探空分析（共10篇）
探空分析 篇1
截止目前, 全国气象部门的地面测报均已普及自动站, 但大部分自动气象观测站都不能实现云、能、天的观测;尤其是云的观测关系到天气的演变, 更为重要;“云是天气的招牌”[1], 云的形成和演变, 是大气中错综复杂的物理过程的具体表现之一, 也是预示未来天气变化的重要征兆;云天观测是台站预报的重要依据[2]。
云的观测主要包括:判定云状、估计云量、测定云高和选定云码[3];目测均可解决云量、云状的观测, 但云高目力估测误差较大, 而器测云高受到台站条件的限制, 大部分台站还广泛采用目力估测云高;本站设有高空观测, 探空气球释放后, 探空仪器入云时, 湿度会发生突变, 温度也会有相应的变化, 故可借用探空数据中的湿度以及温度的变化来确定云底的高度范围, 对云高的观测进行校对。
台站名:童丘国家气象观测站一级站2007/05/15/19:15:25
1 采用高空数据中湿度、温度变化校对云高的原因
云是悬浮在天空中的大量微小的水滴或冰晶。形成云的条件有三个:一是充足的水汽, 二是有足够的凝结核, 三是使空气中的水汽凝结 (或凝华) 成水滴 (或冰晶) 时所需的足够的冷却[1]。由此可以看出, 云中的湿度较大, 当探空气球入云时, 湿度会发生明显的突变;而温度也会有相应的降低, 只是变化比较小, 不易看出;故可用高空数据中湿度变化, 参考温度的变化, 来校对云高的观测。
2 资料与方法
采用2007年有代表性的同一时段L波段二次测风雷达观测的高空湿度资料以及相应的温度对数压力图中的露点温度与温度的变化情况, 结合地面目测云状的资料和当地云高范围进行校对观测, 增加目测云高的准确性;分晴朗和雨雾两种天气条件下的校对观测进行举例分析, 阐明探空资料校对云高的可行性。
3 资料分析
(1) 天气晴朗时的校对观测, 用2007年5月15日20时释放的探空气球资料, 如图1。
结合相应的温度对数压力图, 如图2。
由上两图可以进行分析, 从高空气象探测系统数据处理软件中, 用数据辅助处理结合图1, 可知气球升到3分57秒时, 湿度开始突变升高, 表明气球刚入云, 探空数据处理软件中点击任意时刻、高度、气压的气象要素值, 输入时间便可得到如表1的数据表, 计算出此时的高度为1680米。
尽管从图1可以计算出云高, 但是单从一方面的变化还不能足以说明问题, 而且从图1中温度变化很难看出云底在什么地方, 此时可以结合T-Ln P图 (见图2) 进行分析;图2中温度的变化就较明显, 温度突然发生了折变, 说明此处有气团存在, 气团内的温度变化和气团外的温度变化会有明显的区别;再看一下露点温度的变化, 由于露点温度表示的是空气的湿度特征, 在压力一定的情况下, 露点的高低只与空气的水气含量有关, 水气含量越多露点也就愈高[1], 由此可以看出, 当探空气球入云时, 露点温度便会升高或者是降低速度变慢, 图2中可以明显看出, 大约在气压830hpa左右, 露点温度发生变化, 从这个高度以上, 降低比较少, 基本上没有变化, 结合温度变化, 此处可定为云底的范围。
由图1所形成的表中, 可知气球入云时的气压为828hpa, 由图2分析云底范围处的气压大约为830hpa, 两者非常吻合。最后再结合07年5月15日20时地面目测的的云状:阴暗的大条形云状, 云底个体起伏明显, 闭光无缝隙, 云块视宽度大于5°, 符合低云SC OP, 而低云的云高范围是600~2500米;由以上几点可确定, 经过分析计算出的云底高度1680米即为当时观测的云高。
(2) 有雾或有雨的特殊天气条件下的校对观测。
在天气晴朗的条件下, 用探空数据来校对云高, 非常的可行, 但在有雾或有雨时, 地面和空中湿度都较大时, 是否可行呢?用2007年10月23日08时的探空数据进行分析。
在图3中, 根据湿度变化线, 很难分辨出哪一点是表明气球入云, 温度更是难以分辨, 因此不能用探空软件来计算云高。但由此做出的T-Lnp图 (见图4) , 可以看出在820hpa左右露点温度折变比较明显, 但其在920hpa左右也有折变的表现, 而温度没有什么明显的变化, 因此也很难确定到底那个部位是云底。这说明, 观测时空气湿度大, 用探空数据来确定云高不可行, 只能通过人工目测来确定, 尤其是有雾时, 云高的目测误差较大, 到目前也是一个很难解决的问题, 有待进一步的寻求好的方法。
4 结语
通过资料的分析对比可得出以下结论。
(1) 由于云内的湿度比周围空气中的湿度大, 露点变化较小, 在天气晴朗时可用L波段探空资料中湿度的变化结合T-Lnp图中露点和温度的变化, 利用目测的云状, 来确定云高, 证明是准确可行的。
(2) 在特殊天气下, 即有降水、雾、霾的天气现象出现时, 由于这几种现象出现时, 整个空气中湿度都较大, 湿度、温度均没有明显的变化;则不能用L波段探空资料来对地面观测中的云高进行校对。
参考文献
[1]邬平生, 袭潜江, 等.气象学[M].北京:农业出版社, 1979, 1:182.
[2]谭海涛, 王贞岭, 余品伦, 等.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社, 1986, 12:109.
[3]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社, 2003, 11:11.
