L波段雷达原理及常见故障处理

张龙斌　洪林峰　赵森

摘 要：高空气象（温、压、湿、风）探测是气象基础业务之一，担负着为天气预报、气候分析、科学研究和国际交换提供准确、及时的高空气象情报和资料的任务。为了保障高空气象探测的顺利进行，提高台站业务质量，本文将结合作者从事高空气象观测的实践经验，对L波段雷达原理及在其工作过程中发生的常见故障进行进一步的分析及研究。以便台站观测员学习与参考。

关键词：L波段雷达;工作原理;故障处理

1.雷达系统的组成部分及分系统

1.1雷达系统组成部分

L波段雷达分为室外和室内两大部分。室外部分称为天线装置，由撑脚、天线座、立柱、俯仰变速箱、天线阵、和差箱、近程发射机、摄像机等组成。室内部分由主控箱、驱动箱、示波器、计算机、UPS电源组成。其中室外、室内部分由6根50米电缆相连。

1.2雷达分系统

1.2.1 天馈线分系统

该分系统的功能是用来将发射机产生的高频电磁能有效地传输到天线，并由天线向空间辐射，同时将应答器发回的射频信号由天线接收下来，并有效地传输到接收机。

1.2.2 发射分系统

该分系统的功能是在由测距分系统送来的发射触发脉冲控制下，定时地产生高频脉冲，通过天线向空间辐射，作为对应答器的询问信号。

1.2.3接收分系统

该分系统的功能是将天线所接收到的探空仪射频信号加以放大、变频、解调送到测距、天控分系统以完成测距和跟踪应答器的功能。此外还将探空仪发回的探空码解调出来，送到数据处理终端得到温度、气压、湿度数据。

1.2.4 测距分系统

该分系统的功能是测量回答器的应答信号相对发射机发射主波间的延时，从而测量雷达与应答器之间的斜距，并将所得的数据以串口通信的方式送到终端分系统，最终在计算机显示器上显示出来。

1.2.5 测角分系统

该分系统的功能是将同步机送来的代表天线角位置的三相交流信号进行A/D转换，并将所得到的数据以串口通信的方式送到终端分系统，最终在计算机显示器上显示出来（方位、俯仰均如此）。

1.2.6天控分系统

该分系统的功能是将接收机送来的代表天线偏离探空仪情况的角误差信号解调出来，再经放大、平滑等处理后送到驱动器，以使交流马达带动天线转动，最终使天线对准探空仪。

1.2.7终端分系统

该分系统的功能是接收数据终端送来的各种命令，并将它们分发到各个分系统，同时收集各分系统的数据、状态，按一定的速率送至数据终端。

1.2.8 自检/译码分系统

该分系统的功能有两个，其一是对其他分系统送来的关键信号作检测，判断信号是否正常。其二是对接收系统送来的探空码进行智能判别，去除探空码中的各种干扰，提高探空质量，最后将自检结果和探空码一起送往终端分系统。

1.2.9发射/显示控制分系统

该分系统的功能有两个，其一是根据终端分系统的指令来切换示波器是测距显示或是测角显示。其二是根据终端分系统的指令来开启或关闭发射机，并且将发射机发生故障的各种保护信号进行电平变换后，送到终端分系统报警。

1.2.10 电源分系统

该分系统的功能是为整机提供各种直流电源（不包括发射机的高压电源）：±15V、+12V、+5V，由四个开关电源构成一个电源盒，放置在主控箱内。

2.常见故障及解决方法

2.1放球瞬间丢球

放球时雷达天线不能自动跟踪探空仪（探空仪跑出摄像机监视画面），此时由于气球距离天线很近，仰角、方位角变化很大，需要人工指挥抓球。室外操作员应立即根据气球位置告知室内计算机操作员，并通过雷达天线瞄准镜随时监视;室内计算机操作员应将天控开关设置为手动，示波器显示方式为角度方式，使天线对准气球（四条亮线平齐），并调节频率，使之为最佳状态。此时将天控开关转为自动，探空仪保持在摄像机画面中央，并在示波器显示方式为距离方式下调整距离按钮，使凹口回到竖线中间。

2.2 放球过程中遇到旁瓣

雷达在放球瞬间跟踪准确，之后一般不會出现旁瓣现象，遇可疑现象应谨慎判断。如确定是旁瓣（四条亮线长短不一;凹口飘移且红灯闪动），应根据最后一组正确“方位角、仰角”数据，摇动天线在附近区域搜索，直到四条亮线平齐（示波器显示方式为角度方式），调整距离按钮，使凹口回到竖线中间（示波器显示方式为距离方式），并将天控开关转为自动，直至正常。另一种方法是可根据情况按一下“扇扫”按钮（此按钮不要轻易使用），雷达天线将在一定范围内自动搜索，尽力追回主瓣。

2.3雷达天线“死位”

雷达天线“死位”现象分为两种：

（1）雷达天线仰角、方位角“锁死”不动，电机驱动箱仰角灯或方位角

熄灭，应及时关闭电机驱动箱开关，并迅速再开启此开关。

（2）“放球软件”界面的仰角或方位角显示数字不动，而雷达天线还在转动，应迅速先将“放球软件”控制区上的“发射机”开关关闭;天控开关置于手动。再按关机步骤，关闭雷达主控箱的发射开关、驱动箱开关、主控箱总开关，并迅速按与关闭相反顺序再开启各开关，以激活雷达与终端间的通讯传递。天控开关置于自动，打开控制区上的“发射机”开关。

2.4 放球过程中凹口消失

放球过程中因雷达、探空仪问题“凹口”变弱或消失，造成斜距不准。此时可通过不断调整频率，并观察示波器上凹口的变化，直到凹口恢复清晰为止，保证探空数据的正常接收。

3.结束语

高空气象探测系统是大气探测综合观测系统的重要组成部分。L波段高空气象探测雷达在我国高空气象探测业务中起着不可或缺的作用。台站观测员一定要掌握L波段雷达的基本原理，遇到故障时做到不慌乱、不紧张，沉着分析、冷静思考，逐步排查故障原因并迅速解决故障，确保高空气象探测数据的准确性和完整性，为气象预报和防灾减灾提供可靠的高空气象资料。

参考文献：

[1]中国气象局检测网络司. L波段（1型）高空气象探测系统业务操作手册[M]. 北京：气象出版社，2005

[2]李伟，李柏，陈永清. 常规高空气象观测业务手册[M]. 北京：气象出版社，2012