Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 1

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ

3-го Международного радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» (МРФ'2008)

3nd International Radio Electronic Forum (IREF'2008) PROCEEDINGS

Том I

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОЛОКАЦИИ, РАДИОАСТРОНОМИИ И СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ»

(СРРСН-2008) Часть 1

Volume I INTERNATIONAL CONFERENCE «MODERN AND PERSPECTIVE RADAR, RADIO ASTRONOMICAL AND SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS»

(SRRSN-2008)

Part 1

3-й Международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектро­ника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2008. Сборник научных трудов. Том. I. Международная конференция «Современные и перспективные системы радиолокации, радиоастрономии и спутниковой навигации». Ч.1. - Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ. 2008. - 374 с.

В сборник включены научные доклады участников Международной конфе­ренции «Современные и перспективные системы радиолокации, радиоастрономии и спутниковой навигации» (СРРСН) 3-го Международного радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2008.

Издание подготовлено инновационно-маркетинговым отделом Харьковского национального университета радиоэлектроники и редакцией журнала «Прикладная радиоэлектроника»

61166, Украина, Харьков, просп. Ленина, 14. Тел.: (057) 7021-397, 7021-515, 7021-735 Факс: (057) 7021-113 E-mail: innov@kture.kharkov.ua akad@kture.kharkov.ua

О    Академия наук прикладной радиоэлектроники,

2GG8

©    Харьковский национальный

университет радиоэлектроники,

2008

СОПРЕДСЕДАТЕЛИ

Яковенко В.М. Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова

Национальной академии наук Украины Литвиненко Л.Н.        Радиоастрономический институт Национальной академии наук

Украины, г. Харьков, Украина Ширман Я.Д. Харьковский университет воздушных сил им. И. Кожедуба,

г. Харьков, Украина

Шифрин Я.С. Харьковский национальный университет радиоэлектроники,

г. Харьков, Украина

ПРОГРАММНЫЙ КОМИТЕТ МК СРРСН-2008

Брейгин А.М.

Бобицкий Я.В.

Ваврив Д.М Вовшин Б.М. Волощук Ю.И.

Гузь В.И. Деденок В.П.

Дидковский В.С.

Дохов А.И.

Зеленский А.А.

Карлов В.Д.

Карпенко В.И.

Когут А.Е.

Козелков С. В. Колпаков В.А.

Конин В. В. Коноваленко А.А.

НИИ измерительной техники - радиотехнические комплексы, г. Челябинск, Россия

Национальный университет «Львівська політехніка», г. Львов, Украина

Радиоастрономический институт НАНУ, г. Харьков, Украина

ООО ЦНТИ «Элерон», г. Москва, Россия

Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, Украина

НИИ «Квант-Радиолокация», г. Киев, Украина

Центр института космических исследований НАНУ НКАУ, г. Харьков, Украина

Национальный технический университет Украины «КПИ», г. Киев, Украина

Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, Украина

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Э. Жуковского «ХАИ», г. Харьков, Украина

Харьковский университет воздушных сил им. И. Кожедуба, г. Харьков, Украина

Харьковский университет воздушных сил им. И. Кожедуба, г. Харьков, Украина

Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАНУ, г. Харьков, Украина

ЦНИИ НиУ, г. Киев, Украина

Севастопольский район Госгидрографии им. Л.И. Митина, г. Севастополь, Украина

Национальный авиационный университет, г. Киев, Украина Радиоастрономический институт НАНУ, г. Харьков, Украина

СРРСН'2008

1-ч.1 - 3

Красюк В.Н.

Кузниченко В.С. Леонов С.А. Литвинов В.В.

Лобур М.В. Малафеев Е. Е.

Мележик П.Н.

Можар М.К. Монаков А.А.

Назаренко И.П.

Никитенко Ю.Г. Онищенко И.Н.

Пискорж В.В.

Пресняк И.С. Просвирнин С.Л. Разсказовский В.Б.

Родионов В.В. Ролинг Герман Седышев Ю.Н.

Стериополо Е.А. Ткачев Г.Н. Траилин В.Ф. Харченко В. П. Чабдаров Ш.М. Шокало В.М.

Шульга В.М.

