BG66868B1

BG66868B1 - Doppler weather radar

Info

Publication number: BG66868B1
Application number: BG111835A
Authority: BG
Inventors: Борис Вовшин; Петрович Бендерский Геннадий; Иван Вылегжанин; Михайлович Вовшин Борис; Вячеслав Ефремов; Сергеевич Вылегжанин Иван; Анатолий Корнеев; Самсонович Ефремов Вячеслав; Марат Нургалиев; Николаевич Корнеев Анатолий; Рудольф Седлецкий; Рашидович Нургалиев Марат; Геннадий Бендерский; Миронович Седлецкий Рудольф
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2019-04-15
Also published as: CU24119B1; CU20140113A7; DE112012006085T5; WO2013141738A1; BG111835A

Abstract

The weather radar comprises a shaper (1) of the multi-frequency narrowband and broadband sounding signal packets, a broadband transmitter (2), a device (3) for polarization of SHF-signals and an antenna switch (4) connected in series. The switch (4), in its simplest version, contains two SHF circulators (5 and 6), connected by sounding signals to a transceiver antenna (7), and by the reflected meteorological signals - to a four-channel radio receiver (8). The outputs of the radio receiver (8) are connected to the control electronic computing machine-ECM (9). The ECM (9) contains units (23 and 24) for control, primary and secondary processing of the weather signals. The shaper (1) of the multi-frequency narrowband and broadband sounding signals comprises a SHF oscillating generator (10) and a dual intermediate frequency generator (11), the outputs of which are connected to the signal input of the amplifying transmitter (2) via a mixer (12). The dual frequency generator (11) forms packets of short and long pulses, spaced at a frequency range of 1 ? 10 MHz. The short pulse with intermediate frequency is unmodulated, and the long pulse has intrapulse modulation. The weather radar has a high accuracy of measuring atmospheric formations in the range of hundreds of kilometres by using a sequence of multifrequency sounding pulses with double polarization, different duration and frequency spectrum different in width .

Description

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася към областта на метеорологията, конкретно към доплеровите метеорологични радиорадари с двойна поляризация.The invention relates to the field of meteorology, in particular to Doppler meteorological radars with double polarization.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Повечето от съвременните доплерови метеорологични радиолокатори /1-8/, по-нататък метеорадари, използващи поляризирани сондиращи сигнали работят с използване на стратегията на една поляризация, за да се увеличи коефициентът на отражение от атмосферните валежи. Формата на течните хидрометеори, по-нататък метеорологични обекти (като дъждовни капки), се различава от сферата, когато радиусът им е по-голям от 1 mm, и те имат форма, подобна на сплеснат сфероид с плоска основа, който малко по-силно отразява сигнала с хоризонтална поляризация. Затова съвременните радиолокационни станции обикновено използват хоризонтална поляризация, за да се увеличи отразяването от атмосферните валежи.Most of the modern Doppler meteorological radars / 1-8 /, hereinafter meteorological radars using polarized sounding signals work using the strategy of one polarization to increase the reflection coefficient of atmospheric precipitation. The shape of liquid hydrometeors, hereinafter meteorological objects (such as raindrops), differs from the sphere when their radius is greater than 1 mm, and they have a shape similar to a flattened spheroid with a flat base, which is slightly stronger reflects the signal with horizontal polarization. Therefore, modern radar stations usually use horizontal polarization to increase the reflection from atmospheric precipitation.

Въпреки това, метеорадари с една поляризация имат сериозни ограничения в районите с частично засенчване на лъча и не осигуряват класифициране на хидрометеорите.However, single-polarized meteorological radars have severe limitations in areas with partial beam shading and do not provide classification for hydrometeors.

За да се преодолеят тези недостатъци са разработени метеорадари /9/ с редуващи се импулси на хоризонталните и вертикалните поляризирани сигнали. Такива метеорадари с двойна поляризация, понякога наричани „поляриметрични метеорологични радиолокационни станции“, осигуряват някои предимства в сравнение с обикновените метеорадари при оценяване на типа и количеството на атмосферните валежи. Най-важното сред тези предимства е способността им да разграничават градушка от дъжд, да откриват валежи със смесена фаза и оценяват обема на валежите от дъжд.To overcome these shortcomings, meteorological radars / 9 / have been developed with alternating pulses of horizontal and vertical polarized signals. Such dual-polarized meteorological radars, sometimes referred to as 'polarimetric meteorological radar stations', provide some advantages over conventional meteorological radars in assessing the type and amount of precipitation. The most important of these advantages is their ability to distinguish hail from rain, to detect mixed-phase precipitation and to estimate the amount of precipitation from rain.

Съвременните метеорадари с двойна поляризация използват последователно редуваща се линейна вертикална и линейна хоризонтална поляризация за събиране на обобщени статистически данни, такива като коефициенти на отражение при хоризонталната и вертикалната поляризация; диференциална отразяваща способност за двата коефициента на отражение; кумулативно фазово изместване между хоризонтално и вертикално поляризирани ехосигнали; коефициенти на корелация между вертикално и хоризонтално поляризирани ехосигнали и коефициенти на деполяризация на линейно поляризирано излъчване.Modern dual-polarized meteorological radars use alternating linear vertical and linear horizontal polarization to collect aggregated statistics, such as reflection coefficients for horizontal and vertical polarization; differential reflectivity for the two reflection coefficients; cumulative phase shift between horizontally and vertically polarized echoes; correlation coefficients between vertically and horizontally polarized echoes and depolarization coefficients of linearly polarized radiation.

Освен това, доплеровата скорост и ширината на спектъра могат да бъдат получени посредством съответната обработка на хоризонтално и вертикално поляризираните отразени сигнали. Метеорадарите с такава обработка на поляризираните сигнали са известни от източниците /2<5, 7, 9/ и осигуряват класифициране на валежите по формите на измерените хидрометеори. В допълнение, чрез контролиране на фазовата разлика между хоризонталната и вертикалната компоненти се смекчават ефектите от частичното засенчване на лъча на метеорадиолокатора и се постига по-голямо потискане на пречещите отражения.In addition, the Doppler velocity and the spectrum width can be obtained by appropriate processing of the horizontally and vertically polarized reflected signals. Meteorological radars with such processing of polarized signals are known from the sources / 2 <5, 7, 9 / and provide classification of precipitation according to the shapes of the measured hydrometeors. In addition, controlling the phase difference between the horizontal and vertical components mitigates the effects of partial shading of the meteorological radar beam and achieves greater suppression of interfering reflections.

Въпреки това, базовото допускане на тези методики, ограничаващо за прилагането им в метеорадарите е това, че последователните импулси (за всяка поляризация) се смятат за силно корелирани, което на практика трудно се постига чрез апаратурата.However, the basic assumption of these methods, limiting their application in meteorological radars, is that the sequential pulses (for each polarization) are considered to be strongly correlated, which in practice is difficult to achieve through the equipment.

Метеорадарите /2<5, 7, 9/ с двойна поляризация превключват вида поляризация на импулсите, следващи един след друг. За да се извърши превключване на поляризацията, се използва бързодействащ вълноводен превключвател на мощността (наричан в промишлеността с общ термин „вълноводно-процепен комутатор“), служещ за превключване на предаваната мощност между хоризонтално и вертикално ориентирания вълновод. Вълноводното поляризационно изместване се предизвиква от ефекта на Фарадей, което е добре позната техника. Съгласно /9<10/ типичния метеорадар съдържа елементи, известни в дадената област на техниката като предавател на базата на клистрон, двупосочен разклонител, канален циркулатор, цифров приемник, въртящи се съединения, например за настройка на елевацията и азимута (използвани за насочване на антената по елевация и азимут), необходима опора с рупорни облъчватели и антена.Meteorological radars / 2 <5, 7, 9 / with double polarization switch the type of polarization of the pulses following one another. In order to switch the polarization, a high-speed waveguide power switch (referred to in the industry as "waveguide-gap switch") is used to switch the transmitted power between the horizontally and vertically oriented waveguide. Wave polarization displacement is caused by the Faraday effect, which is a well-known technique. According to (9 <10), a typical meteorological radar contains elements known in the art such as a klystron-based transmitter, bidirectional coupler, channel circulator, digital receiver, rotating connections, eg for adjusting elevation and azimuth (used to guide the antenna). by elevation and azimuth), necessary support with horn irradiators and antenna.

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019Descriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019

За метеорадарите с редуваща се двойна поляризация най-важният практичен проблем са ограниченията, свързани с използване на превключвателя за поляризация. Тези превключватели са специализирани части от оборудването, скъпоструващи са и са сложни за поддръжка. Освен това, те осигуряват сравнително слабо разделяне на двата режима на поляризация. Производителите, запознати с инсталирането и техническата поддръжка на тези системи в полеви условия, са открили, че надеждността на превключвателите на поляризацията намалява с намаляването на честотата на излъчване, което ограничава практическото използване на метеорологичните станции с двойна поляризация. Превключвателят с последователно превключване на двете поляризации представлява устройство за завъртане на равнината на поляризация, който се изработва на базата на ферит. Превключвателят работи чрез възбуждане на магнитното поле във феритната сърцевина преди предаването на импулса. Взаимодействието на магнитното поле и електромагнитния импулс поражда ефекта на Фарадей, тоест завъртане на равнината на поляризация при преминаване на импулса през пространството, запълнено с ферит. Благодарение на този процес, енергията на импулса се насочва към единия от двата изходни порта: хоризонтално и вертикално ориентиран. Размерът на феритната сърцевина зависи от дължината на вълната и следователно от работната честота на радиолокационната система. Колкото е по-дълга дължината на вълната, толкова са по-големи размерите на феритната сърцевина и толкова е по-голяма площта на повърхността, която ще поглъща СВЧ енергия. Днес специалистите в тази област на техниката предполагат, че повредите на превключвателите при сравнително ниската стойност на честота в S диапазона (дължина на вълната 10 cm) се дължат на промени в кристалната структура на феритния материал, възникнали поради по-голямо поглъщане на енергията на тези честоти. При по-високите честоти, например за С и X диапазони, производителите имат по-малко проблеми, свързани с повреди на превключвателите, но продължават да се сблъскват с някои други. Други производители предпочитат да използват в станциите за S диапазона механични, а не електромагнитни превключватели. Въпреки това, механичните превключватели имат други известни ограничения като фиксирана работна честота за избрания блок на превключвателя, което ограничава експлоатационните параметри на радиолокационната система с фиксиран период на повторение на импулсите.For meteorological radars with alternating double polarization, the most important practical problem is the limitations associated with the use of the polarization switch. These switches are specialized pieces of equipment, are expensive and difficult to maintain. In addition, they provide a relatively weak separation of the two polarization modes. Manufacturers familiar with the installation and maintenance of these systems in the field have found that the reliability of polarization switches decreases with decreasing radiation frequency, which limits the practical use of dual polarization weather stations. The switch with sequential switching of the two polarizations is a device for rotating the plane of polarization, which is made on the basis of ferrite. The switch operates by exciting the magnetic field in the ferrite core before transmitting the pulse. The interaction of the magnetic field and the electromagnetic pulse gives rise to the Faraday effect, ie the rotation of the plane of polarization as the pulse passes through the space filled with ferrite. Thanks to this process, the pulse energy is directed to one of the two output ports: horizontally and vertically oriented. The size of the ferrite core depends on the wavelength and therefore on the operating frequency of the radar system. The longer the wavelength, the larger the size of the ferrite core and the larger the surface area that will absorb microwave energy. Today, those skilled in the art suggest that damage to switches at a relatively low frequency in the S range (wavelength 10 cm) is due to changes in the crystal structure of the ferrite material due to greater energy absorption of these frequencies. At higher frequencies, such as the C and X bands, manufacturers have fewer problems with switch failures, but continue to face some others. Other manufacturers prefer to use mechanical rather than electromagnetic switches in S-band stations. However, mechanical switches have other known limitations such as a fixed operating frequency for the selected switch unit, which limits the operating parameters of the radar system with a fixed pulse repetition period.

Другото ограничение на съвременните метеорадари с редуваща се двойна поляризация е продължителното време за анализ и намаляване на диапазона на скоростта. Всеки приет отразен сигнал, който е резултат от двата типа поляризация, се предполага за изходящ от едни и същи разсейващи обекти (например хидрометеори). За да се сравнят данните в каналите с вертикалната и хоризонталната поляризация, в съвременните метеорадари, използващи вълноводен превключвател, импулсът с една поляризация се предава с последващ период на задръжка (време за анализ), в продължение на който се приемат отразените сигнали. След това се изпраща импулсът с друга поляризация, като допълнителните данни се приемат от същата (единствена) приемателна система в продължение на второто време за анализ. По такъв начин, приемането на отразените сигнали се извършва в продължение на тези два периода за анализ при завъртане на антената на ъгъла в границите на една ширина на лъча, в резултат на което се удължава общото време за анализ за сондиране за всяка ширина на лъча. Аналогично, тъй като времето за анализ за сондиране за всяка ширина на лъча (вертикална + хоризонтална поляризация) се удвоява, изчисленото възприятие на скоростта намалява в два пъти, което ограничава способността на съвременните системи да диференцират сравнително високи скорости на вятъра в отразените радиолокационни сигнали.Another limitation of modern meteorological radars with alternating double polarization is the long time for analysis and reduction of the speed range. Each received reflected signal, which is the result of both types of polarization, is assumed to emanate from the same scattering objects (eg hydrometeors). In order to compare the data in the channels with the vertical and horizontal polarization, in modern meteorological radars using a waveguide switch, the pulse with one polarization is transmitted with a subsequent delay period (analysis time), during which the reflected signals are received. The pulse is then sent with a different polarization, the additional data being received by the same (single) receiving system during the second analysis time. Thus, the reception of the reflected signals is performed during these two analysis periods when the antenna is rotated at an angle within one beam width, as a result of which the total probe analysis time for each beam width is extended. Similarly, as the probe analysis time for each beam width (vertical + horizontal polarization) is doubled, the calculated velocity perception is halved, which limits the ability of modern systems to differentiate relatively high wind speeds into reflected radar signals.

В допълнение, горепосочените метеорадари с последователно превключване на поляризация имат практически проблеми /10/. Предаваните последователности от радио импулси по дългите вълноводи предизвикват фазови и амплитудни изкривявания на формата на вълните, което може да попречи на обработката на отразените от целта сигнали. Освен това, последователностите от радиолокационни импулси, предавани чрез въртящите се съединения за настройка на азимута и елевацията, предназначени за насочване на антената по азимут и елевация, внасят допълнителни изкривявания, които предизвикват отслабване на сигнала. Такива изкривявания изискват сложна обработка, с цел компенсиране на тези изкривявания в приеманите отразени радиолокационни сигнали, което ограничава надеждността на данните за отразяващата способност на целите в метеорологичните радиолокационни станции сIn addition, the above-mentioned meteorological radars with sequential polarization switching have practical problems (10). The transmitted sequences of radio pulses on the long waveguides cause phase and amplitude distortions of the waveform, which can interfere with the processing of the signals reflected by the target. In addition, the sequences of radar pulses transmitted by the rotating azimuth and elevation adjustment compounds, designed to direct the antenna in azimuth and elevation, introduce additional distortions that cause signal attenuation. Such distortions require complex processing in order to compensate for these distortions in the received reflected radar signals, which limits the reliability of the data on the reflectivity of the targets in the meteorological radar stations with

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019 последователна поляризация.Descriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 sequential polarization.

