EA009249B1 - Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией - Google Patents

Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией Download PDF

Info

Publication number
EA009249B1
EA009249B1 EA200501314A EA200501314A EA009249B1 EA 009249 B1 EA009249 B1 EA 009249B1 EA 200501314 A EA200501314 A EA 200501314A EA 200501314 A EA200501314 A EA 200501314A EA 009249 B1 EA009249 B1 EA 009249B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
antenna
radar
radar station
radio
polarization
Prior art date
Application number
EA200501314A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200501314A1 (ru
Inventor
Джеймс Ларри Олфорд
Джеймс Роджерс Хелвин
Original Assignee
Энтерпрайз Электроникс Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/393,732 external-priority patent/US6803875B1/en
Application filed by Энтерпрайз Электроникс Корпорейшн filed Critical Энтерпрайз Электроникс Корпорейшн
Publication of EA200501314A1 publication Critical patent/EA200501314A1/ru
Publication of EA009249B1 publication Critical patent/EA009249B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G01S13/951—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use ground based
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
    • G01S7/025—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects involving the transmission of linearly polarised waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

В радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией используется радиочастотный делитель (21) мощности вместо быстродействующих переключателей (17) двух поляризаций, используемых в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией. Предложенные станции обеспечивают передачу и прием горизонтально и вертикально поляризованных сигналов одновременно, при этом критические компоненты (37, 38, 24) приемника в основании (16) радиолокатора перенесены выше вращающегося угломестного соединителя (34). Используется также обходной переключатель (25а, b) для переключения режимов радиолокационной станции и конструкция (55) для приема сигналов с двумя поляризациями, позволяющая осуществлять экономичный сбор данных о коэффициентах деполяризации для выбранных атмосферных областей. Эти новые конструкции устраняют проблемы длительного времени анализа и уменьшенных диапазонов скоростей в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией и исключают относительно дорогой и ненадежный переключатель (17) поляризации.