Санкт-Петербургский государственный университет приборостроения, г. Санкт-Петербург, Россия

ЦК НБ «Протон», г. Харьков, Украина

Корпорация Raytheon, Waterloo, Canada

Харьковский университет воздушных сил им. И. Кожедуба, г. Харьков, Украина

ГП НИРТИ, г. Львов, Украина

ОАО «АО НИИ радиотехнических измерений», г. Харьков, Украина

Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАНУ, г. Харьков, Украина

ГП НИИ «Орион», г. Киев, Украина

Государственный университет аэрокосмического приборостроения, г. Санкт-Петербург, Россия

Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники, г. Москва, Россия

НИИ «Квант-Радиолокация», г. Киев, Украина

Институт плазменной электроники и новых методов ускорения ННЦ ХФТИ, г. Харьков, Украина

ОАО «АО НИИ радиотехнических измерений», г. Харьков, Украина

КП НПК «Искра», г. Запорожье, Украина

Радиоастрономический институт НАНУ, г. Харьков, Украина

Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАНУ, г. Харьков, Украина

ФГП радиозавод «Полет», г. Челябинск, Россия

Политехнический Университет, г. Гамбург, Германия

Харьковский университет воздушных сил им. И. Кожедуба, г. Харьков, Украина

НИИ «Квант», г. Киев, Украина

АО «НПК «НИИ дальней радиосвязи», г. Москва, Россия

КП «НПК «Искра», г. Запорожье, Украина

Национальный авиационный университет, г. Киев, Украина

Академия наук республики Татарстан, г. Казань, Россия

Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, Украина

Радиоастрономический институт НАНУ, г. Харьков, Украина

СРРСН'2008

1-ч.1 - 4

ОБЗОР МАТЕРИАЛОВ ФОРУМА

Конференция «Современные и перспективные системы радиолокации,

радиоастрономии и спутниковой навигации (СРРСН-2008)....................................................том 1

Конференция «Телекоммуникационные системы и технологии» (ТСТ-2008)......................том 2

Конференция «Электронная компонентная база.

Состояние и перспективы развития» (ЭКБ-2008) ....................................................................том 3

Конференция «Актуальные проблемы биомединженерии» (АПБ-2008)...............................том 4

Конференция «Информационные компьютерные

технологии и системы» (ИКТС-2008) .......................................................................................том 5

Конференция «Электромагнитная совместимость» (ЭМС-2008) ...........................................том 6

Конференция «Метрология и измерительная техника» (МИТ-2008).....................................том 7

СРРСН'2008

1-ч.1 - 5

СРРСН'2008 I-ч.І - б ^ЛЕ^РИ!^ ЗAСЕДAИИЯ KOИФЕРЕИЦИИ

СРРСН'2008

I-ч.і - 7

СРРСН'2008 I-ч.і - 8 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

РАДИОЛОКАТОРОВ

Солонин А. С. Институт радарной метеорологии 188685, пос. Воейково Ленинградской обл., РФ, д. 15 E-mail: iram@iram.ru, тел./факс 813-70-75592 This paper describes five stages of evolution of meteorological radars: 1) non-coherent, manned and automated, the basic information on hydrometeors - reflectivity Z; 2) Doppler co­herent radars in which, except for Z, the information on radial velocity Vp and width of a Dop­pler velocity spectrum ov is obtained; 3) multiparameter (two-polarization) radars which, except for Z, Vp and ov, obtain the information on differential reflectivity ZDR and shifts of received phases of electromagnetic waves in precipitations on vertical and horizontal polarizations; 4) Doppler radars with procedures of a pulse compression and a coded sounding pulse with the same volume of useful meteorological information; 5) development in the USA of multifunc­tional radars with an active phased array antenna, which allow to update the same volume of information in one-minute intervals (instead of 5-minute), simultaneously fulfilling all functions of the ATC radar.

1. Некогерентные метеорологические радиолокаторы (МРЛ). Современное раз­витие радиолокационной техники в Х, С и S диапазонах волн и применение новейших достижений вычислительной техники при обработке сигналов позволяют извлекать ме­теорологическую информацию из амплитуды, фазы, частоты и поляризации электромаг­нитной волны, отраженной от метеообразования [1, 2].

Первые метеорологические радиолокаторы создавались на основании опыта опера­тивной эксплуатации списанных после мировой войны самолетных радиолокаторов и ра­диолокаторов орудийной наводки. Единственной метеорологической информацией на первом этапе было распределение в пространстве вокруг радиолокатора радиоэха зон очагов осадков и их высот. Затем энтузиасты научились измерять мощность отраженных от облаков и осадков сигналов. И после получения первых опытов метеорологической интерпретации отраженных сигналов были разработаны технические задания на первые метеорологические радиолокаторы и сами радиолокаторы.

