Антенно-волноводная система

Российский Государственный Гидрометеорологический университет

Кафедра экспериментальной физики атмосферы

Реферат

Метеорологическая радиолокационная станция МРЛ-5. Автоматизированный метеорологический радиолокационный комплекс «Метеоячейка».

Выполнила : ст.гр. М-384

Протасова О.А.

Проверила: Екатериничева Н. К.

Санкт - Петербург

2014 г

Содержание

1. Метеорологическая радиолокационная станция. 3

МРЛ-5. 3

Антенно-волноводная система. 5

Передающие устройства. 7

Приемные устройства. 7

Контрольно-измерительная аппаратура. 9

Индикаторные устройства. 10

Синхронизатор. 11

Аппаратура измерения и обработки эхо-сигналов метеоцелей. 11

Каналы угловой информации. 12

Световое табло. 12

Система управления. 13

Система питания. 14

Основные технические характеристики МРЛ-5. 14

2. Методика получения первичной информации с помощью МРЛ. 16

3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ.. 20

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС «МЕТЕОЯЧЕЙКА». 20

Устройство предварительной обработки сигналов. 21

Центральная система АМРК.. 21

Задачи, решаемые АМРК «Метеоячейка». 21

Технические характеристики АМРК «Метеоячейка». 23

Подготовка комплекса к наблюдениям. 25

Включение МРЛ с помощью "Метеоячейки". 26

Вывод на экран карт. 26

Выключение МРЛ с «Метеоячейки». 27

Работа с архивом.. 27

Удаление файлов. 28

Вывод карты на печать. 28

Литература. 28

Метеорологическая радиолокационная станция

МРЛ-5

Радиолокатор МРЛ-5 – двухволновый высокопотенциальный метеорологический радиолокатор, выпускаемый в передвижном и стационарном вариантах, устанавливается в военизированных службах по борьбе с градом и служит для обеспечения градозащиты.

В составе радиолокатора МРЛ-5 предусмотрены:

1. Два раздельных канала – 3 см (1 канал ) и 10 см (2 канал), каждый из

которых обладает высоким энергетическим потенциалом. Режим штормооповещения может осуществляться на каждом из каналов, а режим обслуживания градозащиты реализуется, главным образом, при совместной работе обоих каналов.

2. Антенная система с параболическим отражателем и двухдиапазонным

облучателем формирует узкие диаграммы направленности. Применение такой антенны обеспечивает получение высокой разрешающей способности по угловым координатам и совмещение диаграмм направленности обоих диапазонов с высокой точностью, что дает возможность получить необходимую точность измерения горизонтальных и вертикальных параметров радиоэха. Система помещена под радиопрозрачный купол, обеспечивающий защиту приводов от ветровых нагрузок и от воздействия атмосферных явлений.

3. Универсальная система индикации, обеспечивающая возможность

наблюдения и регистрации радиоэха от метеорологических объектов:

• совмещенные индикаторы ИКО/ИДВ (основной и для фоторегистрации) с широким набором масштабов разверток, обеспечивающие измерения, наблюдения и фоторегистрацию радиоэха в горизонтальной и вертикальной плоскости;

• двухлучевой индикатор типа А на базе осциллографа С1-55 для наблюдения радиоэха метеообъектов в координатах амплитуда-дальность.

4. Аппаратура преобразования угловой информации, обеспечивающая

выдачу азимута метеоцелей в географических и артиллерийских координатах с высокой точностью (0,1°), вычисление высоты и горизонтальной дальности, а также сопряжение с аппаратурой автоматической обработки метеоинформации типа «Циклон».

5. Устройство автоматического выделения градовых очагов.

6. Световое табло, обеспечивающее оперативный съем и фоторегистрацию

даты, времени, номера наблюдаемого канала, знак нормы энергетического потенциала РЛС, уровень изоэха через 6 дБ, масштаб, азимут (в географических и артиллерийских единицах), угол наклона антенны, горизонтальную, наклонную дальность и высоту выбранной на индикаторе цели.

