武都高空站L波段雷达故障排除与体会

魏清霞,宋煜彬

（陇南市气象局,甘肃 陇南 746000）

武都站使用的L波段GFE（F）-1型自动跟踪雷达，它是跟踪雷达和数字无线通信集合于一体的综合系统, 具有较高自动化、较准确的测风精度和探测精度，采样速率快，使用方便等特点，但是基于雷达本身技术含量高，内部结构大部分集成化，繁杂又精密，一个小小的因素都会导致雷达出现异常，从而导致观测记录的不连续性和时效性的延误，为此，对观测员雷达维护维修技术和相关业务软件的操作能力提出了更高的要求，以此来应对雷达发生故障时及时判断处理，提高和保障高空气象探测数据的及时性、完整性和准确性。以下就武都站2019年7月出现的突发仰角下限位故障和高仰角雷达跟踪失效的故障过程的分析、判断和排除进行总结，为后期的雷达维护维修提供思路和技巧。

1 台站基本概况

武都是国家基本气象观测站，位于甘肃省东南部，海拔高度 1081.0m，北纬 33°24＇，东经 104°55＇，境内沟壑纵横、峰峦叠嶂，属北亚热带气候，在天气学上因“武都涡”而出名。由于观测场地的限制，武都探空雷达架设在高于气压传感器9m的楼顶上，且只有一个放球点，距雷达 73m，方位 104°,仰角 0.0°。

2 故障实况

2.1 高仰角位致使下限位开关损坏

2019年7月1日，傍晚时分的武都观测站的探空室内，值班员和往常一样井然有序地开展着施放探空气球的各项准备工作。一切准备就绪，各项性能指标显示正常，亮线齐平，凹口、频率、增益、探空信号、天空自动雷达跟踪均为最佳状态。本站资料显示，7 月 1 日 19 时，放球前 5min，风向 85°～117°，风速 4.5～5.0m/s,气温30.9℃，相对湿度24%、气压885.7hPa。这种天气状况，由于雷达在下风方，气球容易过顶并丢球。

19时15分，值班人员发出了施放气球信号，雷达放球键打开，全部曲线显示雷达跟踪正常，测角人员提示：“115°～135°方位的风，且风速较大，气球要过顶，（武都放球点只有一个，在雷达的上风方位）注意雷达跟踪状况。”监测显示，放球后仰角迅速升至84°、方位角300°，按以往经验本站气球过顶时，立即将天空自动开关转换为手动，通过控制操作杆，手动摇动方位、仰角跟踪气球。但是，本次手动操作，仰角不能下降，雷达无法正常跟踪气球，出现卡死现象，随即仰角驱动器仰角位显示红灯告警，仰角出现故障，根据平时维修经验立即重启了驱动箱电源，仍无法恢复，探测信号中断，造成丢球。然后，在启用备份接收机重放球和小球补测测风记录的同时，维修员打开驱动箱，对驱动电路、驱动模板进行逐一检测排查，经检测室内各驱动电路未发现异常。根据逐段检查法，对室外雷达的仰角驱动电机、传输带等仰角电路进行检测，未发现异常。进一步检测驱动电路时发现仰角下限位开关因使用日久严重腐蚀氧化导致雷达升降故障，在无配件备份的情况下，对雷达下限位电路板做了暂时性修复，故障排除，雷达初步恢复正常。

2.2 高仰角雷达跑偏

武都观测站2019年7月8日01时15分，气球施放后，雷达出现亮线两两不齐的状况，雷达不跟踪气球，立即由自动切换为手动搜索跟踪。因启用了备份接收机，探空数据正常，但夜间出现故障，光照条件不佳，能够通过经纬仪小球补测获取的测风资料非常有限，为了保证探空记录的连续，继续将天空自动开关转换为手动，以手动跟球22min，有旁瓣信号。22min后测风恢复正常状态。由8日01时正点分钟球坐标和每秒球坐标数据显示 （如图1、2所示）。

