射信号和接收波长的过程中均离不开天线的支撑，这样各项气象要素数据的完整性才能得到保证。若是多普勒天气雷达天线出现弯曲、折断或者是表面有大量灰尘等现象，将会造成天线不能达到既定的监测位置，进而对观测数据的正常接收产生影响。因此，对于维护人员来说，应每间隔一个月对天线进行一次除尘清洁工作，同时校正天线座体的水平度，以准确接收对应信号。
        3.2发射系统日常维护
        实际上，发射系统在多普勒天气雷达中发挥着十分重要的作用。在发射系统运行的过程中，需要发射低频率且大波长的低频波和中频波，对发射功率有较高的要求。发动机在启动的瞬间，一旦是操作失误，电机则会开启自我保护，进而停止运行，很容易造成发射系统瘫痪。因此，在日常维护工作中，需要工作人员认真检查发射系统的发电机工作情况，避免出现故障问题，同时还要对连接电机的线路进行检查，及时发现破损情况，并及时维修或更换。另外，还要将发射机的检查和维护工作做好，大型散射风机是发射机的重要组成部分，可以自动降温。经常长期运行后，散射风机内很容易有大量灰尘，进而影响风机的正常运转，严重的情况下则会使风机被卡主而停止运转。因此，应每月对风机灰尘进行一次清理，以确保风机可以正常工作。
        3.3UPS供电系统的日常维护
        UPS也被称之为不间断电源，若是台站内市电供应异常，影响雷达的正常工作，此时可以将UPS机内电池的电源提供给用电设备，确保其在短时间内可以正常运行。作为提供天气预报数据的重要来源，为雷达提供稳定且不间断的供电极有必要。对于UPS供电系统的日常维护，应确保其工作环境清洁、干燥且温湿度适宜。因UPS控制面板上包含了输入/输出电压、输入/输出电压等各项参数，在日常维护的过程中应注意查看这些参数是否异常。另外，为了延长电池的使用寿命，应至少每3个月对UPS供电系统进行一次充放电操作，且放电时间应保持在15min左右，使其可以正常运转。
参考文献：
[1]李明元,陈明林,左经纯,等.新一代多普勒天气雷达(CINRAD／CD)方位伺服系统典型故障分析及处理[J].气象,2012(01):123-128．
[2]崔福涛,原久淞,孙永联,等.营口新一代多普勒天气雷达发射机故障处理浅析[J].企业技术开发,2016(03):81-82.
作者简介：李彦军（1982.08）女，汉族，四川省仁寿县人，本科学历，工程师，从事研究方向或职业：气象。