探空分析 篇2
众所周知，天空一号是中国首个试验站。他为我国航天事业做出了巨大的贡献。
此时我是个宇航员，进行着各种危险作业。“滴滴滴滴”，门口传来一阵紧急铃声，我打开无线电通讯仪。原来通讯员要我参加一个重要的任务——进行舱外行走。我穿上厚厚宇航服，迈着笨重的脚步，走向窗外，刚走出一步，“叮叮叮”，这种声音回荡在我脑中，我猛地张开眼睛，发现现在七点半。对了，我今天还要参加航空展，我急忙收拾好行李，马不停蹄地感到航空展。
一进大门，我被门口那天空一号的模型吸引住了，我开始幻想古时候的各种神话故事，又看到了现在科技发达，我不禁感叹道：以前飞天只是个梦想，现在变成了现实，我为祖国的科技发达而骄傲。古时候的嫦娥奔月只是个神话，一个传说，而现在的“嫦娥”变成了现实……”我边走边想，来到了航天馆的内部，看见了模拟飞行器，我毫不犹豫地坐了进去，过了一会儿，火箭快要发射了，看到四周屏幕上一阵白雾飘起。一旁的房子越缩越小，人如蚂蚁一样大。我知道这个并不是现实，但我犹如身临其境一般，被这个场景吸引了。穿过厚厚的大气层，我到了外太空。看到了美丽的太阳系，还看到了九大行星，通设备和卫星，在浩瀚的宇宙中飘荡。
乘坐玩飞行器，来到引力实验室。这里可以模拟月球的生存条件，我小心翼翼的`走进去，关上了门。突然之间，身体好像站不稳了，觉得自己身轻如燕，快够得着天花板了。我向前一跃，尽然腾空飞起，向前跃进了好几米，看见旁边的杠灵，平时我想都不敢想，而在这里，我能轻而易举地把它举起来。
接着我又来到了航空模型区，那一个个高大而又精密的仪器，让我目瞪口呆，旁边陈列着丰功伟迹。这时我开始联想起杨利伟，刘伯明，万户古人，多少中华儿女的飞天梦。他们靠自己的努力，早出了自己的事业。
我记得，温家宝总理说过：一个民族中只有一些关注天空的人，他们才有希望，一个民族如果只关心自己的未来，那才没有希望。
我要努力学习，再接再厉，做一个宇航员，为国家，我世界，创出一份美好的奇迹。
美国用探空火箭发射学生卫星 篇3
参加这次发射工作的，除了NASA探空火箭项目办公室的工作人员，还有来自加州理工大学和肯塔基太空协会(由肯塔基州内多所大学联合创立)的学生。肯塔基大学太空系统实验室主任詹姆士·拉姆普说：“这次试验小卫星第一次从亚轨道飞行的火箭上发射进入太空。测试在NASA探空火箭上安置小卫星的能力，将掀开小型有效载荷快速、廉价进入太空的新一页。”
“小猎犬－雪橇犬”探空火箭
执行本次发射任务的火箭是NASA的改进型“小猎犬－雪橇犬”探空火箭，发射最主要目的是对这枚改进型火箭进行试验，以进一步改良火箭发动机。
“小猎犬－雪橇犬”探空火箭是两级火箭，由“小猎犬”第一级段和“雪橇犬”第二级段组成。火箭使用固体燃料，通常采用导轨式发射，具有很高的性能，几乎能进入所有的发射轨道，可以发射重量不超过1 80千克的有效载荷。不算有效载荷，火箭起飞质量最高能够达到2934千克。“小猎犬－雪橇犬”系列探空火箭的平均推力是8644千克，最大推力水平可以达到约1 2780千克。这个系列的火箭一直在沃洛普斯飞行基地试验，第一次飞行始于1974年11月11日，本次发射已经是“小猎犬－雪橇犬”系列探空火箭进行的第47次飞行了。
学生建造的立方体小卫星
“小猎犬－雪橇犬”探空火箭在第一级点火之后大约75秒进入1 24千米的高空，随后释放了“有效载荷亚轨道立方体试验任务”。这个任务的主要目的是为小型有效载荷验证可以在高风险环境下，快速进入亚轨道的新型平台。平台安装在探空火箭上，其上安置两颗由学生建造的立方体小卫星及其它配套元件。平台为铝制结构，具有一个喷射系统，也是由参加项目的学生研制的。
这两个由学生建造的立方体小卫星是不可回收卫星，重约0.9千克。学生们利用卫星在太空中进行工程试验，测试硬件和软件分系统，还通过无线设备向地球发送数据。两颗立方体小卫星一颗叫“阿达玛”，是由肯塔基太空协会的学生建造的，这颗卫星将验证天线展开系统和功率调节电路，由此提高“肯塔基太空卫星一号”上两个相应硬件元件的技术成熟度水平。“肯塔基太空卫星一号”也是由肯塔基太空协会的学生建造的，这颗卫星将在今年秋天与NASA的监视温室气体的“荣耀”号卫星一起发射。另外一颗小卫星名为“加州理工”，是由加州理工大学的学生建造的，这颗卫星作为“理工星”卫星平台技术的试验台，主要目的是试验一个姿态测量系统。
探空分析 篇4
1 故障的现象、影响及分析
1.1 低仰角丢球且重复出现
现象:放球中期 (仰角不大于80度) 四根亮线瞬间跳变, 随后不能恢复, 天线随机转向它处, 高差报警探空数据变得混乱无序, 造成丢球。手动抓球后恢复正常, 但有概率再次出现上述现象并丢球。
影响:造成丢球时段内的测风和探空数据丢失, 由于丢球出现在放球过程的中后期, 抓球难度较大, 不能及时抓球可能导致重放球。
分析:此故障出现多为冬季, 而且出现时表现为整机不能正常工作, 但出现时间极短。放球结束后对各系统进行排查时不能发现任何问题, 用常规的定位分析方法很难找出故障的关键位置, 所以从整体情况分析:故障发生短促且可以恢复正常工作状态, 不因是电子元件彻底损坏导致, 故障多发为冬季, 所以故障与低温有关系。故障出现时探空测风均不能正常工作, 故判断雷达信号时整体受到影响。测量室内部分均正常, 测量地下电缆, 和差箱内前置高放、差环环、限幅器以及各连接导线、基座内高频组件连接线缆阻值匹配损耗均在正常范围, 最后将故障锁定为和差箱与高频旋转关节连接的WT8线缆接触不良。WT8线缆负责将前置场放大后的信号送入基座中的高频旋转关节, 雷达的发生信号与接收信号均要通过此线路。WT8线缆是一根同轴电缆随着雷达的仰角俯仰有一定的扭转拉伸动作。同轴电缆外有铜丝金属屏蔽层, 连接处金属屏蔽层的铜丝通过接口处于机壳接地相连接。冬季气温低线缆外层橡胶保护层变硬导致雷达仰角变化时线缆的芯体和屏蔽层铜丝相对移动, 多次摩擦后铜丝断裂并掉落在芯线和屏蔽层中间, 造成WT8中大功率的发射信号与屏蔽层之间打火以及接收信号从屏蔽层直接被接地, 是雷达不能接受探空信号同时不能继续自动跟踪。并且随着俯仰变化掉落的铜丝会随机地导致雷达不能正常工作。
排除:拆开WT8线的管套, 打开接头部分, 发现屏蔽层铜丝大部分断裂, 芯线和屏蔽层之间有明显打火痕迹, 用烙铁将WT8线头部取下, 将屏蔽层铜线向下拓展, 并用小刀割去多余的介质层, 用线钳剪短中心的铜质导线, 将其插入WT8线缆头部, 用烙铁风枪灌锡固定后, 将屏蔽层铜丝均匀分布在压片的四周, 重新安装好WT8的接口。制作接口部分需注意介质层和中心铜质导线截取的长度, 要保证接口处连接紧密, 冬季焊接时室外气温低, 有条件可以搭建小型温室, 制作完毕后注意涂抹硅胶防潮。
1.2 放球过程中天线抖动剧烈
现象:放球前自动跟踪有源目标物时天线不断抖动, 放球后出现同样的情况, 在瞄准望远镜中观察发现雷达跟踪有明显滞后、摇摆。
影响:降低测风精度, 且放球后期信号变弱时摆动加剧造成丢球。
分析:雷达未运行是摇动天线, 发现方位间隙较大, 紧固方位电机螺丝后恢复正常, 但数天内方位间隙会再次增大, 根据经验判断应是方位电机固定部分损坏, 导致方位电机和传动齿轮间隙过大, 雷达天线方位转动时来回摇摆。
排除:卸下方位电机, 发现方位电机与基座固定螺丝未损坏, 但中间的两颗定位销钉已经彻底断裂, 拆下方位电机的固定端, 取下断裂销钉, 用白纸描下定位孔的孔径, 测量定位孔的长度, 用车床车出销钉, 再打入定位孔安装好方位电机后, 故障排除。值得注意的是这个故障是由于值班员操作雷达快推快放时巨大惯性导致固定销钉受力过大造成的, 如出现过此故障的台站需对值班员进行操作培训, 做到缓推慢放。
1.3 四根亮线顶部有虚线 (非频率问题)
现象:放球整个过程中四根亮线顶部均有虚线, 有规律的起伏。
