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S波段多普勒雷达故障问题及日常维修维护措施

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年7月13期作者：彭巍

[导读] 多普勒天气雷达就是在多普勒效应的基础上，测定散射体相对于雷达的速度，进而将大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况反演出来，在强对流天气预测、监测中发挥着重要作用。本文结合衡阳市S波段多普勒雷达实际，重点分析了S波段多普勒雷达故障问题及维修措施，并给出了相关的日常维护，仅供相关部门进行参考借鉴。

湖南省衡阳市气象局彭巍 421001

摘要：多普勒天气雷达就是在多普勒效应的基础上，测定散射体相对于雷达的速度，进而将大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况反演出来，在强对流天气预测、监测中发挥着重要作用。本文结合衡阳市S波段多普勒雷达实际，重点分析了S波段多普勒雷达故障问题及维修措施，并给出了相关的日常维护，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：S波段   多普勒雷达故障问题维修维护
        引言
        新一代多普勒天气雷达现已成为对灾害性天气进行预测和监测的重要手段之一，该设备基本在发达国家得到了广泛应用。通过新一代多普勒天气雷达可以很容易的获取基本反射率因子、径向速度以及谱宽。在反射率因子的基础上可以对回波强度进行确定，以此掌握风暴的强弱、结构以及强降雨区，还能根据反射率因子随时间变化对降水回波的移动情况及未来发展变化趋势等信息进行确定。因多普勒天气雷达需要连续不间断运行，受到外界环境和设备自身因素的综合作用，往往会有故障问题出现，对多普勒天气雷达观测数据的准确性产生严重影响，不利于气象灾害预报预警服务工作的顺利开展。为了降低故障问题的出现，因此做好S波段多普勒雷达故障的维修和日常维护显得刻不容缓。
        1、衡阳市天气雷达概况
        衡阳市新一代天气雷达塔楼的总高度为131.6m，属于为空间桁架钢结构，主要发射的是气象雷达信号，同时还具有展览、办公等综合性服务功能。该雷达塔从上到下主要有四部分组成，分别是雷达设备、塔楼、塔身、塔座。其中塔座地上包括3层，每层的高度为6m；外塔身则属于举行框架结构，主要是由8根巨型空间桁架柱和每间隔一定高度互相连接的巨型空间桁架梁组成，其高度达到了116.5m；而在标高98.5m上方则是塔楼的位置，塔楼主要是空中4层，每层的高度为4.5m；井道顶部则架设有CINRAD多普勒天气雷达系统。
        中间井道的结构则是空间桁架结构体系，其的直径达到了7.7m，主要是将8根圆钢管井道柱沿着圆周四周进行均匀布设，在井道柱之间则布设有交叉斜杆、水平横杆和横膈，则构成了高度达到了120.7m的正八边形空间桁架。在刚性支撑的帮助下将井道与外塔身进行相连。随着高度的增加，外塔身的8根桁架柱不断收缩并逐渐靠拢井道，一旦到达距离塔身72m的位置后，向上会继续外扩，进而在立面上有双曲抛物面的效果出现。
        2、S波段多普勒雷达故障及维修
        2.1回波故障维修
        这种故障问题的主要表现形式是多普勒天气雷达开机正常且可以加压运行，终端实时处理程序中的强度场回波正常，但是却没有速度与谱宽场回波显示，在对监控程序对应的测试点进行检查后，却没有出现故障报告。这种问题出现的主要原因是接收机在带通滤波器之前将分离的回波信号忽略掉了。为了解决该问题，工作人员可以根据强度场对电路的传输情况进行判断，若是可以正常传输，则说明网络和采集器可以正常运行，需测试不同模块信号输入/输出端口，直到将具体故障点找出位置。若是回波故障需要对信号处理器进行检查，可以通过备份加速版后重启，若是故障问题仍旧存在，可以调节信号监控面板为检测档，判断中断强度与速度场色环回波对信号处理支路的故障情况；若是以上均正常，需检查信号处理面板的I、Q信号输入端口。这种方法只能在电压较小，且异常信号波形突出的情况下进行检查。根据以上步骤可以对接收机故障进行判断，在重新启动接收机电源后，需逐一查看有关器件，以将具体故障部位找出，更换对应备件后，开机加高压回波，回波故障问题就能得到解决。
        2.2发射系统故障维修
        发射机运行时的故障问题具有季节性变化特征，尤以夏季出现频率较高，可能是雷达发射机功率过大造成的，运行中往往会有明显的发热现象。

