CLC-11-A型固定式邊界層風廓線雷達及常見故障分析

摘? 要：固定式邊界層風廓線雷達是一部脈沖多普勒雷達，能夠探測晴空大氣湍流，能夠實時探測大氣的三維風場且能實時地提供所探測高度的水平風場、大氣折射率結構常數、垂直氣流等隨高度的分布。該文簡要介紹了CLC-11-A型固定式邊界層風廓線雷達的工作原理及其常見故障，通過對日常工作中的一些常見故障舉例分析并總結維護維修經驗，為雷達業務保障工作提供了一定的參考。

關鍵詞：風廓線雷達? T/R組件? 虛溫

中圖分類號：TN959.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0055-03

Abstract： A fixed boundary layer wind profiler is a type of Pulse doppler radar that can detect clear air turbulence and atmospheric there-dimensional wind field in a real time.The wind profiler can continuously measure and provide the distribution of atmospheric horizontal wind field，vertical airstream，atmospheric structure constant of refractive index and other meteorological elements at measured heights above the ground.This paper briefly introduces the working principle and common faults of CLC-11-A fixed boundary wind profile radar，by analyzing some common faults in daily work and summarizing maintenance experience， this paper provides some reference for radar business support work.

Key Words： Wind profiler; TR assembly; Virtual temperature

固定式邊界層風廓線雷達是一種廣泛應用于天氣預報、空中管制、大氣污染預測等方面的地基遙感設備。配備聲探測功能的風廓線雷達還可以通過電波和聲波的相互作用遙感大氣溫度廓線。寧夏銀川河東機場目前布設了一部CLC-11-A型固定式邊界層風廓線雷達，且于2018年1月31日已投入運行。風廓線雷達的使用為天氣預報用戶提供了高分辨率數據，一定程度上填補了系統留下的觀測區域空白，保障其正常運轉，確保獲取資料可靠，隨之成為業務人員的基本工作。因此，了解并掌握風廓線雷達的工作原理及日常維護維修方法，是每個雷達業務從事者必備的能力素質。

1? 工作原理

固定式邊界層風廓線雷達主要以晴空大氣湍流為探測目標，再利用布拉格散射原理探測湍流中大氣折射率指數結構常數Cn2的變化，進而導出大氣中風場的變化。

雷達工作時，主控計算機首先產生高頻脈沖信號，信號通過發射前級和T/R組件移相放大，再由天饋系統輻射出去，最后進行功率合成，以把能量集中到天線的某一個波束上（天線共有五波束，分別為：偏東15°、偏西15°、偏南15°、偏北15°、天頂），雷達手冊規定一次完整的取樣應至少包括一個垂直和兩個正交的傾斜波束。

輻射出去的電磁波信號在遇到大氣湍流后就會被散射返回，被雷達天線接收，之后又經過T/R組件放大、移相、合成后送至數字中頻接收機，由其進行濾波、放大、正交、數據抽取，再由信號處理機進行頻域FFT運算變換，輸出回波信號的功率譜數據，最后由數據處理對功率譜進行分析，反演出大氣風場。

2? 故障分析

2.1 遠程監控與維護終端界面溫度顯示不正常

該界面顯示的溫度是通過溫度探頭測量得到的，它們分別安裝在室內室外機柜。2月3日，該監測終端顯示發射機柜、室內、TR1及TR2機柜溫度高達95℃（當時室外-12℃）（見圖1），10月15日監測溫度無顯示（見圖2）。引起這種故障的原因有3點：一是空調是否正常運轉;二是溫度探頭故障;三是溫控誤報。經查看，第一次空調運轉正常，更換溫度探頭后恢復正常;第二次空調及溫度探頭均正常，懷疑溫控誤報，等待一段時間后自動恢復正常。需要注意的是，業務人員要實時監控該終端界面，且至少一周巡視檢查一次空調運轉情況，以防關鍵組件長時間處于高溫狀態，降低其使用壽命。

2.2 遠程監控與維護終端顯示TR組件故障

T/R組件是有源相控陣的核心器件，其主要功能是實現功率和回波信號的放大。這里要說明的是，風廓線總共配了20個T/R組件，分別安放在天線陣正下方的兩個機柜里，同時機柜兩側各安裝一個小空調對其進行降溫。只要故障的組件不超過5個，其中一兩個故障，只會使雷達波的副瓣電平升高，使得最大探測高度降低，影響其探測效果，但不影響正常運轉。

11月15日巡視檢查發現雷達遠程監控與維護終端BIT界面顯示TR16開關功率120W組件故障告警（見圖3），此時雷達仍正常工作。引起這種故障的原因有3點：一是整個TR組件損壞;二是連接該組件的線路松動;三是軟件虛報故障。最后經與廠家聯系，懷疑波控碼遺失，由于前期安裝RASS更換了接收機模塊，導致其虛報故障，最后重新補裝波控碼后故障排除。

2.3 遠程監控與維護終端系統連接信息界面顯示不正常

銀川機場本場安裝了2臺服務器，互為主備，但該終端界面經常顯示備用服務器數量為0（見圖4）。遠程登錄服務器，經過仔細查看，是由于服務器程序軟件（WPSS）無響應導致，結束該進程，重啟軟件后便可恢復正常。這里建議經常對電腦進行病毒查殺。

2.4 風廓線雷達產品顯示終端溫度顯示界面溫度變化區間太大

該溫度是由RASS測量得到。其工作原理是：RASS的高功率聲源產生的聲波會擾動大氣，使之產生折射指數起伏，并利用風廓線雷達探測這種折射指數起伏，從而得到聲波傳播或運動的徑向速度的高度分布，再根據聲速和溫度間的關系就可以反演出溫廓線，從而得到隨高度變化的大氣虛溫[3]。但銀川河東機場自安裝RASS以來，經常會出現溫度突變現象（見圖5），由10℃突然變到-30℃，而下一時刻又變回10℃。經分析，引起這種現象的原因有：一是程序算法問題（目前銀川是國內第二家安裝RASS并實現測溫的，程序算法設計還不是很成熟）;二是原始數據本身問題，因為大氣條件變化對虛溫探測性能影響也非常大。

3? 其他常見問題

3.1 數據空洞

由于風廓線雷達探測的目標是大氣湍流，回波信號一般比較弱，當回波弱到一定程度后，就會無法生成風場，所以就形成了空白區，即數據空洞。同時由于回波比較微弱，其信噪比較臨界，反演的風場可信度不高，所以，我們經常會看到低空（尤其是0～100m區域）風場數據比較零亂。另外，濕度越大對雷達探測就越有利，因為潮濕空氣的反射系數變化會更大，寒冷干燥的空氣則容易導致數據空洞，這也就是為什么沿海地區是風廓線雷達的理想架設場所。

3.2 虛溫探測

一方面，降水時如果測得的水顆粒下降速度不同于垂直速度，測得的虛溫則會不準確;另一方面，溫度對RASS的影響很大，聲音衰減隨溫度、濕度和壓力的變化而變化，所以越是寒冷干燥的空氣其衰減能力越大，從而降低了虛溫的探測范圍。

4? 結語

固定式邊界層風廓線雷達作為一種先進的地基探空設備，它不僅能夠探測到大氣的三維風場數據，還能探測到垂直溫度廓線，且資料可靠性強。該設備目前已經廣泛地應用到民航業務中，尤其基于風廓線雷達提供局地的垂直風廓線，對于預報員在風切變預測、天氣系統過境、降水開始和結束時間等方面提供著非常有價值的指導。所以雷達業務人員非常有必要了解并掌握風廓線雷達相關知識及常見故障的維護維修技術，在日常工作中積累經驗，確保其正常穩定運行，進而更好地發揮其在高空探測、臨近預報等方面的優勢。

參考文獻

[1] 陳華彬，任京偉，任日中，等.CFL-03型風廓線雷達故障分析診斷技巧[J].氣象與環境科學，2017，40（2）：120-126.

[2] 周志敏，萬蓉，崔春光，等.廓線雷達資料在一次冰雹過程中的應用[J].暴雨災害，2010，29（3）：251-256.

[3] 蘇添記，夏潤芳，劉笑，等.CLC-11-D型風廓線雷達故障處理與運行維護[J].氣象研究與應用，2016，37（2）：88-90.

[4] 南京恩瑞特公司.固定式邊界層風廓線雷達總體技術說明書[Z].南京：南京恩瑞特實業有限公司，2017.

①作者簡介：虎雅莉（1992—），女，漢族，寧夏銀川人，本科，助理工程師，主要從事氣象探測設施應用維護工作。