Проведение радиозондирования атмосферы с помощью системы «МАРЛ-А – МРЗ-3АТ»

Цель работы: Познакомиться с проведением ТВЗ атмосферы с использованием системы «МАРЛ-А – МРЗ-3АТ».

Принадлежности: РЛС МАРЛ-А, радиозонд МРЗ-3АТ, метеоприборы, ПК, ПО.

Порядок выполнения и методические рекомендации

Микроэлектронный аэрологический радиолокатор (МАРЛ-А) предназначен для выполнения совместно с радиозондом комплексного зондирования атмосферы. Выпускаемый в свободный полет радиозонд измеряет в точке пролета температуру и влажность атмосферы и по каналу радиосвязи передает эти параметры на радиолокационную станцию слежения МАРЛ-А. Станция МАРЛ-А производит сопровождение зонда в полете с выдачей его текущих координат, прием и обработку метеорологической информации.

С помощью МАРЛ-А осуществляются также предполетная проверка радиозонда с представлением результатов на мониторе ЭВМ оператора.

В состав станции МАРЛ-А входят три разнесенных в пространстве поста:

1. антенный пост (АП);
2. пост оператора (ПО);
3. имитатор радиозонда.

Антенный пост (Рис. 1.1) включает в себя основную аппаратную часть радиолокационной станции МАРЛ-А, расположенную на открытом воздухе и помещенную в радиопрозрачное укрытие (РПУ) (Рис. 1.2). Размещение антенного поста должно обеспечивать нормальную радиолокационную видимость верхней полусферы пространства и точки (площадки) подготовки и выпуска радиозонда.

Аппаратура антенного поста размещена на двух связанных частях – неподвижном опорно-поворотном устройстве (Рис. 1.3) и подвижной – АФАР

Подвижная часть представляет собой полотно АФАР, на котором располагаются излучатели, приемо-передающие устройства ППУ (32 шт.), блоки суммированиия и фазирования АСФ (8 шт.), блок суммирования и манипулирования АСМ (1 шт.), блок приема-передачи ПП (1 шт.).

АФАР обеспечивает электронное управление положением луча диаграммы направленности (электронное сканирования) по азимуту и углу места. Комбинированное электронное и механическое сканирование луча по азимуту позволяет существенно снизить требования по точности изготовления механического привода и съема информации с датчика угол-код за счет того, что основная точность установки луча (±0,05°) обеспечивается электронным сканированием, а задача механического привода — лишь удержать цель в главном максимуме диаграмме направленности антенны. При этом требования по точности установки механического привода снижаются до ±0,5°. Такой принцип сканирования позволяет существенно повысить быстродействие привода при слежении за счет практически безинерционного электронного сканирования луча АФАР.

Принцип комбинированного электронного и электромеханического сканирования заимствован из конструкции МАРЛ-Т и защищен свидетельством на полезную модель.

Пост оператора (Рис. 1.11) включает в себя персональный компьютер (ПК) оператора, щит распределительный (Рис. 1.11) для связи с антенным постом и имитатором радиозонда.

Программное обеспечение Поста оператора МАРЛ-А обеспечивает:

1. ввод географических координат и идентификатора станции МАРЛ-А в сети аэрологического зондирования;
2. проверку исправности узлов по имитатору радиозонда;
3. предполетную проверку исправности радиозонда и ввод его калибровочных коэффициентов;
4. сопровождение радиозонда в полете с момента выпуска;
5. расшифровку телеметрической информации, поступающей от радиозонда, в истинные значения температуры и влажности атмосферы в точке пролета;
6. формирование и комплекта стандартных метеорологических телеграмм в коде КН-04;
7. управление режимами работы АФАР;
8. поиск радиозонда по координатам (азимуту, углу места и дальности) при его потере в процессе слежения;
9. фиксацию всех параметров выпуска в файлах-протоколах на жестком диске ПК.

Аппаратура поста оператора располагается в отапливаемом помещении на расстоянии до 30 м от антенного поста.

Имитатор радиозонда (Рис. 1.12) служит для автоматического контроля исправности МАРЛ-А после включения станции и располагается стационарно на открытом воздухе в зоне обзора на расстоянии порядка 50-100 м от антенного поста и обязательно выше на 2-3 м АФАР. Имитатор представляет собой приемо-передатчик, работающий на частоте 1680 МГц. В состав имитатора входит плата формирования телеметрического протокола с параметрами температуры и влажности, которые можно задать с поста оператора через COM2 порт ПК.

По имитатору могут быть проверены следующие характеристики станции:

1. вид диаграммы направленности в ближней и дальней зоне, программное фазирование АФАР с целью коррекции диаграммы направленности;
2. вид дискриминационных характеристик и точность установки луча при электронном и механическом сканировании (точнее, изменение положения нулей дискриминационных характеристик с момента калибровки при вводе в эксплуатацию) и введены поправки в измеряемые координаты;
3. работоспособность АФАР на прием и передачу в целом и каждого в отдельности канала АФАР;
4. разброс амплитудных характеристик каналов;
5. комплексная работоспособность трактов приемника, управляющей ЭВМ, формирователя частот и приемо-передающей АФАР;
6. работоспособность канала телеметрии и точность расчета истинных параметров температуры и влажности.

С целью унификации изделия использована единая АФАР для режима передачи и приема. Конструкция АФАР обеспечивает ширину диаграммы направленности (ДН) решетки при неотклоненном луче по азимуту — 9°, по углу места — 6°.

Структурная схема АФАР представлена на рис. 1.13. В соответствии со структурной схемой АФАР условно разбита на 8 подрешеток. Каждая из подрешеток содержит в своем составе поле раскрыва из 8 излучателей, 4 приемо-передающих устройства (ППУ), 1 блок суммирования и фазирования (АСФ).

Для проектируемой АФАР используется закрытая пассивная схема разводки, типа «елочка», основой которой являются бинарные кольцевые делители мощности с развязанными выходами.

Таким образом, в состав подвижной АФАР входят:

1. 64 излучателя, расположенных в соответствии с выбранной схемой раскрыва;
2. 32 приемо-передающих устройства (ППУ);
3. 8 блоков АСФ;
4. манипулятор квадрантного сканирования, имеющий в своем составе 4 двухканальных сумматора и 4 90-градусных фазовращателя;
5. приемо-передатчик;
6. управляющая бортовая ЭВМ;
7. датчик угол-код;
8. импульсный синхронизатор;
9. вторичные источники питания.

Структура раскрыва АФАР строилась из расчета максимального использования преимуществ строчно-столбцевого управления лучом и удовлетворения требований к УБЛ ДН всей решетки. Межэлементные расстояния в решетке рассчитывались из известных соотношений при условии максимального подавления дифракционных максимумов до заданного уровня УБЛ во всем секторе сканирования.