影响:放球后期探空数据接收异常, 飞点显著增多, 雷达仰角和方位数据均有抖动, 影响测风精度。
分析:对雷达的接收系统全部线路原件进行检查, 未见异常, 怀疑是外部干扰, 用示波器检查11-6板四路方波, 发现方波上同样有附加杂波, 且室内驱动箱电源箱的外壳也测量到相同波形杂波, 故干扰源应在室内。
排除:查找干扰源的过程相对繁琐, 杂波的频率不能准确测定, 排除了供电系统交流干扰的可能, 以及室内其他用电器可能产生的干扰。由于故障是近期发生的, 所以要缩小范围考虑最近安装的用电器, 最后排除了其他可能, 只有在室外新安装了一盏LED照明路灯, 其开关在探空组室内, 打开开关后发现, 在闭合状态下, 此开关有微弱的打火现象, 产生随机无规律的电磁干扰。换开关后, 雷达不再受到干扰, 四根亮线恢复正常, 故障排除。此故障告诫广大机务工作者, 要时刻关注雷达对周边的电磁环境, 以免造成对探测环境的破坏。
2 结束语
以上故障的分析和排除过程均是本人对实际工作的归纳总结, 期间得到了新疆自治区气象局装备中心工作人员的大力帮助和支持, 希望能对广大L波段雷达机务工作者起到一定帮助和借鉴作用。
摘要：通过分析若羌站L波段气象探空雷达在2009年至2012使用过程中出现的各种故障, 探索L波段气象探空雷达的维修维护方法, 为今后类似的雷达故障分析提供借鉴。
关键词：L波段探空雷达,故障分析,维修
参考文献
探空分析 篇5
1998年1月22日，新疆石油管理局当年油气勘探总体部署出台——“主攻玛湖、莫索湾、莫北、阜东、中拐及齐姆根，目的是寻找有战略意义的出油点，开拓工业评价勘探新领域。”
1998年3月3日，莫北2井喷出油气——莫北油田被发现。1998年10月25日，中国石油天然气集团公司通报了当年的10个重要发现，莫北油田被列为两个具有战略意义的重大发现之一。1999年11月22日完钻后，经过了3个多月的试油，2000年3月10日，莫北9井出油，平均日产原油60吨，天然气1.7万立方米。
3月14日，新疆油田公司党委书记、总经理王宜林说：“莫北9井的出油，为整体开发莫北奠定了良好的资源基础。”
新疆油田公司勘探处处长陈新发说：“准噶尔盆地现在已没有勘探空白区了。”
在莫北油田尝试不下技术套管
1999年7月23日下午，新疆石油管理局召开干部大会，宣布了中国石油天然集团公司关于对新疆石油局进行重组的方案：采油、炼化、销售等核心业务将从管理局分离出来，组成独立的新疆油田公司。一时间，群情哗然，人心惶惶。从国家和中石油的角度来看，为了把中国石油股份公司做强、做大，对各油田进行重组，显然是势在必行、无可非议的。但是，重组对各油田从事非核心业务的人来说，毕竟是一件痛苦的事。莫北油田率先承受重组之痛。那么，拿走了四分之三优质高效资产和四分之一人员的新疆油田公司，应该会和新疆石油管理局“自己找食吃”的日子形成强烈反差了吧？
实际情况并非如此——他们的效益意识必须更强。
中国石油天然气集团公司把投资权，更确切地说，是国家把在准噶尔盆地寻找、生产石油天然气资源的投资权交给了新疆油田公司，最根本的任务就是“少花钱、多办事”。让国家发展经济的效率更高、效果更好、更加科学。
这就要求新疆油田公司的科研部门不但要找到油、采出油，更要找“低成本油”、采“有效益油”。
就在重组并正式运行的当年——2000年，莫北油田要正式开发了。换句话说，就是要大规模上钻以规模开发地下油藏为目的的油井。
在油田开发工作当中，需要投资最大的工作，就是钻井。
“能不能通过科技手段在钻井费用上做做文章，如果单井钻井成本可以降低，进而把这种技术推广的话，那么，整体的油气开发费用就会大幅度下降。”
考虑这个问题的是徐显广。
徐显广当乙方的时候就在考虑这个问题——1999年上半年，他还是钻井工艺研究院设计中心的主任。
随着重组的进行，1999年下半年，他和他所在的部门被划归到了勘探开发研究院勘探研究所，担任副所长——他成了甲方。
如果说，他当乙方的时候是凭着对岗位的热爱而钻研的话，那么，当了甲方的徐显广再做这件事，就更是出于责任了。
他要“砍”的，是钻井过程中的“钢铁大户”——套管。
打出了井眼之后，原本完整的地壳就出现了一个洞。地壳是不断运动着的，所以，这些洞是不稳固的，如果没有一个东西把井眼支撑住，那么，用不了多久，这些洞就要被大地自己填埋掉。
这就是钻井之后必须下套管的主要原因之一。
一般来说，一口3000米至4000米的中深井要下三层套管：表层套管、技术套管和完井套管。
表层套管主要是为了固定住地面附近松软的沙土，一般是100米到300米的长度，对钢材的要求不高，整体费用比较低。
完井套管是为了保护油层、为实施后续采油作业创造稳定的环境条件，虽然钢材要求比较高，但尺寸小，再加上尾管悬挂技术（只封堵油气层部分的井段）的普及，总体金额也不是很高。
要说管材直径较大、钢材质量要求最高、投入成本最大的，就是技术套管了。
那时，国产的套管还不能广泛地使用在国内深井钻井工作当中——钢材的强度、韧度、抗压能力、抗拉能力还达不到现场需要。每一根套管上，都印着“MADE IN JAPEN” 或者“MADE IN GERMANY”。
徐显广就打算在莫北油田搞一把——不下技术套管。
科技进步总是因为有准备的科技人而实现。
如果真这么搞，也就意味着从300米深的地层一直到四千米左右完钻之前，三四千米的井眼要一直处于“裸眼”状态。
这种状态的时间，要持续数月。
徐顯广是搞钻井工程设计出身的，到了勘探开发研究院，其实还是干老本行。
他之所以敢这么干，是因为他太了解新疆石油管理局钻井技术进步的情况了。
简化他的思路，其实就是“用作为软件的钻井技术来替代作为硬件的套管”。
“在莫北油田实现钻井不下技套，是有潜在的科技支撑力量的。”徐显广分析，“要做到这一点，有两个关键点：一是需要一个合理的井身设计；二是需要过硬的泥浆技术。”
首要的保证是人才。和他一起“重组”到研究院的戎克生，在钻井技术服务现场历练了多年，又在室内搞了几年的设计工作。在1999年，就对即将全面开发的莫北油田有了深入的研究——哪个井段易垮塌、哪个井段易漏、哪个井段容易卡钻……
这些是必须面对而且要在设计方案中就能解决了的问题。
专业的技术性叙述是枯燥而艰深的。我们只需要知道：在“不下技套”这场战役中，徐显广是战略制定者，戎克生是战术制定者。
那么，具体的战斗怎么打？
那就要看现场指挥员了——战法制定和实施者。他们是钻井工艺研究院工艺五所的工程师们。
没有了套管，而井壁必须足够结实。这就需要泥浆性能过硬，把裸露的地层稳定住几个月。井壁是因为什么不稳定的呢？有两个原因：一是物理作用。比如地壳的运动。这可以用合适的泥浆密度来对付。戎克生在做这个事情。
二是化学作用。地层中的粘土矿物吸收了泥浆中的水分，就会膨胀、松软、垮塌。
这就需要泥浆有很强的抑制能力——让这些粘土矿物尽量少的吸水。
“这么长的裸眼，这么长的浸泡时间，现有的泥浆体系是不足以抑制住的。必须要专门研制新的泥浆体系。”
工艺五所副所长黄治中把研制新泥浆体系的任务交给了工程师石磊。
石磊更加贪婪：“打开发井，就是向地层要产量的。这套新泥浆体系，不但要保证很强的抑制性，还要完成一项任务——保护油气层。”他之所以在接到任务就定这个目标，并非头脑发热——从1995年到1999年，石磊一直是《准噶尔盆地南缘地区钻井液技术研究》课题的负责人之一。
南缘钻井的难点之一，就是地层不稳定，其程度要甚于莫北油田很多。而通过5年的研究，南缘的项目取得了不小的进步，虽然不能说可以从根本上解决南缘的地层不稳定问题，但至少是有了很大的成果。“把它针对性地做个配方出来，对付莫北，问题不大。”
石磊的这个“针对性”，其实就是他瞄了好久的“甲酸钾”。它和氯化钠一样，都属于盐类。喜爱烹调的家庭主妇尝试过用盐水和面蒸馒头吗？别说蒸了，光和面都和不到一起——因为盐有抑制性。而甲酸钾的抑制性比氯化钠强得多。
