РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
ATMOSPHERIC SOUNDING RADAR SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при модернизации и разработке новых систем радиозондирования (CP) с повышенной точностью, надежностью и ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС).
Общей проблемой при проектировании и эксплуатации CP является создание высокоточных систем измерения координат АРЗ, недорогих конструкций АРЗ, обеспечивающих измерение с минимальной погрешностью метеорологических параметров атмосферы (ΜΠΑ), надежную передачу телеметрической информации с борта АРЗ на наземную РЛС в оперативном радиусе действия системы АРЗ-РЛС. Самостоятельной проблемой при создании и эксплуатации CP является обеспечение надежной и точной передачи телеметрической информации о ΜΠΑ с борта АРЗ на РЛС в условиях замирания сигнала радиозонда из-за его раскачивания и неравномерной диаграммы направленности антенны.
Известна система радиозондирования атмосферы радиолокационного типа «Метеорит-РКЗ», работающая в диапазоне частот 1780 МГц (см. Ермаков В.И., Кузенков А.Ф., Юрманов В.А. Системы зондирования атмосферы. Л.: Гидрометиздат, 1977. 304 с.; Ламповый радиозонд типа РКЗ снабжен сверхрегенеративным приемопередатчиком (СПП), который совместно с наземной РЛС «Метеорит» обеспечивает измерение угловых координат, наклонной дальности по запросному радиоимпульсу и передачу на РЛС метеорологической информации, которая осуществляется путем амплитудной манипуляции излучения СПП телеметрическим сигналом. Достоинством CP типа «Метеорит-РКЗ» является полная автономность работы, невысокая стоимость измерения ΜΠΑ в оперативном радиусе действия до 250 км.
Недостатком системы является низкая помехозащищенность CP при амплитудной модуляции телеметрическим сигналом излучения СПП, большой интервал передачи цикла метеорологической информации (цикла телеметрических частот измерительного преобразователя АРЗ) в течение 20 секунд, что снижает надежность и точность измерения ΜΠΑ в условиях замирания сигнала АРЗ при его раскачивании.
Известна система радиозондирования атмосферы радиолокационного типа АВК-МРЗ, работающая в диапазоне 1780 МГц (Ефимов А.А. Принципы работы аэрологического информационно-вычислительного комплекса АВК - 1. М.: Гидрометеоиздат, 1989. 149 с.; Зайцева Н.А. Аэрология. Гидрометеоиздат. 1990, 325 с.). Полупроводниковый АРЗ типа МРЗ-3 снабжен сверхрегенеративным приемопередатчиком (СПП), который совместно с наземной РЛС АВК-1 обеспечивает измерение угловых координат, определение наклонной дальности по запросному радиоимпульсу и передачу на РЛС метеорологической информации, которая осуществляется путем модуляции поднесущей (суперирующей) частоты СПП телеметрическим сигналом. Достоинством CP типа АВК-МРЗ является высокий уровень автоматизации обработки информации, полная автономность работы, невысокая стоимость измерения ΜΠΑ в оперативном радиусе действия до 250 км.
Недостатком системы при всех ее достоинствах является значительное потребление электроэнергии, а также большой интервал передачи цикла метеорологической информации (цикла телеметрических частот измерительного преобразователя АРЗ) в течение 20 секунд, что снижает надежность и точность измерения ΜΠΑ, нарушает устойчивость автосопровождения сигнала АРЗ по угловым координатам, затрудняет прием и обработку телеметрического сигнала при больших скважностях.
Известна «Система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей метеорологической информации», см. заявку РФ №2013107302/07, на которую выдано Решение на получение патента от 19.05.2014 (прототип). Достоинством прототипа является высокая скорость передачи телеметрической информации в пакетном режиме.
ПРОТОТИП:
Система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей информации содержит аэрологический радиозонд - АРЗ и базовую станцию - РЛС, причем АРЗ содержит блок предполетной подготовки АРЗ, состоящий из пульта предполетной подготовки и блока контроля и записи параметров АРЗ со следующими соединениями: пульт предполетной подготовки АРЗ через блок контроля и записи параметров АРЗ соединен двунаправленной шиной M1 со входами микроконтроллера АРЗ; в состав РЛС введены блок декодирования пакетной телеинформации и блок вторичной обработки телеинформации и выдачи сигналов метеопараметров атмосферы со следующими соединениями: однонаправленная шина М2 приемопередающего устройства РЛС соединена через блок декодирования пакетной телеинформации с блоком вторичной обработки телеинформации и выдачи метеопараметров атмосферы, выход которого является выходом системы.
Недостатком всех известных систем и прототипа при всех их достоинствах является снижение надежности получения координатной информации в радиолокационном режиме работы CP при подавлении ответного сигнала СПП АРЗ на запросный сигнал РЛС из-за непреднамеренных помех техногенного характера (системы сотовой связи), снижение точности определения высоты при значительных удалениях АРЗ в течение полета.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и надежности передаваемой метеоинформации.
