气象雷达原理及故障维护

葛杰

摘 要：气象雷达是气象部门开展气象监测的重要工具，对气象状况及其变化趋势进行探测，还能测定距离、方位等信息。文章对气象雷达的工作原理以及雷达出现故障时的维护措施进行分析与探讨，旨在提高气象监测水平。

关键词：气象雷达；工作原理；故障维护

1、前言

气象雷达主要用于探测气象状况以及变化趋势。它是人们为防范气象风险，保障飞行安全而研制的航空电子产品。它是利用电磁波经过天线辐射后遇到障碍物被反射回来的原理。它能够在飞行中连续地向飞行员提供航路前方及其兩侧的气象状况，此外还提供飞机前方地表特征的地图型显示，飞行员可据此选择安全的航线，避绕危险的气象区域或其它障碍物，识别地标以及判断飞机的位置。

2、气象雷达的组成

控制面板、显示器、天线和收发机构成了气象雷达主要部件。机载气象雷达还需由垂直陀螺提供倾斜和俯仰稳定信号，倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组建提供，也可由惯性基准系统提供。

在控制面板上可以选择雷达的工作方式，显示距离范围，扫描区域，设置增益等各项功能。俯仰角控制开关可调节天线在±15°内的俯仰变化，以便天线在适当的角度进行扫描。增益控制开关可以调节接收器的灵敏度，接收器的自动（CAL位）灵敏度因雷达系统的不同而不同。稳定控制开关用于控制天线的稳定性，当飞机有俯仰、倾斜动作时，通过R/T提供的补偿信号控制天线，使其保持在选定的俯仰位置。识别控制开关是为了消除地面的杂波，使得对目标的探测更为准确。

3、工作原理

气象雷达是通过目标对雷达波的反射来确定目标的位置和特性的。物体导电性好，对雷达波的反射能力越强，反射面积越大，反射能量越高，物体的几何尺寸与波长相差很大时反射的能量变得非常微弱，而当反射面的直径可与波长相比拟时，反射回来的能量会明显升高。常用的雷达一般工作频率为200～10000MHz，这主要取决于雷达的用途和性能，而且必须在国际电信联盟所指定的频段内，目前航空公司一般选用X波段的机载气象雷达。

3.1距离测定

气象雷达发射的电磁波是以光速c在空中向前传播，通过测量所接收到的目标回波信号与发射脉冲之间的时间间隔t，可以算出目标相对于飞机的距离L=ct/2。它的距离分辨力决定于脉冲的宽度，要提高区分近距离目标的能力，必须使用较窄的脉冲宽度。

3.2方位测定

它是通过测定雷达天线波束轴的瞬时方位来确定目标方位的。雷达天线所形成的辐射波束是宽度很窄的圆锥形波束，当天线指向某一方位时只有该方位的目标回波才能被雷达所接收，把该信号的位置传输给显示器，使回波图像显示在显示器的相应方位，就可以确定目标的实际方位。雷达的方位分辨能力取决于天线水平面内的波束宽度，天线波束在水平面内的宽度越窄，其方位分辨力越好，为保障良好的方位分辨力，采用平板缝隙天线阵。3.3降水探测虽然雨、冰雹和雪都属于导电的水物质，气象雷达可以探测雨滴或湿的冰雹，却无法探测云、雾、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物质对于雷达发射的射频脉冲能量有一部分被吸收、损耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷达监测的范围内，且具有一定的直径和密度的降雨区域均能产生有效的回波，从而被气象雷达检测出来。反射回的信号强弱与目标含水量有关，接收器接收到信号就可分析目标的性质和强弱，并在显示器是用不同的颜色表示。

4、工作方式

气象雷达的工作方式需通过控制面板选择，有以下几种：（1）气象方式（WX）：这是其基本工作方式，用于探测飞机前方的气象信息及障碍物的平面显示图。用不同颜色代表降雨的密度：黑色代表强度最低，随着密度的逐渐增加分别用绿色，琥珀色，红色紫色来表示。（2）气象+湍流方式（WX+T）：这是其典型的工作方式，可同时探测航路中的气象信息和湍流，并在屏幕中以洋红色显示湍流区域。（3）湍流方式（TURB）：屏幕只显示湍流区域。（4）地图方式（MAP）：用于观察飞机前下方的地表特征，可提醒机组注意地面目标引起的危险，比如小山等快速变化的地形。这是利用不同地形对电波反射回波的差异，可显示出山峰、河流、海岸线或城市等地形轮廓。在此模式下，黑色代表水，绿色代表地面，琥珀色代表城市和山区。天线角度设置过低，会引入过多地面杂波，进行俯仰调节，有专门的抑制杂波开关。（5）轮廓方式（CYC）：工作情况与气象方式基本相同，屏幕上的红色图像将会以每秒一次的间隔闪烁，而这种方式不是所有型号的气象雷达都配备。（6）OFF模式：此模式下，气象雷达系统被关闭。

5、自检功能

雷达故障自动检测系统是为了对雷达快速、准确、隔离故障到可更换单元（LRU），以便快速维修，达到降低雷达修复时间的目的。现代气象雷达都具备完善的性能监控和机内检测系统，该系统对提高雷达的总体性能、可靠性、可使用性、可维修性具有极其重要作用。

只有在气象雷达系统完整，连接正常的情况下才能进行自检测试。在通电前要保证与其相关的跳开关都处于接通状态。雷达天线的稳定性是以惯性基准组件提供的飞机姿态为基准的，而飞机上的惯性基准组件在启动后还需经过一段时间的校准才能开始正常工作，所以要等这些系统准备好后才能开始性能检测。为实现对雷达系统的全面监控，收发机内的BITE不仅要接收收发组内部电路的状态信息，还要接收与雷达系统有交联的系统的信息和指令：（1）收发组内部相关电路的检测信息。（2）温度传感信号，当温度超出给定的范围时会发出相应的信号。（3）由ARINC429总线输入的来自雷达控制组件的指令信号。（4）天线的扫掠和俯仰检测信号，用于检测扫掠位置和俯仰姿态。（5）来自中央维护计算机和惯性基准组件输入的控制指令和姿态基准信息。

6、结束语

气象雷达是气象监测的重要手段，在突发性、灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用，要想充分利用气象雷达，必须掌握正确的使用方法和理解显示目标特点，同时，对雷达知识的了解程度和经验，会影响我们的判断，而保障其正常工作是机务人员的基本要求。此外还需根据具体问题能进行具体的分析，熟练地运用手册、工具、设备等。机务维修中的实践使自己得到丰富的经验，经验的积累对维修行业来说显得特别宝贵。有了丰富的经验，便可以轻而易举地使问题得到正确、迅速、有效的处理，以达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]刘康，陈阳.气象雷达原理及故障维护[J].无线互联科技，2018，15（20）：1-2.