L 波段探空雷达一次故障排查及维修分析

作为一种重要的高空探测设备，L 波段探空雷达与 GTS1 型探空仪组成的高空气象观测系统在我国高空气象探测业务中发挥着重要作用，高空观测系统利用 L 波段探空雷达实时跟踪带有无线电回答器的探空气球，能提供获取大气层中温度、湿度、气压、风向风速数据，用于全球数据交换及预报员天气形势分析和判断大气环流走向等，是天气预报、气候变化研究等重要观测数据。探空气象观测中，L 波段探空雷达使用过程中难免会出现故障，影响L 波段雷达正常运行，导致观测数据异常甚至观测中断。因此通过深入研究L 波段探空雷达工作原理及系统组成，结合实际工作中的故障案例，总结分析故障排查方法及维修过程，为维修人员提供参考。同时提出科学的日常维护保障措施，延长雷达使用寿命，提高其工作效率，确保其在高空气象观测中稳定运行发挥最大效用。

1 L 波段探空雷达的工作原理及系统组成

1.1 工作原理

L 波段探空雷达主要基于电磁波的发射与接收原理工作。雷达发射机产生 L 波段高频电磁波，通过天线定向辐射到空中；当电磁波遇到目标（如探空气球携带探空仪）时会发生反射，反射波被雷达接收机接收；接收机对回波信号进行处理，提取出目标距离、方位、仰角等信息，实现对探空目标跟踪与探测，为气象分析提供数据支持。探测过程中探空气球升空后，地面 L 波段探空雷达向探空气球发出“询问信号”，探空气球上应答器收到“询问信号”后就对应发回“回答信号”。根据每一对询问与回答信号之间的时间间隔和回答信号的来向，可测定每一瞬间探空气球所在空间位置，即应答器与L 波段探空雷达的直线距离、方位角、仰角，然后根据气球随风漂移情况计算出高空风向、风速。同时，探空仪上携带温度、湿度、气压传感器，将不同高度的传感数据编成气象电码发送到地面L 波段探空雷达。

1.2 系统组成及功能

L 波段探空雷达具有工作频率高、脉冲峰值功率小、测距和测交警度高的特点，主要分系统构成和功能如下。

发射系统：包括发射机等设备，负责定时产生高频脉冲，通过天线向空间辐射，作为对应答器的询问信号。

接收系统：由接收机、中频通道盒等组成，将天线接收到的探空仪射频信号放大、变频、解调，用于接收和处理目标反射的回波信号。

天线及伺服系统：天线用于电磁波的发射与接收，伺服系统包含俯仰驱动箱等，负责控制天线的方位和仰角，实现对目标跟踪。

数据处理与显示系统：对雷达获取的目标信息进行处理分析，并以直观形式显示出来。

1.3 故障现象

本次故障以高空气象观测站的一次故障为例，故障现象如下。

① L 波段探空雷达增益变大，在未接探空仪器情况下，雷达终端增益显示达到 240， 正常情况下在未接探空仪器为 93 左右，探空仪加电后在天线对准情况下为30-50。

② 放球后自动跟踪异常，出现丢球现象，手控天线后发现天线仰角死位，可以降低不能抬升，如先降低仰角再抬升后正常，随后又出现仰角不能抬升现象，导致雷达无法自动跟踪观测。

2 故障排查及维修过程

此次故障过程在维修判断过程中，雷达出现自动跟踪异常丢球现象时，曾考虑到增益变大，导致信号接收异常所致，但维修解决增益故障问题后，自动跟踪异常并未解决，进一步排查发现仰角抬升故障问题，进一步又对该问题排查分析。下面将两种故障分别阐述。

2.1 增益变大故障排查及维修

雷达运行过程中，雷达发射系统工作正常，发射功率和电流正常，排除发射系统问题。聚焦接收系统，初步判断可能高频馈线 WT8 线、前置高放、高频组件、中频通道盒或 11-1 板的某一环节出现问题。我们先检查线缆连接情况，未发现问题，随后检查高频组件，发现输入线缆及接头均无松动，用备件替换了高频组件，更换后发现故障现象未排除，说明并非高频组件导致的故障。

进一步检查中频通道盒，中频通道盒是将高频组件输出的中频信号进行放大后分成2 路，通过检波和鉴频电路，分别取出自动增益控制电压和自动频率控制电压反馈至高频组件一端在增益和频率自动方式下，始终保持中频通道盒输出信号恒定的增益和频率。更换中频通道盒后，开机测试雷达终端增益恢复正常，由此确定增益变大故障原因是中频通道盒故障。

2.2 仰角跟踪异常故障排查及维修

检查发现驱动箱指示方位、俯仰均正常，无报警。针对故障现象，首先分别更换 11-4 板和 11-6 板，手动快速操作盒方位正常，操作俯仰时仰角向下正常，向上抬升仰角不变化，将仰角向下后再抬升正常，停止操作俯仰后，再次抬升仰角依然无法排除故障。此时先对俯仰驱动器进行排查，因台站无驱动器备件，因此将方位驱动器和俯仰驱动器进行对调测试，故障现象仍存在，排除驱动器故障。

室内部分排除完毕后，怀疑是俯仰电机或传动部分故障导致，打开俯仰驱动箱，观察内部结构，发现驱动电机皮带存在明显老化和磨损现象，皮带松紧度也不符合要求，导致电机动力传递不稳定，进而引起仰角跟踪异常。更换俯仰驱动箱内老化磨损的电机皮带，天线仰角跟踪恢复正常。

3 结论与建议

本次故障排查准确找到了 L 波段探空雷达增益变大和仰角跟踪异常原因，并通过相应维修措施使设备恢复正常运行。日常值班过程中对增益检查时，探空仪没有通电时，接收机增益为自动状态，观察示波器4 根亮线，顶部较细，幅度为 2V 左右，将增益切换为手动状态下，调整增益观察噪声幅度是否变化均匀。探空仪通电时，接收机增益自动状态下增益，转动天线，观察示波器 4 根亮线高低是否会有规律性变化，观察终端界面增益变化是否正常。检查雷达天线时让天线处于手控状态下，手动盒控制使天线在 360^∘ 范围内匀速旋转，观察终端界面方位指示变化，是否有不连续跳动等情况，测试俯仰情况，用手动盒控制天线在 -6^∘ ° -92°匀速转动，观察终端界面仰角指示变化情况有无异常。

为减少类似故障发生，日常工作中应当加强设备维护保养，定期进行不同级别的例行检查，包括检查雷达天线、馈线、电源等关键部位外观和运行状态，确保所有零部件无明显损坏或腐蚀，定期对雷达各系统标校检查，提前发现问题隐患，确保雷达稳定运行。也要对发生故障进行总结，积累维修经验，提高故障处理效率，保障高空气象观测业务正常开展。

参考文献

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[2] 叶飞， 银莲， 王志伟 .L 波段探空雷达接收系统故障分析[J]. 内蒙古气象 ，2018（1）：42- 44.

[3] 安克武 ， 黄晓 ， 秦荣茂 .L 波段探空雷达维护维修测试技术 [M].气象出版社，2020.

毕明林（1988- ），副高级工程师，主要从事综合气象业务观测业务及研究工作。