Метеорологическая радиолокационная станция
Полезная модель относится к радиолокационной метеорологии и предназначена для метеорологического обеспечения частей и подразделений сухопутных войск, в частности артиллерийских подразделений.
В состав метеорологической радиолокационной станции входят передающее устройство 1, циркулятор 2, антенна 3, синтезатор частот 4, приемное устройство 5, синхронизатор 6, блок вычислителя 7, механизм 8 вращения и малошумящий усилитель 9.
Указанные узлы и блоки, кроме антенны 3 и механизма 8 ее вращения, связаны между собой электрически. Обмен информацией между блоком вычислителя 7 и системой управления вращением антенны осуществлен по стандартному интерфейсу PS232.
Метеорологическая радиолокационная станция осуществляет дистанционное измерение параметров ветра в миллиметровом диапазоне, вычисление и восстановление профилей скорости и направления ветра в реальном масштабе времени. Ее применение позволит осуществлять ветровое зондирование атмосферы до высоты 4000 м, по профилю параметров ветра определять: высоту нижней границы облаков, их толщину, безоблачные «окна» в атмосфере (величину разрывов по вертикали между облаками), форму облаков на различных высотах (при наличии метеообразований в среднем ярусе - до 4000 м). Достигнутый технический результат состоит в том, что в основу данной полезной модели положен принцип работы метеорологической радиолокационной станции, состоящий в пространственно-временном усреднении полученных данных о скорости и направлении ветра для различных высот по двенадцати фиксированным направлениям луча диаграммы направленности антенны 3.
1 с.п. ф-лы, 3 ил.
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.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация, которой присвоена литера «O1», 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.
Метеорологическая радиолокационная станция, содержащая передающее устройство, приемное устройство и антенну, отличающаяся тем, что в нее 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 соединен механической связью с антенной.