7. Устройство контроля чувствительности приемных устройств, мощности

передающих устройств и энергетического потенциала станции в целом

8. Управляемые СВЧ аттенюаторы на pin-диодах, обеспечивающие

измерение мощностей радиоэха и коррекцию на квадрат расстояния.

9. Антенно-волноводная система, помещенная под радиопрозрачным

куполом, обеспечивающим защиту приводов вращения и качания от интенсивных ветровых нагрузок и влаги.

Рис.1. Структурная схема радиолокатора градозащиты и штормооповещения МРЛ-5

1 и 2 - рефлекторы 1 и 2 каналов; 3 - двухдиапазонный волноводный облучатель; 4 и 4' - передатчики 1 и 2 каналов; 5 и 5' - антенные переключатели; 6 и 6' - pin-диодные СВЧ аттенюаторы; 7 и 7 '- СВЧ усилители; 8 и 8' - логарифмические усилители промежуточной частоты;

9 - устройство вычитания; 10 - шкаф угловой информации; 11 - блок управления маркером; 12 - аппаратура фоторегистрации; 13, 15-индикаторы ИКО/ИДВ основной и фоторегистрации; 14 - индикатор типа А; 16 и 17 - световое информационное табло; 18 - блок управления антенной; 19 - привод антенны; 20 - кондиционер; 21 - радиостанция; 22 - пульт управления радиостанцией.

Антенно-волноводная система

Антенно-волноводная система обеспечивает работу метеороло­гического радиолокатора градозащиты и штормооповещения МРЛ-5 в двух рабочих диапазонах радиоволн и предназначается для передачи высокочастотных импульсов электромагнитной энер­гии от передатчиков к антенне, излучения в пространство, приема отраженных сигналов и передачи их к приемникам.

В состав антенно-волноводной системы входят:

- двухдиапазонная антенна;

- волноводный тракт 1 канала;

- волноводный тракт II канала.

Особенностью антенны радиолокатора является совмещение двух рабочих каналов в одном антенном блоке. Антенна состоит из большого и малого параболических отражателей и сдвоенного, двухдиапазонного облучателя. Большой параболический отражатель представляет собой параболоид вращения с круглым раскры­вом. Диаметр раскрыва отражателя 4500 мм. Фокусное расстоя­ние отражателя 1900 мм. Рабочая поверхность отражателя выпол­нена из сплошного металлического листа.

Малый параболический отражатель представляет собой также параболоид вращения с круговым раскрывом. Диаметр раскрыва отражателя 1400 мм. Фокусное расстояние отражателя 590 мм. Рабочая поверхность малого отражателя выполнена из двух слоев поляризованной ткани, в которую вмонтирована металлизирован­ная сетка параллельных проводников. Благодаря такой структуре ткани она прозрачна для волн, поляризация которых ортого­нальна проводникам сетки, и отражает волны с поляризацией параллельной проводникам. Таким образом, малый отражатель является прозрачным для волн II канала и эквивалентен металлической поверхности для волн I канала.

Двухдиапазонный облучатель состоит из большого рупора с входным волноводом сечением 72х34 мм, в который встроен малый рупор так, чтобы продольные оси рупоров совпадали, что обеспечивает совпадение центров их излучения.

Малый отражатель закреплен так, что его фокальная ось со­впадает с фокальной осью большого отражателя, и фокусные точки обоих отражателей также совпадают.

Описанная конструкция обеспечивает режим градозащиты с одинаковыми диаграммами направленности в обоих каналах, равными 1,5°. При переходе к режиму штормооповещения малый отражатель снимается, при этом оба рупора облучают всю поверх­ность большого отражателя, в результате чего диаграмма направ­ленности I канала сужается до 0,5°, а диаграмма направленности II канала практически остается неизменной и равной 1,5°.

Волноводный тракт I канала выполнен на основе прямоуголь­ного волновода сечением 28,5х 12,6 мм и включает в себя ферри­товый циркулятор, рециркулятор, разрядник, направленный ответ­витель, ответвитель АПЧ, измерительную секцию, два вращаю­щихся перехода, герметизирующие секции, детекторную секцию и соединительные волноводы. Для повышения электрической проч­ности, а также предотвращения попадания в тракт пыли и влаги передающая часть волноводного тракта выполнена герметичной и в ней системой наддува поддерживается избыточное давление воздуха, равное 1,6∙10⁵ Па (1,6 атм).