Description

Область техники
Данное изобретение в целом относится к метеорологическим радиолокационным станциям. Более конкретно, оно касается доплеровских метеорологических радиолокационных станций, использующих двойную поляризацию для улучшения разрешения отражательной способности жидких гидрометеоров.
Обзор известных технических решений
Большинство современных метеорологических радиолокационных станций при работе используют стратегию одной поляризации, чтобы увеличить коэффициент отражения от атмосферных осадков. Форма жидких гидрометеоров (например, капель дождя) отклоняется от сферической, когда их радиус больше 1 мм, и они имеют форму, более похожую на сплюснутый сфероид с уплощенным основанием (похожий на булочку для гамбургера), который дает немного более сильное отражение сигнала с горизонтальной поляризацией. Поэтому современные радиолокационные станции обычно используют горизонтальную поляризацию, чтобы увеличить отражение от атмосферных осадков.
Однако радиолокационные станции с одной поляризацией имеют серьезные ограничения в областях с частичным затенением луча и не обеспечивают классификации гидрометеоров. Чтобы преодолеть эти недостатки метеорологических радиолокационных станций с одной поляризацией, были разработаны системы с чередующимися импульсами горизонтально и вертикально поляризованных сигналов. Такие радиолокационные станции с двойной поляризацией, иногда называемые поляриметрическими метеорологическими радиолокационными станциями, обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с обычными радиолокаторами при оценке типа и количества атмосферных осадков. Самыми главными среди этих преимуществ является способность различать град и дождь, обнаруживать осадки со смешанной фазой и оценивать объем дождевых осадков.
Современные радиолокационные станции с двойной поляризацией используют последовательное чередование линейной вертикальной и линейной горизонтальной поляризаций для сбора расширенных данных, таких как, например: (1) коэффициенты отражения при горизонтальной и вертикальной поляризации; (2) дифференциальная отражательная способность для двух коэффициентов отражения; (3) кумулятивный сдвиг по фазе между горизонтально и вертикально поляризованными эхо-сигналами; (4) коэффициенты корреляции между вертикально и горизонтально поляризованными эхо-сигналами; и (5) коэффициенты деполяризации линейно поляризованного излучения. Кроме того, доплеровская скорость и ширина спектра могут быть получены путем соответствующей обработки горизонтально и вертикально поляризованных отраженных сигналов.
Радиолокационные станции с двойной поляризацией также обеспечивают классификацию осадков путем аналитической обработки обнаруженных радиолокатором форм гидрометеоров, что описано в различных документах, авторы которых, такие как ΚνζΙιΚον. Ын. У1уекапапбап и Ζτηίο, практически работают в этих областях. Кроме того, путем контроля разности фаз между горизонтальной и вертикальной составляющими могут быть смягчены эффекты частичного затенения луча и может быть достигнуто большее подавление мешающих отражений. Однако базовым допущением является то, что последовательные импульсы (каждой поляризации) являются высококоррелированными и обеспечивают эффективный диапазон скорости, уменьшенный в 2 раза.
В то время как радиолокационные станции с двойной поляризацией обеспечивают улучшенное разрешение параметров гидрометеоров, современные системы обычно используют быстродействующие волноводные переключатели мощности, чтобы переключать передаваемую мощность между двумя волноводными каналами. Использование волноводных переключателей для разделения ортогональных колебаний имеет практические ограничения, которые по ряду причин, рассмотренных ниже, мешают широкому использованию радиолокационных станций с двойной поляризацией.
Современные метеорологические радиолокационные станции с двойной поляризацией переключают вид поляризации импульс за импульсом, как показано на схеме типичной станции 10 на фиг. 1. Для того чтобы выполнять переключение поляризации используется быстродействующий волноводный переключатель 17 мощности (называемый в промышленности общим термином ортомодовый волноводный переключатель), служащий для переключения передаваемой мощности между горизонтально ориентированным волноводом 18 и вертикально ориентированным волноводом 19. Волноводный поляризационный сдвиг вызывается эффектом Фарадея, что является хорошо известной техникой. Эта типичная станция содержит элементы, известные в данной области техники, такие как передатчик 11 на основе клистрона, двунаправленный ответвитель 12, канальный циркулятор 13, цифровой приемник 14, вращающиеся соединения 15, например угломестное и азимутальное сочленения (используемые для наведения антенны по углу места и азимуту), и необходимая опора 16 с рупорными облучателями и антенной.
Такая станция подобна той, которую описывает Ζτηίο в патенте США № 5500646, за исключением того, что Ζτηίο описывает абстрактную конструкцию радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, обеспечиваемой путем замены ортомодового переключателя делителем мощности и ортомодовым соединением с рупорным облучателем антенны. Также Ζτηίο выполнил различные расчеты, относящиеся к радиолокационным станциям с одновременной двойной поляризацией, описанным в патенте США № 5500646, еще не известные в промышленности, и такие расчеты включены в данное описание путем ссылки на известную информацию и применимы для описываемых здесь станций. В то вре
