气象多普勒雷达故障分析

裴新宇

气象多普勒雷达的结构如图所示，它的理论基础是电磁波的多普勒效应。多普勒效应是澳大利亚物理学家多普勒（J.Doppler）1842年首先从运动着的发声源中发现的现象：波源相对于观察者运动时，观察者接收到的信号频率和波源发出的是不同的，而且发射频率和接收频率之间的差值和波源运动的速度有关。对于气象多普勒雷达来说，当目标物的运动指向（背向）雷达站时，雷达接收到的回波载频将高于（低于）发射波的载频。频率变化的量级小，约为发射载频的10-7，但其值正比于目标物径向运动的速度分量。因此根据回波载频的变化，即可计算出目标物的径向运动速度。多普勒雷达具体效用为：当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异，从而得出所需的信息。运用这种原理，可以测定回波散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义。雷达操作者可依靠反射率因子产品确定回波的强度，确定风暴的强弱和结构以及强降雨（雪）带，还可根据反射率因子随时间的变化确定降水回波的移动以及未来的趋势等。平均径向速度表示整个360°方位扫描径向速度数据，径向速度即物体运动速度平行与雷达径向的分量。径向速度有许多直接的应用，可以导出大气结构，风暴结构，可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。它可提供由于风切变、湍流和速度样本质量引起的平均径向速度变化的观测，也可用来确定边界（密度不连续面）位置、估计湍流大小及检查径向速度是否可靠。而根据基本数据资料通过气象算法处理后得到更多的结果，比较重要的有相对于风暴的平均径向速度图、相对于风暴的平均径向速度区、强天气分析、组合反射率因子、回波顶、剖面等。

2.气象多普勒雷达的发展情况

多普勒天气雷达技术的发展分三个阶段，第一阶段20世纪40年代末到60年代，第二阶段20世纪70年代到20世纪80年代，第三阶段从20世纪90年代开始。近年来多普勒天气雷达最突出的发展是其在大气遥感探测和研究中的应用，如探测降水云内和晴空大气中水平风场和垂直风场、降水滴谱和大气湍流等。

20世纪80年代初，美国开始研制全相干脉冲多原普勒天气雷达，1988年开始批量生产，并由此组成的美国下一代天气雷达网（NEXRAD）作为美国气象现代化的重要组成部分开始实施。其使用的WSR-88D多普勒天气雷达不仅提高了探测能力，还具备了获取风场信息的功能，并提供了丰富的监测和预警产品。

3.多普勒雷达故障分析

多普勒雷达作为一种精确度要求非常高的现代化的系统设备，使用发到民航管理中具有非常高的时效性要求，在关键的时候不允许出现气象雷达因故障儿童出现停机，因此在日常工作中需要对雷达地硬件进行更加清晰的了解，将故障排除的更加快捷准确，为气象预报和观测工作提供帮助。

（一）发射系统故障

发射系统故障具体包括以下几个方面的问题：可控硅风机故障，出现这种现

象的原因是可控硅风机出现毁坏，不能正常的转动或者是电源出现毁坏。针对这种问题需要对发射机进行冷却，对电源线的通电情况进行分析，确定电源的情况是否符合要求；发射脉冲故障，这种故障出现的原因是发射脉冲包络检波明显变窄，针对这种故障可以使用示波器检查几首激励输出脉冲宽度和固态放大器输出脉冲宽度，对整体的脉冲接受情况进行分析；灯丝故障，这种故障出现的原因是灯丝电源负载为断路状态以及灯丝电源本身已经出现毁坏，针对这种情况需要将雷达发射机断电，并使用万有表对脉冲情况进行检查，判断其是否存在脉冲变压器之间接触不良的情况，如果灯丝出现故障，需要对灯丝进行替换电源后，对故障进行排除，使得雷达恢复正常工作。

（二）接收系统故障

接收系统关系到整个雷达信号的运行情况，需要对其故障类型进行更加科学的分析，具体的故障包括：特性曲线出现异常，这种情况需要对终端接收器噪音情况进行全面的观察，保证标定噪音系数，保证噪音在合理的范围内。如果出现噪音电平和噪音系数不正常的情况，则需要检查接收机电源的保险丝，在保险丝没有毁坏的情况下对射频放大器进行研究，保证输出功率在合理的范围内；噪音电频跳电，这种情况出现的原因是频率源基准时钟信号偏离原值，中频通道选择开关出现问题。针对这种情况需要对雷达机房的温度进行控制，保证雷达在正常的运行温度下工作，如果温度正常需要对基准时钟信号输出波形峰值进行分析，出现异常调整电路，在需要时对中频信线路进行控制，全面的提升信号管理质量。

（三）信号处理系统故障

信号处理系统作为处理信号的关键系统，担负着对数据分析的目的，这种系统出现故障的原因大部分属于板级的故障，需要通过更换插件的方式进行故障的排除，具体的做法包括在进行故障判断时需要对指示灯进行判断，指示灯可以将故障的发生方式进行进行指示，在指示灯的指导下对故障发生的位置进行处理，全面的提升故障处理的质量和效率。

（四）软件系统故障

雷达软件系统出现故障主要是因为服务器在运行过程中造成的一些接触不良情况，但是软件系统是不断升级的，如果故障经常性的发生在一定程度上回影响气象预报工作，因此需要对故障现象进行分析，首先需要对故障现象进行分析，如果在扫描后的图像不能存储在服务器中，就会出现预报员无法通过数据浏览读取历史图像的情况，需要对软件进行分析，找出可能出现的问题，及时进行分析。其次，在数据分析过程中如果出现数据服务软件报错的情况，在重启之后对数据服务软件并没有对数据起到恢复的作用，经常性的出现这种情况可能是服务器系统中毒，需要对服务器进行重装。

4.结束语

多普勒雷达气象管理系统在运行过程中需要对系统整体运行情况进行分析，充分掌握系统的运行原理，并对其中可能出现的问题进行分析，要求气象雷达机务员具备较高的理论水平和故障排除能力，在日常维护上要经常性的对其检查维护，提早发现问题，才能有效减少故障发生。民航多普勒气象雷达管理系统需要时效性较强，因此需要加强设备的远程监控和网络安全管理，保证雷达的正常运行，提升雷达使用质量。

参考文献

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[2]晏珂.浅析民航多普勒气象雷达在江西空管的应用[J].科技广场，2014，01：120-125.