有了5年的积淀，这套泥浆体系没过多久就拿出来了。但为其命名时，却遇到了一点小小的插曲……
抢先研发地震勘探领域的“哈勃”
2000年，地调处党委做出了一项重大决定：抢在全国同行前面，发展世界最前沿的并适宜于中国西部的物探技术——3D-VSP方法研究。
这个时候，在世界上，“3D-VSP”的名字诞生还不到4年，能够开展3D-VSP采集预处理的，只有美国西方地球物理公司等4家国外物探公司，而3D-VSP处理软件仍处于研制开发阶段。
在国内，除新疆石油局地调处之外，只有长安大学教授朱光明在进行这项研究。
3D-VSP技术是在地面一定范围内激发、井中三分量检波器接受或井中激发、井中与地面同时接受的一种地震勘探方法。
3D-VSP方法至少有四大用途——可以搞清油田的剩余储量；可以对地层进行裂隙追踪；可以利用纵横波资料进行储层物性研究；可以更准确、更及时、更节省地监测油田二次采油技术的使用效果。一句话可以概括3D-VSP的效果：一传统物探技术相比，它能更加清楚地看透地層下面有没有油气资源。
地调处的这个设想，受到了新疆油田公司和新疆石油局的高度重视，2000年4月，新疆石油局批准对3D-VSP方法进行立项。
同年8月，新疆油田公司要求地调处在莫北油田进行3D-VSP资料采集攻关试验。
这项攻关难度很大，在准噶尔盆地腹部的沙漠中，他们试验的目的层在地下4000米处。
在历时14个月的攻关过程中，工程技术人员先后进行了3D-VSP资料采集方法、攻关试验设计和3D-VSP成像数学模型研究，开发了资料处理所需的基本软件，建立起了较完备的3D-VSP处理流程。
因为是处于世界尖端的科学技术，所以，详细的研究过程和方法是保密的，但在这项技术在克拉玛依诞生10年之后，我们可以知道它的效果——
2001年11月中旬，由地调处自行研制开发的3D-VSP技术，在莫北油田MB2003井区攻关试验中获得成功。
它使物探资料的分辨率比地面三维地震提高了1.5倍，可以查清构造形态及圈闭要素，能分辨10米左右断距的断层。
经过这项技术处理的地质资料，可为油藏提供更准确、更细致的描述。
这个时候，西方发达国家对这项技术仍处于研制、开发阶段。
作为这个项目的负责人之一，地调处副总工程师夏代学说，3D-VSP对油气勘探和油田开发将起积极的推动作用，具有良好的应用前景。
还有广阔天地任驰骋
2004年9月13日，莫109井试油获得高产：日产原油104立方米，日产天然气15780立方米。
勘探开发研究院勘探研究所副总工程师张有平说：“从出油情况看，这口井的油层超出了圈闭，有可能属于岩性控制，而且规模比预计的要大得多。”这是张有平凭借多年的岗位经验估计的。这口井所控制的成藏究竟有多大，还需要详细的勘探和评价。这个过程将要经历很多年，因为“滚动勘探开发”的油气生产模式在新世纪已经成为了新疆油田公司的常规武器——吃着碗里的，盛着锅里的。
不算莫109井区，截止到2004年9月，探明莫北油田石油地质储量2136万吨，凝析油储量119.0万吨，天然气储量69.74亿立方米。2006年11月下旬，莫109井区投产成功。从2004年到2007年，持续不断的滚动勘探，让莫109井区初步得到了4个区块的探明储量。在这期间，3D-VSP技术立下了汗马功劳。
截止到2009年12月底，莫北油田投产10年以来，共生产原油274万吨、天然气25亿立方米，有236口油井。
2008年，管理着石西油田、石南油田石南31井区和莫北油田的石西油田作业区提出了一个口号：“稳住一块，改善一块，突破一块，攻关一块”。
探空信号的信道建模及仿真 篇6
大气中各个高度上的温度、湿度和气压随时间和空间分布的资料,是研究大气中各种热力、动力过程以及天气分析和预报的最基础的资料。测量三维空间温、湿、压分布的方法多种多样:由探空气球携带无线电探空仪升空;由气象卫星装载的各种遥感仪器反演温度、湿度以及风速的廓线;由地基遥感设备来进行高空间和时间密度的探测。其中,无线电探空方法是最主要的资料获取途径。由于越来越复杂的电磁环境,探空仪与地面的数据传输也会受到干扰,不利于探空数据的传输。因此,对探空信号的信道特点进行分析,建立信道的数学模型来描述它的传播特性,对于研究其信号衰减过程以及采取何种对抗措施是非常重要的。
1探空信号传输的特点
为了分析复杂电磁环境对探空仪数据传输的影响,对探空信号传输系统的抗干扰性能进行分析,必须要建立一个适当的信道模型。近年来对无线信道模型的探讨比较多,但大多基于陆地移动通信,对像探空仪与地面接收机之间这样的地空传输信道研究较少,资料也较为缺乏[1]。要对探空信号传输的信道进行研究,必须先了解其信号传输的特点。
探空仪悬挂在探空气球上升空(或由定高气球、飞机、火箭上下投),能测定各个高度上的风向、风速、温度、湿度和气压。配有无线电发射装置向地面发送采集到的数据,上升高度一般可达到30～40 km,是高空气象观测的主要工具。现在使用的探空仪与地面接收站之间的信号传输主要采用P波段(400～406 MHz)以及L波段(1 660～1 690 MHz)的FM/FSK调制方式[2]。
探空仪的发射机部分是探空仪载波信号发生的单元,编码器上的信号对它进行某种形式的调制后向地面发送。要求发射功率达到500 mW,以保证在200 km距离内能使地面收到信号[2]。
信号从发射端送出之后,在到达接收端之前所经过的所有路径,统称为无线信道。探空仪信号传输与卫星通信、移动通信有相似之处,也有明显不同,主要表现在:
① 发送端始终在接收端上方并且以一定速度上升,且速度相对恒定;
② 接收机信噪比变化较大;
③ 高仰角情况下对地理因素的敏感度相对较小。
探空仪的地面接收站接收到的信号包括较强的视距信号分量和一定的高斯白噪声,同时也存在较强的地面反射分量和由于不同传播路径引起的多径分量。由于探空气球以300～400 m/min的速度上升,由此还会会产生较小的多普勒频移,在信道计算中可以忽略不计。
2探空信号传输的信道建模
基于上述因素考虑,建立探空信号传输信道的两径模型。如图1所示,接收天线接收到的信号主要由直射分量和地面反射分量组成。根据麦克斯韦尔定理,可以获知直射分量表示为:
undefined。 (1)
通常写成增益形式:
undefined
式中,P0为接收到的功率;Pt为发射天线发射的功率;λ为载波的波长;GT为发射天线增益;GR为接收天线的增益;d1为直射路径距离。
地面反射波主要与地面环境、入射角和极化方式有关,反射波的功率可以用平面波的反射定律来计算(虽然电磁波是球面波,但在反射点可以近似的认为是平面波),表示为直射分量、天线增益与地面反射系数的乘积[3]。其中需要计算地面的反射系数,反射系数的表示方式为:
undefined。 (3)
式中,εeff为地面的介电系数;θ为入射角,在高仰角情况下θ角可以近似为0°。地球表面介电常数的一些实际测量值如表1所示。
地面反射波的功率为:
undefined。 (4)
直射路径距离d1与反射路径距离d2相差很小,可以视为d1≈d2,接收机收到的信号总功率可以表示为:
undefined。 (5)
应用到达电场强度的混叠法则,ΔΦ=2π(d2-d1)λ为直射波与反射波之间的相位差[2]。地面反射波在小入射角时,相位差约为π[3]。
引入信号功率衰减参数β:
undefined
根据测量的入射波仰角和传输距离,可以得到信号功率衰减参数的统计估计值,如图2所示。
图2中,信号的载频取400 MHz,即波长为0.75 m,发射天线及接收天线增益均取1,信号入射角θ和传输距离d由100组高空气象探测资料统计得出。可以看出信号的衰减有2个明显的特征,即由传播距离的增大而产生的慢衰落和由于地面反射信号干扰引起的快衰落。快衰落的幅度可能达到几十dB,取决于接收天线的增益方向图。在图2中,接收天线直射信号与反射信号方向上的增益比设为2。