Затова е необходимо усъвършенстване на метеорадарите с двойна поляризация, с цел преминаване от съвременните режими с редуваща се поляризация към режимите с едновременна двойна поляризация, за да се решат такива проблеми като продължителни периоди за анализ и намаляване на диапазона на скоростите, както и да се изключат скъпоструващите и сложните за поддръжка превключватели за поляризация, използвани сега в метеорадарите с двойна поляризация.Therefore, it is necessary to improve the meteorological radars with double polarization, in order to switch from modern modes with alternating polarization to the modes with simultaneous double polarization, in order to solve such problems as long periods of analysis and reduction of the speed range, as well as to exclude the expensive and sophisticated polarization switches now used in dual polarization meteorological radars.

Известен е метеорадар /1СН-14/ с едновременна двойна поляризация, включващ едночестотния предавател, радиочестотния делител на мощността вместо бързодействащите превключватели на поляризация, използвани в добре познати системи, който е предназначен за едновременно предаване и приемане на сигнали с хоризонтална и вертикална поляризация. При това критичните компоненти на приемника се намират над въртящо се съединение за настройка на елевацията в основата на радиолокационната станция, за да се избегнат изкривявания на последователността от радиолокационни импулси в резултат на фазовата грешка във вълновода и да се използват предимствата на едновременно предаване на поляризираните сигнали. Освен това е въведен обходен прекъсвач, за да е възможно превключване на режимите за работа на радиолокационната станция, също е описана конструкцията на устройството за приемане на сигнала с двойна поляризация, позволяваща да се извърши икономично събиране на информацията за коефициента на деполяризация за избраните области от атмосферата.A meteorological radar (1CH-14) with simultaneous double polarization is known, including the single-frequency transmitter, the radio-frequency power divider instead of the fast-acting polarization switches used in well-known systems, which is intended for simultaneous transmission and reception of horizontal and vertical polarization signals. In this case, the critical components of the receiver are located above a rotating joint to adjust the elevation at the base of the radar station to avoid distortions of the sequence of radar pulses as a result of the phase error in the waveguide and to take advantage of simultaneous transmission of polarized signals. . In addition, a bypass switch has been introduced in order to be able to switch the modes of operation of the radar station, the design of the device for receiving the signal with double polarization is also described, allowing economical collection of depolarization coefficient information for the selected areas of the atmosphere.

Конструкцията на този радар елиминира проблемите, свързани с продължителните периоди за анализ и намаляване на диапазона на измерваните скорости на хидрометеорите. В допълнение, описаните конструкции не включват сравнително скъп и ненадежден превключвател на поляризация, използван в съвременните станции.The design of this radar eliminates the problems associated with long periods of analysis and reducing the range of measured velocities of hydrometeors. In addition, the described designs do not include the relatively expensive and unreliable polarization switch used in modern stations.

Недостатъкът на този радар, който анулира неговите предимства, е недостатъчната точност на измерване на поляризационните характеристики на хидрометеорите и атмосферните турбулентности, свързана с използване на едночестотния предавател, ограничаващ диапазона за измерване на спектралните параметри на хидрометеорите.The disadvantage of this radar, which nullifies its advantages, is the insufficient accuracy of measuring the polarization characteristics of hydrometeors and atmospheric turbulence associated with the use of a single-frequency transmitter, limiting the range for measuring the spectral parameters of hydrometeors.

Известен е доплеров метеорологичен радар (метеорадар) /15/ с двойна поляризация, съдържащ последователно свързани: предавател, устройство за поляризация на СВЧ сигнали и антенен превключвател, свързан по сондиращите сигнали с приемо-предавателна антена, а по отразените метеорологични сигнали - с четириканален радиоприемник, цифровият изход на който е свързан с ЕИМ (електронноизчислителна машина) за управление и обработка на метеорологичните сигнали.A Doppler meteorological radar (meteorological radar) / 15 / with double polarization is known, containing in series connected: transmitter, device for polarization of microwave signals and antenna switch connected by probing signals to transceiver antenna, and by reflected meteorological signals - four , the digital output of which is connected to an EIM (computer) for control and processing of meteorological signals.

При това предавателят е изпълнен като генератор и съдържа два теснолентови импулсни СВЧ генератора (магнетрони или генераторни клистрони), с разделение на носещите честоти. Приемо-предавателната антена е изпълнена във вид на рефлекторна антена с диаграма на насоченост от игловиден тип и инсталирана с карданово съединение с възможност за едновременно сканиране на приземния слой на атмосферата чрез ортогонално поляризираните лъчи на две различни честоти по азимут и елевация под управление на ЕИМ.The transmitter is designed as a generator and contains two narrowband pulse microwave generators (magnetrons or generator klystrons), with a division of the carrier frequencies. The transceiver antenna is made in the form of a reflector antenna with a needle-type directivity diagram and installed with a cardan joint with the ability to simultaneously scan the ground layer of the atmosphere through orthogonally polarized rays at two different frequencies in azimuth and elevation under EIM control.

Недостатъкът на този метеорадар е относително невисоката точност на издаваните метеорологични данни и прогноза на времето, свързана със сравнително големи грешки на поляризационните измервания и настройката (юстировка) на каналите на радиоприемника и предавателя.The disadvantage of this meteorological radar is the relatively low accuracy of the issued meteorological data and weather forecast, associated with relatively large errors of polarization measurements and tuning (adjustment) of the channels of the radio and transmitter.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задачата на изобретението е повишаване на точността на издаваните метеорологични данни и прогнозата за времето.The object of the invention is to increase the accuracy of the issued meteorological data and the weather forecast.

Техническият резултат, осигуряващ решението на тази задача, се състои в намаляване на грешките на поляризационните измервания и настройката на каналите на радиоприемника и предавателя на радара.The technical result providing the solution of this problem consists in reduction of the errors of the polarization measurements and the adjustment of the channels of the radio receiver and the radar transmitter.

Постигането на заявения технически резултат и като следствие решението на поставената задача се постига с доплеров метеорологичен радар с двойна поляризация, съдържащ последователно свързани: предавател, устройство за поляризация на СВЧ сигнали и антенен превключвател, свързан по сондиращите сигнали с приемо-предавателна антена, а по отразените метеорологични сигнали - с четириканален радиоприемник, цифровият изход на който е свързан с ЕИМ за управление и обработкаThe achievement of the stated technical result and as a consequence the solution of the set task is achieved with Doppler meteorological radar with double polarization, containing in series connected: transmitter, device for polarization of microwave signals and antenna switch connected on the probing signals with transceiver antenna. the reflected meteorological signals - with a four-channel radio receiver, the digital output of which is connected to the EIM for control and processing

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019 на метеорологичните сигнали, съгласно изобретението той допълнително съдържа формировател на пакетите многочестотни теснолентови и широколентови сондиращи сигнали, при това формирователят на пакетите многочестотни теснолентови и широколентови сондиращи сигнали съдържа задаващия СВЧ генератор и двучестотния генератор на междинна честота, чиито изходи чрез смесител са свързани със сигналния вход на усилващия предавател.Descriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 of the meteorological signals according to the invention it further comprises a package generator of multi-frequency narrowband and broadband sounding signals, wherein the package generator of multi-frequency narrowband and broadband sounding signals contains the master generator intermediate frequency, the outputs of which are connected by a mixer to the signal input of the amplifier transmitter.

При това предавателят е изпълнен във вид на усилвателен прелетен клистрон или твърдотелен транзисторен усилвател. Двучестотният генератор на междинна честота съдържа последователно свързани: цифров генератор на къси и дълги импулси с междинна честота и цифрово-аналогов преобразувател. Късият и дългият импулс на генератора са разнесени на честотен интервал AF, късият импулс с междинна честота е немодулиран, а дългият импулс е с вътрешно-импулсната модулация, продължителността на късите и дългите τ₂ импулси с междинна честота, честотния интервал, както и времевия интервал Т между тях, са избрани от условията:The transmitter is made in the form of an amplifier flyover klystron or a solid state transistor amplifier. The two-frequency intermediate frequency generator contains series-connected: digital generator of short and long pulses with intermediate frequency and digital-to-analog converter. The short and long pulses of the generator are spaced on the frequency interval AF, the short pulse with intermediate frequency is unmodulated, and the long pulse is with the intra-pulse modulation, the duration of the short and long τ ₂ pulses with intermediate frequency, the frequency interval and the frequency interval T among them are selected from the conditions:

_τι={τ₂}“; {τ₂}“«τ₂;Τ>_τι+τ₂, _τι = {τ ₂ } “; {τ ₂ } “« τ ₂ ; Τ> _τι + τ ₂ ,

AF = F₂ - F₁ = RIO MHz, F₂ = F₂° ± Af, Af C { RAfJ, където {т₂}^св - продължителност на свития широколентов сигнал (с вътрешно-импулсна модулация);AF = F ₂ - F ₁ = RIO MHz, F ₂ = F ₂ ° ± Af, Af C {RAfJ, where {t ₂ } ^sv - duration of the shrunken broadband signal (with intra-pulse modulation);

F - честота на късия немодулиран импулс;F - frequency of the short unmodulated pulse;

F₂ - текуща честота на дългия импулс с вътрешно-импулсна модулация;F ₂ - current frequency of the long pulse with intra-pulse modulation;

F₂° - централна (средна) стойност на F₂;F ₂ ° - central (average) value of F ₂ ;

Af, Af_Max - текуща и максимална допустима стойност на девиация (отклонение) на честота F₂ от централната й стойност F₂°.Af, Af _Max - current and maximum allowable value of deviation (deviation) of frequency F ₂ from its central value F ₂ °.

Приемо-предавателната антена е изпълнена във вид на параболоидна с игловиден лъч и задвижващо устройство за настройка по азимута и елевацията, във вид на линейна фазирана антенна решетка - облъчвател със сканиране по елевация, вертикално ориентиран във фокуса на параболоидния отражател, снабден със задвижващо устройство за настройка по азимута или във вид на правоъгълна фазирана антенна решетка с електронно сканиране по азимут и елевация под управление на ЕИМ.The transceiver antenna is made in the form of a paraboloid with a needle beam and a drive device for azimuth and elevation adjustment, in the form of a linear phased array antenna - irradiator with scanning by elevation, vertically oriented in the focus of the paraboloid reflector, equipped with a device for azimuth adjustment or in the form of a rectangular phased array antenna with electronic azimuth scanning and elevation under EIM control.

Приемо-предавателната антена има един канал с хоризонтална и/или един канал с вертикална поляризация, като всеки поляризационен канал е свързан по отразените ехосигнали с два съответни канала на четириканалния радиоприемник. За да намали изкривявания на приетите ехосигнали, приемникът съдържа атенюатор за управление на нивото на ехосигналите за два вида поляризация, с който без отслабване е свързан основния приемен канал, а с отслабване с 20-М0 dB - допълнителния приемен канал, като всеки канал съдържа последователно свързани: суперхетеродинен приемник с цифров изход, цифров фазов детектор и устройство за цифрова обработка на сигналите, снабдено с програми за филтрация на несинхронните импулсни смущения, свиване на широколентовите сигнали и спектрална обработка на приетите сигнали. ЕИМ за управление и обработка на метеорологичните сигнали съдържа блок за управление и първична обработка на метеорологичната информация и блок за вторична обработка на метеорологичната информация, свързани помежду си с кабелна и радиолиния на комуникационния интерфейс. Блокът за управление и първична обработка на метеорологичната информация е снабден с програма за привързване на резултатите от измерванията на отражаемост, радиална скорост, ширина на спектъра към пространствените координати, а блокът за вторична обработка - с програма за идентификация на резултатите от първичната обработка на сигналите, програма за преобразуване на идентифицираните метеорологични данни във форма, удобна за транслирането им до потребителите на тези данни в абонатните пунктове. Блокът за първична обработка на метеорологичната информация е снабден с приемника ГЛОНАСС/GPS (GLONASS/GPS) за синхронизиране на метеорологичните измервания и предаване на метеорологичните данни в системата за единно време.The transceiver antenna has one channel with horizontal and / or one channel with vertical polarization, each polarization channel being connected on the reflected echo signals with two respective channels of the four-channel radio receiver. To reduce distortions of the received echoes, the receiver contains an attenuator for controlling the level of echoes for two types of polarization, to which the main receiving channel is connected without attenuation, and with attenuation by 20-M0 dB - the additional receiving channel, each channel containing sequentially. connected: superheterodyne receiver with digital output, digital phase detector and device for digital signal processing, equipped with programs for filtering asynchronous pulse interference, broadband signal compression and spectral processing of received signals. The EIM for control and processing of meteorological signals contains a unit for control and primary processing of meteorological information and a unit for secondary processing of meteorological information, interconnected by a cable and a radio line of the communication interface. The unit for control and primary processing of meteorological information is equipped with a program for linking the results of measurements of reflectance, radial velocity, width of the spectrum to spatial coordinates, and the unit for secondary processing - with a program for identifying the results of primary signal processing, a program for converting the identified meteorological data into a form convenient for their transmission to the users of this data at the subscriber points. The unit for primary processing of meteorological information is equipped with the GLONASS / GPS receiver (GLONASS / GPS) for synchronization of meteorological measurements and transmission of meteorological data in the system in a single time.

Въведението на формирователя на пакетите двучестотни теснолентови и широколентови сондиращи сигнали позволява да се увеличи точността на измерванията на поляризационните параметри на атмосферата чрез разширяване на спектъра на сондиращите сигнали и едновременно позволява да се обхванат всички далечини, като се започне от минималната (стотици метри с теснолентовите сигнали) и до максималната (стотици километри с широколентовите сигнали), със запазване на необходимата точност на измервания и прогнозата за времето.The introduction of the packet generator of two-frequency narrowband and broadband sounding signals allows to increase the accuracy of measurements of the polarization parameters of the atmosphere by expanding the range of sounding signals and simultaneously allows to cover all distances, starting from the minimum (hundreds of meters with narrowband ) and up to the maximum (hundreds of kilometers with broadband signals), while maintaining the required measurement accuracy and weather forecast.

Рационалният избор на продължителността на импулсите, периода на следването им, спектрите им и рационалното разпределяне на носещите честоти на широколентовите и теснолентовите импулси позволява да се намали допълнително взаимното влияние на сондиращите и ехосигналите върху процеса на измерване на поляризационните характеристики на метеорологичните образувания в атмосферата и по такъв начин да се увеличи допълнително точността на издаваните метеорологични данни и прогнозата за времето.The rational choice of the pulse duration, the period of their study, their spectra and the rational distribution of the carrier frequencies of the broadband and narrowband pulses allows to further reduce the mutual influence of the probing and echo signals on the process of measuring the polarization characteristics of meteorological formations. such a way to further increase the accuracy of the issued meteorological data and the weather forecast.

