(甘孜州巴塘县气象局,四川巴塘 627650)
摘要：新一代高空气象观测系统现在全国各个高空气象观测台站全面推广应用，提高了我国高空气象要素、测风数据探测经度和观测密度。在雷达实际应用中，会遇到丢球、雷达故障及数据异常等，本文结合巴塘气象站高空探测常见问题分析探讨，并提出处理方法，仅供同行参考。
关键词：L波段；高空探测；问题处理
引言
巴塘气象站自1952年建站来，一直承担高空气象要素（温、压、湿、风）探测业务，为甘孜州气象局及四川省气象局天气预报、气候分析、科学研究提供准确、及时高空气象情报和资料。2008年10月巴塘气象站高空探测正式切换GFE（L）1型二次测风雷达，与之配套的新一代高空气象观测系统也正式投入业务使用。新一代高空气象观测系统具有观测精度高、采样速率快、使用方便等特点。不过，由于仪器性能及人为因素等原因，在使用过程中会出现各种问题，影响高空探测数据质量。
1常见丢球现象及处理方法
1.1放球瞬间丢球
我站放球瞬间丢球情况多出现在春夏季节傍晚放球时，多为瞬时风速过大所致。巴塘县位于四川西部青藏高原东南缘，海拔高，南北走向山脉和大气环流影响，春夏季17～20时多出现阵性大风，瞬时风速最高达17m/s以上。瞬时风速过大，放球瞬间雷达天线因转速不够无法自动跟踪探空仪信号，此时气球距离雷达天线较近，仰角、方位变化很大，无法通过雷达“扇扫”功能抓球。出现瞬间丢球时，应立即人工指挥抓球，室外放球人员根据气球所在位置目测方位仰角，对讲机迅速将气球的位置告知室内操作人员，同时打开经纬仪观测气球位置，直到操作人员抓到气球为止。室内操作人员应先关闭放球软件上“天控”开关，根据放球人员提供仰角方位，迅速将雷达摇至该位置，直至示波器4条亮线平齐，跳跃整齐规律，测距“凹口”清晰，并能在摄像画面中清晰地看到气球，再打开天控开关，使其正常自动跟踪。
1.2过顶丢球
由于GFE（L）1型二次测风雷达仰角上下限位为-6°～92°，而无法直接翻转180°，当探空仪从雷达正上方通过，仰角大于85°时，易过顶丢球。我站L波段雷达位于第一放球点东北方向，当地面风为西南风，且风速较大时，放球时因探空仪急速过顶而造成丢球；地面为静风，气球施放3-5分钟后也会因探空仪高仰角通过雷达造成过顶丢球。根据放球时风向风速，选择合适放球地点，能有效减少过顶丢球。
过顶丢球时雷达失去自动跟踪能力，仰角方位无规律乱转，易造成雷达卡死。此时操作人员应迅速关闭“天控”开关，根据气球运行轨迹预判其仰角方位，将雷达摇至该位置，并打开雷达“扇扫”开关，时刻关注示波器上4条亮线状态，直至4条亮线平齐，跳跃方式整齐有规律，“凹口”清晰，同时雷达高度、估高数据及气压高度一致，方能确定抓球成功。
1.3信号干扰丢球
探测过程中当其它电信号（基站信号、雷电产生强电磁信号等）强于探空仪返回主信号时，会对主信号形成巨大干扰，导致雷达失去对主信号跟踪，雷达仰角方位无规律转动，探空信号断断续续，严重时会导致重放球。本站因信号干扰丢球多是因夏季雷雨天气下强雷电磁造成。
探测过程中信号干扰丢球时，操作人员应将放球软件中“天控”开关关闭，同时将频率开关调为手动，将工作频率调至1675MHZ左右，防止天线追踪干扰信号而失去对主信号追踪，然后转动天线至丢球时仰角方位，再打开“天控”开关，此时将球抓回概率很大。如果没有找回气球，则采取“扇扫”方式，结合示波器上图像判断是否找回信号。
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1.4 旁瓣抓球
丢球时，当操作人员抓回气球后，可根据雷达测高和气压高度的数值差（高差）来判别雷达是否处于旁瓣抓球状态。雷达正常跟踪信号时高差较小，旁瓣抓球下雷达天线虽能自动跟踪探空仪，但其仰角方位与探空仪实际位置仍有较大差距，此时高差变大，“雷达故障报警”提示距离报警，如不及时将探空仪信号修正至雷达主瓣，易再次丢球。