Это были неавтоматизированные измерительные системы, которые на основе изме­рений величин отраженного сигнала и уравнения радиолокации метеообразований полу­чали параметр, характеризующий отражающие свойства облаков и осадков и названный радиолокационной отражаемостью Z.

Специфика метеорологических радиолокаторов заключается в высокой простран­ственной разрешающей способности (по дальности не больше 1-2 мкс, а по угловым ко­ординатам не больше одного градуса), большом динамическом диапазоне сигналов, от­раженных от метеообразований (более 70 дБ), в чувствительности приемного устройства (не менее 10-13 Вт); в импульсной мощности (не менее 100 кВт) при скорости обзора про­странства до 36°/с с возможностью обзора полусферы пространства.

Следующим этапом развития первых метеорологических радиолокаторов была ав­томатизация радиолокационных метеорологических наблюдений. Этот этап был реализо­ван, когда возможности вычислительной техники и ее стоимость позволили достичь вы­сокой рентабельности при серийном выпуске метеорологических радиолокаторов [1].

Автоматизация радиолокационных метеонаблюдений была реализована как техни­ческими, так и программными средствами. Она включала три обязательных этапа автома­тизированной обработки:

1) режим обзора пространства, первичная обработка сигналов, обеспечивающая измерение параметров радиоэха и выдачу их для дальнейшей обработки по алгоритмам;

2) формирование с помощью разработанных алгоритмов оптимального объема ра­диолокационных характеристик метеообразований путем метеорологической интерпре­

СРРСН'2008

1-ч.1 - 9тации первичных (базовых) радиолокационных данных, измерения интенсивности и ко­личества осадков;

3) представление выходной информации (продуктов) потребителям, совмещение ее с другими видами метеоинформации и архивация радиолокационных метеоданных.

В каждой конкретной радиолокационной системе эти обязательные этапы выпол­нялись по-разному, но в результате автоматизации все измерения и продукты получались с точностью, существенно не ухудшающей тактико-технические характеристики неавто­матизированных МРЛ.

Обязательным требованием к аппаратуре автоматизации является наличие дистан­ционной системы встроенного контроля основных параметров МРЛ, систем калибровки и отсутствие обслуживающего персонала в месте установки МРЛ.

Таким образом, автоматизация МРЛ и создание на ее базе метеорологических ав­томатизированных радиолокационных сетей произошла во всех странах на базе некоге­рентной обработки радиолокационных сигналов, т. е. измерения отражаемости Z [1].

2. Когерентные МРЛ. К 1985 г., когда развитие техники (радиолокационной и вы­числительной) в США позволило получать оперативную метеоинформацию на основании доплеровского сдвига частот. Когерентная обработка отраженных сигналов в доплеров-ском МРЛ позволяет получать, кроме отражаемости, измерения радиальной (доплеров-ской) скорости Vp и ширины спектра доплеровских частот ov.

Как и в некогерентных МРЛ, первичная обработка сигналов в доплеровском (коге­рентном) МРЛ осуществляется в каждом дискрете дальности диаграммы направленности антенны равном или меньшем длительности зондирующего импульса и производится с целью измерения Z, Vp и ov. Время декорреляции отраженных от метеообразований сиг­налов составляет от 3 до 15 мс [1].

Диапазон отраженных от метеообразований радиолокационных сигналов достигает 100 дБ, диапазон радиальных скоростей - ±70 м/с, ширина спектра - до 15 м/с. При этом, согласно рекомендациям Всемирной метеорологической организации, допустимая точ­ность определения радиальной скорости не должна превосходить 0,25 м/с до удалений 130-230 км от ДМРЛ; ширина спектра скоростей - <1 м/с, а отражаемость - ±1 дБ2 [2].

Для повышения эффективности использования ДМРЛ повсеместно были созданы многофункциональные метеорологические автоматизированные радиолокационные сети. Все ДМРЛ на такой национальной сети работают по единой программе наблюдений на основе базовых измерений и алгоритмов выходных информационных продуктов [1]. Ос­новные потребители информации таких сетей: авиационные синоптики и специалисты управления воздушным движением, дежурные синоптики и специалисты по краткосроч­ным прогнозам погоды и моделированию атмосферных процессов, гидрологи и все служ­бы, ответственные за безопасность населения.