Волноводный тракт II канала выполнен на основе прямоуголь­ного волновода сечением 72х34 мм и включает в себя волновод­но-коаксиальный переход, герметизирующие секции, ферритовый циркулятор, разрядник, волноводно-коаксиальный переход, на­правленный ответвитель, коаксиальный аттенюатор, детекторную секцию, два вращающихся перехода и соединительные волноводы. Передающая часть волноводного тракта герметизирована и в ней системой наддува поддерживается избыточное давление 0,5·10⁵ Па. Вращающиеся переходы обоих каналов объединены и выполнены в виде двухканальных переходов.

Антенно-волноводная система в режиме градозащиты имеет следующие основные параметры:

- ширина диаграммы направленности на уровне 0,707 (по полю) в рабочем диапазоне I и II канала в плоскостях Е и Н 1,5°;

- уровень боковых лепестков в рабочем диапазоне I канала не более -23 дБ и в рабочем диапазоне II канала не более

-25 дБ;

- коэффициент усиления антенны в рабочем диапазоне I канала 40 дБ и в рабочем диапазоне II канала 39 дБ;

- поляризация поля антенны - линейная (в I канале - вер­тикальная, во II канале - горизонтальная);

- коэффициент стоячей волны в волноводном тракте I канала не более 1,5, а в волноводном тракте II канала не более 1,3;

- потери в тракте I канала в режиме передачи составляют 2,3 дБ, а в режиме приема - 3,5дБ;

- потери в тракте II канала в режиме передачи составляют 1,9 дБ, а в режиме приема - 3,2 дБ.

Антенна в режиме штормооповещения имеет следующие основ­ные параметры:

- ширина диаграммы направленности на уровне 0,707 (по полю) в рабочем диапазоне I канала в плоскостях Е и Н 0,5° и в рабочем диапазоне II канала в плоскостях Е и Н 1,5°;

- уровень боковых лепестков в рабочем диапазоне I канала не более -23 дБ, и в рабочем диапазоне II канала не более -25 дБ;

- коэффициент усиления антенны в рабочем диапазоне 1 канала 49 дБ и в рабочем диапазоне II канала 40 дБ.

Электропривод антенной системы состоит из двух систем управления по азимуту и по углу места. В качестве исполни­тельных двигателей в обеих системах используются двигатели по­стоянного тока серии МИ-32ФТ мощностью 0,76 кВт. Управление ими осуществляется через электромашинные усилители серии ЭМУ-12А. В качестве задающих устройств в системе исполь­зуются вращающиеся трансформаторы и программное устрой­ство. Устройство управления выполнено на полупроводниковых и интегральных элементах. В системе используются интегральные схемы «Логика-2», «Исток», интегральные ключи. Для преобразо­вания информации, поступающей с программного устройства, ис­пользуется преобразователь код-аналог, выполненный на инте­гральных ключах МОП-структуры.

Применение серийно выпускаемых электромашинных усилите­лей существенно упростило силовую часть системы электропри­вода. Электропривод антенны имеет следующие тактико-техниче­ские данные и позволяет решить следующий круг задач:

- вращение по азимуту (I программа) с регулируемой скоро­стью от 0 до 6 об/мин;

- сканирование по углу места (II программа) в пределах от -1 до +95° и обратно с регулируемым периодом сканирования от 24 до 72 с;

- сканирование в секторе как по азимуту, так и по углу ме­ста, выбираемом в любом углу, с величиной сектора 45° и регу­лируемым периодом от 12 до 36 с;

- автоматический программный обзор пространства двух видов:

а) автоматический круговой обзор со ступенчатым изменением угла наклона с шагом 0,5; 1,5; 3º;

б) автоматическое вертикальное сканирование по углу места с дискретным изменением азимута в верхнем и нижнем положе­ниях с шагом 0,5; 1,5; 3º;

- режим ручного доворота с регулируемыми скоростями 0-36º в секунду по азимуту и 0-15º в секунду по углу места;

- средняя квадратическая ошибка в отработке заданных уг­лов в позиционном режиме не превышает ±0,1°.

