新一代多普勒天气雷达及其应用分析

新一代多普勒天气雷达及其应用分析

魏邦宪

身份证号码： 620102**** 10026215 甘肃省陇南市 746000

  摘要：天气变化对生产生活影响很大，准确判断天气情况，适当利用先进技术实现部分天气调整，对于促进自然与经济和谐发展具有重要意义。近些年多普勒天气雷达在天气预报、局部天气改变等方面应用十分广泛，本文从新一代多普勒天气雷达及其的具体应用两方面分析入手，希望可以起到一定借鉴意义。

        关键词：新一代；天气雷达；运行故障；判断处理

        引言：多普勒天气雷达是综合气象观测系统的重要构成部分。随着科学技术的不断发展，多普勒天气雷达已经在我国大多数区域广泛运用，多普勒天气雷达的使用大幅度提升了气象要素以及各类天气现象探测业务的准确性，为中短期临近天气预报、灾害性天气的监测预测等气象业务的开展提供了更为有价值的资料依据，在气候监测以及气象预报中占据着举足轻重的地位。但是，在多普勒天气雷达实际运行过程中，有时候也会发生一些故障问题，在很大程度上影响了探测业务的顺利开展。基于此，本文针对多普勒天气雷达运行的常见故障以及维修维护措施进行分析，以进一步提升地方气象探测业务水平。

        一、新一代天气雷达硬件运行故障判断处理

        （一）伺服系统

        新一代天气雷达系统主要由三个部分构成，分别为雷达数据采集子系统、雷达产品生成子系统、主用户处理器。由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在着一定的差距，致使雷达数据的准确度存在一定的局限性。再加上雷达本身性能之间存在着差异，探测方法受到固定局限，对探测目标存在着距离折叠以及速度模糊等问题，进一步增加了雷达数据的误差。然而由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值，为平均径向速度。雷达发射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，也促使雷达探测的数据具有一定的代表性。

        伺服系统出现的运行故障主要表现为雷达无法以俯仰的方式扫描运行。出现这类故障的判断方法为，首先要确保俯仰驱动分析面板上的电流表正常运转，并且对运转电流进行测定，如果是2A则表示正常，没有任何操作时电流为0A。如果出现没有任何操作时电流为4A，在运转时电流为10A，则表示出现了故障。其次就是对俯仰增益电位器进行调整，对脉宽进行调整。当调制器驱动模块直流电压有所上升时，天线能够朝着上下方向运动。当朝下运动时，电压转为负值，这时就需要查看驱动系统中的绝缘栅大功率晶体管是否被烧毁，电路电阻是否出现脱焊的现象，脉宽调制器的电阻以及俯仰驱动电机是否受到损坏。然后在对其出现的故障部件进行更换或者维修，促使伺服系统保持正常运行。

        （二）发射系统

        发射系统出现的运行故障时，需要针对具体的运行故障进行判断处理。如果出现发射机无法正常运行的情况时，这时就会出现发射系统调到脉冲的现象。这时就应当先进行系统故障的复位处理，将出现的故障进行简单处理。如果系统恢复正常的运行工作，则表示监控系统的运行正常，能够对故障进行检测。如果无法解决故障时，还需要进一步对出现的故障进行分析处理。如果在高温的条件下，发射机系统内部经常出现故障，则故障部位有放电开关组件、发电机高压电源、聚焦线圈电源等。

        （三）接收系统

        接收系统出现的故障主要表现在雷达系统检测子系统没有任何提示，但是接收终端的回波依旧能够正常显示。这就表明雷达系统检测点器件可以正常使用，在故障检查时可以忽略，进一步对检测点的器件布置进行检测。如果接收终端没有故障提示，但是回波能够正常显示，就需要对接收机回波通道进行故障检测，找出故障的原因并且进行有效处理，促使接收系统能够正常运行。

  （四）多普勒天气雷达组成以及运行原理

        多普勒天气雷达属于一种高性能的数字化雷达，它主要由天线、天线罩、发射机、接收机、信号处理器、伺服系统、波导管以及显示器等部分组成。多普勒天气雷达采取全相干体质，共有七种型号，其中S波段有三种型号，分别为SA、SB、SC；C波段有四种型号，分别为 CINRAD-CB、CC、CJ 和 CD。

