气象雷达原理及故障维护
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摘 要：气象雷达是探测气象信息的重要设备，在目标物轮廓辨别，雷雨强度以及方位的检测等领域应用广泛。气象雷达一般是由发射机、波导系统、接收机、定向天线、控制面板、显示器等几大部分构成，具有灾害天气预警、突发性天气预测等作用。本文将简述气象雷达的工作原理，并对常见故障及其维护措施进行具体分析，以期能够为相关气象检测工作提供一定参考借鉴。
关键词：气象雷达 工作原理 故障维护
中图分类号：TN959.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（b）-0045-02
1 气象雷达的工作原理
气象雷达主要是利用目标物对雷达波的反射状态来判断目标物的特性以及具体位置。目标物对于雷达波的反射能力、反射面以及反射能量与目标物的导电性能有关，导电性越高，反射能力越强、反射面越广，获得反射能量越大。但是，当目标物的外形尺寸与雷达波波长相差甚远时，发射能量将会被削弱;而当目标物的反射面直径与波长相差不大时，反射能量将会有显著提升。当下，气象雷达的频率通常在200MHz到10000MHz范围内。气象探测雷达的工作原理具体如下。
1.1 距离测定
测量目标与地面间的距离是气象雷达的核心工作。气象雷达以光速向空中发射电磁波，接触到目标物之后，会反射回波信号，假设收回信号与发射脉冲的时间间隔为t，光速为c，那么目标与地面的距离L=c*t/2。距离测定能力与脉冲宽度正相关，在测定近距离目标物的时候，应选择宽度较窄的脉冲。
1.2 方位测量
气象雷达利用天线波束轴的瞬时方位判定目标物方位。雷达天线的波束呈现为圆锥形状，宽度相对较窄。因此，当天线处于某一特定方向时，雷达只能接收处于该方位上的回波信号，并将其传输给显示器，获得目标物的实际方位。雷达天线水平面上的波束宽窄对方位测量水平有着直接影响，波束越宽，方位分辨能力越弱。
1.3 降水探测
作为气象监测的重要工具，降水探测同样也是气象雷达的重要任务。气象雷达可以检测雨滴或者湿度较高的冰雹，但是对于云、雾或者湿度较小的冰雹则不适用。同时，由于含水物质会吸收雷达发射脉冲的部分能量，加之能量存在一定损耗。因此，雷达接收的反射信号并不是全部，而是在有效范围内，检测一定密度以及直径的降水区域产生的有效回波。按照雷达监测信号的强弱等级，通过显示器体现目标物的性质、状态以及含水量。
1.4 湍流检测
湍流监测就是要对大气中变化的、运动的气流进行气象监测。通常情况下，湍流现象往往会出现在暴风雨天气。在飞行过程中，气流变化会影响飞机平衡，产生颠簸，甚至会导致飞机部件出现故障、破损等。湍流监测利用多普勒原理，具体公式为：f=2v/λ。多普勒频移和相对速度偏差正相关，假如雷达接收信号的多普勒宽度大于参考数值，则为湍流。但是，假如湍流湿度较低，气象雷达则无法发挥探测作用。
1.5 风切变检测
所谓风切变就是在某区域内，风向或者风速突变。风切变会对飞行造成严重影响，大多数飞行事故都是风切变引起的，特别是低空风切变，大大提高了飞行过程中起飞與着陆阶段的风险系数。而气象雷达对于风切变的有效检测，通过对风切变区域回波的多普勒频移的具体特征进行对比分析，辨别风切情况，对于避免重大飞行安全事故的发生有着十分重要的积极意义。
2 气象雷达的故障维护
气象雷达的应用领域十分广泛，与之相关的配套系统也是相当庞杂，因此，气象雷达故障在所难免。在实际应用过程中，比较常见的故障主要有雷达不扫描、图像显示失真、运行不正常、散热出现问题等。
2.1 雷达不扫描
不扫描是气象雷达最为常见故障的一种，通常是由天线组故障导致的。天线组分为扫描通道和俯仰通道。其中，前者用于波束扫描，以实现目标物的具体探测。一旦扫描通道出现故障，那么天线组则无法正常运行。天线组的重要构成部分有电机和机械传动装置等，电机损坏、卡组是引起天线组故障的主因。因此，进行故障检修时，电机损坏、卡阻有否是首先检查任务。假如电机损坏，应及时更换;假若存在异物，则应第一时间清理，避免干扰正常工作。
2.2 雷达图像显示失真
引起雷达图像失真的主要因素有三种，分别为：雷达收发机电路故障;平板天线或者波导管有异物;显示器故障。维护维修时，第一步应检查显示器是否正常，如有故障，应及时进行维修或者更换;第二步应查看插座、波导管连接位置等是否连接不牢，对于可以处理的异常情况要及时解决，能力范围外的要及时上报，请求技术支持;最后，通风管、收发机、平板天线等要定期进行保养维护，以延长使用寿命。
2.3 雷达非正常运行
雷达运行故障主要分为两个方面，其一，供电系统故障;其二，受收发机电路故障。维护时，应检查相关供电系统的开关是否开启。其次，要检查控制盒是否正常。第三，要进行调试，检查马达与驱动装置是否存在故障。假如，以上方法均没有解决问题，那么就需要更换收发机，之后，再进行上述测试。
2.4 气象雷达散热问题
气象雷达的运行会产生大量热量，而散热功能的好坏则是影响气象雷达探测数据精确性及其使用寿命的关键因素。散热性能不佳，极易出现显示器高温问题，导致图像显示不正常。当显示器温度超过极限值（80℃）时，雷达的显示功能将会丧失。滤纸堵塞是引起散热问题的重要因素。因此，在日常巡查过程中，工作人员应仔细检查后边滤纸，以便能够及时清理滤纸杂物，避免堵塞。除此之外，散热性能还会影响雷达显示图像的清晰度，对于该类问题，应保证显示器的背景旋钮均处于正确位置。
2.5 接收信号故障
气象雷达对于工作环境的要求较高，尤其是在雷雨天气，一旦出现波导管进水，很容易出现波导管损坏现象。同时，由于平板天线的每一个缝隙相当于一个半波对称振子，积水进入会导致雷达天线介电常数发生变化，改变缝隙等效长度，从而无法作为半波振子，对天线方向的辐射电场带来负面影响，接收目标物发射能量波的能力变弱，以致于雷达接收机在信号处理过程中将其视作雷雨天气，或者认为是天线运行异常。面对接收信号问题，首先要加强日常维护，保障雷达罩无破损，且密封性高。春季和夏季由于降水量多，且气候多变，是雷雨天气多发季节，大多数雷达故障都发生在该阶段。基于此种自然环境，雷达系统的日常维护容不得一丝马虎，相关部门应完善设备管理制度，加大维护保养力度。
3 结语
总而言之，气象雷达是进行气象检测的重要工具，对于目标物轮廓、雷雨区域、雷雨强度等气象检测领域应用十分广泛。气象雷达发射的脉冲波，在接触目标物之后由雷达接收机进行信号接收与处理，以判别目标物方位、强度、特征。随着科技的不断发展，气象雷达对于灾害性天气的预测信息越来越精确，这对于飞行安全以及农业灾害预防等均有着良好的发展前景。但是，由于气象雷达的构造及其相关配套系统复杂，因此，雷达故障有时是很难避免的。在实际应用过程中，工作人员要定期对重点部件进行定期的、针对性的检查，以减少雷达故障发生几率，提高气象检测效率以及检测质量。
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