L波段探空雷達天控系統故障分析與處理

劉永亮，黎美宏，於 瑩

（1.廣西區氣象技術裝備中心，廣西 南寧530022；2.南寧市氣象局，廣西 南寧 530022）

GFE（L）1型雷達所跟蹤的目標是有源的，故稱二次雷達，其頻率屬于L波段范圍，亦稱L波段探空雷達。該雷達與電子探空儀配合，測定高空的風向、風速、氣溫、氣壓和濕度5個氣象要素，為氣象臺站提供風場信息等氣象資料。全國120部L波段探空雷達投入業務運行以來，經過多年的維修保障工作實踐，雷達技術保障人員在維護維修方面積累了大量實踐經驗，安克武、任雍等[1-6]詳細介紹雷達常見故障分析及處理方法。天控分系統作為探空雷達的重要組成部分，其故障率也相對較高。本文結合多年來探空雷達維修保障的實踐經驗，分析天控分系統典型故障，總結故障處理方法。

1 天控系統基本原理

天控系統根據和差環所獲取的角誤差信號或手動信號完成對天線的控制，以達到跟蹤探空儀的目的。其工作方式有手動和自動兩種。在手動方式時，由人工操縱手動盒，天線可以上、下、左、右轉動，當示波器上的四條亮線兩兩對齊時，即對準了探空儀。而在自動方式時，由軟、硬件結合的控制單元將調制在載波上的角誤差信號解調下來，使天線朝著誤差減小的方向運動，完成自動跟蹤的功能[7]。其框圖如圖1所示。

圖1 天控系統基本原理框圖

在手動狀態時，終端分系統采樣到手控盒的手控電壓，將其轉換成代表速度的數字信號，通過串口傳給微處理器，它接收后再通過D/A轉換變成相應的速度電平送給驅動器，驅動電機帶動天線轉動。

在自動工作狀態時，檢波電路將調制在800 kHz副載波上的角誤差信號解調出來，經放大后送給A/D轉換器將其轉變成數字量，微處理器將這個數字量濾波、平滑后，再將其通過D/A轉換器轉換成代表角誤差大小、方向的速度電壓，再經直流放大器放大后送給驅動器驅動天線朝著減小誤差的方向轉動。

此外，微處理器通過擴展并口輸出50 Hz的程序方波，其作用是按5ms的時間間隔依次導通和差箱中的PIN開關管，將差環獲取的角誤差信號調制至和信號上，即完成相當于換相掃描的功能。但由于TTL邏輯電平不能驅動PIN開關管，因此在該分系統中設置了4路完全相同的驅動電路。

同時擴展并口輸出的TTL邏輯電平的程序方波還送到顯示分系統，作為x掃描，完成測角狀態四條亮線的顯示。該分系統的印制插板代號為11-6，置于室內的主控箱內。

2 天控系統信號流程

天控板收到自動或手動天線控制信號后，將該控制信號解析和轉換后送給交流伺服驅動器，驅動電機的編碼器收到交流伺服驅動器的控制信號后控制驅動電機驅動諧波齒輪箱轉動，諧波齒輪箱帶動天線轉動，同時也帶動同步輪系轉動，同步輪系帶動粗同步機和精同步機同時轉動，同步機的角度信號經過角碼轉換板解碼后，送給終端板，終端板將信號通過RS232串口送給終端計算機用于軟件顯示天線的角碼數據。

方位和俯仰的驅動信號或角碼信號的信號流程基本相同，唯一的區別在于俯仰的信號經過匯流環，而方位的信號不經過匯流環，信號流程如圖2所示。

圖2 天控系統信號流程

在該系統中，帶動天線轉動的是交流電機，而與之配套的則是交流伺服驅動器，這種驅動器的報警功能較強，當出現接線錯誤、發生電器或機械故障時，驅動器會報警，此時，驅動箱面板的報警指示燈亮紅燈，打開驅動箱的上蓋板，觀察驅動器面板的指示窗顯示的報警號“Err××”，對照表1，可以找出故障原因，從而有針對性的排除故障。

表1 交流驅動器報警碼含義表

方位和俯仰各有1個交流驅動器，可互換，但需更改驅動器的設置。如需更換驅動器時，要確認備份的驅動器設置在方位還是俯仰狀態。

2.1 更換俯仰交流驅動器

如有時備件是方位驅動器，要換到仰角上使用，需對部分設置進行更改，一是增加仰角限位功能，將04設置為0.二是對電機轉向進行更改，將51設置為1。具體方法和步驟如下。

2.1.1 限位設置步驟

接通驅動器電源，按SET按鈕，按MODE按鈕，此時顯示PR-r00.按左、上、下按鈕選擇需要的參數號碼，這里選04，按SET按鈕，用上、下按鈕改變數值，將1改為0.按SET按鈕，按MODE按鈕，按SET按鈕，出現EEP —，按住向上按鈕（約3秒鐘）顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會顯示Start，完成后顯示Finish.關掉電源后再接通電源，寫入內容生效。