Национальная сеть оперативных доплеровских МРЛ в США состоит из 157 WSR-88D NEXRAD (S-диапазона), в Китае - из 120 WSR-98D (С - и S -диапазонов), межна­циональная сеть европейских метеослужб из 160 ДМРЛ типа METEOR (S- и С-диапазонов) [1, 2].

Сеть из современных когерентных метеорологических радиолокаторов получает первичную информацию: отражаемость Z (дБ2), радиальная скорость Vp (м/с) и ширина спектра ov (м/с). Из этих базовых измерений трех перечисленных параметров потребитель может получать на основе применения специальных алгоритмов на стадии вторичной обработки до 130 метеопродуктов. Из них обязательными для всех оперативных сетей являются: вероятность опасной погоды для штормового оповещения, пространственное распределение интенсивности и количества осадков, град, грозы, ливни, снегопад, мезо-циклон в кучево-дождевых суперячейках, признаки торнадо, сдвиги ветра в осадках, про­фили ветра в обложных осадках. Эта метеоинформация получается по квадратам 4х4 км со временем обновления базовых данных от 5 до 15 мин. и любым временем накопления (в частности для осадков от одного до 24 час и за дождь в целом).

СРРСН'2008

1-ч.1 - 10

3. Двухполяризационные МРЛ. Использование только отражаемости при получе­нии метеоинформации имеет несколько источников неопределенностей при интерпрета­ции метеоданных. Эти неопределенности могут быть минимизированы при помощи двух-поляризационных радиолокационных методов. Они позволяют учесть, при метеорологи­ческой интерпретации радиолокационной информации, размер, форму, ориентацию и фа­зовое физическое состояние отражающих гидрометеоров.

Многопараметрические (двухполяризационные) радиолокаторы, кроме Z, Vp и ov, могут одновременно получать данные о дифференциальной отражаемости ZDR = 10 lgZ/Zjjq,), сдвиги фаз электромагнитных волн (дифференциальную фазу (это разница между принятыми фазами горизонтально и вертикально поляризованных волн (Ф^ = Фгг - Фвв) и удельную дифференциальную фазу       - это коэффициент изменения по

дальности KDP = —-DP град/км. Использование при радиолокационном измерении

2 dr

осадков ZDR и KDP значительно улучшили точность измерения осадков и позволили повы­сить оправдываемость определения их фазового состояния.

С 2009 г. на сети NEXRAD США запланирована техническая и методическая мо­дернизация, в результате которой они станут двухполяризационными и будут выдавать вдвое больший объем информации.

Все метеорологические радиолокаторы. выпускаемые в этом столетии, являются двухполяризационными. И только отсутствие единства у метеорологов Европы по каче­ству поляриметрической информации и способу введения поправок на ослабление в осад­ках при обработке информации на длинах волн С-диапазона не позволяют ввести их в оперативную практику повсеместно [2].

4. МРЛ с процедурами сжатия импульса. Принципиальная возможность замены радиолокаторов УВД спутниковыми системами с GPS и GLONASS при проводке самоле­тов и опознании «свой-чужой» привела к тому, что в новых разработках метеорологиче­ских радиолокаторов с передатчиками на ЛБВ, клистроне стала применяться технология (или процедура) сжатия импульса, давно используемая в радиолокаторах УВД [3].

Использование технологии, когда в качестве зондирующих импульсов МРЛ приме -няются импульсы со сложными законами внутриимпульсной модуляции, позволяет:

- уменьшить время на периодичность обзора пространства, т. е. время обновления метеоинформации;

- использовать передатчик с более низкой пиковой мощностью, но с той же чувст­вительностью приемника и более высокой разрешающей способностью по дальности, чем у существующих ДМРЛ.

Естественно, такой маломощный ДМРЛ легче обслуживается и имеет более высо­кую электромагнитную совместимость с другими радиолокаторами в месте размещения.

Недостаток технологии сжатия импульса в ДМРЛ - создание артефактов за счет боковых лепестков (регистрируются искусственно образованные радиолокационные от­ражения, возникающие в зоне повышенных градиентов отражаемости). Эти артефакты, безусловно, затрудняют метеорологическую интерпретацию отраженных радиолокаци­онных сигналов. Судя по публикациям, должно пройти время, когда борьба с артефакта­ми при сжатии импульса МРЛ найдет общеприемлемое решение. В публикациях на эту тему отсутствуют данные о влиянии маломощных закодированных зондирующих им­пульсов при их прохождении в зонах осадков повышенной интенсивности (>50 мм/ч) на достоверность выходных продуктов. В настоящее время за рубежом в оперативной рабо­те находятся несколько МРЛ с кодированием зондирующих импульсов.