接收天线接收到的信号还包括了各种噪声,设为n(t),则接收信号可表示为:
式中,β为信道对信号的衰减参数;a·s(t)为发射信号。
可以看出,在地面反射系数一定的情况下,探空信号到达天线的功率P为距离d的函数,可以简化为时间的函数。这样,随时间变化,接收端信号噪声Eb/N0产生了变化。
在设计或评述一个通信系统时,往往要涉及通信系统的主要性能指标,否则就无法衡量其质量的优劣。在数字通信系统里,主要的性能指标有传输速率和差错率。根据通信原理的分析,采用同步检测的二进制频移键控(2FSK)系统的误码率Pe和接收端信噪比Eb/N0的关系为[4]:
undefined。 (8)
3模型的Simulink仿真
Simulink是Matlab Works公司的MATLAB&Simulink产品家族的重要组成部分。Simulink提供了通信系统和无线射频的建模、仿真和分析优化的专业库——Communications Blockset和RF Blockset,这些专业库给通信仿真提供了方便的途径[5]。
利用Simulink建立探空信号传输的两径信道模型:由Bernoulli Binary Generator模块产生随机二进制数序列经过2FSK Modulator调制模块后在文中建立的两径信道中传播,在信道中经过两径衰减并加入噪声后送入解调器2FSK Demodulator,在接收端将解调出来的序列与源序列进行误码率计算,同时将结果发送到Matlab工作台以供误码率分析工具Bertool进行差错分析。Bertool的信噪比参数设置为AWGN Channel中加入的信噪比。两径信道模块是根据前面分析的接收机总能量的表达式而建立的S函数,主要参数有发射功率、载波频率、传播距离以及天线增益和天线方向参数等。
通过对以上分析的信道模型进行系统误码率的仿真。设置载波频率为400 MHz,调制方式为2FSK,发射功率为500 mW,传播距离为30 km,天线方向增益比为2(直射信号方向增益与反射信号方向增益之比为2),同时假设载波和位定时完全同步,误码率仿真结果如图3所示。横坐标为信噪比(dB),纵坐标为误码率仿真结果。
图3中同时还给出了理想AWGN信道和理想Rayleigh信道的误码率仿真曲线以用于对比。曲线由上至下分别为理想Rayleigh信道仿真结果、探空信号的两径模型仿真结果和理想高斯白噪声信道仿真结果。由仿真结果对比可以看出,两径模型与理想高斯白噪声信道相比,最主要的差别来自于地面反射分量的影响。由于存在地面反射,并且反射分量与直射分量之间有相位差,减弱了接收机有用信号功率,从而降低了接收端的信噪比。为解决这一问题,最有效的办法就是在接收端采用信道均衡技术,以去除多径干扰。采用方向性好的接收天线也会取得一定的改善效果。
4结束语
无线信道的建模和仿真的关键是小尺度衰落模型的建立。本文从探空信号传输的实际情况出发,分析它的特点,根据实际高空探测资料建立了探空信号传输的两径信道模型,并设定了实际应用中的相关参数,给出仿真结果,分析其特性成因,为进一步研究探空信号收发机制和抗干扰措施提供了理论依据。
参考文献
[1]胡文静.无人机通信信道的建模与仿真[C].北京:系统仿真技术及其应用学术交流会论文集,2006:158-161.
[2]张霭琛.现代气象观测[M].北京:北京大学出版社,2000.
[3]TKN Telecommunication Networks Group.Wireless Channel Models[M].Berlin:Technical University,2003.
[4]樊昌.通信原理(第5版)[M].北京:国防工业出版社,2001.
L波段探空系统问题解答 篇7
L波段 (1) 型高空气象探测系统是GFE (L) 型雷达-GTS1型数字式电子探空仪高空气象探测系统的简称。于2009年1月1日投入我站使用。L波段 (1) 型探测系统的使用, 不仅提高了高空探测的质量和精度, 而且基本实现了探测数据采集、监测和集成的自动化, 减少了错情的发生。但是, 虽然此系统的自动化程度提高了, 可我们在实际放球和审核纪录时, 还是会发现有一些问题出现。本文通过曾出现的问题, 提出处理意见和方法, 供大家参考。
2 放球前易出现的问题
2.1 探空仪检查
探空仪进过长途运输和存放, 其电路和机械可能出现一些毛病, 因此再取出探空仪之后, 首先应检查盒部分支架上的温度传感器 (即热敏电阻) 级连线有无断裂现象, 发射板、智能转换板及盒部件有无虚焊、漏焊现象, 从而避免基测时出现不合格仪器而延迟放球, 或施放虚焊仪器而造成重放球。
2.2 探空仪参数检查
放球前, 首先保证待施放仪器参数文件在lardarpara下, 然后在放球前的45分钟调入此仪器的参数文件。在调入探空仪参数文件时, 一定认真校对仪器序列号、校正年月及探空仪参数文件数据, 以免释放后, 由于人为原因造成仪器不合格等事故。这里需要重申, 当调入的探空仪参数文件数据与厂家提供的纸质所列参数不一致时, 应立即更换探空仪。
2.3 基测、瞬间数据检查
基测和瞬间作为高空气象资的获取至关重要。基测或瞬间数据输入错误, 在放球后发现, 作为一种补救措施可在“放球软件”或“数据处理软件”中进行修改。但修改后会影响观测记录, 需要对观测记录进行重新整理。更为重要的是放球后修改基测或瞬间数据, 可能造成仪器不合格, 以至于造成重放。因此基测、瞬间数据正确与否, 对资料整理有系统性影响。
3 放球中出现的问题
3.1 探空数据
我们知道以往用的59-701探测系统一分钟采集7组数据左右。而L波段探测系统一分钟采集近50组数据。相比之下, L波段系统采集的数量大、密集, 因此记录中有非点的可能性就大。若飞点处理不好, 直接影响纪录的准确性。比如, 一份记录有一飞点正好温度为0℃, 那么系统自动将其选为零度层。而后又出现真实的零度点, 但按规范零度层应选高度最低地点, 所以此份记录零度层就失去了真实性。不仅这样, 飞点对规定层、特性层影响也会很大。因此, 值班员应时刻监视记录, 明确判定飞点, 果断正确的处理。
3.2 测风数据
定向天气雷达是通过跟踪气球飞升过程中的仰角、方位角、斜距或高度计算风向、风速的。放球过程中, 因信号不好会造成球坐标数据不正确。此时不要人为加以修改, 会影响量得风层的计算。可用删除、恢复球坐标数据点功能键作删除处理。如果测风数据突跳的秒数据影响整分钟数据的计算, 可将其做删除处理。
4 球炸后出现的问题
4.1 测风与探空不同步
L波段探测系统采集量大, 它能将每秒的探空数据和球坐标数据采集下来。但在微机处理时, 探空终止时间会以秒为单位, 侧风终止时间以分钟为单位, 而且球坐标是整分钟后的2秒采样。比如, 球炸为70分或70分01秒时, 进行了终止处理后, 则探空终止时间为70分或70分01秒, 而侧风终止时间就为69分。遇到这种情况无需人工干预, 它实属正常。
4.2 高表上放球次数与实际次数不符
当某一时次进行了重放, 则必须在原有时次上增加一次施放次数。因此, 当我们在“地面参数”下的“测站放球参数”中已修改为合适次数, 就不要再次点击“地面参数”按钮。若再次点击, 就会出现上述情况, 因为放球软件一直到球炸都在接收数据并存盘 (每1~5秒存一次) 。
结束语
L波段高空气象探测系统虽然实现了角度自动跟踪、自动测距、自动采集和近距离抓球等功能, 但一些基数据还需要我们人为输入, 尤其出现特殊情况更需要我们认真冷静对待, 保证气球正点施放, 获取完整、高质量的观测资料。
参考文献
[1]中国气象局监测网络司.L波段 (1型) 高空气象探测系统业务操作手册[M].北京:气象出版社, 2005.
