氣象雷達(dá)原理及故障維護(hù)

葛杰

摘 要：氣象雷達(dá)是氣象部門開展氣象監(jiān)測的重要工具，對氣象狀況及其變化趨勢進(jìn)行探測，還能測定距離、方位等信息。文章對氣象雷達(dá)的工作原理以及雷達(dá)出現(xiàn)故障時(shí)的維護(hù)措施進(jìn)行分析與探討，旨在提高氣象監(jiān)測水平。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)；工作原理；故障維護(hù)

1、前言

氣象雷達(dá)主要用于探測氣象狀況以及變化趨勢。它是人們?yōu)榉婪稓庀箫L(fēng)險(xiǎn)，保障飛行安全而研制的航空電子產(chǎn)品。它是利用電磁波經(jīng)過天線輻射后遇到障礙物被反射回來的原理。它能夠在飛行中連續(xù)地向飛行員提供航路前方及其兩側(cè)的氣象狀況，此外還提供飛機(jī)前方地表特征的地圖型顯示，飛行員可據(jù)此選擇安全的航線，避繞危險(xiǎn)的氣象區(qū)域或其它障礙物，識別地標(biāo)以及判斷飛機(jī)的位置。

2、氣象雷達(dá)的組成

控制面板、顯示器、天線和收發(fā)機(jī)構(gòu)成了氣象雷達(dá)主要部件。機(jī)載氣象雷達(dá)還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩(wěn)定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨(dú)的垂直陀螺組建提供，也可由慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)提供。

在控制面板上可以選擇雷達(dá)的工作方式，顯示距離范圍，掃描區(qū)域，設(shè)置增益等各項(xiàng)功能。俯仰角控制開關(guān)可調(diào)節(jié)天線在±15°內(nèi)的俯仰變化，以便天線在適當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行掃描。增益控制開關(guān)可以調(diào)節(jié)接收器的靈敏度，接收器的自動(dòng)（CAL位）靈敏度因雷達(dá)系統(tǒng)的不同而不同。穩(wěn)定控制開關(guān)用于控制天線的穩(wěn)定性，當(dāng)飛機(jī)有俯仰、傾斜動(dòng)作時(shí)，通過R/T提供的補(bǔ)償信號控制天線，使其保持在選定的俯仰位置。識別控制開關(guān)是為了消除地面的雜波，使得對目標(biāo)的探測更為準(zhǔn)確。

3、工作原理

氣象雷達(dá)是通過目標(biāo)對雷達(dá)波的反射來確定目標(biāo)的位置和特性的。物體導(dǎo)電性好，對雷達(dá)波的反射能力越強(qiáng)，反射面積越大，反射能量越高，物體的幾何尺寸與波長相差很大時(shí)反射的能量變得非常微弱，而當(dāng)反射面的直徑可與波長相比擬時(shí)，反射回來的能量會(huì)明顯升高。常用的雷達(dá)一般工作頻率為200～10000MHz，這主要取決于雷達(dá)的用途和性能，而且必須在國際電信聯(lián)盟所指定的頻段內(nèi)，目前航空公司一般選用X波段的機(jī)載氣象雷達(dá)。

3.1距離測定

氣象雷達(dá)發(fā)射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過測量所接收到的目標(biāo)回波信號與發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔t，可以算出目標(biāo)相對于飛機(jī)的距離L=ct/2。它的距離分辨力決定于脈沖的寬度，要提高區(qū)分近距離目標(biāo)的能力，必須使用較窄的脈沖寬度。

3.2方位測定

它是通過測定雷達(dá)天線波束軸的瞬時(shí)方位來確定目標(biāo)方位的。雷達(dá)天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當(dāng)天線指向某一方位時(shí)只有該方位的目標(biāo)回波才能被雷達(dá)所接收，把該信號的位置傳輸給顯示器，使回波圖像顯示在顯示器的相應(yīng)方位，就可以確定目標(biāo)的實(shí)際方位。雷達(dá)的方位分辨能力取決于天線水平面內(nèi)的波束寬度，天線波束在水平面內(nèi)的寬度越窄，其方位分辨力越好，為保障良好的方位分辨力，采用平板縫隙天線陣。3.3降水探測雖然雨、冰雹和雪都屬于導(dǎo)電的水物質(zhì)，氣象雷達(dá)可以探測雨滴或濕的冰雹，卻無法探測云、霧、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質(zhì)對于雷達(dá)發(fā)射的射頻脈沖能量有一部分被吸收、損耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷達(dá)監(jiān)測的范圍內(nèi)，且具有一定的直徑和密度的降雨區(qū)域均能產(chǎn)生有效的回波，從而被氣象雷達(dá)檢測出來。反射回的信號強(qiáng)弱與目標(biāo)含水量有關(guān)，接收器接收到信號就可分析目標(biāo)的性質(zhì)和強(qiáng)弱，并在顯示器是用不同的顏色表示。