Като цяло посочените технически предимства позволяват да се постигне техническият резултат и като следствие да се реши поставената техническа задача.In general, the mentioned technical advantages allow to achieve the technical result and as a consequence to solve the set technical task.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

На фигура 1 е представена функционална схема на доплеровия метеорологичен радар с двойна поляризация.Figure 1 shows a functional diagram of the Doppler meteorological radar with double polarization.

Примерно изпълнение на изобретениетоAn exemplary embodiment of the invention

Описание в статика: Доплеровият метеорологичен радар (метеорадар) с двойна поляризация съдържа последователно свързани: формировател 1 на пакетите многочестотни теснолентови и широколентови сондиращи сигнали, широколентов усилващ предавател 2, устройство 3 за поляризация на СВЧ сигнали и антенен превключвател 4. Превключвателят 4 в най-простия си вариант съдържа два СВЧ циркулатора 5 и 6, свързани по сондиращите сигнали с приемо-предавателна антена 7, а по отразените метеорологични сигнали - с четириканален радиоприемник 8. Цифровият изход на радиоприемника 8 е свързан с ЕИМ 9 за управление и обработка на метеорологичните сигнали. Формирователят 1 на многочестотните теснолентови и широколентови сондиращи сигнали съдържа задаващия СВЧ генератор 10 и двучестотния генератор 11 на междинна честота, чиито изходи чрез смесител 12 са свързани със сигналния вход на усилващия предавател 2. Двучестотният генератор 11 на междинна честота съдържа последователно свързани: цифров генератор на къси и дълги импулси с междинна честота и цифрово-аналогов преобразувател (не е показан на фигури). Късите и дългите импулси на генератора 11 са разнесени на честотен интервал AF, късият импулс с междинна честота е немодулиран, а дългият импулс е с вътрешно-импулсната модулация. Продължителността на късите τ и дългите τ₂ импулси с междинна честота, честотния интервал, както и времевия интервал Т между тях, са избрани от условията: τ₁={τ₂}^ΟΒ;{τ2}^ΟΒ«τ2;Τ>τ₁+τ₂, (1)Static description: Doppler meteorological radar (meteorological radar) with double polarization contains connected in series: shaper 1 of the packets multifrequency narrowband and broadband sounding signals, broadband amplifier transmitter 2, device 3 for polarization of microwave signals and antenna switch 4 in 4. its simple version contains two microwave circulators 5 and 6, connected by sounding signals to the transceiver antenna 7, and by the reflected meteorological signals - by a four-channel radio 8. The digital output of the radio 8 is connected to EIM 9 for control and processing of meteorological signals . The shaper 1 of the multi-frequency narrowband and broadband sounding signals comprises the master microwave generator 10 and the intermediate-frequency intermediate frequency generator 11, the outputs of which through a mixer 12 are connected to the signal input of the amplifier transmitter 2. The two-frequency intermediate-frequency generator 11 intermediate frequency short and long pulses and digital-to-analog converter (not shown in the figures). The short and long pulses of the generator 11 are spaced on the frequency interval AF, the short pulse with intermediate frequency is unmodulated, and the long pulse is with the intra-pulse modulation. The duration of the short τ and long τ ₂ pulses with intermediate frequency, the frequency interval, as well as the time interval T between them, are selected from the conditions: τ ₁ = {τ ₂ } ^ΟΒ ; {τ2} ^ΟΒ «τ2; Τ> τ ₁ + τ ₂ , (1)

AF = F₂ - F₁ = IMO MHz, F₂ = F₂° ± Af, Af C { RAfJ, (2) където {т₂}^св - продължителност на свития широколентов сигнал (с вътрешно-импулсна модулация); F - честота на късия немодулиран импулс;AF = F ₂ - F ₁ = IMO MHz, F ₂ = F ₂ ° ± Af, Af C {RAfJ, (2) where {t ₂ } ^sv - duration of the shrunken broadband signal (with intra-pulse modulation); F - frequency of the short unmodulated pulse;

Af, Af_Max - текуща и максимална допустима стойност на девиация (отклонение) на честота F₂ от централната й стойност F₂°, където {т₂}^св - продължителност на свития широколентов сигнал.Af, Af _Max - current and maximum allowable value of deviation (deviation) of frequency F ₂ from its central value F ₂ °, where {t ₂ } ^sv - duration of the shrunken broadband signal.

Числената стойност на τ и τ₂ в израза (1) може да достига единици и стотици ps съответно. Широколентовият дълъг импулс τ₂ с вътрешно-импулсна модулация може да бъде изпълнен във вид на фазово-кодови манипулирани (ФКМ), линейно-че стотно модулирани (ЛЧМ) сигнали или във вид на други сложни сигнали с вътрешно-импулсна модулация.The numerical value of τ and τ ₂ in expression (1) can reach units and hundreds of ps, respectively. The broadband long pulse τ ₂ with intra-pulse modulation can be implemented in the form of phase-code manipulated (FCM), linearly-modulated (LCM) signals or in the form of other complex signals with intra-pulse modulation.

Управляващите входове на задаващия СВЧ генератор 10 и двучестотния генератор 11 на междинна честота са свързани с ЕИМ 9, а изходите им чрез смесител 12 - със сигналния вход на предавателя 2. Предавателят 2 е изпълнен във вид на широколентов усилвател на мощност на базата на усилвателен прелетен клистрон или твърдотелен усилвател на мощност. СВЧ изход на усилващия предавател 2 е свързан директно с поляризатора 3 и чрез атенюатора 13 със зададен коефициент на отслабване с аналоговия вход на уреда за измерване на мощност 14. Уредът за измерване на мощност 14 е изпълнен във вид на последователно свързани: детектор и цифров измервател на импулсна мощност на сондиращите сигнали, чиито изходи са свързани със сигналния вход на ЕИМ 9. Поляризаторът 3 е изпълнен във вид на преобразувател с феритна сърцевина за поляризацията на СВЧ излъчване или СВЧ делител на мощThe control inputs of the master microwave generator 10 and the two-frequency intermediate frequency generator 11 are connected to EIM 9, and their outputs via mixer 12 - to the signal input of the transmitter 2. The transmitter 2 is made in the form of a broadband power amplifier based on amplifier flyover klystron or solid state power amplifier. The microwave output of the amplifying transmitter 2 is connected directly to the polarizer 3 and through the attenuator 13 with a set attenuation coefficient to the analog input of the power meter 14. The power meter 14 is made in series: detector and digital meter of pulse power of the probing signals, the outputs of which are connected to the signal input of EIM 9. The polarizer 3 is made in the form of a converter with a ferrite core for the polarization of microwave radiation or microwave power divider