Все управление осуществляется с панели управления приводом.

Передающие устройства

Передающие устройства предназначены для вырабатывания мощных СВЧ импульсов на λ = 3,2 и 10 см. В передающих устройствах осуществляется плавный подъем высокого напряжения, стабилизация режима работы при измене­нии напряжения сети, автоматическое снижение напряжения при пробоях и пропусках магнетрона.

Выходные параметры передающего устройства I канала:

- импульсная мощность не менее 250 кВт;

- длительность импульсов 1 и 2 мкс;

- частота повторения соответственно 500 и 250 Гц;

- частота колебания СВЧ 9595 МГц;

- долговечность магнетрона 5000 ч.

Выходные параметры передающего устройства II канала:

- импульсная мощность не менее 800 кВт;

- длительность импульсов 1 и 2 мкс;

- частота повторения соответственно500 и 250 Гц;

- частота колебания СВЧ 2950 МГц;

- долговечность магнетрона 1000 ч.

Модулятор каждого из передающих устройств выполнен по ти­ристорно-тиратронной схеме. Зарядное устройство, входящее в со­став модулятора и выполненное на тиристоре ТЧ-100, осуществляет преобразование низкого постоянного напряжения на входе (200 В) в высоковольтное импульсное (16 кВ), посредством которого осу­ществляется заряд линии формирования тиратронного модуля­тора или, иначе говоря, производится импульсное питание тира­тронной части модулятора.

Синхронизация зарядного устройства и тиратронного модуля­тора осуществляется посредством подмодулятора, вырабатываю­щего два сдвинутых по времени импульса для запуска тиристора и тиратрона.

Частотно управляемый источник питания тиристорно-тиратрон­ного модулятора выполнен по схеме инвертора постоянного тока. Посредством источника осуществляются плавный подъем напря­жения, стабилизация и снижение напряжения при пробоях и про­пусках магнетрона.

Передающие устройства обоих каналов включают в себя уни­фицированные узлы и блоки (за исключением магнетронов) и имеют также в основном унифицированную конструкцию шка­фов (габаритные размеры 644х640х1700).

Отсутствие электронно-вакуумных приборов (кроме магнетро­нов и тиратронов) и высоковольтного источника постоянного на­пряжения, применение транзисторов и тиристоров в целях прав­ления и автоматики, новые схемные решения мощных цепей пере­дающего устройства, широкое применение унифицированных узлов и элементов обеспечивают высокую надежность (2000 ч), вы­сокий КПД (0,7), а также технологичность конструкции.

Приемные устройства

Приемные устройства МРЛ-5 имеют ряд особенностей, кото­рые обусловлены необходимостью одновременной обработки их выходных сигналов, отраженных от одного и того же объема, в ре­альном масштабе времени. К основным особенностям приемных устройств МРЛ-5 можно отнести следующие. Оба приемных уст­ройства выполнены по структурной схеме, в которой количест­венные измерения могут производиться комбинированным спосо­бом, т. е. по СВЧ+ВЧ. Приемные устройства обоих каналов в схемном и конструктивном отношениях максимально унифици­рованы и отличаются друг от друга только СВЧ трактом (СВЧ аттенюаторы, ЛБВ, смесители и т. д.). Все технические характе­ристики приемных устройств, кроме чувствительности, одинаковы, и входящие элементы тракта ПЧ и ВЧ являются взаимозаменяе­мыми. Для повышения чувствительности на входах приемных устройств включены малошумящие усилители СВЧ на ЛБВ. В ка­честве гетеродинов приемных устройств впервые вместо отража­тельных клистронов применены полупроводниковые подстраивае­мые гетеродины, построенные по принципу умножения частоты за­дающего автогенератора. Применение в приемных устройствах схем автоматической подстройки частоты (АПЧ) с повышенной точностью поддержания ПЧ позволило сузить их полосы пропус­кания до 1 Мгц.

