РАЗДЕЛ 2
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ РАДИОМЕТЕОРНЫМ
МЕТОДОМ
В данном разделе изложены результаты теоретических исследований с целью
совершенствования метеорных РЛС для исследования верхней атмосферы. Поведен
анализ точностных характеристик метеорной РЛС при определении угловых координат
отражающей точки метеорного следа. Обосновывается целесообразность применения
ряда новых подходов к построению метеорной РЛС, позволяющих повысить временную
стабильность ее точностных характеристик, снизить себестоимость эксплуатации,
повысить точность определения пространственного положения отражающей точки
метеорного следа.
2.1. Экспериментальная система для исследования атмосферных процессов
2.1.1. Общие требования к метеорным РЛС для исследования верхней атмосферы
Метеорные РЛС должны удовлетворять ряду важных требований: они должны быть
достаточно экономичны, должны обеспечивать возможность проведения непрерывных
измерений; МРЛС должны быть снабжены устройствами для автоматической первичной
обработки данных и обеспечивать оперативную передачу по каналам связи в центр
сбора информации.
Для решения задач исследования пространственной структуры динамических
процессов с короткими периодами, необходим определенный уровень информационной
обеспеченности процесса измерений, который характеризуется численностью
регистрации метеорных отражений, погрешность определения пространственных
координат, которых находится в допустимых пределах. Оптимизация структуры
угломерной системы, сводящаяся к обеспечению заданной погрешности при
минимизации вероятности аномальных ошибок определения координат, приводит к
повышению эффективности измерительной системы в информационном плане. Решение
этой задачи особенно актуально при создании угломерных систем с ограниченным
энергетическим потенциалом.
При исследовании атмосферных процессов с небольшими пространственными
масштабами основными вопросами является достоверность и точность оценок угловых
координат отражающей области метеорного следа. Это требует выбора оптимальных
параметров системы пространственной обработки сигналов, решения задач
фазометрических измерений при малом времени обращения к сигналу, калибровки
фазометрической системы.
Специфика отражения радиоволн от метеорного следа требует применения методов
моноимпульсной радиолокации для определения угловых координат отражающей
области метеорного следа, которые относятся к «прямым» методам. Прямые методы
реализуют определение высот расчетным путем: по измеренным значениям углов
места и наклонной дальности до отражающей области метеорного следа.
Наблюдения с помощью станции с высотомерным устройством, которая обеспечивает
зондирование одновременно в 4-х направлениях, позволят получить уникальную
информацию о тонкой пространственно-временной структуре атмосферы в объёме
пространства с горизонтальными масштабами ~ 500км.
2.1.2. Метеорная РЛС ХНУРЭ
Измерение коэффициента амбиполярной диффузии проводилось по результатам
наблюдения метеоров с применением двухчастотного когерентного радиолокационного
комплекса в состав которого входит передающая, приемно-регистрирующая
аппаратура. Основные характеристики аппаратуры приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Основные характеристики аппаратуры для двухчастотного измерения коэффициента
амбиполярной диффузии
Параметры аппаратуры
РЛС-1
РЛС-2
Рабочая длина волны, м
9,6
5,23
Импульсная мощность передатчика, кВт
80
500
Предельная чувствительность приемника, мкВ
0,7
0,5
Коэффициент усиления антенн, дБ
13,8
13,8
Структурная схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.1.
Синхронизация работы всех систем, входящих в состав установки, реализуется с
помощью синхрогенератора (СГ). Необходимые опорные и гетеродинные частоты
формируются с помощью блока опорных частот (БОЧ). Этот же блок обеспечивает
необходимую когерентность сигналов для фазометрических устройств
автоматического угломера (АУ).
Потенциал радиолокационных комплексов обеспечивает эффективную предельную
чувствительность на обеих частотах равную =3·109 эл·см-1. Излучение и прием
отраженных сигналов ведется на раздельные передающие (А1, А2) и приемные
антенны (А3, А4) – пятиэлементные волновые каналы. Для обеспечения стабильности
и идентичности амплитудных характеристик приемников на обеих частотах они имеют
после смесителей общий тракт промежуточной частоты. Разделение отраженных
сигналов на разных частотах обеспечивается небольшим разнесением во времени (2)
зондирующих импульсов соответствующих передатчиков.
Рис. 2.1. Структурная схема экспериментальной установки
Возможна работа с УПЧ, имеющим линейную амплитудную характеристику с
динамическим диапазоном 35 дБ, либо логарифмическим УПЧ с динамическим
диапазоном 85 дБ. При появлении метеорного отражения от системы защиты от помех
(СЗП) на коммутируемый УВЧ поступает управляющий импульс, опережающий
отраженный сигнал и перекрывающий его по длительности, при этом УВЧ
открывается. Этот же импульс обеспечивает подачу соответствующего гетеродинного
напряжения.
Это сделано для уменьшения уровня шумов на выходе приемника, так как в
противном случае шумы входных цепей и шумы смесителей обоих каналов будут
складываться, уменьшая соотношение сигнал/шум. Угловые координаты отражающей
области метеорного следа в реальном масштабе времени определяются
автоматическим угломером (АУ) [62, 63]. Автоматический угломер представляет
собой пятиканальную фазометрическую систему, работающую в реальном масштабе
времени совместно с компьютером. Среднеквадратическая погрешность определения
угловых
- Київ+380960830922