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019 ност, натоварен на ортогонално ориентираните (вертикално и хоризонтално) Е вълноводи е правоъгълно сечение. Изходите на поляризатора 3 с вертикална V поляризация и хоризонтална Н поляризация са свързани с първите входове на циркулаторите 5 и 6. Циркулаторите 5 и 6, свързани по сондиращите сигнали с приемо-предавателна антена 7, а по отразените метеорологични сигнали - с четириканален радиоприемник 8. Антената 7 е изпълнена във вид на параболоидна антена с игловиден лъч, снабдена със задвижващо устройство за настройка по азимута и елевацията 15. В други варианти на изпълнение антената 7 може да бъде изпълнена като линейна фазирана антенна решетка, инсталирана вертикално във фокуса на отражателя и с електронно сканиране по елевация, както и електромеханично сканиране по азимут. Възможно е изпълнението на антената 7 във вид на правоъгълна фазирана антенна решетка с електронно сканиране по азимут и елевация под управление на ЕИМ. Изходите на циркулаторите 5 и 6 за ехосигналите за два вида поляризация И и V са натоварени на четириканалния радиоприемникDescriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 loaded on orthogonally oriented (vertically and horizontally) E waveguides is a rectangular section. The outputs of the polarizer 3 with vertical V polarization and horizontal H polarization are connected to the first inputs of the circulators 5 and 6. The circulators 5 and 6 are connected by the sounding signals to the transceiver antenna 7 and by the reflected meteorological signals to a four-channel radio 8. The antenna 7 is made in the form of a paraboloid antenna with a needle beam, equipped with a drive device for adjusting the azimuth and elevation 15. In other embodiments, the antenna 7 can be made as a linear phased array antenna installed vertically in the focus of the reflector and with electronic elevation scanning as well as electromechanical azimuth scanning. It is possible to make the antenna 7 in the form of a rectangular phased array antenna with electronic scanning in azimuth and elevation under the control of EIM. The outputs of the circulators 5 and 6 for the echo signals for two types of polarization I and V are loaded on the four-channel radio receiver.

8. За намаляване на изкривявания на приетите ехосигнали радиоприемникът 8 съдържа атенюатор 16 за управление на нивото за ехосигналите за два вида поляризация И и V, натоварен без отслабване на основния приемателен канал 17, а с отслабване с 2СН40 dB - на допълнителния приемателен канал 18.8. To reduce distortions of the received echoes, the radio 8 contains an attenuator 16 for controlling the level of the echo signals for two types of polarization I and V, loaded without attenuation of the main receiving channel 17, and with attenuation by 2CH40 dB - of the additional receiving channel 18.

Всички канали на радиоприемника 8 са изпълнени по еднотипна схема и съдържат последователно свързани: блок 19 на суперхетеродинните приемници 17 и 18 с цифров изход, цифров фазов детектор 20 и устройство 21 за цифрова обработка на метеорологичните сигнали, снабдено с програми за филтрация на несинхронните импулсни смущения, свиване на широколентовите сигнали и спектрална обработка на приетите сигнали. На входовете на приемниците 17 и 18 са инсталирани защитни устройства и ограничители (не е показано на фигурата). Защитните устройства и ограничителите са предназначени за защита на малошумящите усилватели на приемниците 17 и 18 посредством екраниране от СВЧ енергия на собствения предавател 2 и сигналите на другите радиотехнически средства. За настройката на приемните канали 17 и 18 по чувствителност и коефициент на усилване е въведен уред за измерване на чувствителност 22 на приемните канали. Калибрираният му изход е свързан с входовете на блока 19 на суперхетеродинните приемници 17 и 18 с вертикална и хоризонтална поляризация, а измервателния му вход - с цифровите им изходи. Измервателният уред 22 и устройството за цифрова обработка на сигналите 21 в съответствие с резултатите от измерванията на числените стойности при разсъгласуване на приемните канали и резултатите от обработка на ехосигналите са свързани с ЕИМ 9. ЕИМ 9 съдържа блок 23 за управление и първична обработка на метеорологичните сигнали и блок 24 за вторична обработка на метеорологичните сигнали, свързани помежду си с кабел с усукани двойки проводници, оптична или радиолиния на комуникационния интерфейс. Блокът 23 е снабден с приемник 25 ГЛОНАСС/GPS за синхронизиране на метеорологичните измервания и предаване на метеорологичните данни в системата за единно време, както и с програма за привързване на резултатите от измерване на отражаемост, радиална скорост, ширина на спектъра на хидрометеорите към пространствените им координати. Блокът 24 за вторична обработка е снабден с програма за идентификация на резултатите от първичната обработка на сигналите, програма за преобразуване на идентифицираните метеорологични данни във формата, удобна за транслирането им до потребителите на тези данни в абонатните пунктове.All channels of the radio 8 are made according to the same scheme and contain in series: block 19 of superheterodyne receivers 17 and 18 with digital output, digital phase detector 20 and device 21 for digital processing of meteorological signals, equipped with programs for filtering asynchronous pulse interference , shrinking broadband signals and spectral processing of received signals. Protective devices and limiters are installed at the inputs of the receivers 17 and 18 (not shown in the figure). The protective devices and limiters are designed to protect the low-noise amplifiers of the receivers 17 and 18 by shielding from microwave energy of its own transmitter 2 and the signals of other radio equipment. A device for measuring the sensitivity 22 of the receiving channels is introduced for the adjustment of the receiving channels 17 and 18 in terms of sensitivity and gain. Its calibrated output is connected to the inputs of the block 19 of the superheterodyne receivers 17 and 18 with vertical and horizontal polarization, and its measuring input - to their digital outputs. The measuring device 22 and the device for digital signal processing 21 in accordance with the results of the measurements of the numerical values in mismatch of the receiving channels and the results of processing of the echo signals are connected to EIM 9. EIM 9 contains block 23 for control and primary processing of meteorological signals and block 24 for secondary processing of meteorological signals interconnected by a twisted pair cable, optical or radio line of the communication interface. The unit 23 is equipped with a GLONASS / GPS receiver 25 for synchronization of meteorological measurements and transmission of meteorological data in the system for a single time, as well as with a program for linking the results of measurement of reflectivity, radial velocity, width of the hydrometeors spectrum to their spatial coordinates. The secondary processing unit 24 is provided with a program for identification of the results of the primary signal processing, a program for converting the identified meteorological data into a form convenient for their transmission to the users of this data at the subscriber points.

Използване на изобретениетоUse of the invention

Описание в динамика: Доплеровият метеорологичен радар (метеорадар) с двойна поляризация работи по следния начин.Description in dynamics: The Doppler meteorological radar (meteorological radar) with double polarization works as follows.

Под управление на ЕИМ 9 формирователят 1 на пакетите двучестотни теснолентови и широколентови сондиращи сигнали генерира последователност от пакети, състояща се от два радиоимпулса - къс теснолентов (немодулиран по носещата честота) радиоимпулс и широколентов дълъг радиоимпулс с вътрешно-импулсната модулация, разнесени на честотен интервал 1-10 MHz и време Т >ij +τ₂, където τ , τ , е продължителност на теснолентовия и широколентовия сондиращ импулс съответно. По-нататък тези сигнали постъпват в клистронния предавател 2, където се усилват и се предават на поляризатораUnder the control of EIM 9 the driver 1 of the packets of two-frequency narrowband and broadband sounding signals generates a sequence of packets consisting of two radio pulses - short narrowband (unmodulated on the carrier frequency) radio pulse and broadband long radio pulse with intra-frequency pulse 1 -10 MHz and time T> ij + τ ₂ , where τ, τ, is the duration of the narrowband and broadband sounding pulse, respectively. These signals are then fed to the klystron transmitter 2, where they are amplified and transmitted to the polarizer.