对探空值班过程出现问题的探讨 篇8
1 探空仪问题
1.1 基测不合格。基测是是高空气象探测工作的最基础步骤, 基测不合格的仪器绝对不能施放。基测时, 经常会遇到湿度片不合格。①湿度片本身的质量问题, 需更换湿度片;②干燥剂没有按规范规定及时更换;③如果更换多片湿度片仍不合格, 应该更换探空仪;④春秋季节, 空气干燥, 湿度片的升湿时间不够, 不容易合格, 值班员应根据当天的天气情况, 把湿度片提前置于高湿瓶中, 增加老化时间, 以备下个班次使用。
1.2 探空仪在基测时信号、亮线都很好, 可是装配好置于室外后信号突变。出现这种问题处理的方法是:①探空仪的智能转换部分连接不好, 把感应器插头拔出重插即可。②电池与探空仪发射机、智能转换器插头不吻合, 应换仪器或更换电池。
1.3 基测时计算机接收不到探空信号或者找不到探空仪序列号的处理方法, 运行放球软件后, 探空仪序列号显示区显示的不是当前所插的探空仪序列号时, 要调整雷达发射频率调整后, 雷达摄像头尽量对准仪器, 或者把探空仪插头与基测箱重新连接紧。如果此现象还存在就要按关机顺序关闭雷达和计算机, 10s后重新启动即可。
2 旁瓣抓球
2.1 测高旁瓣。
旁瓣抓球, 雷达的探测距离大大缩短, 而且测角误差较大, 故雷达测高与气高差异很大。手动抓球后, 距离跟踪对准凹口, 且气压值正常时, 雷达的状态监视、控制界面上的警示灯不停地闪烁, 可怀疑旁瓣抓球。
2.2 凹口判断。
旁瓣抓球时, 应答器的凹口较粗躁, 凹口较浅、窄。手动抓球后, 距离跟踪对准凹口, 且气压值正常, 雷达的状态监视、控制界面上的警示灯不停地闪烁, 可怀疑旁瓣抓球。
3 雷达近地面过顶丢球
当L波段雷达仰角达到85°以上时, 雷达报警提示气球过顶, 此时, 值班员应密切注意雷达方位的跟踪情况, 达到93°时, 雷达天线就会卡死, 此时气球的方位变化很快, 雷达不能自动跟踪气球, 造成气球过顶丢球, 而此时能见度不好或气球入云无法进行人工室外指挥抓球。雷达综合探测丢球时, 此时应立刻将天控置手动, 值班员根据本站上空的天气系统决定气球的移动方向, 快速转动雷达天线。在保证斜距和探空信号正常的情况下, 根据此时气高的高度来确定气球的仰角 (H=sin仰角*斜距~500m) , 然后转动雷达天线方位, 使探空、距离信号处于最强, 天线置自动, 点击天线扇扫控制。如果雷达天线方位与气球方位偏差不大, 雷达可以自动跟踪气球。对于但测风, 因没有气高做参考, 值班员须根据气球飞行速度决定仰角, 天控置自动后, 密切注意气球的升速。雷达正常跟踪气球时, 升速400m·rain I1左右, 如果是旁瓣抓球, 气球的升速很快, 而且随时间的推移偏差越来越大。
4 雷达常见故障
4.1仰角断断续续出现卡死, 有时lmin卡死多次, 需要重新启动驱动箱开关。原因是由于南方湿度大, 汇流环与刷架之间的摩擦产生的碳粉不能自然掉落而越积越多形成碳垢, 造成天线转到某个角度时出现信号接触不好, 从而导致仰角卡死。定期清洗汇流环可避免此故障的产生。
4.2天线仰角显示及俯、仰正常, 雷达天控置自动时, 雷达就处于正常状态, 在天控置手动, 方位角转不动且驱动箱显示A报警, 故障显示主驱动模块及11~6板故障, 更换11~6板后, 故障依旧。故障原因是减速箱方位柔轮有裂纹造成齿轮不吻合而卡死转轮。更换柔轮, 雷达恢复正常。
4.3雷达工作过程中, 探测的气高与气压反算高度相差太大, 雷达报警红灯闪烁不停, 瞄远镜里气球偏离十字中心很大, 用经纬仪观测球影, 雷达仰角读数与经纬仪仰角读数偏差较大, 调整和差环使气球处于瞄远镜中心, 经纬仪对比合格。雷达正常工作不久, 以上故障重复出现, 且在跟踪气球的过程中, 当仰角上升时, 雷达可以正常跟踪, 气球仰角下降, 雷达仰角却不能随气球仰角下降而下降, 而是一直上升。雷达通电, 检查天馈线, 当把雷达和差环下相与天线接头拧开, 雷达天线无任何反应, 故障部位应在此处, 用电表测量和差环的管套开关, 无故障, 用示波器测量波形, 正常, 拧开和差箱与馈线的接头, 铜管里面有水滴滴出, 用电吹风吹干铜管里面的水汽, 雷达正常工作。
摘要：针对探空值班过程中经常会出现的一些问题提出相应的解决办法, 以便大家在今后的工作中共同学习和提高。
关于探空L波段雷达维护维修技巧 篇9
探测资料完整、准确, 实现了该地高空气象探测的数字化和自动化。L波段雷达目前在新疆地区探空台站已经全面运行, 但是受到各个方面的影响和限制, 对雷达进行实时保护的任务显得更加艰巨, 而L波段雷达的正常运行也是关系探空资料的采集和是否准确的关键。因此, 对雷达进行全面、仔细的检修与维护是探空站的重要工作。
1 L波段雷达
L波段雷达是我国新型高空气象探测雷达, 它探测精度和自动化程度高、体积小而且安装简易。它能够准确的探测高空温度、气压、湿度等气象要素和高空风向、风速的变化。且操作简单, 处理数据快速准确, 工作效率高, 能够为天气预报提供准确的高空气象资料。它的探测任务主要是由探空气球携带的探空仪来完成的。探空仪是由多种灵敏的感应元件组成, 感应元件的电参量随空气中压、温度、湿度的变化而变化。由此可见这一新型仪器给气象探测带来的便利, 但是由于对雷达的维护相对要求也较高, 而探空站配备的设备不齐全, 对人员技术要求高等条件的限制对雷达的维护维修增大了难度。
2 雷达工作状态判断
2.1 在无信号输入的状态下