4、工作方式

氣象雷達(dá)的工作方式需通過控制面板選擇，有以下幾種：（1）氣象方式（WX）：這是其基本工作方式，用于探測飛機(jī)前方的氣象信息及障礙物的平面顯示圖。用不同顏色代表降雨的密度：黑色代表強(qiáng)度最低，隨著密度的逐漸增加分別用綠色，琥珀色，紅色紫色來表示。（2）氣象+湍流方式（WX+T）：這是其典型的工作方式，可同時(shí)探測航路中的氣象信息和湍流，并在屏幕中以洋紅色顯示湍流區(qū)域。（3）湍流方式（TURB）：屏幕只顯示湍流區(qū)域。（4）地圖方式（MAP）：用于觀察飛機(jī)前下方的地表特征，可提醒機(jī)組注意地面目標(biāo)引起的危險(xiǎn)，比如小山等快速變化的地形。這是利用不同地形對電波反射回波的差異，可顯示出山峰、河流、海岸線或城市等地形輪廓。在此模式下，黑色代表水，綠色代表地面，琥珀色代表城市和山區(qū)。天線角度設(shè)置過低，會(huì)引入過多地面雜波，進(jìn)行俯仰調(diào)節(jié)，有專門的抑制雜波開關(guān)。（5）輪廓方式（CYC）：工作情況與氣象方式基本相同，屏幕上的紅色圖像將會(huì)以每秒一次的間隔閃爍，而這種方式不是所有型號的氣象雷達(dá)都配備。（6）OFF模式：此模式下，氣象雷達(dá)系統(tǒng)被關(guān)閉。

5、自檢功能

雷達(dá)故障自動(dòng)檢測系統(tǒng)是為了對雷達(dá)快速、準(zhǔn)確、隔離故障到可更換單元（LRU），以便快速維修，達(dá)到降低雷達(dá)修復(fù)時(shí)間的目的。現(xiàn)代氣象雷達(dá)都具備完善的性能監(jiān)控和機(jī)內(nèi)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對提高雷達(dá)的總體性能、可靠性、可使用性、可維修性具有極其重要作用。

只有在氣象雷達(dá)系統(tǒng)完整，連接正常的情況下才能進(jìn)行自檢測試。在通電前要保證與其相關(guān)的跳開關(guān)都處于接通狀態(tài)。雷達(dá)天線的穩(wěn)定性是以慣性基準(zhǔn)組件提供的飛機(jī)姿態(tài)為基準(zhǔn)的，而飛機(jī)上的慣性基準(zhǔn)組件在啟動(dòng)后還需經(jīng)過一段時(shí)間的校準(zhǔn)才能開始正常工作，所以要等這些系統(tǒng)準(zhǔn)備好后才能開始性能檢測。為實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)系統(tǒng)的全面監(jiān)控，收發(fā)機(jī)內(nèi)的BITE不僅要接收收發(fā)組內(nèi)部電路的狀態(tài)信息，還要接收與雷達(dá)系統(tǒng)有交聯(lián)的系統(tǒng)的信息和指令：（1）收發(fā)組內(nèi)部相關(guān)電路的檢測信息。（2）溫度傳感信號，當(dāng)溫度超出給定的范圍時(shí)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的信號。（3）由ARINC429總線輸入的來自雷達(dá)控制組件的指令信號。（4）天線的掃掠和俯仰檢測信號，用于檢測掃掠位置和俯仰姿態(tài)。（5）來自中央維護(hù)計(jì)算機(jī)和慣性基準(zhǔn)組件輸入的控制指令和姿態(tài)基準(zhǔn)信息。

6、結(jié)束語

氣象雷達(dá)是氣象監(jiān)測的重要手段，在突發(fā)性、災(zāi)害性的監(jiān)測、預(yù)報(bào)和警報(bào)中具有極為重要的作用，要想充分利用氣象雷達(dá)，必須掌握正確的使用方法和理解顯示目標(biāo)特點(diǎn)，同時(shí)，對雷達(dá)知識的了解程度和經(jīng)驗(yàn)，會(huì)影響我們的判斷，而保障其正常工作是機(jī)務(wù)人員的基本要求。此外還需根據(jù)具體問題能進(jìn)行具體的分析，熟練地運(yùn)用手冊、工具、設(shè)備等。機(jī)務(wù)維修中的實(shí)踐使自己得到豐富的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)的積累對維修行業(yè)來說顯得特別寶貴。有了豐富的經(jīng)驗(yàn)，便可以輕而易舉地使問題得到正確、迅速、有效的處理，以達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]劉康，陳陽.氣象雷達(dá)原理及故障維護(hù)[J].無線互聯(lián)科技，2018，15（20）：1-2.