3. Поляризаторът 3 разделя радио импулсите на два канала с орто тонални поляризации и чрез антенния превключвател 4 ги предава на антената 7 с ъгловото направление на сондиране, зададено от ЕИМ3. The polarizer 3 divides the radio pulses into two channels with ortho tonal polarizations and through the antenna switch 4 transmits them to the antenna 7 with the angular direction of drilling set by EIM

9. След това антената 7 излъчва приетите сигнали в околното въздушно пространство с игловиден9. The antenna 7 then transmits the received signals into the surrounding airspace with a needle

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019 или махаловиден лъч с две ортогонални поляризации. Отразените от хидрометеорите поляризирани ехосигнали, носещи информацията за поляризационната структура на хидрометеори, вида им (дъжд, сняг), напречния размер и ъгловата скорост на движение, се приемат от антената 7 и по-нататък чрез превключвателя 4 постъпват в основните 17 и допълнителните 18 канали на радиоприемника 8 със съответната поляризация. Слабите ехосигнали от по-отдалечените метеорологични обекти минават по основния канал 17 без отслабване. В случай на пристигане на много силни сигнали от близките метеорологични обекти и претоварване на основния канал 17, ехосигналите от метеорологичните обекти се приемат и обработват от допълнителния канал 18. Четириканалният радиоприемник 8 извършва оптимална режекция (потискане), усилване, преобразуване и детектиране на приетите ехосигнали. В блока 19 на суперхетеродинните приемници 17 и 18 се извършва усилване и преобразуване на ехосигналите в сигнали с междинна честота и в цифрова форма. Сигналите в цифрова форма, усилени в приемниците 17 и 18, се предават в съответните цифрови фазови детектори (ФД) 20. Във всеки ФД 20 се измерват квадратурните компоненти на сеченията на хидрометеорите и се формират матрици на цифровите сигнали със съответната честота и поляризация, носещи информация за параметрите на хидрометеорите в ъглово направление на сондиране на атмосферата. След това, формираните матрици на цифровите сигнали се предават в устройството 21 за цифрова обработка на метеорологичните сигнали. В устройството 21 се извършва цифрова филтрация на несинхронните импулсни смущения, свиване на широколентовите сигнали и/или спектрална обработка на приетите широколентови и теснолентови сигнали от съответните канали на радиоприемника 8. В резултат на свиване сложните сигнали с продължителност τ₂ ps се свиват до елемента на разрешение τ ps с нивото на страничните листи по далечина по-малко от 40 dB. След филтрация на нулевата скорост приетите сигнали постъпват в блока 23 за управление и първична обработка на метеорологичните сигнали, където се формират комичните сечения на метеорологичните параметри на хидрометеорите (отражаемост, радиална скорост, ширина на спектъра), по-нататък по резултатите от обработката на двете поляризации се определят допълнителните параметри на хидрометеори: диференциална отражаемост, диференциална фаза, коефициент на взаимна корелация. В режима на излъчване само с хоризонтална поляризация се определя линейното деполяризационно съотношение на метеорологичните сигнали. С цел повишаване на точността на измерването на параметрите на метеорологичните обекти, се използва система за измерване на параметрите на радара, включваща уред за измерване на мощност 14 на излъчваните сигнали и уред за измерване на чувствителност 22 на приемниците. Измервателният уред 14 измерва импулсна мощност и честота на сондиращите сигнали и ги предава в блока 23 за внасяне на поправки в прага за откриване на полезни метеорологични сигнали по амплитуда, както и за задаване на прага за потискане на „местници” (сигнали, отразени от местни обекти) по нулевото доплерово изместване на честоти по сондиращия сигнал и метеорологичните сигнали, отразени от хидрометеорите. Измервателният уред 22 въвежда на входа на суперхетеродинните приемници 17 и 18 за всички поляризации калибрирания сигнал и измерва усилената му стойност на изходите на приемниците, с цел оценяване на числените стойности на отклонение по чувствителност и коефициент на усилване на приемните канали 17 и 18 и внасянето на съответните поправки в алгоритъма за изчисляване на коничните сечения на хидрометеорите в блока 23. След изчисляване на параметрите на хидрометеорите в избраното направление на сондиране, в блока 23 се извършва привързване на резултатите от изчисленията към сигналите на единната служба за времето ГЛОНАСС/GPS (приемник 25). След това от блока 23 със задвижващо устройство 15 на антената 7 и облъчвателя й 26 се задава поредното ъглово направление на сондиране на атмосферата. При това се отработва посоченото направление на сондиране и диаграмата на насоченост на антената 7, която се ориентира в ново ъглово направление на сондиране, зададено от ЕИМ 9. След това блокът 23 за управление на ЕИМ 9 издава командни сигнали към формирователя 1, с цел генериране на поредната последователност на двойка теснолентови и широколентови сондиращи сигнали, и процесът на измерване и натрупване на параметрите на хидрометеорите и сложните им метеообразувания в зоната за отговорност на метеорадара се повтаря. При това обзорът на пространството се извършва чрез промяна на периодите на повторение, с цел определяне на единствената скорост на метеорологичните обекти в границите от най-малко -50 до +50 ш/s. Същевременно, метеорологичнитеDescriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 or a pendulum beam with two orthogonal polarizations. The polarized echo signals reflected by the hydrometeors, carrying the information about the polarization structure of hydrometeors, their type (rain, snow), transverse size and angular velocity, are received by the antenna 7 and further through the switch 4 enter the main 17 and additional 18 channels. of the radio 8 with the corresponding polarization. Weak echoes from more distant meteorological sites pass through the main channel 17 without attenuation. In case of arrival of very strong signals from the nearby meteorological objects and congestion of the main channel 17, the echo signals from the meteorological objects are received and processed by the additional channel 18. The four-channel radio 8 performs optimal resection (suppression), amplification, conversion and detection. . In the block 19 of the superheterodyne receivers 17 and 18, the echo signals are amplified and converted into intermediate frequency signals and into digital form. The signals in digital form, amplified in the receivers 17 and 18, are transmitted in the respective digital phase detectors (PD) 20. In each PD 20 the quadrature components of the cross sections of the hydrometeors are measured and matrices of digital signals with the corresponding frequency and polarization are formed. information about the parameters of the hydrometeors in the angular direction of sounding of the atmosphere. Then, the formed digital signal arrays are transmitted to the meteorological signal processing device 21. The device 21 performs digital filtering of the asynchronous pulse interference, shrinkage of the broadband signals and / or spectral processing of the received broadband and narrowband signals from the respective channels of the radio 8. As a result of shrinkage the complex signals with duration τ ₂ ps shrink to the element of Resolution τ ps with side sheet level at a distance of less than 40 dB. After filtering the zero speed, the received signals enter the block 23 for control and primary processing of meteorological signals, where the comic sections of the meteorological parameters of the hydrometeors (reflectivity, radial velocity, spectrum width) are formed, further on the results of processing both polarizations determine the additional parameters of hydrometeors: differential reflectivity, differential phase, cross-correlation coefficient. In the radiation mode only with horizontal polarization the linear depolarization ratio of the meteorological signals is determined. In order to increase the accuracy of the measurement of the parameters of the meteorological objects, a system for measuring the parameters of the radar is used, including a device for measuring the power 14 of the transmitted signals and a device for measuring the sensitivity 22 of the receivers. The measuring device 14 measures the pulse power and frequency of the sounding signals and transmits them to the block 23 for correcting the threshold for detection of useful meteorological signals by amplitude, as well as for setting the threshold for suppression of "locals" (signals reflected by local objects) on the zero Doppler shift of frequencies on the sounding signal and the meteorological signals reflected by the hydrometeors. The measuring device 22 introduces at the input of the superheterodyne receivers 17 and 18 for all polarizations the calibrated signal and measures its amplified value at the outputs of the receivers, in order to evaluate the numerical values of sensitivity deviation and gain of the receiving channels 17 and 18. the corresponding corrections in the algorithm for calculation of the conical sections of the hydrometeors in block 23. After calculating the parameters of the hydrometeors in the selected drilling direction, in block 23 the results of the calculations are linked to the signals of the unified time service GLONASS / GPS (receiver 25 ). Then from the unit 23 with the drive device 15 of the antenna 7 and its irradiator 26 the next angular direction of sounding of the atmosphere is set. In this case, the indicated drilling direction and the orientation pattern of the antenna 7 are processed, which is oriented in a new angular drilling direction set by EIM 9. Then the control unit 23 of EIM 9 issues command signals to the shaper 1, in order to generate of the successive sequence of a pair of narrowband and broadband sounding signals, and the process of measuring and accumulating the parameters of hydrometeors and their complex meteorological formations in the area of responsibility of the meteorological radar is repeated. In this case, the survey of the space is performed by changing the repetition periods, in order to determine the single speed of the meteorological objects in the range from at least -50 to +50 w / s. At the same time, the meteorological

