淺談YQS1 型衛(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測設備工作原理及故障維修

陳志國，董學賢

（雞西市氣象局，黑龍江 雞西158100）

1 引言

YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測設備，吸取了國內(nèi)、 國外同類產(chǎn)品的經(jīng)驗， 能夠可靠獲取高質(zhì)量的GNSS 觀測數(shù)值，設備已通過CMA 組織的靜態(tài)測試和動態(tài)測試， 測試結(jié)果表明：YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測設備滿足CMA 功能規(guī)格需求書的要求， 部分重要指標優(yōu)于CMA 功能規(guī)格需求書的要求。

2 基本工作原理

GPS 衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號在穿越大氣層時， 受到對流層折射影響， 傳播路徑會發(fā)生彎曲和延遲。 在GPS氣象學中，正是利用大氣折射量得到大氣折射率，進而通過折射率與溫度、氣壓和水汽壓之間的函數(shù)關系，最后估算出大氣層中的可降水分。

水汽的變化很大，而且對電磁波的影響十分敏感。每摩爾水汽的折射率大約為干空氣的17倍。 因此，盡管水汽只占整個大氣的0.1-4﹪， 但水汽造成的濕延遲約10﹪以上。 水汽引起的濕延遲有時1 h 的變化可達20 mm以上。 水汽是氣象上十分重要的一個物理量， 水汽的變化與云和降水密切相關，水汽相變會產(chǎn)生很高的相變潛熱，顯著地影響大氣的垂直穩(wěn)定度、風暴系統(tǒng)的結(jié)構和演變以及地氣系統(tǒng)的經(jīng)向和輻射平衡。 水汽是一種在全球氣候系統(tǒng)中起關鍵作用的溫室氣體， 它不僅吸收和反射太陽輻射能量，對低層大氣的化學作用也有影響。

如果地面上GPS 接收機精確的三維坐標可以通過其他方法確定，則可從GPS 接收機測量的衛(wèi)星信號傳播的總延遲量中提取水汽造成的濕延遲量，進而反演出信號路徑上水汽的積累量, 這就是地基GPS 氣象學的基本原理。通過測量穿過空間/大氣層的導航衛(wèi)星信號的延遲來獲得大氣/空間環(huán)境中的各種參數(shù)，包括：大氣溫、濕、壓以及電離層等信息。 連續(xù)工作的YQS1 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測設備可用來估算測站上空的水汽總量、電子濃度總量等。

地基GPS 遙感水汽的具體方法是：在精密確定站點坐標以后，通過精密測量，獲取站星距離和電離層延遲，并把中性大氣的天頂延遲量估計出來。 中性大氣延遲量分為靜力延遲和濕項延遲兩部分。

3 導航衛(wèi)星遙感水汽探測設備的主要特點

3.1 預警能力強

很強的局地性強對流天氣目標發(fā)現(xiàn)能力，對災害性、危險性天氣預警時間長， 在系統(tǒng)剛剛形成之初就能發(fā)現(xiàn)對流系統(tǒng)，并發(fā)出警報。

3.2 運行穩(wěn)定

很強的自動標定校正技術，硬件、軟件相結(jié)合的全機工作狀態(tài)監(jiān)控、故障隔離定位、自動告警、故障保護、安全連鎖技術。 故障隔離定位時間短，GPS/MET 可靠性高、維修性好，測量精度高。

3.3 測量精度高

體積小，重量輕，易于改裝，適合于實施機動性現(xiàn)場氣象保障、 大氣科學實驗和軍事行動氣象保障任務。 輸出產(chǎn)品豐富，傳輸穩(wěn)定可靠，精確度高、實用性強。

3.4 儀器性能好

性能價格比高，費用低（整機價格，備件、維修等維持費用，基礎實施建設投資等），操作簡單方便，節(jié)能高效。

4 維修人員安全預防措施

4.1 遠離通電電路

維修人員在任何時候都必須遵守所用安全條例。 當電源接通時，不要在設備內(nèi)部更換元件或者做調(diào)試。在某些情況下，由于電容存儲電荷，既使電源處于關的位置時也存在危險電壓。為了避免事故發(fā)生，任何時候接觸設備之前，都必須斷開電源，把電路接地和放電。

4.2 不要獨自檢修和調(diào)試

除非有能夠提供幫助的人員在旁邊， 否則任何情況下任何人都不能獨自進入封閉的場所檢修或者調(diào)試設備。 必須使用專用工具和接受過專業(yè)培訓的技術人員才能對儀器設備進行檢修或調(diào)試。 檢修和調(diào)試時禁止帶電作業(yè)，必須將電源切斷。

4.3 搶救方法

使用高壓或者接近高壓的工作人員應該熟悉現(xiàn)代搶救方法， 這方面知識可以從地方醫(yī)療救助協(xié)會獲得。 當在危險區(qū)域工作時， 應該根據(jù)正確安全的步驟操作。 在進入危險區(qū)域工作前，要求對這些正確安全的操作步驟熟練掌握。