当确定出现旁瓣抓球情况时，操作人员可及时点击“扇扫”按键，使雷达自动搜索探空信号让其回到雷达主瓣上来，同时观察示波器上4条亮线是否平齐，测距“凹口”是否清晰。若多次“扇扫”仍不能将探空信号抓回主瓣，则应关闭“天控”开关，手动控制仰角方位，根据高差大小及示波器图形显示抓回信号，正常后再打开“天控”开关使雷达自动跟踪。
2常见雷达故障及处理方法
2.1天线抖动
雷达天线抖动是我站GFE（L）1型二次测风雷达在业务使用中常出现问题。气球准备施放时，“天控”开关处于开启状态，雷达天线有时会无序剧烈抖动，导致雷达仰角剧降低于下限位而卡死，或者陡升而失去对探空信号自动跟踪。在探测过程中雷达天线抖动会使仰角方位产生很多飞点，表现在图像上曲线会产生大量“毛刺”，导致测得仰角方位准确度失真，需要大量时间人工修正。
产生雷达天线抖动原因一是因在雷达开机时开机过快，俯仰驱动箱供电电压不稳造成；二是由于同步机里汇流环和刷架之间因长期摩擦产生大量污垢，接触不良，天控系统不稳定造成。解决措施一是在开启电源时让主电源与俯仰驱动箱电源开启间隔足够时间，让俯仰驱动箱工作电压稳定；二是要常用酒精清洗汇流环与刷架，使二者完全接触，保证天控系统稳定性。
2.2放球过程中仰角方位发生死位
我站多次出现雷达正常工作情况下，仰角方位突然卡死现象，此时放球软件上仰角方位不再变动，报警提示仰角驱动模块故障，反复重启俯仰驱动箱电源后故障仍未排除，严重导致测风因雷达故障提前终止。后分析故障原因，因方位仰角为测距单元（11-3电路板）控制，故初步判定该故障是因11-3电路板金手指与卡槽接触不良或损坏所导致，重新插拔或更换11-3电路板后仍不时有该故障。后向厂家咨询，厂家建议检查电路板电压。经仔细检查11-3电路板+5V、+12V、±15电压，发现电路板上5V工作电压偏低（万用表测得电压为4.8V左右），将电压调至5.1V左右后，不再出现此故障。
2.3放球过程中雷达卡死
雷达正常工作情况下，突发雷达天线失控，探空仪信号消失，示波器上测角4条亮线变成1条，距离显示方式不停自动切换，同时放球软件卡死。重启雷达数秒后示波器测角4条亮线模式与测距模式恢复正常，重启放球软件，天线仍能自动跟踪，但故障时段数据已完全错乱，导致该时段数据缺测，严重影响探空数据质量。据雷达故障现象分析，判断为雷达天控单元（11-6电路板）故障，更换或重新插拔天控板后，此故障仍会出现，由此判断故障并非天控板故障。后经检查主控箱内电源箱，发现5V直流输出电压接触不良，且电压偏低（万用表测得输出电压仅为4.7V左右），造成终端单元（11-4电路板）和发射显示控制单元（11-2电路板）工作异常。把5V输出电压调至5.1V左右，并重新插拔电源接口后，雷达正常工作，不再出现此故障。
3结语
新一代高空气象观测系统是我国自主研制、具有自主知识产权的新一代探空系统，为了保证它能够发挥最大作用和功能，操作人员必须从实际应用中对常见问题深入分析，要善于总结经验，排除各种问题。除注意上述各种情况外，要加强操作人员业务素养，及操作雷达及放球软件、数据处理软件能力，杜绝因人为因素影响探测质量情况，确保L波段探空雷达测得数据在天气预报、气候分析、科学研究中可用性。
参考文献
[1]常规高空气象观测业务手册.北京：气象出版社
[2]L波段高空气象探测系统常见技术问题综合解答.北京：气象出版社.
作者简介：贾斌（1987-）,男，汉族 四川省南充市仪陇县人，本科,助理工程师,从事综合气象观测工作.
论文作者:贾斌
论文发表刊物:《科技研究》2018年7期
论文发表时间:2018/9/11
标签：仰角论文; 信号论文; 高空论文; 故障论文; 丢球论文; 方位论文; 天线论文; 《科技研究》2018年7期论文;