2.1.2 轉向設置步驟

接通驅動器電源，按SET按鈕，按MODE按鈕，此時顯示PR-r00.按左、上、下按鈕選擇需要的參數號碼，這里選51，按SET按鈕，用上、下按鈕改變數值，將0改為1.按SET按鈕，按MODE按鈕，按SET按鈕，出現EEP —，按住向上按鈕（約3秒鐘）顯示屏上的短橫杠逐漸增加，開始寫入，瞬間會顯示Start，完成后顯示Finish.關掉電源后再接通電源，寫入內容生效。

2.2 更換方位交流驅動器

如原先驅動器設置的是仰角狀態，需將仰角調整為方位，只是將04設置為1，步驟與2.1.1限位設置步驟相同。

手動轉動方位，看天線實際轉動方向與手動控制方向是否一致，如果不一致，需將51設置為0，步驟與2.1.2轉向設置步驟相同。如果一致，則不需要更改設置。每部雷達情況不盡相同，51設置是否需要更改，主要取決于天線實際轉動方向與手動控制方向是否一致，不能一概而論。

3 故障檢修實例

3.1 匯流環故障

故障現象：在雷達運行過程中，雷達轉到某個方位時，仰角告警，天線仰角不能轉動，驅動分機的“E告警”紅燈亮，“E準備好”綠燈不亮。

主要檢修過程：打開驅動分機的蓋板，可以看到仰角驅動器顯示22#（大部分情況下都是22#）告警，出現這種情況主要是匯流環長期使用以后上面出現一些污垢（第14—24環），刷架與匯流環接觸不好，導致驅動電機的編碼器連接出錯。拆下匯流環刷架，用濃度95%以上的酒精擦洗匯流環及刷頭，故障排除。

3.2 皮帶斷裂

故障現象：搬動控制盒的操縱桿搖動仰角，角度無變化，實際天線仰角未動。

主要檢修過程：扳動天線仰角操縱桿，CRT上仰角角度不變，驅動箱俯仰無告警現象，通過攝像頭觀察發現實際天線仰角未動，在天線旁能聽見電機空轉聲，打開俯仰驅動箱蓋，發現傳動皮帶斷裂，估計為傳動皮帶老化造成了斷裂，更換皮帶，故障排除。

3.3 連軸器打滑

故障現象：快速板動方位操縱桿，從方位角度上可看出角度變化滯后，天線突然停止時角度還有變化。

主要檢修過程：從故障現象可以判斷天線方位打滑。打開天線座驅動艙蓋，取下方位驅動電機屏蔽罩，可以看出裝在驅動電機軸和方位諧波軸上的連軸器有松動現象，使得電機在轉動時連軸器打滑，用六角扳子把連軸器上的兩只內六角螺釘重新緊固即可。

3.4 零點漂移

故障現象：在放球過程中，四條亮線參差不齊。

主要檢修過程：四條亮線參差不齊，懷疑是由于11-6板仰角和方位的采樣零點漂移所致。零點漂移主要是由于D14（LM358或LM158）運放的不穩定造成的，需要重新調整仰角和方位的零點，調整的方法如下（這里以仰角為例）：在無信號狀態下，將距離干預至1 km以外，用示波器探頭（×1檔）測量11-6板上D14（LM358或LM158）的第1腳（方位是第7腳）上的電壓，應為0 V（示波器的幅度檔調到0.1V），如果不是0 V，就要調整電位器RP2(方位是RP5)，把電壓調到0 V.

4 結束語

在L波段探空雷達使用過程中，各種器件使用一段時間后會出現老化、緊固件松動等，經常對雷達機械部分進行檢查和維修是預防和減少故障發生的重要途徑。雷達技術保障人員應該熟練掌握雷達工作原理、信號流程及各種器件對應的檢測方法，熟練使用三相萬用表、示波器等檢查儀器對關鍵點參數進行測量，在排除雷達故障過程中才能胸有成竹、得心應手。

[1]安克武，劉 濤，于 曉，等.L波段氣象探空雷達角度自動跟蹤系統故障分析[J].現代雷達，2012，34（1）：14-19.

[2]任 雍，汪 波，周惠珊.L波段探空雷達天饋系統故障分析與處理[J].信息通信，2014，139（7）：277-279.

[3]黃 薈，唐明松，盧雪勤.百色站L波段雷達故障個例分析[J].氣象研究與應用，2012，33(z1):228-229.

[4]馬玉英.關于探空L波段雷達維護維修技巧[J].農業與技術，2013，33（7）：189，194.

[5]崔炳儉，董衛紅，崔 燦，等.淺談L波段氣象探空雷達常見故障的維護維修方法[J].大眾科技，2010，128（4）:101-102，81.

[6]李艷君，紀家倫，秦聰敏，等.淺析高空觀測中氣球過頂丟球的處理[J].自然科學，2010，35（14）:1.

[7]中國氣象局監測網絡司．L波段高空氣象探測系統設備維護、維修手冊[M]．北京：中國氣象局，2004．