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由于夏季温度较高，连续不间断的运行会造成发射机内的元件参数发生改变。其主要表现形式是聚焦线圈电源、BOOSTER板电源被烧坏，驻波比告警等，对于发射机的运行极为不利。为了避免出现发射机元件故障，可以根据本地气候和机房实际，适当缩减机房空间，高温季节通过空调来达到降温的目的，应加强值班人员同预报人员间的沟通交流，在天气较好或者无航班情况下，适当关闭发射机，防止持续运行；应将机房温度控制在20~21℃之间，避免因温度过高，影响发射机的正常使用，不断提升运行工作效率。
        2.3雷达天气动态故障维修
        雷达天线动态故障的主要表现形式是天线座动态出错、强制系统待机中不能开展其它操作等。故障原因较多，可以通过有难到易的方式将故障问题找出。首先则应清洗碳刷和滑环，若是仍旧没有解决故障问题，可以通过RDASPT软件对不同方位以及连续仰角转动的情况进行检测，若是方位数据正常，仰角和角码则有抖动、闪烁的情况出现，则说明是仰角故障；此时需分别测试电阻值和波形，若是出现抖动，可以更换5A6数字板与模拟板，若是故障问题没有得到解决，需认真检查上下光纤板，若是出现问题，可以重新更换光纤板，此时雷达天线动态故障问题就能得到解决。
        2.4波导故障维修
        在启动多普勒天气雷达并接通高压后，高压电压、电流以及指示灯均显示正常。接收监控分机中的对数检波电压变化不明显，其他均正常。说明发射机运行正常，接收机或馈线部分分波导段则有故障问题出现。需逐一查看接收机的灵敏度、连接电缆以及馈线波导段，若以上情况正常，则可能是天线座出现故障。可以打开天线座盖，若是因天线方位旋转而将方位旋转关节扭断，需及时联系设备厂家，重新制作波导，并重换方位旋转关节，波导故障问题就能得到解决。
        3、S波段多普勒雷达日常维护
        3.1发射系统日常维护
        发射系统的主要作用是对中频波和低频波进行发射，由于这两种波的频率较低且波长较大，需要很大的发射功率。发动机大功率启动时，一旦操作不当，因设置有自我保护，此时的电机会自动停止运行，进而造成发射系统出现瘫痪。在发射系统日常维护中，工作人员应对发射系统的电机进行全面检查，查看是否出现故障问题，并重新更换。除了发射系统电动机外，发射柜也是重点保护对象。由于发射柜中包含大型散热风机，可以实现降温的目的，风机长期运行中，叶片中会有很多灰尘存在，阻碍风机的正常运转，进而造成风机卡死，需要每间隔7天清理一次风机，使其可以持续稳定运行。
        3.2天线系统日常维护
        多普勒天气雷达天线完全在空气中裸露，在发射信号和接收波长的过程中，都需要在天线的作用下准确达到预定位置，以确保数据的准确性和完整性水平，一旦天线上出现灰尘或者被大风吹过，因天线发生移动很难到达预定位置，影响数据的正常接收。可以每间隔3天对天线进行一次除灰。由于多普勒天气雷达在发射和接收信号时具有方向性，需每间隔3月做好天线座体的水平矫正，提升信号处理和接收的准确性水平。
        3.3配电系统日常维护
        在没有进入到天线罩前，需要将雷达监测控制系统电源和伺服电源逐一关闭，进入天线罩后应断开处于开启状态的安全开关，分别将俯仰和方位调节调节在锁定位置处。检查配电机柜中的电源接线柱进出情况，查看开关接线柱是否出现烧毁、松动或者外表皮破损等，定期做好UPS电源放电工作。
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：彭巍（1980.12.29），女，汉，湖南省衡阳市人，本科学历，助理工程师，从事工作：自动站观测仪器维护，防雷检测和设计。