浅谈L波段气象探空雷达常见故障的维护维修方法

崔炳俭 董卫红 崔 灿 冯 静 张大宽

（1.郑州市气象局，河南 郑州 450005；2.河南省广播电视厅，河南 郑州 450001）

浅谈L波段气象探空雷达常见故障的维护维修方法

崔炳俭1董卫红1崔 灿1冯 静1张大宽2

（1.郑州市气象局，河南 郑州 450005；2.河南省广播电视厅，河南 郑州 450001）

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。文章通过对L波段探空雷达的日常维护方法和工作中出现的故障现象，进行分析判断及经验总结，提出多种L波段雷达维护维修方法和技能。

L波段雷达；维护；故障；维修

（一）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（简称回答器），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。

（二）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。

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（季度或半年）清洁天线抛物面的清洁。定期（季度或年）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（季度或半年）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。

2.防潮

L波段雷达天线座设计有一个耳机对话孔，在雨季或较潮湿天气时，若经常揷拨耳机，潮气容易进入天线座内。使天线座内各接揷元件接头氧化、腐蚀，容易造成接触不良。和差箱、近程发射机箱等的密封也不很完美，潮气也会进入，因此，要做好天线座、和差箱、近程发射机箱等的防潮工作，最好是把探空仪湿度片瓶里的干燥剂集中起来，烘干后用布袋装好，放到天线装置各箱里面，并定期干燥更换。以保证各箱内的元器件都工作在较干燥的环境里，确保它们的正常工作。

3.防腐和机件润滑

雷达天线装置安装在室外，受自然界影响较大。日晒雨淋，天线装置外表的防锈漆受损后，器件易被腐蚀、氧化（尤其在雨季），严重时影响到雷达性能发挥和使用寿命，因此，应及时给天线装置做好补漆等护理工作，并定期（季度或年）给天线座各有关部分进行加油、换油，保证天线转动系统的灵活运转，使雷达的工作性能时刻保持在最佳工作状态，从而做到预防和减少雷达故障的发生。

（三）常见故障分析和维修

1.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（当时天空无云），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11-6揷板(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(因前几天下过雨)，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性，故障排除。

2.故障现象：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[4]自动不停的切换。

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（11-6号板）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（11-6）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（+4.8V左右），经向厂家咨询，厂家提议最好把+5V电源调高至+5.1V左右。调好并上紧+5V输出电源接触头螺钉，重新开机，雷达一切正常，故障排除。

3.故障现象：按下“高压”按钮后，发射机电流表无指示，或有一会儿后又掉回零，且自检警示过压短路。

分析与维修：造成发射机高压加不上电的原因有以下三方面：（1）测距板（11-3）有没有发射触发脉冲；（2）终端板（11-4）是否有送出加发射高压指令；（3）发射/显示板（11-2）本身是否工作正常。根据这个思路，先用备份板(11-3;11-4;11-2)替换法，发现发射/显示板（11-2）工作不正常。根据11-2板的单元电路图（9a），结合故障现象有过压短路警示,调整好示波器，用示波器对（坏的11-2板）2XP1的第12脚测量为低电平方波（下称低电平），根据电路原理，测得集成块D6第18脚为低电平，D6第2脚也是低电平；因D3B是个与非门电路，根据与非门电路原理，D3B第4脚为高电平，D3B第3脚应为低电平。但实际测得D3B第4脚为高电平，D3B第3脚也是高电平，测集成块D4第13脚为高电平,但测集成块D4第2脚却为低电平,这就相互矛盾，根据集成块D4为74HCTLS77型号的原理可知，集成块D4第13脚和第2脚的电位应一致,换上好的11-2板测得的集成块D4第13脚为低电平，D4第2脚也为低电平,故判断集成块D4坏了,更换集成块D4，故障解除。

4.故障现象：L波段雷达在地面自动跟踪时，向右方向跟踪速度很慢，但放球后，只要气球不是往右方向的角度变化很大，雷达还能自动跟踪。

故障分析和排除：根据L波段雷达自动跟踪的原理，即雷达天线可以从上、下、左、右四个方向自动转动，是根据软、硬件结合的控制单元将调制在载波上的角误差信号解调下来，使天线朝着误差减小的方向运动，完成自动跟踪的功能，当L波段雷达天线没有对准目标，即雷达的电轴没有对准目标，这样雷达的天线的射频信号有相位差，所以就有角误差信号产生，使雷达天线朝角误差信号产生方向运动，根据L波段雷达的自动跟踪工作原理分析，从程序方波、和差箱开关管套、及电缆线三方面进行检查。

（1）先看看雷达的程序方波是否正常

关闭雷达电源，打开主控箱，用转接板接好11-6板。开雷达主电源、驱动电源，用示波器测量11-6板xp1的第3、4、5、6脚，测得雷达的上、下、左、右四程序方波，四程序方波正常，这说明主控箱的11-6插板正常。

（2）检查和差箱开关管套

关闭雷达电源，拨开11-6板，用万用表测量转接板xp1的第3、4、5、6脚空载时的电阻阻值,当万用表正极（红表笔）接地时，测得转接板xp1的第3、4、5、6脚空载时的电阻阻值是一样的，为无穷大；当用万用表的负极（黑表笔）接地时，测得转接板xp1的第3、4、5脚空载时的电阻阻值是一样的，但第6脚的阻值比其他三路的电阻明显大些，因此，怀疑和差箱的天线右路的PIN开关管套上的二极管VK105有问题，打开和差箱，取下天线右路的二极管VK105进行测量，二极管VK105正常。