Технический результат достигается за счет введения блоков контроля основных режимов работы узлов АРЗ, включая контроль параметров источника питания.
Для решения поставленной задачи в радиолокационной системе зондирования атмосферы, содержащей аэрологический радиозонд - АРЗ и наземную базовую станцию - РЛС, согласно изобретению в состав АРЗ введены блок контроля параметров рабочих режимов и блок контроля параметров источника питания со следующими соединениями: выходы этих блоков соединены с блоком сопряжения микроконтроллера АРЗ, выход которого через выходные блоки АРЗ соединен антенной АРЗ, которая через радиоканал соединена с антенной РЛС.
На чертеже изображена структурная электрическая схема системы, на которой показано:
1 - АРЗ, 2 - РЛС, 3 - ΜΠΑ, 4 - блок первичных (датчиков температуры, влажности и т.д) и вторичных (измерительных преобразователей) преобразователей ΜΠΑ (БПВП), 5 - блок сопряжения (БС) аналоговой и цифровой информации, 6 - вычислитель и формирователь пакетной координатно-телеметрической информации (ПКТИ), 7 - формирователь и модулятор суперирующего напряжения (ФМСН), 8 - микроконтроллер (МК), 9 - цепь автосмещения СВЧ-автогенератора, 10 - СВЧ-автогенератор (СВЧ-АГ) сверхрегенеративного приемопередатчика (СПП), 11 - устройство предполетной подготовки АРЗ (УПП), 12 - пульт предполетной подготовки АРЗ (ППП), 13 - блок контроля и записи параметров АРЗ (БКЗП), 14 - приемопередающее устройство РЛС (ППУ), 15 - блок декодирования ПКТИ, 16 - блок определения координат и управления РЛС (БКУ), 17 - блок вторичной обработки телеметрической информации и выдачи ΜΠΑ (БВОТИ), 18 - потребитель ΜΠΑ, 19 - блок контроля параметров рабочих режимов АРЗ (например, контроль МК 8 при помощи сторожевого таймера), 20 - блок контроля источника питания АРЗ. Связи блока контроля 19 с узлами АРЗ условно не показаны (кроме МК 8).
Схема на чертеже имеет следующие соединения. Метеопараметры атмосферы 3 через блок первичных и вторичных преобразователей 4, затем через вычислитель и формирователь ПКТИ 6, затем через формирователь и модулятор суперирующего напряжения СПП 7 поступает на цепь автосмещения СПП 9 и СВЧ-автогенератор СПП 10, нагруженный на антенну A1 АРЗ 1, устройство предполетной подготовки 11 АРЗ 1 двухсторонней шиной связи соединен с вычислителем и формирователем ПКТИ 6 в МК 8 АРЗ 1, который антенной A1 через радиоканал РК1 связан с антенной А2 РЛС 2 и через нее с приемопередающим устройством 14, которое связано с блоком определения координат и управления 16 и с блоком декодирования ПКТИ 15, один выход которого связан с блоком определения координат и управления 16, а другой выход - с блоком вторичной обработки ТИ и выдачи ΜΠΑ 17, выход последнего связан с блоком 16 и с потребителем ΜΠΑ 18, входы/выходы блок контроля 19 и выходы БП 20 соединены с блоком сопряжения 5 в МК 8.
Радиолокационный режим работы УСР обеспечивает измерение наклонной дальности до радиозонда импульсным методом за счет установки на АРЗ сверхрегенеративного приемопередатчика, обеспечивающего активный ответный сигнал на запросные радиоимпульсы передатчика РЛС в виде короткой ответной паузы в излучении передатчика АРЗ (см. Патент РФ №2368916). Угловые координаты АРЗ по азимуту и углу места определяются методом равносигнальной зоны за счет сканирования диаграммы направленности антенны РЛС. Это позволяет определить направление ветра. Высота подъема АРЗ определяется с помощью измеренной наклонной дальности и угла места пеленга АРЗ. Передача телеметрической информации с борта АРЗ на наземную РЛС осуществляется в пакетном режиме (см. Заявку №2013107294/07 по которой выдано положительное решение). РЛС определяет текущие координаты АРЗ, декодирует пакетную телеметрическую информацию ПТИ, вычисляет ΜΠΑ и осуществляет передачу информации о пространственном распределении ΜΠΑ потребителю ΜΠΑ.
Блок контроля 19 осуществляет контроль всех основных режимов узлов АРЗ через блок сопряжения 5, в котором сходятся все параметры основных узлов, также контролируется и сам МК 8. При неправильном функционировании какого-либо узла или тем более выхода его из строя выдается тревожный сигнал по РК 1 в наземную РЛС 2 с указанием какой узел вышел из строя, следовательно, по нему можно судить о степени серьезности отказа и о дальнейшем функционировании всей системы.