МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к радиолокационной метеорологии и предназначена для метеорологического обеспечения частей и подразделений сухопутных войск, в частности артиллерийских подразделений.
Объектом полезной модели является метеорологическая радиолокационная станция (МРЛС) дистанционного зондирования атмосферы в миллиметровом диапазоне волн, предназначенная для определения параметров ветра и облачности в реальном масштабе времени.
Известно устройство для определения состояния атмосферы, содержащее последовательно соединенные передатчик с блоком запуска, циркулятор, антенну с блоком управления, последовательно соединенные приемник, блок стробирования, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок представления информации, блок синхронизации, блок вычисления автокорреляции временной последовательности принятых отраженных сигналов и блок пороговой селекции сигналов по значению коэффициента автокорреляции (патент РФ №2128847, G01S 13/95, 11.09.1997).
Это устройство позволяет определять в атмосфере газовые примеси, обеспечивает количественную оценку степени загрязнения определенного объема пространства. Однако оно не определяет скорость и направление перемещения метеообъекта (скорость и направление ветра), высоту нижней границы облаков, толщину облаков, безоблачные «окна» в атмосфере (величину разрывов по вертикали между облаками), не определяет тип облаков на различных высотах.
Известно устройство для определения состояния атмосферы, в частности для измерения интенсивности дождя, содержащее последовательно соединенные передатчик и антенный переключатель (циркулятор), антенну, генератор стандартных сигналов, последовательно соединенные приемник, блок стробирования, пиковый детектор (АЦП), интегратор, вычислитель, механический поляризатор в виде вращающейся секции кругового волновода со встроенной четвертьволновой фазовой пластинкой и последовательно соединенные блок управления поляризатором и исполнительный механизм (А.С. СССР №1128211, G01S 13/95, 21.02.1983).
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к заявляемой полезной модели.
Это устройство выдает сведения о фиксированных координатах метеообъектов, но не представляет информации о направлении и скорости их перемещения (ветра). Кроме того, оно не позволяет определять тип метеообъекта (кучевые, дождевые облака и т.д.).
Перед авторами стояла задача создания метеорологической радиолокационной станции, лишенной недостатков известных устройств и позволяющей осуществлять дистанционное измерение параметров ветра, вычисление и восстановление профилей скорости и направления ветра в реальном масштабе времени.
Задача решена за счет того, что в известную метеорологическую радиолокационную станцию, содержащую передающее устройство, приемное устройство и антенну, дополнительно введены синтезатор частот, синхронизатор, циркулятор, механизм вращения, блок вычислителя, малошумящий усилитель, причем первый выход передающего устройства соединен с первым входом циркулятора, первый выход которого соединен со вторым входом антенны, первый, второй, третий, четвертый, пятый выходы синтезатора частот соединены со вторым, первым, первым, вторым и первым входами передающего устройства, антенны, приемного устройства, блока вычислителя и синхронизатора соответственно, причем первый, второй и третий выходы синхронизатора соединены с первыми входами синтезатора частот, блока вычислителя и передающего устройства соответственно, второй выход циркулятора соединен с первым входом малошумящего усилителя, первый выход которого соединен со вторым входом приемного устройства, первый выход которого соединен с третьим входом блока вычислителя, первый выход блока вычислителя соединен с третьим входом антенны, связь между блоком вычислителя и механизмом вращения антенны осуществлена по стандартному интерфейсу, механизм вращения антенны соединен механической связью с антенной.
Заявляемая метеорологическая радиолокационная станция обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг.1 изображена блок-схема МРЛС;
- на фиг.2 - способ сканирования атмосферы МРЛС;
- на фиг.3 - общий вид МРЛС.
Метеорологическая радиолокационная станция включает передающее устройство 1, циркулятор 2, антенну 3, синтезатор частот 4, приемное устройство 5, синхронизатор 6, блок вычислителя 7, механизм 8 вращения, малошумящий усилитель 9, причем первый выход передающего устройства 1 соединен с первым входом циркулятора 2, первый выход которого соединен со вторым входом антенны 3, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы синтезатора частот 4 соединены со вторым, первым, первым, вторым и первым входами передающего устройства 1, антенны 3, приемного устройства 5, блока вычислителя 7 и синхронизатора 6 соответственно, причем первый, второй и третий выходы синхронизатора 6 соединены с первыми входами синтезатора частот 4, блока вычислителя 7 и передающего устройства 1 соответственно, второй выход циркулятора 2 соединен с первым входом малошумящего усилителя 9, первый выход которого соединен со вторым входом приемного устройства 5, первый выход которого соединен с третьим входом блока вычислителя 7, первый выход блока вычислителя 7 соединен с третьим входом антенны 3, связь между блоком вычислителя 7 и механизмом 8 вращения антенны осуществляется по стандартному интерфейсу, механизм 8 вращения соединен механической связью с антенной 3.