软件操作面板上的增益 (在输入功率相等的条件下, 实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度) 应该处在自动状态, 显示值为110d B, 频率指数在正常状态下 (1675±6MHz) , 雷达通讯指示灯红色亮起, 这些基本上可以判断雷达的主要部件处于正常。
2.2 在有信号输入时
首先将基测箱和探空仪相接, 并把雷达天线和频率调整到最佳状态, 使雷达可以接收到探空仪信号, 这时在探空讯号接收区应该有所显示, 蓝色的雷达指示灯呈现动态, 并伴随在脉冲指示区显示有脉冲运动。这些特征基本可以判断雷达接收系统正常, 可以进行正常的通讯。
3 常见的故障现象
在判断了雷达正处在工作状态后, 一些常见的故障还是会影响雷达的正常工作。虽然雷达本身装有智能的自我检测系统, 但是在实际工作中, 多部位的故障还是会使雷达的检测功能受到挑战, 各种五花八门的故障还是要依靠人工检测。
3.1 小发射机出现自激信号
小发射机工作时如果出现自激信号, 则有可能是小发射机或者是前置高放的问题, 这时要切断小发射机的电源, 如果自激信号消失, 恢复正常, 则故障部位为小发射机, 只要针对小发射机进行维修即可。如果自激信号依然存在, 则故障部位即为前置高放, 再对前置高放进行更换即可。
3.2 磁控管效能降低
如果在雷达工作过程中发现发射机的功率无故降低, 那么故障的原因可能是磁控管的效能降低而导致的, 这时只要对磁控管进行更换即可恢复正常。
3.3 如果示波器上2km精扫基线消失
故障可能为没有2km精扫触发, 这时打开雷达故障显示的开关, 若精扫触发显示灯亮起叉号, 则这时更换主控箱里面的测距装置就可以解决故障。
3.4 当茅草低于标准值时
可能是高频组件性能指标降低, 对高频组件进行维修或者更换高频组件即可解决;若是高频电缆的接插件接触不好, 那么对电缆的插头重新加橡皮圈紧固即可排除故障。
3.5 摄像机和防雨罩发生短路
当调整摄像头时, 上面的焦距、距离、亮度按钮没有反应, 无法调整摄像机, 这种情况可能是摄像机和防雨罩发生了短路, 只要拆下两者相连接的螺钉, 重新将摄像头进行固定, 再盖上防雨罩就可以恢复正常了。
3.6 校正好的光电轴突然偏离很大, 四条亮线参差不齐
由于L波段雷达是天线控制, 当雷达自动跟踪正常时, 即使调好了探空仪发现方波幅度还是有点偏差。故障的原因可能是天线座和差箱的开关上的二极管接触不好。这时打开天线座和差箱, 将和差箱内的器件重新进行固定, 即可排除故障。在放球的过程中, 如果亮线也是出现参差不齐, 原因可能是零点漂移或者分硬件故障。解决的方法是:当雷达将天控改为手动控制, 转动天线四条亮线可以摇齐属仰角﹑方位零点漂移, 如果不能摇齐, 则这种情况属于硬件的故障。
程序方波已经产生, 但没有送到和差箱上去, 这可能是线路上出现问题了。这可以通过万用表测量程序方波的对地电阻 (往和差箱端测量) , 正常情况下它对地正向 (黑表笔接地) 应该有电阻, (红表笔接地) 反向应该开路。如果发现有一路正反向都没有电阻, 说明这一路线路有问题, 这时对照框图进行判断便能解决问题。解决方法是找出线路在哪段出了问题, 将线路恢复正常。
程序方波已经送达和差箱, 但和差箱里的开关管套出了问题, 这时可以通过万用表对开关管套 (接在和关差箱上) 进行测量, 看程序方波上、下、左、右正向对地的电阻是不是一样, 如果不是一样的则是不正常的。如果发现其中有一路正向对地电阻和其他的不一样, 那就说明这一路开关管套有问题, 这种情况故障可能就是开关管套有问题, 当然也有可能是装在开关管套上的二极管VK105有问题, 解决办法是:通过对VK105的测量则可以很快就判断出好坏与否。将VK105进行更换即可排除故障, 恢复正常。
3.7 仰角﹑方位零点漂移的调整
示波器探头接CH2, 扫描旋钮调直至出现扫描线, 并且将示波器调到显示正中状态, “VOLTS/DIV”旋钮调至0.1档, 示波器探头调至1∶1, CH2输入信号和垂直放大器的藕合方式调至“DC”档。
用探头测芯片D20 (1角) , 出现一宽亮线, 亮线偏离示波器中间基线, 调天控板11-6上RP6电位器 (仰角) , 亮线调回中间即可。
用探头测芯片D20 (7角) , 出现一宽亮线, 亮线偏离示波器中间基线, 调天控板11-6上RP5电位器 (方位) , 亮线调回中间即可。
4 结语
在L波段雷达工作的过程中不仅要对各个部件的故障进行实时关注, 它的日常维护和清洁也是保证雷达正常工作性能良好的重要一点。在实际中, 灰尘、腐蚀等外界因素引起的故障也会是雷达失去原来性能的重要原因。因此, 在雷达的日常检查中应当仔细、认真的对其进行规范的清洁, 以减少故障发生, 将故障排除在初级阶段。经过一些经验的总结, 对L波段雷达的检修在于清楚它的使用规范, 了解它的工作原理和基本构造;再者, 对雷达的检修要认真、耐心, 让检修能力得到提升, 使雷达能够正常有效地发挥它的作用, 为气象探测工作做出贡献, 为气象现代化建设做出贡献, 为国家、人民做出贡献。
摘要：L波段雷达系统在新疆奇台县的建立, 为奇台县北塔山气象站的高空空气状态 (风向、风速) 和气象要素 (气压、温度、湿度) 的变化每天定时地进行探测、收集、整理。本文主要对L波段雷达工作过程中需要进行维护维修的一些简单检查方法、技巧和经验进行了介绍, 以及在灾害性天气等条件下易发生的一些小故障的分析和处理方法等进行全面总结。
关键词：L波段雷达,常见故障,检查方法,解决方法
参考文献
[1]汤洁旺.L波段雷达故障隔离及排除方法集锦[J].广西气象, 2006.