Для стабилизации промежуточной частоты в приемных устрой­ствах применена схема АПЧ гетеродина с поиском и самостоя­тельным каналом преобразования и усиления. Автоматический контроль наличия и точности поддержания промежуточной ча­стоты осуществляется специальной схемой, которая значительно облегчает и ускоряет настройку приемо-передатчика в эксплуа­тационных условиях и позволяет по устойчивости показания прибора оценивать стабильность комплексной работы приемника и передатчика.

Усиление приемных трактов на заданном уровне при любой мощности отраженных сигналов поддерживается схемой автомати­ческой стабилизации усиления (АСУ). Высокочастотный опорный сигнал для схемы АСУ вырабатывается в конце каждого рекур­рентного периода генератором шума ГШ-2, сигнал которого ис­пользуется также для непрерывного автоматического контроля усиления приемных трактов. Непрерывный автоматический конт­роль коэффициента шума приемных устройств производится спе­циальной схемой, принцип работы которой заключается в сравне­нии двух постоянных напряжений, пропорциональных соответст­венно мощности собственных шумов и суммарной мощности опорного шумового сигнала и собственных шумов. Эта схема позволяет также по минимальному отклонению стрелки прибора при эксплуатации и при смене ЛБВ просто и оперативно устанав­ливать оптимальные режимы питания ЛБВ для получения мини­мального коэффициента шума.

Усиление сигналов в большом динамическом диапазоне обеспе­чивается УПЧ с точной и стабильной во времени логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ). ВО всех каскадах УПЧ и видеоусилителя приняты специальные меры для неискаженного усиления сильных и больших по длительности отраженных сигна­лов. Получение заданной точности и идентичности ЛАХ прием­ных устройств I и II каналов достигается за счет применения специальной схемы УПЧ с ЛАХ.

Количественные измерения мощности отраженных сигналов в приемных устройствах производятся по СВЧ с помощью фикси­рованного и ступенчатого аттенюаторов, собранных на рin-диодах и установленных в приемные тракты между разрядником и гене­ратором шума.

Применение СВЧ аттенюаторов на входах приемных устройств позволяет значительно расширить их динамический диапазон по входу, осуществлять автоматическую коррекцию эхо-сигналов на расстояние по СВЧ и обеспечить помехозащищенность работы схем АСУ и непрерывного контроля усиления и чувствительности.

Конструктивно приемные устройства выполнены в типовых выдвижных шкафах, а все входящие элементы промежуточной и видеочастоты выполнены на полупроводниковых приборах, уста­новленных на типовых стандартных платах с печатным монтажом.

Характеристики приемных устройств МРЛ-5:

- чувствительность 3,2-см приемного устройства не менее -134 дБ/Вт;

- чувствительность 10-см приемного устрой­ства не менее -136 дБ/Вт;

- динамический диапазон приемных устройств по входу

без СВЧ аттенюаторов 70 дБ;

с СВЧ аттенюаторами 148 дБ;

- динамический диапазон приемных устройств по входу 25 дБ;

- точность ЛАХ приемных устройств ±1,5 дБ;

- промежуточная частота приемных устройств 30 МГц;

- полоса пропускания на уровне 0,7 по напряжению 1 МГц;

- точность коррекции отраженных сигналов в интервалах

дальности 10-100 и 30-300 км ±2 дБ;

- точность ослабления мощности отраженных сигналов:

а) фиксированным аттенюатором 42 дБ ±1,5 дБ;

б) ступенчатым аттенюатором ступенями

че­рез 6 дБ до 36 дБ ±1,5 дБ;

- максимальная амплитуда выходного сигнала на нагрузке

75 Ом - 6 В;

- пределы автоматической подстройки ча­стоты ±15 МГц;

- спад вершины импульса длительностью 1 мс 3%

Основные технические параметры приемных устройств и в первую очередь чувствительность, стабильность усиления, точность и идентичность ЛАХ, точность коррекции эхо-сигналов на квад­рат расстояния и точность калибровки СВЧ аттенюаторов имеют достаточно высокую стабильность во времени.