（3）检查电缆线

首先，检查和差箱到主控箱间的电缆线。拧下接和差箱电缆WT9电缆头，根据和差箱电路图XS3所示，找到第10、11、12、13脚。用万用表正极接地，用万用表负极分别测量第10、11、12、13脚，发现它们的阻值都一样。同样，调换万用表表笔再测量上述四根电缆线芯，它们的阻值也一样，因此，排除室内到和差箱电缆线的问题。根据在室内测量11-6板时得出天线右的阻值与其他三路阻值的不同的，天线右的开关二极管VK105又是好的结论，所以，怀疑天线右的调相器[4-5]到天线间有问题。拧开天线右的调相器，发现该调相器里的直导体很松动。由于直导体的松动，导致天线右的调相器与电缆接触不好，上紧调相器的直导体，接好电缆线，回到室内。再测量转接板（11-6板上的）空载时xp1第3、4、5、6脚的电阻阻值，四路阻值几乎一样（调换表笔测量也一样）。至此，故障原因终于查明。准备一探空仪，雷达地面自动跟踪正常，放球后，雷达自动跟踪正常，调整好光电轴，雷达恢复正常。

根据上述故障现象及排除过程，可以分析出产生故障的原因：由于雷达自动跟踪过程中，有时天线抖动较大，使得调相器的直导体松动，导致了调相器与电缆的接触不良，造成角误差信号错误，使雷达自动跟踪不正常。

5.故障现象：L波段雷达地面方位自动跟踪较慢，但只要不是方位角度近距离变化很大（一秒钟方位角变化5、6度以上），自动跟踪还基本能工作。

故障的分析与排除：首先，根据雷达自动跟踪的原理，结合雷达故障的原因，先怀疑11-6板的程序方波是否正常。用转接板接好11-6板，开雷达主电源、驱动电源，用示波器测量11-6板xp1的第3、4、5、6脚，测得雷达的上、下、左、右四程序方波的幅度大小一样，这说明主控箱的11-6插板正常。关闭雷达电源，拨开11-6板，用万用表测量转接板上xp1的第3、4、5、6脚的空载阻值，正向时，四路阻值一样，为无穷大；反向时，第5、6脚的阻值比第3、4脚的阻值明显大些，怀疑和差箱左、右两路的开关二极管VK105有问题。打开和差箱，取下左、右两路的开关二极管，量得两二极管为好的。拧下WT9电缆头，发现电缆头受潮，且有铜锈。用电吹风吹干电线头，用无水酒精清洗干净电缆头铜锈，吹干，接好WT9电缆，到室内从新测量转接板xp1上的第3、4、5、6脚的正、反向阻值，四路阻值基本一样，用探空仪地面检查，雷达自动跟踪正常。

由上述故障现象和排除过程，得出产生此故障的原因：由于电缆头受潮，导致电缆线的接触不良，使雷达自动跟踪出现异常。

6.故障现象：L波段雷达地面自动跟踪正常，当仰角升高一定角度后，仰角自动跟踪失败（即无法自动跟踪），当仰角降低到某一角度后，雷达又能自动跟踪。

首先，根据故障现象分析，因雷达在地面自动跟踪正常，可初步判断主控箱11-6板工作正常。加上雷达方位自动跟踪正常，低仰角自动跟踪，所以，天线座里的电机应该是好的。因此，故障很有可能出在电缆线上。关闭雷达电源，打开主控箱，拨开11-6板，接上转接板，测量转接板xp1的第3、4、5、6脚的空载阻值，低仰角时，正向四路阻值都差不多一样（反向也一样），但当仰角升高大40度时，再测量转接板xp1的第3、4、5、6脚的空载阻值，发现第3、第4脚断开，（反向也一样）。到天线座下，拧下WT9电缆插头，测量第10、11、12、13线芯，发现第10、11线芯有断接现象，至此，可判断，WT9电缆线到室内主控箱间某一电缆线已损坏。打开天线座，用万用表测量WT9电缆线第10、11线芯，确定为WT9电缆损坏。由于雷达设计的原因，WT9电缆线不能单独更换（要四根电缆线一齐换），重新更换，雷达故障排除。

通过上述故障现象和故障排除的经验，可分析故障产生的原因：WT9电缆线，连接着天线座与和差箱，由于天线工作时的转动和日常的风吹，使电缆线经常产生晃动，时间长，电缆线容易受到损坏，从而造成雷达工作的异常。

小结：L波段气象高空探测雷达可以说是易学难修。因其集成化程度较高，电路原理图等资料不够详细，在日常工作中经常碰到问题，如高压加不上，误报警等，这些故障，大部分情况下是由发射分机的脉冲变压器坏和主控箱的插板造成的，所以，机务员要多加分析，善于总结，确保高空探测雷达的正常运行。

[1] 南京大桥机器厂.GFE( L)1型二次测风雷达原理与维修[J].2003:3.

[2] 中国气象局监测网络司.L波段高空气象探测系统设备维护、维修手册[J].2004,10:34.

[3] 中国气象局监测网络司.L波段（1型）高空气象探测系统业务操作手册[M].气象出版社,2005:97.

[4] 中央气象局.高空气象观测手册[J].1979,2:35.

[5] 空军雷达学校气象雷达教学组.701测风雷达原理和维修[M].气象出版社,1980,12:25.

[6] 南京大桥厂.701测风二次雷达技术说明书[J].1974:24.

TN959.4

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1008-1151(2010)04-0101-02

2010-01-09

崔炳俭（1962－），男，河南浚县人，郑州市气象局工程师，从事雷达、通讯网络管理保障工作。