图1 2019年7月8日01时 正点球坐标（秒数据）曲线

图2 2019年7月8日01时每秒球坐标数据

可以看出，前一分钟仰角，方位保持不变，2～22min手动跟踪，仰角、方位角较混乱，不符合雷达主瓣定向时仰角、方位有规律的变化特点。同时，从风随高度的变化曲线数据图（如图3所示）可以看出，该时次风向风速不连续，跳变较大。可见，此次测风记录因雷达跟踪故障而缺测。出现此情况，首先考虑了亮线两两不齐，原因出在程序方波上，通过三用表检查程序方波11-6天空板输出信号，其结果为单向通道，正常，没有排除故障，继续用万用表检查开关管套通断，更换了开关管套，没有排除，检测直流+5v，输出值不对，负载有短路现象，重新焊接，雷达跑偏恢复正常。但是8日07时增益仍然偏大，方位、仰角的曲线毛刺较多，不平滑，19时07分至13分继续出现雷达跑偏现象，如图4所示，亮线在此段探测两长两短，增益偏大现象，说明，01、07时的故障排除不完全正确，顺藤摸瓜继续检查了中频通道盒、前置放大信号、限幅器等均无故障，检测合差箱出来的高频电缆可能接触不良，调试了WT-9传输电缆，排除了仰角在高位时跟偏现象。但是9日01、07时仰角毛刺仍较多，继续对天线装置部分的合差箱进行检测，经过反复地更换器件都无法排除故障，在测量上、下、左、右四路馈线时，发现天线馈线系统中的电缆接触不良。更换了电缆，故障排除，亮线齐平，球坐标曲线平滑有规律，数据正常，此次故障排除，总结为，5V电压间断有短路现象，造成曲线毛刺较多，不平滑。天线馈线系统中的电缆接触不良，造成仰角较高时，雷达不跟踪，至此，雷达故障完全排除，为后期的观测质量和精度提供了保障。

图3 2019年7月8日01时风随高度的变化曲线数据图

图4 2019年7月8日01时 正点球坐标曲线

3 故障排除方法的心得

1）做好雷达的日常维护管理十分重要，许多情况下尘垢、腐蚀、生锈和霉变等都是造成故障的原因，因此，经常地、细致地对电气和机械部分进行检查维护可以有效延长雷达的使用寿命，同时把故障排除在初始阶段，以减少突发故障出现，保障实时资料的精确和有效。

2）在出现故障无法一次解决时，不能孤立的检查单项设备器件而耽误时间，要用顺藤摸瓜的检查方法，检查一项排除一项，提高检修效率，节省排除故障的时间。

3）在条件有限的情况下要灵活运用日常积累的经验去应急处理，备份接收机必须处于正常状态，有备无患，最好做到每班对比雷达观测，如若雷达瞬间故障，备份接收机代替雷达观测探空记录，减少重放球的概率，提高时效性,值得一提的是，主雷达探测系统观测记录与探测数据备份接收机系统观测记录的相互对接处理技术，是类似应急观测情况下必须掌握的数据整理技巧。

4）只要结合雷达工作原理图框以及测试图款，对所对应的电路进行细致的分析，就会找到可能影响正常运行的故障点，然后进行修复，最好不要对集成电路模块采取电烙铁，以避免故障扩大化。

4 总结

总而言之，武都站两次故障均为主要元器件年久老化和联结松动未及时发现更换而造成雷达故障，为了减少类似突发故障发生,每年一次的雷达常规业务维护明显不够，必须加强日常检查维护，特别是在雨天后及时检查传输线和外露的器件有无进水和积水现象，避免因长时间积水导致器件生锈腐蚀而影响正常观测。因部分配件站内没有备份，所以，做好应急处置很关键，对备份仪器要做好维护保养，随时启用，力求在确保观测资料“三性”要求以及数据传输时效性的前提下获取观测资料。