5. МФАР - многофункциональный МРЛ с ФАР. Дальнейшая перспектива разви­тия МРЛ связана с использованием в МРЛ активной фазированной решетки (ФАР). По­скольку только она позволяет ежеминутно обновлять метеоинформацию в радиусе обзора при развитии смерча (торнадо) [4].

СРРСН'2008

1-ч.1 - 11

Фундаментальное различие между ФАР с подвижным лучом и обычным радиоло­катором заключается в том, что вращающаяся параболическая антенна заменяется систе­мой электронного формирования и управления лучом. Луч ФАР формируется и направ­ляется с помощью электроники, накладывая друг на друга выходы излучателей решетки. Это достигается управлением фазой и двухпозиционной синхронизацией (пульсировани­ем) электромагнитного поля, генерируемого каждым излучателем относительно фаз и импульсов других излучателей антенной решетки (рис. 1) [5].

Рис. 1 [5]. Основные различия между обычным (слева) радиолокатором с механически вращающейся антенной и ФАР (справа) с подвижным лучом

Радиолокаторы с фазированной антенной решеткой (Е (электронным) сканировани­ем) давно и с успехом применялись в высокоэффективных военных и информационных системах. Их использование для гражданских нужд блокировалось запредельно высоки­ми ценами как радиолокаторов, так и их комплектующих.

Однако революционные изменения последних десятилетий в твердотельной радио­локационной и мобильной телекоммуникационных технологиях оказались настолько впе­чатляющими, что оценки стоимости радиолокатора с ФАР и ДМРЛ почти сравнялись [4, 5].

В США принята и действует федеральная целевая программа по адаптации сущест­вующих и разрабатываемых военных радиолокационных технологий для гражданских при­ложений и создание на их основе многофункционального радиолокатора с электронным сканированием луча на базе активной фазированной антенной решетки (МФАР) [4, 5].

Радиолокаторы МФАР будут обладать более высоким разрешением, чем обычные, иметь более высокую скорость обзора пространства и в них будут отсутствовать механи­ческие части (типа вращающейся антенны).

Многофункциональный радиолокатор с фазированной решеткой, имея такие досто­инства, может одновременно выполнять практически все задачи существующей сети КЕХИАБ и задачи монофункциональных ведомственных сетей радиолокаторов по управ­лению воздушным движением, одновременно отслеживая перемещением своих и чужих воздушных судов в зоне своего обзора.

Возможности многофункционального радиолокатора с фазированной антенной ре­шеткой и подвижным лучом изображены на рис. 2 [5] в виде панорамы. На рис. 2 пред­ставлены: 1) обзорное сканирование планетарного пограничного слоя (протяженностью до 2 км) для регистрации ветров, 2) обзорное сканирование кучевого облака "Си", 3) об­зорное сканирование суперячейкового шторма, 4) сканирование с высоким разрешением с более продолжительной задержкой на районе суперячейки, где возможно развитие тор­

СРРСН'2008

1-ч.1 - 12надо, 5) сканирование, которое задевает контур горы в целях устранения местников с "хирургической точностью", 6) определение условий распространения, то есть кумуля­тивной влажности вдоль луча между радиолокатором и контуром горы и 7) обнаружение и слежение за самолетами, включая чужие самолеты.

15 г

то .

I-

то~

о ш

о

I

Азимут, град

270 Задержка для обнаружения торнадо

Рис. 2 [5]. Иллюстрация возможностей многофункциональности радиолокатора с фазированной антенной решеткой.

Считается, что МФАР превысят существующую высокую степень сервисной го­товности для сетевых МРЛ (в США это 99,5 %) за счет исключения отказов в передатчи­ке и антенной системе.

При разработке специального программного обеспечения МФАР планируется ис­пользовать проверенные многолетней практикой алгоритмы принятий решений об опас­ных явлениях и схема доведения выходной метеорологической информации (продуктов) до потребителей.

Создание единой радиолокационной сети США на базе МФАР запланировано на 2020-2025 гг. [5]. Таким образом, через 60 лет радиолокационные метеорологи вернулись на новом качественном уровне к использованию военных технологий при создании ме­теорологического радиолокатора нового поколения.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа