RU159895U1

RU159895U1 - TWO-BAND LIDAR DEVICE FOR ALL-WEATHER METEOROLOGICAL AERONAUTICAL SUPPORT

Info

Publication number: RU159895U1
Application number: RU2015121272/28U
Authority: RU
Inventors: Павел Сергеевич Макарчук; Максим Юрьевич Ильин; Станислав Витальевич Ивакин; Елена Федоровна Вавилова; Денис Владимирович Клочков; Виталий Сергеевич Смекалов; Максим Анатольевич Коняев; Александр Сергеевич Михайленко; Андрей Евгеньевич Орлов; Алексей Владимирович Морозов; Анатолий Сергеевич Борейшо
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы"
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-02-20

Abstract

1. Двухдиапазонное лидарное устройство всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, содержащее лидарную метеосистему ИК-диапазона, радарную метеосистему X-диапазона, систему видеонаблюдения и связанную с ними систему питания, управления и сбора данных, отличающееся тем, что лидарная метеосистема ИК-диапазона, радарная метеосистема X-диапазона и система питания управления и сбора данных размещены на мобильном носителе, содержащем рабочий отсек и единое опорно-поворотное устройство.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лидарная метеосистема содержит модуль питания, управления и обработки сигнала, волоконно-оптический блок, приёмопередающий телескоп и зеркала сканирования.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радарная метеосистема Х-диапазона содержит антенный блок, модуль питания, управления и обработки сигнала и приёмопередающий блок.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит радарную метеосистему Ка-диапазона, включающую в себя антенный блок, модуль питания, управления и обработки сигнала и приёмопередающий блок.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мобильный носитель представляет собой наземное транспортное средство.6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мобильный носитель представляет собой воздушное транспортное средство.7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мобильный носитель представляет собой водное транспортное средство.8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что комплект зеркал сканирования лидарной метеосистемы ИК-диапазона, приёмопередающий блок Х-диапазона, антенный блок метеосистемы Х-диапазона, контроллер опорно-поворотного устройства, узел горизонт1. A dual-band lidar all-weather meteorological support for air navigation, comprising an infrared lidar meteorological system, an X-band radar meteorological system, a video surveillance system and an associated power, control and data acquisition system, characterized in that the infrared lidar meteorological system, X radar meteorological system -range and power supply control and data acquisition systems are located on a mobile carrier containing a working compartment and a single slewing ring. 2. The device according to claim 1, characterized in that the lidar meteorological system contains a power supply, control and signal processing module, a fiber optic unit, a transmitting and receiving telescope and scanning mirrors. 3. The device according to claim 1, characterized in that the X-band radar meteorological system comprises an antenna unit, a power supply, control and signal processing module, and a transceiver unit. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a Ka-band radar meteorological system, which includes an antenna unit, a power supply, control and signal processing module, and a transceiver unit. The device according to claim 1, characterized in that the mobile medium is a ground vehicle. The device according to claim 1, characterized in that the mobile medium is an air vehicle. The device according to claim 1, characterized in that the mobile medium is a water vehicle. The device according to claim 1, characterized in that the set of scanning mirrors of the infrared lidar meteorological system, the X-band transceiver unit, the X-band meteorological antenna unit, the rotary support controller, the horizon assembly

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к технологиям дистанционных методов измерения и контроля параметров атмосферы, а именно к технологиям всепогодного мониторинга и прогнозирования ветровой и метеорологической обстановки. Полезная модель может быть использована для всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации в составе аэродромного оборудования.The utility model relates to technologies of remote methods for measuring and controlling atmospheric parameters, namely to technologies for all-weather monitoring and forecasting of wind and meteorological conditions. The utility model can be used for all-weather meteorological support for air navigation as part of aerodrome equipment.

Уровень техникиState of the art

Авиационная метеорология является необходимым элементом комплексной системы организации воздушного движения, т.к. неблагоприятные метеорологические условия оказывают значительное влияние на уровень безопасности полетов и на все аспекты деятельности управления воздушным движением.Aeronautical meteorology is a necessary element of an integrated air traffic management system, as adverse weather conditions have a significant impact on flight safety and all aspects of air traffic control activities.

Авиационный транспорт на сегодняшний день является самым быстрым видом транспорта, что влечет за собой большой пассажиропоток. Безопасность полетов обеспечивается точностью и своевременностью измерений основных параметров атмосферы, определением положения и направления перемещения опасных метеоявлений, таких как дождь, снег, град, различные туманы и аэрозоли, грозовые фронта и т.п.Air transport today is the fastest mode of transport, which entails a large passenger flow. Flight safety is ensured by the accuracy and timeliness of measurements of the basic parameters of the atmosphere, the determination of the position and direction of movement of dangerous weather phenomena, such as rain, snow, hail, various fogs and aerosols, thunderstorms, etc.

Из уровня техники известны доплеровские радары [патент РФ №103936, патент РФ №121942, патент РФ №2400769, коммерческий продукт компании EEC - E700XD X Band Doppler Radar] и доплеровские лидары [патент РФ №2484500, патент SU 1840483, патент РФ №1721513, патент РФ №2545498; такие коммерческие продукты как WindTracer (Lokheed Martin corp.), Windcube-400s (Leosphere corp.), Zephir-300 (Qinetiq corp.)], предназначенных для измерения атмосферного ветра, принцип работы которых основан на измерении сдвига частоты зондирующего излучения, возвращенного из зоны проведения измерений посредством механизма рассеивания на аэрозольных частицах или гидрометеорах, которые, как предполагается, перемещаются с той же самой скоростью, что и ветер. Как правило, сдвиг частоты измеряется путем гетеродинного детектирования, при котором принимаемое рассеиваемое обратно излучение смешивается с опорным излучением гетеродина. Одним из главных недостатков подобных систем является сильная зависимость от конкретных параметров отражающего объема в атмосфере, и, как следствие, «капризность» к погодным условиям. Так, в ясную безоблачную погоду, отсутствие отраженного сигнала в доплеровских радарах обусловлено небольшой концентрацией аэрозольных частиц в атмосфере. С другой стороны, в условиях высокой отражаемой способности гидрометеоров, доплеровские радары регистрируют качественный отраженный сигнал на больших расстояниях. Физика доплеровских лидаров такова, что их зависимость от погодных условий диаметрально противоположна доплеровским радарам.Doppler radars are known from the prior art [RF patent No. 103936, RF patent No. 121942, RF patent No. 2400769, EEC's commercial product is E700XD X Band Doppler Radar] and Doppler lidars [RF patent No. 2484500, patent SU 1840483, RF patent No. 1721513 RF patent No. 2545498; commercial products such as WindTracer (Lokheed Martin corp.), Windcube-400s (Leosphere corp.), Zephir-300 (Qinetiq corp.)], designed to measure atmospheric wind, the principle of which is based on measuring the frequency shift of the probe radiation returned from measurement zones by means of a dispersion mechanism on aerosol particles or hydrometeors, which are supposed to travel at the same speed as the wind. Typically, the frequency shift is measured by heterodyne detection, in which the received backscattered radiation is mixed with the reference radiation of the local oscillator. One of the main disadvantages of such systems is the strong dependence on the specific parameters of the reflecting volume in the atmosphere, and, as a consequence, the “moodiness” of weather conditions. So, in clear cloudless weather, the absence of a reflected signal in Doppler radars is caused by a small concentration of aerosol particles in the atmosphere. On the other hand, in conditions of high reflected ability of hydrometeors, Doppler radars register a high-quality reflected signal at large distances. The physics of Doppler lidars is such that their dependence on weather conditions is diametrically opposed to Doppler radars.

Также известны аэрозольные лидары [Патент РФ №106966], принцип работы которых основан на эффекте упругого рассеяния при зондировании атмосферы на одной длине волны. К недостаткам подобных систем относится относительно низкая оперативность измерений (требуется определенное время накопления данных) и большая погрешность восстановления оптических параметров атмосферы.Aerosol lidars are also known [RF Patent No. 106966], the principle of operation of which is based on the effect of elastic scattering when probing the atmosphere at the same wavelength. The disadvantages of such systems include a relatively low measurement efficiency (a certain time of data accumulation is required) and a large error in the restoration of the atmospheric optical parameters.

Также известны поляризационные радары [заявка WO 2013141738], принцип работы которых основан на облучении отражающих частиц электромагнитным излучением с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Общим недостатком подобных систем является относительно невысокая точность измерения параметров атмосферы (метеоданных). Прежде всего, это связанно с относительно высокими ошибками поляризационных измерений и юстировки каналов радиоприемника и передатчика.Polarization radars are also known [application WO 2013141738], the principle of which is based on the irradiation of reflecting particles with electromagnetic radiation with vertical and horizontal polarization. A common drawback of such systems is the relatively low accuracy of measuring atmospheric parameters (meteorological data). First of all, this is due to relatively high errors in polarization measurements and alignment of the channels of the radio receiver and transmitter.

Общим недостатком всех перечисленных известных устройств является ограниченность рабочего диапазона погодных условий. В частности, лидары имеют ограничения в работе при условиях тумана, осадков и повышенной облачности. Аналогично, радары и радарные системы, предназначенные для метеорологических целей, также имеют ограничения в работе, заключающиеся в нижнем пределе дальности работы 300-400 метров, а также отсутствие сигнала в ясную погоду.A common disadvantage of all these known devices is the limited working range of weather conditions. In particular, lidars have limitations in operation under conditions of fog, precipitation, and increased cloud cover. Similarly, radars and radar systems designed for meteorological purposes also have limitations in operation, consisting in the lower limit of the range of 300-400 meters, as well as the lack of a signal in clear weather.

Известны системы, устраняющие данный недостаток, описанные в [Mitsubishi electric corp.TM-SFW0024. Integrated Lidar and Radar System, 2011]; [Stephen Hannon et. all. Lockheed Martin Space Systems Company. All Weather Wind Monitoring with Integrated Radar and Lidar, 2010]; [Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012]; [Thomas Ernsdorf et. all. Inter-comparison of X-band radar and lidar low-level wind measurement for air traffic control (АТС). ERAD 2014 - THE EIGHTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY] и [A. Dolfi-Bouteyre et. all. All-weather sensors (lidar + radar) for Wake-Vortex hazards mitigation on Airport], объединяющие лидары и радары в единую сеть для совместного использования, таким образом, реализующие всепогодный мониторинг и прогнозирование ветровой и метеорологической обстановки.Known systems that eliminate this drawback are described in [Mitsubishi electric corp.TM-SFW0024. Integrated Lidar and Radar System, 2011]; [Stephen Hannon et. all. Lockheed Martin Space Systems Company. All Weather Wind Monitoring with Integrated Radar and Lidar, 2010]; [Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012]; [Thomas Ernsdorf et. all. Inter-comparison of X-band radar and lidar low-level wind measurement for air traffic control (ATS). ERAD 2014 - THE EIGHTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY] and [A. Dolfi-Bouteyre et. all. All-weather sensors (lidar + radar) for Wake-Vortex hazards mitigation on Airport], combining lidars and radars into a single network for sharing, thus realizing all-weather monitoring and forecasting of wind and meteorological conditions.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является система, описанная в [Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012], принятая за прототип. Данная система осуществляет всепогодный мониторинг ветровой и метеорологической обстановки, путем размещения отдельно радара и лидара в единой схеме измерений.The closest analogue of the proposed technical solution is the system described in [Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012], adopted as the prototype. This system provides all-weather monitoring of wind and meteorological conditions by placing separately the radar and lidar in a single measurement scheme.

Недостатками известной системы-прототипа, а также указанных выше аналогов, является повышенная сложность их эксплуатации в составе аэродромного оборудования. Такие системы представляют собой связанные в информационную сеть наборы разнородных единиц метеорологического оборудования, разделенных (разнесенных) физически и конструктивно.The disadvantages of the known prototype system, as well as the above analogues, is the increased complexity of their operation as part of airfield equipment. Such systems are sets of heterogeneous units of meteorological equipment connected to an information network, separated physically and structurally.

Эксплуатация таких систем затруднена необходимостью размещения на аэродроме нескольких отдельных единиц метеооборудования и связанной с этим сложностью реконфигурации их положения, что не позволяет оперативно подстраивать такие системы адаптивно изменяющейся обстановке.The operation of such systems is hampered by the need to place several separate meteorological equipment at the airport and the associated complexity of reconfiguring their position, which does not allow for prompt adjustment of such systems to adaptively changing conditions.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, направленной на всепогодное определение скорости, направления и сдвига ветра на основе измерения доплеровского смещения частоты рассеянного и отраженного в атмосфере сигнала, а также для классификации зон облачности, осадков, опасных явлений погоды на основе определения параметров сигналов, отраженных от метеорологических образований.The present utility model is based on the solution of the problem aimed at the all-weather determination of wind speed, direction and shear based on measuring the Doppler frequency offset of the signal scattered and reflected in the atmosphere, as well as for the classification of cloudiness zones, precipitation, dangerous weather phenomena based on the determination of signal parameters, reflected from meteorological formations.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, заключается в повышении эффективности эксплуатации, а именно мобильности и адаптивности, метеорологического оборудования за счет размещения составных частей двухдиапазонного лидарного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации на базе единого мобильного носителя с единым опорно-поворотным устройством, на котором размещены все метеосистемы (радарная Х-диапазона, лидарная ИК-диапазона), обеспечивающие всепогодность устройства.The technical result obtained by using the proposed technical solution is to increase the operating efficiency, namely mobility and adaptability, of meteorological equipment by placing the components of a dual-band lidar weatherproof weather navigation meteorological system on the basis of a single mobile carrier with a single rotary support device on which all meteorological systems are placed (X-band radar, IR lidar), providing all-weather construction.

Для решения поставленной задачи предложено двухдиапазонное лидарное устройство всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, содержащее лидарную метеосистему ИК-диапазона, радарную метеосистему Х-диапазона, систему видеонаблюдения и связанную с ними систему питания, управления и сбора данных. В отличие от прототипа лидарная метеосистема ИК-диапазона, радарная метеосистема Х-диапазона и система питания управления и сбора данных размещены на мобильном носителе, содержащем рабочий отсек и единое опорно-поворотное устройство.To solve this problem, a dual-band lidar all-weather meteorological support system for air navigation is proposed, containing an IR-range lidar meteorological system, an X-band radar meteorological system, a video surveillance system and an associated power, control and data acquisition system. Unlike the prototype, the infrared lidar meteorological system, the X-band radar meteorological system, and the control and data acquisition power system are located on a mobile medium containing a working compartment and a single rotary support device.

Лидарная метеосистема предпочтительно содержит модуль питания, управления и обработки сигнала, волоконно-оптический блок, приемо-передающий телескоп и зеркала сканирования.The lidar meteorological system preferably comprises a power supply, control and signal processing module, a fiber optic unit, a transmitting and receiving telescope, and scanning mirrors.

Радарная метеосистема Х-диапазона предпочтительно содержит антенный блок, модуль питания, управления и обработки сигнала и приемо-передающий блок.The X-band radar meteorological system preferably comprises an antenna unit, a power supply, control and signal processing module, and a transceiver unit.

Устройство может дополнительно содержать радарную метеосистему Ка-диапазона, включающая в себя антенный блок, модуль питания, управления и обработки сигнала и приемопередающий блок.The device may further comprise a Ka-band radar meteorological system including an antenna unit, a power supply, signal control and processing module, and a transceiver unit.

Мобильный носитель может представлять собой наземное транспортное средство, воздушное транспортное средство или водное транспортное средство.The mobile medium may be a land vehicle, an air vehicle, or a water vehicle.

Комплект зеркал сканирования лидарной метеосистемы ИК-диапазона, приемо-передающий блок Х-диапазона, антенный блок метеосистемы Х-диапазона, контроллер опорно-поворотного устройства, узел горизонтального и вертикального наведения, система видеонаблюдения размещены на опорно-поворотном устройстве.A set of scanning mirrors for the lidar infrared meteorological system, the X-band transceiver unit, the X-band meteorological antenna unit, the rotary support controller, the horizontal and vertical guidance unit, and the video surveillance system are located on the rotary support device.

Устройство может дополнительно содержать автоматизированное рабочее место оператора, размещенное в рабочем отсеке мобильного носителя.The device may further comprise an automated workstation of the operator located in the working compartment of the mobile medium.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фигурами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by figures.

На Фиг. 1 представлена блок-схема лидарного двухдиапазонного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации.In FIG. 1 is a block diagram of a lidar dual-band weatherproof meteorological air navigation device.

На Фиг. 2 представлена блок-схема лидарного двухдиапазонного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, дополнительно включающая в себя радарную метеосистему Ка-диапазона.In FIG. 2 is a block diagram of a lidar dual-band all-weather meteorological support for air navigation, further comprising a Ka-band radar meteorological system.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Двухдиапазонное лидарное устройство всепогодногоAll Weather Dual Band Lidar Device

метеорологического обеспечения аэронавигации на Фиг.1 содержит единый мобильный носитель 1 и размещенное на нем единое опорно-поворотное устройство 2, при этом двухдиапазонное лидарное устройство всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации содержит рабочий отсек 3, в котором размещены лидарная метеосистема 4 ИК-диапазона и радарная метеосистема 5 Х-диапазона, причем отдельные структурные элементы метеосистем 4 и 5 размещены на едином опорно-поворотном устройстве 2.the meteorological support for air navigation in figure 1 contains a single mobile carrier 1 and placed on it a single rotary support device 2, while the dual-band lidar device for all-weather meteorological support for air navigation contains a working compartment 3, in which the lidar meteorological system 4 of the infrared range and the radar meteorological system 5 are placed X-band, and the individual structural elements of the meteorological systems 4 and 5 are placed on a single support and rotary device 2.

Лидарная метеосистема 4 ИК-диапазона состоит из модуля 6 питания, управления и обработки сигнала, соединенного с волоконно-оптическим блоком 7, который соединен с приемо-передающим телескопом 8, соединенным с комплектом 9 зеркал сканирования, при этом модуль 6 питания, управления и обработки сигнала, волоконно-оптический блок 7 и приемо-передающий телескоп 8 размещены в рабочем отсеке 3, а комплект 9 зеркал сканирования размещен на едином опорно-поворотном устройстве 2.The IR infrared lidar meteorological system 4 consists of a power supply, control and processing module 6 connected to a fiber optic unit 7, which is connected to a transceiver telescope 8 connected to a set of 9 scanning mirrors, while the power, control and processing module 6 the signal, the fiber-optic unit 7 and the transceiver telescope 8 are located in the working compartment 3, and a set of 9 scanning mirrors is placed on a single rotary support device 2.

Радарная метеосистема 5 Х-диапазона содержит модуль 10 питания, управления и обработки сигнала, соединенный с приемопередающим блоком 11 Х-диапазона, который соединен с антенным блоком 12, при этом модуль 10 питания, управления и обработки сигнала размещен в рабочем отсеке 3, а приемо-передающий блок 11 Х-диапазона и антенный блок 12 размещены на едином опорно-поворотном устройстве 2.The X-band radar meteorological system 5 comprises a power supply, control and signal processing module 10 connected to an X-band transceiver unit 11, which is connected to the antenna unit 12, while the power supply, control and signal processing module 10 is located in the operating compartment 3, and the receiver the X-band transmitting unit 11 and the antenna unit 12 are placed on a single rotary support device 2.

В состав единого опорно-поворотного устройства 2 входят контроллер 13 опорно-поворотного устройства и соединенный с ним узел 14 горизонтального и вертикального наведения, на котором размещены комплект 9 зеркал сканирования, приемо-передающий блок 11 Х-диапазона, антенный блок 12, а также блок 15 видеонаблюдения.The structure of a single rotary support device 2 includes a rotary support controller 13 and a horizontal and vertical guidance unit 14 connected to it, on which a set of 9 scanning mirrors, an X-band transceiver unit 11, an antenna unit 12, and a unit are located 15 CCTV.

Кроме того, в рабочем отсеке 3 размещена единая система 16 управления и сбора данных, автоматизированное рабочее место 17 оператора, модуль 18 беспроводной связи, позиционирования и навигации и блок 19 энергообеспечения.In addition, in the working compartment 3 there is a single system 16 for controlling and collecting data, an automated workstation 17 for the operator, a module 18 for wireless communication, positioning and navigation, and a power supply unit 19.

Автоматизированное рабочее место 17 оператора последовательно соединено с единой системой 16 управления и сбора данных, которая параллельно соединена с модулем 6 питания, управления и обработки сигнала, модулем питания 10, управления и обработки сигнала, контроллером 13 опорно-поворотного устройства и блоком 15 видеонаблюдения, а кроме того, единая система 16 управления и сбора данных последовательно соединена с модулем 18 беспроводной связи, позиционирования и навигации.The automated workstation 17 of the operator is connected in series with a single control and data acquisition system 16, which is connected in parallel with the power supply, control and signal processing module 6, the power supply module 10, control and signal processing, the rotary device controller 13 and the video surveillance unit 15, and in addition, a single control and data acquisition system 16 is connected in series with the wireless communication, positioning and navigation module 18.

Блок 19 энергообеспечения параллельно соединен с модулем 6 питания, управления и обработки сигнала, волоконно-оптическим блоком 7, приемо-передающим телескопом 8, модулем 10 питания, управления и обработки сигнала, приемо-передающим блоком 11 X-диапазона, контроллером опорно-поворотного устройства 13, узлом 14 горизонтального и вертикального наведения, блоком 15 видеонаблюдения, единой системой 16 управления и сбора данных, автоматизированным рабочим местом 17 оператора, модулем 18 беспроводной связи, позиционирования и навигации (на фиг. 1 эти связи показаны упрощенно).The power supply unit 19 is connected in parallel with the power supply, control and signal processing module 6, the fiber optic unit 7, the telescope 8, the power supply, control and signal processing module 10, the X-band transceiver 11, and the rotary support controller 13, by a horizontal and vertical guidance unit 14, a video surveillance unit 15, a single control and data acquisition system 16, an operator's automated workstation 17, a wireless communication, positioning and navigation module 18 (in Fig. 1, these and simplistically shown).

Лидарная метеосистема 4 ИК-диапазона предназначена для определения скорости, направления и сдвига ветра, а также для классификации зон облачности, осадков, опасных явлений погоды.The lidar meteorological system 4 of the IR range is designed to determine the speed, direction and shear of the wind, as well as to classify cloud zones, precipitation, and dangerous weather phenomena.

Волоконно-оптический блок 7 лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона в своем составе предпочтительно содержит лазерный излучатель с усилителем, балансный приемник, циркулятор и волоконный сумматор.The fiber optic unit 7 of the IR lidar meteorological system 4 preferably comprises a laser emitter with an amplifier, a balanced receiver, a circulator and a fiber adder.

Радарная метеосистема 5 Х-диапазона предназначена для обнаружения и классификации метеообразований, анализа метеообстановки и выработки прогнозов относительно опасных метеоявлений.The X-band 5 radar meteorological system is designed to detect and classify meteorological conditions, analyze meteorological conditions and make forecasts regarding dangerous meteorological events.

Приемо-передающий блок 11 Х-диапазона предпочтительно в своем составе содержит генератор СВЧ, который связан с формирователем импульсов на базе клистрона, магнетрона или твердотельных элементов; циркулятора, малошумящего усилителя и двухканального приемника. В СВЧ-тракт включены также управляемый регулятор мощности и волноводный коммутатор. Модулятор может быть выполнен по схеме с частичным разрядом накопительной емкости.The X-band transceiver unit 11 preferably comprises a microwave generator that is coupled to a pulse shaper based on a klystron, magnetron, or solid-state elements; circulator, low-noise amplifier and two-channel receiver. A controlled power regulator and a waveguide switch are also included in the microwave path. The modulator can be performed according to the scheme with a partial discharge of the storage capacity.

Модуль 10 питания, управления и обработки сигнала радарной метеосистемы 5 Х-диапазона представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для автоматического управления исполнительными устройствами радарной метеосистемы 5 Х-диапазона, сбора первичных измеренных данных и последующей обработки результатов с целью решения задачи классификации зон облачности, осадков, опасных явлений погоды и дистанционного определения параметров ветра в заданном пространстве.The power supply, control, and signal processing module 10 of the X-band radar meteorological system 5 is a specialized hardware-software complex designed to automatically control the actuators of the X-band 5-band radar meteorological system, collect primary measured data, and then process the results to solve the problem of cloud zone classification , precipitation, hazardous weather phenomena and remote determination of wind parameters in a given space.

Модуль 6 питания, управления и обработки сигнала лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для автоматического управления исполнительными устройствами лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона, сбора первичных измеренных данных и последующей обработки результатов с целью решения задачи классификации зон облачности, осадков, опасных явлений погоды и дистанционного определения параметров ветра в заданном пространстве.The power supply, control, and signal processing module 6 of the IR lidar meteorological system 4 is a specialized hardware and software complex designed to automatically control the actuators of the lidar meteorological system 4 of the IR band, collect primary measured data and subsequently process the results to solve the problem of cloud zone classification , precipitation, hazardous weather phenomena and remote determination of wind parameters in a given space.

Контроллер 13 опорно-поворотного устройства представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для управления двигателями единого опорно-поворотного устройства 2 и контроля положения.The controller 13 of the slewing device is a specialized hardware-software complex designed to control the engines of a single slewing device 2 and position control.

Двухдиапазонное лидарное устройство всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, блок-схема которого представлена на фиг.1, работает следующим образом.Dual-band lidar all-weather meteorological support for air navigation, a block diagram of which is presented in figure 1, operates as follows.

Излучение из волоконно-оптического блока 7 лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона поступает в приемо-передающий телескоп 8, установленный в рабочем отсеке 3 единого мобильного носителя 1, а далее - в единое опорно-поворотное устройство 2, где с помощью комплекта 9 зеркал сканирования направляется в зону проведения измерений. Принимаемое излучение от объекта измерений направляется по единому приемо-передающему тракту на приемник излучения. Управление режимами работы лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона и первичная обработка принимаемых данных осуществляется в модуле 6 питания, управления и обработки сигнала.The radiation from the fiber-optic unit 7 of the IR lidar meteorological system 4 enters the transceiver 8 installed in the working compartment 3 of a single mobile carrier 1, and then into a single rotary support device 2, where, using a set of 9 scanning mirrors, to the measurement area. The received radiation from the measurement object is directed along a single transceiver path to the radiation receiver. The operation modes of the lidar meteorological system 4 of the infrared range and the primary processing of the received data is carried out in the module 6 power, control and signal processing.

Зондирующие импульсы СВЧ генерируются в приемо-передающем блоке 11 Х-диапазона и через волноводный тракт передаются на антенный блок 12, далее излучение направляется в зону измерений. Обратный рассеянный сигнал попадает на антенный блок 12 и после в приемо-передающем блоке 11 Х-диапазона. Управление режимами работы приемо-передающего блока 11 Х-диапазона и первичная обработка принимаемых данных осуществляется в модуле 10 питания, управления и обработки сигнала.Microwave probe pulses are generated in the X-band transceiver unit 11 and transmitted through the waveguide path to the antenna unit 12, then the radiation is sent to the measurement zone. The backscattered signal hits the antenna unit 12 and then in the transceiver unit 11 of the X-band. The control modes of the transceiver unit 11 of the X-band and the primary processing of the received data is carried out in the module 10 power, control and signal processing.

На Фиг. 2 представлена блок-схема лидарного двухдиапазонного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, дополнительно включающая в себя радарную метеосистему 20 Ка-диапазона.In FIG. 2 is a block diagram of a lidar dual-band all-weather meteorological support for air navigation, further comprising a 20 Ka-band radar meteorological system.

Радарная метеосистема 2 0 Ка-диапазона содержит модуль 21 питания, управления и обработки сигнала, соединенный с приемопередающим блоком 22 Х-диапазона, который соединен с антенным блоком 23, при этом модуль 21 питания, управления и обработки сигнала размещен в рабочем отсеке 3, а приемо-передающий блок 22 Ка-диапазона и антенный блок 23 размещены на едином опорно-поворотном устройстве 2.The Ka-band radar meteorological system 2 0 contains a power supply, control, and signal processing module 21 connected to an X-band transceiver unit 22, which is connected to an antenna unit 23, while the power supply, control, and signal processing module 21 is located in the operating compartment 3, and the transceiver unit 22 Ka-band and the antenna unit 23 are placed on a single support and rotary device 2.

Радарная метеосистема 20 Ка-диапазона предназначена для обнаружения и классификации метеообразований, анализа метеообстановки и выработки прогнозов относительно опасных метеоявлений.The 20 Ka-band radar meteorological system is designed to detect and classify meteorological conditions, analyze meteorological conditions, and make forecasts regarding dangerous meteorological events.

Приемо-передающий блок 22 Ка-диапазона предпочтительно в своем составе содержит генератор СВЧ, который связан с формирователем импульсов на базе клистрона, магнетрона или твердотельных элементов; циркулятора, малошумящего усилителя и двухканального приемника. В СВЧ-тракт включены также управляемый регулятор мощности и волноводный коммутатор. Модулятор может быть выполнен по схеме с частичным разрядом накопительной емкости.The Ka-band transmitting and receiving unit 22 preferably comprises a microwave generator that is coupled to a pulse shaper based on a klystron, magnetron, or solid-state elements; circulator, low-noise amplifier and two-channel receiver. A controlled power regulator and a waveguide switch are also included in the microwave path. The modulator can be performed according to the scheme with a partial discharge of the storage capacity.

Модуль 21 питания, управления и обработки сигнала радарной метеосистемы 20 Ка-диапазона представляет собой специализированный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для автоматического управления исполнительными устройствами радарной метеосистемы 20 Ка-диапазона, сбора первичных измеренных данных и последующей обработки результатов с целью решения задачи классификации зон облачности, осадков, опасных явлений погоды и дистанционного определения параметров ветра в заданном пространстве.The power supply, control, and signal processing module 21 of the Ka-band radar meteorological system 20 is a specialized hardware-software complex designed to automatically control the actuators of the Ka-band radar meteorological system 20, collect primary measured data, and then process the results to solve the problem of cloud zone classification , precipitation, hazardous weather phenomena and remote determination of wind parameters in a given space.

Зондирующие импульсы СВЧ генерируются в приемо-передающем блоке 22 Ка-диапазона и через волноводный тракт передаются на антенный блок 23, далее излучение направляется в зону измерений. Обратный рассеянный сигнал попадает на антенный блок 23 и после в приемо-передающем блоке 22 Ка-диапазона. Управление режимами работы приемо-передающего блока 22 Х-диапазона и первичная обработка принимаемых данных осуществляется в модуле 21 питания, управления и обработки сигнала.Microwave probe pulses are generated in the Ka-band transmitting and receiving unit 22 and transmitted through the waveguide path to the antenna unit 23, then the radiation is sent to the measurement zone. The backscattered signal hits the antenna unit 23 and then in the Ka-band transceiver unit 22. The operation modes of the transceiver unit 22 of the X-band and the primary processing of the received data is carried out in the module 21 power, control and signal processing.

Следует отметить, что дополнение двухдиапазонного лидарного устройства всепогодного обеспечения аэронавигации помимо лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона и радарной метеосистемы 5 Х-диапазона, еще и радарной метеосистемой 20 Ка-диапазона позволяет расширить динамический диапазон измеряемых характеристик атмосферы.It should be noted that the addition of a dual-band lidar all-weather air navigation support device, in addition to the lidar meteorological system 4 of the IR range and the X-band radar meteorological system 5, also the 20 Ka-band radar meteorological system, allows expanding the dynamic range of the measured atmospheric characteristics.

Предложенное техническое решение обеспечивает заявленный технический результат, а именно повышение эффективности эксплуатации, а именно мобильности и адаптивности, метеорологического оборудования, за счет следующего.The proposed technical solution provides the claimed technical result, namely increasing the efficiency of operation, namely mobility and adaptability, meteorological equipment, due to the following.

Предложенное двухдиапазонное лидарное устройством всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации обеспечивает проведение измерений в разных спектральных диапазонах с помощью лидарной метеосистемы 4 ИК-диапазона и радарной метеосистемы 5 Х-диапазона синхронно, вдоль одной оптической оси, из одной точки пространства, что облегчает объединение получаемых разнородных данных и, как следствие, улучшает читаемость, наглядность и информативность их отображения.The proposed dual-band lidar all-weather meteorological support for air navigation provides measurements in different spectral ranges with the help of the infrared lidar meteorological system 4 and the 5 X-band radar meteorological system synchronously, along one optical axis, from one point in space, which facilitates combining the obtained heterogeneous data and, as a result, improves readability, visibility and information content of their display.

При этом координаты точки пространства, из которой проводятся измерения, определяются с помощью модуля 18 беспроводной связи, позиционирования и навигации, а также транслируются с помощью этого модуля всем заинтересованным службам, например, диспетчеру управления аэродромным движением.At the same time, the coordinates of the point of space from which measurements are taken are determined using the module 18 for wireless communication, positioning and navigation, and are also transmitted using this module to all interested services, for example, the aerodrome traffic control dispatcher.

При этом, двухдиапазонное лидарное устройство всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации может управляться как автоматически, так и в ручном режиме, а также как дистанционно с помощью модуля 18 беспроводной связи, позиционирования и навигации, так и непосредственно с помощью автоматизированного рабочего места 17 оператора в составе устройства.At the same time, the dual-band lidar all-weather weather navigation meteorological support device can be controlled both automatically and manually, as well as remotely using the wireless communication, positioning and navigation module 18, or directly using the operator’s automated workstation 17 as part of the device.

Последнее, наряду с размещением двухдиапазонного лидарного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации на базе единого мобильного носителя 1, облегчает и ускоряет проведение регулярных регламентных работ по техническому обслуживанию устройства согласно графику, оптимизированному по сравнению со случаем использования сети разнородных единиц метеорологического оборудования.The latter, along with the deployment of a dual-band lidar all-weather meteorological air navigation support device based on a single mobile carrier 1, facilitates and accelerates regular scheduled maintenance of the device according to a schedule optimized in comparison with the case of using a network of heterogeneous units of meteorological equipment.

Наконец, наличие автоматизированного рабочего места 17 оператора в составе двухдиапазонного лидарного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации, и его размещение на базе единого мобильного носителя 1, позволяет оперативно оптимизировать работу и положение устройства адаптивно развивающейся ситуации. Например, это востребовано в случае авиационного инцидента в воздушном пространстве, когда необходимо наилучшим образом отслеживать метеорологическую обстановку в районе траектории движения определенного летательного аппарата. Иными случаями являются техногенные инциденты в районе аэропорта, приводящие к затенению отдельных направлений и секторов измерения метеорологической обстановки. В этих случаях устройство может быть оперативно перемещено на наилучшую позицию для проведения измерений.Finally, the presence of an automated workstation of 17 operators as part of a dual-band lidar all-weather weather navigation meteorological support device, and its placement on the basis of a single mobile carrier 1, allows you to quickly optimize the operation and position of the adaptively developing device. For example, this is in demand in the event of an air incident in airspace, when it is necessary to best monitor the meteorological situation in the area of the trajectory of a particular aircraft. Other cases are man-made incidents in the airport area, leading to the shading of certain areas and sectors of the measurement of meteorological conditions. In these cases, the device can be quickly moved to the best position for measurements.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается повышение эффективности эксплуатации метеорологического оборудования за счет размещения составных частей лидарного двухдиапазонного устройства всепогодного метеорологического обеспечения аэронавигации на базе единого мобильного носителя с единым опорно-поворотным устройством, на котором размещены части метеосистем ИК-диапазона и Х-диапазона, обеспечивающие всепогодность устройства.Thus, in the proposed technical solution, the operational efficiency of meteorological equipment is achieved by placing the components of the lidar dual-band weatherproof weather navigation meteorological equipment on the basis of a single mobile carrier with a single rotary support device on which parts of the infrared and X-band weather systems are located, all-weather devices.

Литература:Literature:

1. Mitsubishi electric corp. TM-SFW0024. Integrated Lidar and Radar System, 2011.1. Mitsubishi electric corp. TM-SFW0024. Integrated Lidar and Radar System, 2011.

2. Stephen Hannon et. all. Lockheed Martin Space Systems Company. All Weather Wind Monitoring with Integrated Radar and Lidar, 2010.2. Stephen Hannon et. all. Lockheed Martin Space Systems Company. All Weather Wind Monitoring with Integrated Radar and Lidar, 2010.

3. Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012.3. Clotilde Augros et. all. ERAD 2012 - THE SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY. Test of an X-band Doppler polarimetric radar combined with a Doppler LIDAR for wind shear detection at Nice Airport, 2012.

4. Thomas Ernsdorf et. all. Inter-comparison of X-band radar and lidar low-level wind measurement for air traffic control (АТС). ERAD 2014 - THE EIGHTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY.4. Thomas Ernsdorf et. all. Inter-comparison of X-band radar and lidar low-level wind measurement for air traffic control (ATS). ERAD 2014 - THE EIGHTH EUROPEAN CONFERENCE ON RADAR IN METEOROLOGY AND HYDROLOGY.

5. A. Dolfi-Bouteyre et. all. All-weather sensors (lidar+radar) for Wake-Vortex hazards mitigation on Airport.5. A. Dolfi-Bouteyre et. all. All-weather sensors (lidar + radar) for Wake-Vortex hazards mitigation on Airport.

6. Gematronik Weather Radar Systems. ALL WEATHER CONDITION DETECTION: SHEARSCOUT^® 3D.6. Gematronik Weather Radar Systems. ALL WEATHER CONDITION DETECTION: SHEARSCOUT ^® 3D.

7. F. BARBARESCO. INTRODUCTION TO WAKENET EUROPE, SESSION: WIND/WAKE-VORTEX SENSORS. Thales Air Systems WAKENET EUROPE 2013.7. F. BARBARESCO. INTRODUCTION TO WAKENET EUROPE, SESSION: WIND / WAKE-VORTEX SENSORS. Thales Air Systems WAKENET EUROPE 2013.

8. Meiko Steen et. all. Candidate Technologies Survey of Airport Wind & Wake-Vortex Monitoring Sensors. 9th Innovative Research Workshop & Exhibition. 2010.8. Meiko Steen et. all. Candidate Technologies Survey of Airport Wind & Wake-Vortex Monitoring Sensors. 9th Innovative Research Workshop & Exhibition. 2010.

9. L.J.P. Speijker et. all. Integrated Wake Vortex Safety and Capacity System. АТС-WAKE D6_2, IST-2001-34729, FINAL VERSION, 2005.9. L.J.P. Speijker et. all. Integrated Wake Vortex Safety and Capacity System. ATS-WAKE D6_2, IST-2001-34729, FINAL VERSION, 2005.

10. Г.Г. Щукин, А.С. Борейшо, В.Ю. Жуков, М.Ю. Ильин. Лидарно-радиолокационный комплекс для определения профиля ветра в пограничном слое атмосферы. Статья в сборнике XXIX Симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». 2015.10. G.G. Schukin, A.S. Boreisho, V.Yu. Zhukov, M.Yu. Ilyin. Lidar-radar complex for determining the wind profile in the atmospheric boundary layer. Article in the collection of the XXIX Symposium "Radar research of natural environments." 2015.

11. John Y.N. Cho, Robert G. Hallowell. Detection Probability Modeling for Airport Wind-Shear Sensors. Project Report ATC-340, 2008.11. John Y.N. Cho, Robert G. Hallowell. Detection Probability Modeling for Airport Wind-Shear Sensors. Project Report ATC-340, 2008.

12. Li Bai. The Auxiliary Remote Sensing Observation Data Analysis of 8th Yangjiang International Radiosonde Intercomparison. 2008.12. Li Bai. The Auxiliary Remote Sensing Observation Data Analysis of 8th Yangjiang International Radiosonde Intercomparison. 2008.

13. Volker Lehmann, Eileen Paschke, Ronny Leinweber, Guy N. Pearson. Results from a one year-long testing of a 1.5 µm Doppler lidar as a boundary layer wind profiler.13. Volker Lehmann, Eileen Paschke, Ronny Leinweber, Guy N. Pearson. Results from a one year-long testing of a 1.5 µm Doppler lidar as a boundary layer wind profiler.

Claims

1. A dual-band lidar all-weather meteorological support for air navigation, comprising an infrared lidar meteorological system, an X-band radar meteorological system, a video surveillance system and an associated power, control and data acquisition system, characterized in that the infrared lidar meteorological system, X radar meteorological system -band and power management and data acquisition systems are located on a mobile medium containing a working compartment and a single rotary support device.

2. The device according to claim 1, characterized in that the lidar meteorological system contains a power supply, control and signal processing module, a fiber optic unit, a transmitting and receiving telescope and scanning mirrors.

3. The device according to p. 1, characterized in that the X-band radar meteorological system contains an antenna unit, a power supply, control and signal processing module and a transmitting and receiving unit.

4. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a Ka-band radar meteorological system, which includes an antenna unit, a power supply, signal control and processing module, and a transceiver unit.

5. The device according to claim 1, characterized in that the mobile medium is a ground vehicle.

6. The device according to p. 1, characterized in that the mobile medium is an air vehicle.

7. The device according to p. 1, characterized in that the mobile medium is a water vehicle.

8. The device according to claim 1, characterized in that the set of scanning mirrors of the IR lidar meteorological system, the X-band transceiver unit, the X-band meteorological antenna unit, the rotary support controller, the horizontal and vertical guidance unit, and a video surveillance system rotary support device.

9. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises an operator's automated workstation located in the working compartment of the mobile medium.