        多普勒天气雷达运行原理：主要利用电磁波探测同目标物之间的距离和特性的无线电设备，散射是雷达探测大气的基础，天气雷达主要是在检测大气中散射波对目标物的性质进行测定。散射是电磁波照射到折射指数不均匀的物质上造成波传播方向发生变化的现象，其实质就是电磁波激发物质内部振动发射的次波不能被完全抵消。雷达在接收到散射电磁波的振幅、频率、相位等的信息后，可以很容易的获取到相关的天气系统。

        二、新一代天气雷达维护措施

        （一）做好定期维护

        定期查看发射体与俯仰平衡臂、方位减速器与转台之间的螺栓以及其它螺栓的紧固情况，如果出现螺栓松动就要及时紧固。然后推动天线，确保其速度保持逐渐增加，如果发现异常情况就要及时进行处理。如果天线正常，接下来可以对机械限位缓冲器的破损程度进行检测，如果电气限位出现故障，可以将开关支架上的螺栓进行紧固，确保与原始设定值相吻合，在添加润滑油保持润滑状态。

        对于发射系统可以对调制进行维护，并且做好发射机柜的充分放电。对于发射机中的各个散热风机运行状况也要进行故障检测，确保各个部件以及电源输入或者输出电压始终保持稳定。

        对于天线座体需要每间隔半年巡检一次，如果超出误差范围就需要及时进行故障处理。此外还要做好每间隔三个月一次的清洁工作，确保天线底座部分的密封垫完整无缺。还要对天线头接触地方进行松动以及污染情况检查，如果出现松动就要及时紧固，出现污点就要及时清理。

        对于配电机柜中的电源接线柱需要重点进行故障检查，要严格仔细认真查看接线柱是否出现松动、外表皮是否出现破损，还要对电源输入以及输出端之间的电压进行规范标准检测，确保其在正常范围内。

        （二）提高数据传输效率和质量

        通过相关数据发现，新一代天气雷达系统虽然在未发生任何故障的情况下，业务可用性仍旧无法达到百分之百。由此可以看出，雷达传输异常时间导致雷达业务的可用性降低，因此需要进一步提高数据传输效率和质量。

        （三）重点保障故障率较高的雷达分系统

        在新一代雷达系统中，发射系统出现的故障频率是最高的，伺服系统是第二，天线系统和通讯系统最低。因此就要重点保障故障率较高的雷达分系统，做好日常的维护养护工作，降低故障发生的频率。

        （四） 伺服系统故障分析与维修

        伺服系统经常会发生天线动态错误报警，导致雷达强制待机的故障问题。一般发生此类故障的原因比较多。因此，工作人员需要采取由难到易的方法展开检测。首先需要对雷达碳刷以及滑环进行清洗，若故障仍然没有得到有效排除，可采取 RDASOT 软件对不同方位以及仰角的连续转动情况进行检测；若有错误信息存在，但是方位准确，仰角发生抖动以及角码闪烁的时候则表明仰角有问题，需要继续对电阻值以及波形进行测试，若发生抖动的现象，则表明确实发生了仰角故障，应该及时检测；若对5A6数字板以及模拟板进行更换，故障依然存在，则应该对上、下光纤板进认真检测；若上、下光纤板均有问题，那么需要对光纤雷达天线直接换新，如此雷达天线才能够恢复至正常状态。

      三 结论

        总之，多普勒天气雷达在天气预报、灾害性天气预警服务、人工影响天气作业等各项气象业务中起到十分关键的作用。由于多普勒天气雷达的长期运行，在运行过程中难免会发生各类故障问题，影响到气象探测业务的正常开展。因此，需要高度重视多普勒天气雷达常见故障的分析处理以及日常维护工作，掌握系统运行原理以及维修维护方法，确保多普勒天气雷达始终处于正常运行状态，尽可能发挥出其应有的气象服务效益。

        参考文献：

        [1]李卫东,韩波,殷秋云.多普勒雷达常见故障分析与维修[J].江西农业，2017（17）.

        [2]刘维成,张宇飞,杨晓军,等.新一代天气雷达故障分析与日常维护[J].甘肃科技,2009,25(23).