4.4 發(fā)射時天線指向開闊區(qū)域

如果必須在天線發(fā)射功率的情況下進行維護， 則采取必要措施使天線指向開闊區(qū)域。 在操作設備之前，所有工具、基座等都置于安全狀態(tài)。 完成有關設備維護后，立即將所有連鎖開關恢復到正常工作狀態(tài)。 在距離外露帶電部件的電氣設備1.5 m 之內(nèi)不要使用帶金屬的刷子、掃帚或者其他工具。

5 設備的使用禁忌和限制

錯接電子設備會導致主要的設備損壞。 所以在維護操作時，如果重新連接，應確保連接開關/顏色編號正確。

儀器設備的使用禁忌：不按手冊要求使用儀器，超范圍使用儀器；儀器安全系統(tǒng)失效，無視危險警告；在特定的許可范圍外，用工具如螺絲刀拆開儀器，私自修理或改裝儀器。 未經(jīng)廠家的同意而使用其他生產(chǎn)廠家的附件；誤操作以后繼續(xù)使用儀器，儀器有明顯的損壞和缺陷仍繼續(xù)使用；測量場地缺乏足夠的安全措施，如在道路上測量；在沒采用相應控制盒安全措施的情況下，操作機械、移動物體或類似的檢測應用。

使用限制： 儀器對環(huán)境條件的要求與人所能適應的環(huán)境條件相似：不適合在有腐蝕，易燃易爆的場合使用。在危險地區(qū)、與電力裝置接近的地區(qū)或類似地區(qū)工作時，儀器負責人一定要預先與當?shù)氐陌踩鞴軝C構和安全專家取得聯(lián)系。

6 常見故障及處理方法

6.1 供電異常

接收機電源指示不亮；市電供電是否正常。用萬用電表測輸出電壓。如果供電正常，檢查電源適配器。 適配器輸出電壓不正常，換適配器。 電壓正常時接收機壞，向生產(chǎn)商保修。

6.2 接收機異常

接收機沒有收到星；用測試電線替代原電纜，連天線與接收機,或換一臺接收機。 無星，是接收機的問題。 有星，是電纜的問題。 收星正常，原接收機有問題，否則是電纜問題。

6.3 電纜通電異常

電纜或者電纜頭問題； 短接電纜一頭的信號線與屏蔽線，用萬用電表測試。 電阻檔測試通，表示電纜正常。電阻檔測不通， 確定電纜有問題。 確認電纜頭的結(jié)構是否完好，電纜頭膠帶是否密封。 電纜頭結(jié)構不好，換電纜頭。 密封不好，換防水膠帶密封電纜頭。 電纜頭結(jié)構好，是電纜斷。

6.4 參數(shù)設置異常

接收機沒有收到星；在檢查電纜沒有問題的情況下，檢查接收機設置是否變動。 通常按照說明書或留檔的正常設置，重新設置一遍。

6.5 衛(wèi)星數(shù)量異常

接收機收到的星數(shù)下降；檢查有無其他信號源干擾。查看設備周圍有無其他信號干擾信號或者障礙物對儀器進行了遮擋，在儀器仰角10°以上的范圍內(nèi)，不能有任何障礙物，否則會影響接受機對衛(wèi)星的搜索。

6.6 FTP 服務器沒有文件

先檢查接收機上是否有數(shù)據(jù)文件。 接收機上無數(shù)據(jù)文件， 在上述各項檢查無問題的情況下， 說明接收機故障，送生產(chǎn)商保修。 接收機上有數(shù)據(jù)文件，說明通信線路有問題。

6.7 通信問題

檢查通信網(wǎng)絡，用其他PC 機連機后讀取數(shù)據(jù)文件，取不到數(shù)據(jù)文件， 說明接收機通信模塊壞，PC 機連機能取到數(shù)據(jù)文件，如果確認基準站部分正常，則是FTP 服務器問題。

6.8 FTP 服務器問題

檢查FTP 服務器和網(wǎng)絡， 聯(lián)網(wǎng)取數(shù)據(jù)文件正常，是FTP 服務器有問題，否則FTP 服務器聯(lián)網(wǎng)問題。

7 小結(jié)

YQSI 型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)遙感水汽探測設備，能夠雙頻同步跟蹤地平仰角0°以上的所有可用衛(wèi)星，并行通道120 個，接收機能夠自動校時，接收機采樣整秒時刻與GPS時之差小于1 ms。 可設置不同的數(shù)據(jù)更新率，最高數(shù)據(jù)率為20 Hz（非內(nèi)插）。 設備支持文件循環(huán)存儲，可同時存儲多種采樣率的數(shù)據(jù)，存儲容量達16 G，可存儲原始數(shù)據(jù)或RINEX 文件。非正常斷電后恢復供電自動恢復工作，內(nèi)置FTP 服務支持FTP 主動上傳或手動下載。 能夠在開機幾秒鐘內(nèi)捕獲到所有可見衛(wèi)星。 內(nèi)置FTP 服務器， 允許簡單快速的手動下載數(shù)據(jù)或者使用FTP 上傳，將數(shù)據(jù)自動上傳到遠程FTP 服務器；內(nèi)置WEB 服務器，通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或INTERNET， 使用簡單的瀏覽器就可以監(jiān)控、置、管理接收機。

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