浅谈YQS1 型卫星系统遥感水汽探测设备工作原理及故障维修

陈志国，董学贤

（鸡西市气象局，黑龙江 鸡西158100）

1 引言

YQSI 型全球导航卫星系统遥感水汽探测设备，吸取了国内、 国外同类产品的经验， 能够可靠获取高质量的GNSS 观测数值，设备已通过CMA 组织的静态测试和动态测试， 测试结果表明：YQSI 型全球导航卫星系统遥感水汽探测设备满足CMA 功能规格需求书的要求， 部分重要指标优于CMA 功能规格需求书的要求。

2 基本工作原理

GPS 卫星发出的无线电信号在穿越大气层时， 受到对流层折射影响， 传播路径会发生弯曲和延迟。 在GPS气象学中，正是利用大气折射量得到大气折射率，进而通过折射率与温度、气压和水汽压之间的函数关系，最后估算出大气层中的可降水分。

水汽的变化很大，而且对电磁波的影响十分敏感。每摩尔水汽的折射率大约为干空气的17倍。 因此，尽管水汽只占整个大气的0.1-4﹪， 但水汽造成的湿延迟约10﹪以上。 水汽引起的湿延迟有时1 h 的变化可达20 mm以上。 水汽是气象上十分重要的一个物理量， 水汽的变化与云和降水密切相关，水汽相变会产生很高的相变潜热，显著地影响大气的垂直稳定度、风暴系统的结构和演变以及地气系统的经向和辐射平衡。 水汽是一种在全球气候系统中起关键作用的温室气体， 它不仅吸收和反射太阳辐射能量，对低层大气的化学作用也有影响。

如果地面上GPS 接收机精确的三维坐标可以通过其他方法确定，则可从GPS 接收机测量的卫星信号传播的总延迟量中提取水汽造成的湿延迟量，进而反演出信号路径上水汽的积累量, 这就是地基GPS 气象学的基本原理。通过测量穿过空间/大气层的导航卫星信号的延迟来获得大气/空间环境中的各种参数，包括：大气温、湿、压以及电离层等信息。 连续工作的YQS1 型全球导航卫星系统遥感水汽探测设备可用来估算测站上空的水汽总量、电子浓度总量等。

地基GPS 遥感水汽的具体方法是：在精密确定站点坐标以后，通过精密测量，获取站星距离和电离层延迟，并把中性大气的天顶延迟量估计出来。 中性大气延迟量分为静力延迟和湿项延迟两部分。

3 导航卫星遥感水汽探测设备的主要特点

3.1 预警能力强

很强的局地性强对流天气目标发现能力，对灾害性、危险性天气预警时间长， 在系统刚刚形成之初就能发现对流系统，并发出警报。

3.2 运行稳定

很强的自动标定校正技术，硬件、软件相结合的全机工作状态监控、故障隔离定位、自动告警、故障保护、安全连锁技术。 故障隔离定位时间短，GPS/MET 可靠性高、维修性好，测量精度高。

3.3 测量精度高

体积小，重量轻，易于改装，适合于实施机动性现场气象保障、 大气科学实验和军事行动气象保障任务。 输出产品丰富，传输稳定可靠，精确度高、实用性强。

3.4 仪器性能好

性能价格比高，费用低（整机价格，备件、维修等维持费用，基础实施建设投资等），操作简单方便，节能高效。

4 维修人员安全预防措施

4.1 远离通电电路

维修人员在任何时候都必须遵守所用安全条例。 当电源接通时，不要在设备内部更换元件或者做调试。在某些情况下，由于电容存储电荷，既使电源处于关的位置时也存在危险电压。为了避免事故发生，任何时候接触设备之前，都必须断开电源，把电路接地和放电。

4.2 不要独自检修和调试

除非有能够提供帮助的人员在旁边， 否则任何情况下任何人都不能独自进入封闭的场所检修或者调试设备。 必须使用专用工具和接受过专业培训的技术人员才能对仪器设备进行检修或调试。 检修和调试时禁止带电作业，必须将电源切断。

4.3 抢救方法

使用高压或者接近高压的工作人员应该熟悉现代抢救方法， 这方面知识可以从地方医疗救助协会获得。 当在危险区域工作时， 应该根据正确安全的步骤操作。 在进入危险区域工作前，要求对这些正确安全的操作步骤熟练掌握。