Описания на издадени патенти за изобретения № 05.1/15.05.2019 данни, изчислени в блока 23, постъпват в блока 24 за вторичната им обработка. В блока 24 се извършва привързване на метеорологичните данни към територията за измерване. Определят се посоките на движение на опасните метеорологични образувания (вихрушки, бури, щормове), прогнозата за развитие на метеорологичната обстановка и степента на опасността й за авиацията и населението на най-близко разположените територии. По-нататък в този блок се извършва преобразуване на метеорологичните данни във формата, удобна за потребителите на тези данни и абонатните центрове на държавните органи за извънредните ситуации.Descriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 data, calculated in block 23, enter in block 24 for their secondary processing. In block 24, the meteorological data is linked to the measurement area. The directions of movement of the dangerous meteorological formations (whirlwinds, storms, storms), the forecast for the development of the meteorological situation and the degree of its danger for the aviation and the population of the nearest territories are determined. Further in this block the transformation of the meteorological data is carried out in a form convenient for the users of these data and the subscriber centers of the state bodies for emergency situations.

Даденото изобретение не се ограничава с горепосочения пример на изпълнение. В рамките на това изобретение са възможни и други варианти за изпълнението му. Така блокът 24 за вторична обработка на метеорологичните сигнали може да бъде разположен в отдалечен регионален център на МИС (МЧС), свързан чрез цифрови оптични и/или радиолинии на комутационния интерфейс с блоковете 23 за управление на метеорадарите, намиращи се на територията на един или няколко региони. Метеорадарът може да бъде оборудван с автоматизираната система за контрол и диагностика на метеорадара, с цел определяне на техническото му състояние и локализиране на повреди (откази) с точност до конструктивно и функционално завършен елемент, формирането на команди за управление на режимите за работа, пускане (спиране) на апаратурата на изделието.The present invention is not limited to the above embodiment. Other embodiments are possible within the scope of this invention. Thus, the meteorological signal processing unit 24 may be located in a remote regional MIS (EMC) center connected by digital optical and / or radio lines of the switching interface to the meteorological radar control units 23 located on the territory of one or more regions. The meteorological radar can be equipped with the automated system for control and diagnostics of the meteorological radar, in order to determine its technical condition and localization of faults (failures) with accuracy to structurally and functionally completed element, the formation of commands for operating modes, start ( stopping) of the device equipment.

Изобретението е разработено като опитен образец и може да бъде използвано от службите за управление на въздушното движение, предупреждение на бурите, активни въздействия, както и от други потребители на метеорологичните данни за времето.The invention was developed as a prototype and can be used by air traffic control services, storm warning, active impacts, as well as by other users of meteorological weather data.

Claims

Patent claims

1. Doppler meteorological radar comprising a transmitter connected in series, a device for polarization of microwave signals and an antenna switch connected on the probing signals to a transceiver antenna, and on the reflected meteorological signals - with a four-channel radio receiver, the digital output of which is connected to EI control and processing of meteorological signals, characterized in that it further comprises a shaper (1) of the multi-frequency narrowband and broadband sounding signal packets, the multi-frequency narrowband and wideband sounding signal packet generator comprising a master microwave generator (10) and a two-way generator (11) at an intermediate frequency, the outputs of which through a mixer (12) are connected to the signal input of the amplifier transmitter (2).

Doppler meteorological radar according to claim 1, characterized in that the two-frequency intermediate frequency generator (11) comprises a series-connected intermediate frequency digital short and long pulse generator and a digital-to-analog converter, the short and long pulses of the generator being spaced at the frequency interval AF, the short pulse with intermediate frequency is unmodulated, has a duration τ _ρ equal to units ps. and the long pulse τ ₂ - hundreds of ps with intra-pulse modulation, as the duration of the short ij and long τ ₂ pulses with intermediate frequency, the frequency interval and the time interval T between them are selected from the conditions:

Ц «{т ₂ } ^св ; {т2} ^св «τ2; T> η + τ ₂ ,

AF = F ₂ - F ₁ = IM 0 MHz, F ₂ = F ₂ ° ± Af, Af C {IMtfJ, where {t ₂ } ^sv - duration of the compressed broadband signal with intra-pulse modulation;

F - frequency of the short unmodulated pulse;

F ₂ - current frequency of the long pulse with intra-pulse modulation;

F ₂ ° - central (average) value of F ₂ ;

Af, Af _Max - current and maximum allowable value of deviation / deviation of frequency F ₂ from its central value F ₂ °.

Doppler meteorological radar according to claim 1, characterized in that the transceiver antenna (7) is made in the form of a paraboloid antenna with an angular beam and is equipped with a drive device for azimuth and elevation adjustment (15), in the form of a linear phased array antenna - an irradiator with scanning by elevation, vertically oriented in the focus of the paraboloid reflector, equipped with a drive device for azimuth adjustment, or in the form

67 Descriptions of issued patents for inventions № 05.1 / 15.05.2019 of the rectangular phased array antenna with electronic scanning in azimuth and elevation under the control of EIM.

Doppler meteorological radar according to claim 3, characterized in that the transceiver antenna (7) has one channel with horizontal and / or one channel with vertical polarization, each polarized channel being connected on the reflected echo signals with two corresponding channels of the four-channel radio receiver (8).

Doppler meteorological radar according to claim 4, characterized in that to reduce the distortion of the received echo signals, the receiver comprises an attenuator (16) for controlling the level of echo signals for two types of polarization, connected without attenuation to the main receiving channel (17), and with attenuation by 20-M0 dB - with the additional receiving channel (18), each channel contains a series-connected superheterodyne receiver with a digital output, a digital phase detector (20) and a digital signal processing device (21) equipped with programs for filtering asynchronous pulse interference, broadband signal compression and spectral processing of received signals.

Doppler meteorological radar according to claim 1, characterized in that the EIM for control and processing of meteorological signals comprises a unit for control and primary processing of meteorological information (23) and a unit for secondary processing of meteorological information (24) connected between your cable or radio line on the communication interface.

Doppler meteorological radar according to claim 6, characterized in that the control and primary processing unit for meteorological information (23) is provided with a program for linking the results of measuring reflectance, radial velocity, spectrum width to the spatial coordinates, and the secondary processing unit (24) with a program for identifying the results of the primary signal processing with a program for converting the identified meteorological data into a format convenient for their transmission to the users of this data at their subscriber stations.

Doppler meteorological radar according to claim 7, characterized in that the unit for primary processing of meteorological information (23) is equipped with a GLONASS / GPS receiver for synchronization of meteorological measurements and transmission of meteorological data in the system in a single time.