Предлагаемая метеорологическая радиолокационная станция функционирует следующим образом.
Системы метеорологической радиолокационной станции электрически взаимосвязаны и обеспечивают генерацию импульсов СВЧ-энергии.
Принцип работы МРЛС основан на излучении в атмосферу, на каждом из 12 фиксированных направлений в течение 7 секунд, коротких зондирующих импульсов, прием отраженных от метеобразований сигналов, дальнейшей их когерентной обработке и фильтрации. За один оборот антенны 3 по азимуту через 30 градусов на 12 фиксированных направлений, МРЛС осуществляет измерение и вычисление на каждом из 12 фиксированных направлений диаграммы направленности скорости ветра на различных высотах с разрешением по дальности 60 м и по высоте 40 м, пространственно-временное усреднение полученных результатов по всем двенадцати фиксированным направлениям с вычислением профилей скорости и направления ветра, восстановлением (в разрывах между метеообразованиями) вертикальных профилей скорости и направления ветра до высоты 4000 м в блоке вычислителя 7 по специальному алгоритму.
Излучаемый сигнал, сформированный в синтезаторе частот 4 и усиленный до необходимой мощности в передающем устройстве 1, выполненный, например, в виде клистронного усилителя, подается через циркулятор 2 на антенну 3 и излучается в пространство. Отраженный от метеообразований сигнал, отличающийся от излученного на доплеровскую частоту, принимается антенной 3 и через циркулятор 2 подается на малошумящий усилитель 9, где усиливается и поступает на вход приемного устройства 5. В приемном устройстве 5 принятый СВЧ сигнал переносится на промежуточную частоту, для чего с синтезатора частот 4 на вход 1 приемного устройства 5 поступает опорный сигнал. Сигнал промежуточной частоты усиливается в приемном устройстве 5 до необходимого уровня и поступает на вход блока вычислителя 7, где преобразовывается в цифровую форму и обрабатывается по специальному алгоритму, с выделением доплеровской частоты и обработкой в двух квадратурных каналах для определения знака скорости. Массив данных, полученных после зондирования в одном направлении, запоминается в памяти блока вычислителя 7. После окончания цикла измерения в одном направлении, блок вычислителя 7 дает команду по стандартному интерфейсу на вход механизма 8 вращения, на перевод антенны 3 на угол 30 градусов в другое положение, где происходит новое измерение и получение массива новых данных. После получения массива данных по всем направлениям в блоке вычислителя 7 проводится обработка результатов измерений параметров ветра, для каждого элемента дальности, по специальному алгоритму: выполнение операции быстрого преобразования Фурье с вычислением спектра мощности, определение среднего спектра мощности для всех реализаций, сглаживание спектра мощности по частоте, нормирование спектра мощности на шумовой спектр, определение максимального значения нормированного спектра и его положения в спектре, вычисление горизонтальной составляющей скорости ветра и направления ветра для различных высот, вычисление профилей параметров ветра и восстановление профилей параметров ветра.
По профилю параметров ветра определяются высоты нижней и верхней границ облаков, их толщина. Величина разрывов определяется по вертикали между облаками (безоблачные «окна» в атмосфере), по высоте расположения облаков определяется их форма.
Таким образом, в основу данной полезной модели положен новый принцип работы метеорологической радиолокационной станции, состоящий в пространственно-временном усреднении полученных данных о скорости и направлении ветра для различных высот по результатам зондирования атмосферы в двенадцати фиксированных направлениях, с измерением и вычислением профилей параметров ветра при наличии метеообразований и восстановлением профилей параметров ветра в разрывах между метеообразованиями (облаками).
Данная полезная модель реализована с указанным назначением и может быть использована для метеорологического обеспечения артиллерийских подразделений.
1
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация, которой присвоена литера «O», изготовлен опытный образец МРЛС, успешно прошедший государственные испытания, в настоящее время Министерством обороны решается вопрос о постановке данного устройства на снабжение Вооруженных сил РФ.
На основании изложенного появляется возможность утверждать, что заявляемая метеорологическая радиолокационная станция удовлетворяет требованию «промышленная применимость» для полезной модели.