4.4 发射时天线指向开阔区域

如果必须在天线发射功率的情况下进行维护， 则采取必要措施使天线指向开阔区域。 在操作设备之前，所有工具、基座等都置于安全状态。 完成有关设备维护后，立即将所有连锁开关恢复到正常工作状态。 在距离外露带电部件的电气设备1.5 m 之内不要使用带金属的刷子、扫帚或者其他工具。

5 设备的使用禁忌和限制

错接电子设备会导致主要的设备损坏。 所以在维护操作时，如果重新连接，应确保连接开关/颜色编号正确。

仪器设备的使用禁忌：不按手册要求使用仪器，超范围使用仪器；仪器安全系统失效，无视危险警告；在特定的许可范围外，用工具如螺丝刀拆开仪器，私自修理或改装仪器。 未经厂家的同意而使用其他生产厂家的附件；误操作以后继续使用仪器，仪器有明显的损坏和缺陷仍继续使用；测量场地缺乏足够的安全措施，如在道路上测量；在没采用相应控制盒安全措施的情况下，操作机械、移动物体或类似的检测应用。

使用限制： 仪器对环境条件的要求与人所能适应的环境条件相似：不适合在有腐蚀，易燃易爆的场合使用。在危险地区、与电力装置接近的地区或类似地区工作时，仪器负责人一定要预先与当地的安全主管机构和安全专家取得联系。

6 常见故障及处理方法

6.1 供电异常

接收机电源指示不亮；市电供电是否正常。用万用电表测输出电压。如果供电正常，检查电源适配器。 适配器输出电压不正常，换适配器。 电压正常时接收机坏，向生产商保修。

6.2 接收机异常

接收机没有收到星；用测试电线替代原电缆，连天线与接收机,或换一台接收机。 无星，是接收机的问题。 有星，是电缆的问题。 收星正常，原接收机有问题，否则是电缆问题。

6.3 电缆通电异常

电缆或者电缆头问题； 短接电缆一头的信号线与屏蔽线，用万用电表测试。 电阻档测试通，表示电缆正常。电阻档测不通， 确定电缆有问题。 确认电缆头的结构是否完好，电缆头胶带是否密封。 电缆头结构不好，换电缆头。 密封不好，换防水胶带密封电缆头。 电缆头结构好，是电缆断。

6.4 参数设置异常

接收机没有收到星；在检查电缆没有问题的情况下，检查接收机设置是否变动。 通常按照说明书或留档的正常设置，重新设置一遍。

6.5 卫星数量异常

接收机收到的星数下降；检查有无其他信号源干扰。查看设备周围有无其他信号干扰信号或者障碍物对仪器进行了遮挡，在仪器仰角10°以上的范围内，不能有任何障碍物，否则会影响接受机对卫星的搜索。

6.6 FTP 服务器没有文件

先检查接收机上是否有数据文件。 接收机上无数据文件， 在上述各项检查无问题的情况下， 说明接收机故障，送生产商保修。 接收机上有数据文件，说明通信线路有问题。

6.7 通信问题

检查通信网络，用其他PC 机连机后读取数据文件，取不到数据文件， 说明接收机通信模块坏，PC 机连机能取到数据文件，如果确认基准站部分正常，则是FTP 服务器问题。

6.8 FTP 服务器问题

检查FTP 服务器和网络， 联网取数据文件正常，是FTP 服务器有问题，否则FTP 服务器联网问题。

7 小结

YQSI 型全球导航卫星系统遥感水汽探测设备，能够双频同步跟踪地平仰角0°以上的所有可用卫星，并行通道120 个，接收机能够自动校时，接收机采样整秒时刻与GPS时之差小于1 ms。 可设置不同的数据更新率，最高数据率为20 Hz（非内插）。 设备支持文件循环存储，可同时存储多种采样率的数据，存储容量达16 G，可存储原始数据或RINEX 文件。非正常断电后恢复供电自动恢复工作，内置FTP 服务支持FTP 主动上传或手动下载。 能够在开机几秒钟内捕获到所有可见卫星。 内置FTP 服务器， 允许简单快速的手动下载数据或者使用FTP 上传，将数据自动上传到远程FTP 服务器；内置WEB 服务器，通过内联网或INTERNET， 使用简单的浏览器就可以监控、置、管理接收机。

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