探空仪高空传热与温控策略研究 篇10
探空仪采用无线遥测技术,由探空气球携带无线电探空仪升空,由其内部自带的温度、气压、湿度传感器在高空大气层进行测量记录,再利用地面雷达等设备对探空仪进行空中定位,从而可探测从地面到30 km高度的大气温度、湿度、气压、风向、风速等数据,以供气象部门和民航机构参考[1]。
在传统的探空仪设计制作过程中,往往看轻或忽略了探空仪随着上升高度的增加而受周围环境变化尤其是温度对探空仪内部像气压、湿度传感器灵敏度的影响。比如像在中纬度地区,从12 km—25 km大气层环境温度会降到约-80℃不变,考虑到探空仪约以400 m/min速度上升,则探空仪整体处于-80℃的环境中时间长达半个小时以上,这对于为了使灵敏度和测量精度保持准确性而需工作温度在-30℃—85℃之间的传感器来说无疑有着一定的影响。
ANSYS是一种通用的有限元仿真分析软件,具有很强的热分析功能。本文应用ANSYS有限元计算软件,仿真分析了外部大气温度对探空仪实体模型的影响,对实际探空仪的设计和制作有着指导意义。
1 探空仪实体模型的研究
1.1探空仪传热实体模型的简化
对探空仪传热实体模型的假设如下:
(1)探空仪在20 km高空与周围的流体即空气之间以强制对流换热方式进行传热,且此时空气流体温度恒定在-80℃。
(2)探空仪外表与周围空气的热量转化是以热对流方式进行而内部则以热传导的形式进行。
(3)不考虑传热过程中的探空仪自身辐射散热和外界对其的热辐射的影响。
在以上基本假设的基础上,为了简化探空仪的实体模型的建立,我们以芬兰维萨拉RS92型GPS探空仪(如图1)为参照[2],因为该型号的探空仪目前应用于中国高空探测较为普遍,所以有一定的代表性。现将探空仪中所有焊接在PCB板上的传感器简化为一整个80 mm×66 mm×5 mm的PCB板,然后PCB板由两块5 mm×5 mm×5 mm的绝热材料与80 mm×76 mm×100 mm大小、厚2 mm的外壳相连,忽略其传感器探头和挂钩部分,最终建立实体模型如图2所示。
1.2传热数学模型
1.2.1 热传导傅里叶定律
式(1)中:负号表示热量传递方向和温度梯度的正方向相反。比例系数λ为导热系数(或称热导率),单位是W/(m·k)。
1.2.2 二维,稳态,无内热源的边界层换热微分方程组
连续性方程
动量守恒
能量守恒方程
式(3)中
1.2.3 常见的三种边界条件
(1) 第一类边界条件
规定了边界温度保持常数,即:tw=f(x,y,z) (5)
鉴于本文研究的探空仪与周围空气流体进行着强制对流换热,所以在此不考虑第一类边界条件。
(2) 第二类边界条件
规定了边界上的热流密度值,即:
由于探空仪内部PCB板表面安放着处于工作状态的传感器,这些传感器肯定有着一定的热功耗,假设它们均匀分布在PCB板表面,因此就会对整个PCB表面产生恒定的热流密度q。
(3) 第三类边界条件
规定了边界上物体与周围流体间的热对流系数h及周围流体的温度tf,即:
因为探空仪始终在以一定的速度往上升,所以可以把它周围的空气看成是流体,因而探空仪和空气之间的传热是以强制对流换热形式进行的,于是需要加载热对流系数h和流体温度为-80 ℃的边界条件。
1.3有限元热分析流程
1.3.1 建立模型及定义材料属性
由于模型结构上的对称性,所以可取探空仪实体模型的横截面进行热分析,且采用Solid Quad 4nodes(PLANE55)单元,其属性如表1[3]。
而对于探空仪实体模型建立时使用的外壳材料、绝热材料、PCB板材料、20 km高空空气的具体物理参数如表2所示。
1.3.2 划分网格
在对所建模型进行网格划分时,考虑到因为探空仪内部重点为等效的PCB板,所以对该部分面元采用线单元0.002 m单元尺寸,而其余部分均采用线单元为0.004 m单元尺寸,这样既节约计算机存储空间,又能保证计算精度,从而较好地刻画出探空仪整体传热特征,建好的网格划分以及边界条件加载如图3所示。
1.3.3 施加载荷
(1) 热流密度q(单位W/m2)的确定
根据热流密度的定义可知,PCB板表面所受的热流密度为:
式(8)中:P为热功率(W),S为面积(m2)。
考虑到探空仪自身的重量要尽可能减轻,因而电源的重量也将尽可能减小,所以在设计探空仪时所用器件均是低功耗的,估算整个探空仪内部元器件功耗总和约250 mW,可得出对于面积为80 mm×66 mm的PCB板的热流密度约为47.35 W/m2。
(2) 高空空气热对流系数h(单位 W/(m2·℃))的确定
根据1976年美国标准大气可知在20 km高空空气热导率λ为0.019 533 W/(m·K),运动黏度ν为0.000 161 48 m2/s,考虑到探空仪上升速度u为6.67 m/s,可求出热对流系数h为7.4 W/(m2·℃)[4]。
2探空仪内部温度场有限元求解
通过利用ANSYS对自然情况下探空仪升到环境温度为-80℃时的稳态温度场来计算求解可得探空仪内部温度场分布情况如图4所示。
从图4可以看出,颜色冷暖色调的变化对应着探空仪内部不同位置温度的不同,根据图底温度等值线可以知道探空仪内部温度分布情况,探空仪外壳最左侧温度是最低的-79.801 ℃,最高温度-44.396 ℃则在探空仪内部PCB板表面中心,而PCB板边缘温度大致为-56.2 ℃,这意味着PCB板上的传感器实际工作温度要比其正常工作温度-30 ℃—85 ℃低很多,所以必须加以辅助的热源对探空仪内部进行加热,以提高其内部整体环境温度。
增加对PCB板表面的热流密度至105 W/m2,仍由ANSYS对环境为-80 ℃时的探空仪作稳态温度场求解,可得探空仪内部温度场分布情况如图5所示。
由图5可以看出,探空仪内部最高温度即PCB板表面中心的温度已经升到-1.047 ℃,而PCB板边缘温度也升至约-27.2 ℃,这表明PCB板上的传感器的工作温度已达到了正常工作的温度范围之内。再选取PCB板表面中心点为观察点,利用瞬态分析该点从未加热自然情况-80 ℃时的稳态温度场变化至热流密度从47.35 W/m2增至105 W/m2时的稳态温度场所需时间,其瞬态分析结果如图6所示。
由图6可以看出,在多加载了57.65 W/m2热流密度后,只需约12 s探空仪内部温度即可达到稳态,相对于探空仪要在近半小时-80 ℃的环境来说这个升温时间是较短的,所以可以认为一旦有热流密度加载后其探空仪内部环境温度可立刻变化至加热后的稳态。因此只需对PCB板的热流密度增至105 W/m2以上,则可认为探空仪内部像压力、湿度等传感器就可以稳定地工作在正常温度范围之内,这样也就达到了能保证这些传感器的灵敏度和测量精度准确性的要求。
3结语
将热流密度从47.35 W/m2升至105 W/m2,可以外加功耗约300 MW的发热并联电阻阵列,对于控制并联电阻的通断则可采用脉冲宽度调制(PWM)。
由于探空仪从地面上升到30 km大概需要75 min的时间,从地面常温升到对流层顶-80 ℃需要30 min左右,而处于-80 ℃约为30 min,继续升高时外部环境温度则会相应地下降,但下降速度较慢,这段时间大概为15 min,为了使探空仪在整个上升过程中内部环境温度能保持一个合理的温度,则需要制定可行的温控策略。
当探空仪上升15 min时,由于此时外部环境温度已经降到约-30 ℃,可通过PWM控制打开150 MW的加热电阻对探空仪内部加热,等到上升了30 min时则打开所有的加热电阻,这样一来整个探空仪升空过程内部传感器的都可在不低于-30 ℃的条件下工作,以确保测量数据的准确性。
本文通过研究应用ANSYS有限元分析软件对探空仪在高空较低温度场稳态模拟,提出可行的利于探空仪改善其内部环境温度以使内部传感器正常工作的温控策略,对于提高探空仪整体的测量精度上有着较大的裨益,有利于气象测报业务质量的提高。
参考文献
[1]路传彬,董海林,陈娟.TD2-A型数字探空仪在高空测报中的应用.气象海洋水文仪器,2009;12(4):137—138
[2] Vaisala.RS92-SGP Datasheet in English.http://www.vaisala.com/en/products/soundingsystemsandradiosondes/radiosondes/Pages/RS92.aspx,2010
[3]张朝晖.ANSYS热分析教程与实例解析.北京:中国铁道出版社,2007:26—30
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