- 1 009249 мя как в патенте США № 5500646 представлена умозрительная станция с одновременной двойной поляризацией, здесь предлагается усовершенствование таких станций, позволяющее реально использовать их в современной метеорологической радиолокации, как будет описано ниже. Сегодня существует ряд систем для реального сбора радиолокационных данных и введения их в локальные рабочие станции или национальную сеть радиолокационных установок. Одна такая система описана в разделе 9.5 официального документа Α. Ζηΐιηί. Ό. Ζτηίε, 1тр1етеп1аПоп о£ Ро1апте1пе СараЬййу £ог 1Нс \У8В-88Э (ΝΕΧΒΑΌ) Вабаг, изданного Американским метеорологическим обществом в 1997 г. и включенного в данное описание путем ссылки. Дополнительные пояснения, имеющие отношение к сбору данных об отражательной способности целей и обработке таких данных, здесь не будут приведены, так как материалы, на которые сделаны ссылки, описывают базовую теорию и работу таких систем, и такая информация уже известна в промышленности и не требуется для полного понимания описываемого здесь изобретения.
Для систем с чередованием горизонтальной и вертикальной поляризаций главной практической проблемой являются ограничения, связанные с использованием переключателя 17 мощности. Эти переключатели являются специализированными частями оборудования и имеют тенденцию быть очень дорогостоящими и сложными в обслуживании. Кроме того, они обеспечивают относительно слабую развязку между двумя режимами поляризации. Изготовители, знакомые с установкой и техническим обслуживанием этих систем в полевых условиях, нашли, что надежность переключателей мощности двух поляризаций уменьшается по мере снижения частоты излучения, что ограничивает практическое использование метеорологических радиолокационных станций с двойной поляризацией.
Переключатель 17 двух поляризаций представляет собой устройство для поворота плоскости поляризации на основе феррита. Переключатель работает путем возбуждения магнитного поля в ферритовом сердечнике перед передачей импульса. Взаимодействие магнитного поля и электромагнитного импульса вызывает эффект Фарадея, то есть вращение плоскости поляризации при прохождении импульса через заполненное ферритом пространство. Вследствие этого процесса энергия импульса направляется к одному из двух выходных портов: горизонтально ориентированному и вертикально ориентированному.
Размер ферритового сердечника зависит от длины волны и, следовательно, от рабочей частоты радиолокационной системы. Чем больше длина волны, тем большие размеры имеет ферритовый сердечник и тем больше площадь поверхности, которая будет поглощать энергию СВЧ. Специалисты в данной области техники в настоящее время полагают, что отказы переключателей при относительное низком значении частоты в 8-диапазоне (т.е. 10-сантиметровом диапазоне длин волн) являются результатом изменений в кристаллической структуре ферритового материала, возникающих из-за повышенного поглощения энергии на этих частотах. На более высоких частотах, например, в диапазонах С и X, изготовители испытывают меньше проблем с отказами, но продолжают сталкиваться с некоторыми проблемами. Другие производители предпочитают использовать в станциях 8-диапазона механические, а не электромагнитные переключатели. Однако механические переключатели имеют другие известные ограничения, такие как фиксированная рабочая частота для выбранного блока переключателя, что ограничивает эксплуатационные параметры радиолокационной системы фиксированным периодом повторения импульсов.
Другим ограничением современных радиолокационных станций с поочередной двойной поляризацией является большое время анализа и уменьшение диапазона скоростей. Любой принятый отраженный сигнал, являющийся результатом обоих типов поляризации, предполагается исходящим от одних и тех же рассеивающих объектов (например, гидрометеоров). Чтобы сопоставлять данные каналов с вертикальной и горизонтальной поляризацией, в современных станциях, использующих волноводный переключатель, импульс одной поляризации передается с последующим периодом задержки (временем анализа), в течение которого принимаются отраженные сигналы. Затем посылается импульс другой поляризации, и дополнительные данные принимаются той же самой (единственной) приемной системой в течение второго времени анализа. Таким образом, прием отраженных сигналов происходит в течение этих двух периодов анализа при повороте антенны на угол в пределах одной ширины луча, результатом чего является более длительное суммарное время анализа для зондирования на каждой ширине луча. Аналогично, так как время анализа для зондирования на каждой ширине луча (вертикальная + горизонтальная поляризация) удваивается, вычислительное восприятие скорости уменьшается в два раза, что ограничивает способность современных систем разрешать относительно высокие скорости ветра в отраженных радиолокационных сигналах.
Кроме того, для вышеупомянутых моделей, описанных в патенте США № 5500646, существуют практические проблемы. Передача последовательностей радиоимпульсов по длинным волноводам вносит фазовые и амплитудные искажения в форму волн, что может мешать обработке отраженных от цели сигналов. Кроме того, передача последовательностей радиолокационных импульсов через азимутальные и угломестные сочленения, предназначенные для наведения антенны по азимуту и углу места, вносят дополнительные искажения, являющиеся причиной ослабления сигнала. Такие искажения требуют сложной обработки для их компенсации в принимаемых отраженных радиолокационных сигналах, что ограничивает надежность данных об отражательной способности целей в метеорологических радиолокационных станциях с одновременной двойной поляризацией.
- 2 009249
Поэтому необходимо усовершенствование метеорологических радиолокационных станций с двойной поляризацией для перехода от современных режимов с чередующейся поляризацией к режимам с одновременной двойной поляризацией, чтобы решить такие проблемы, как длительные периоды анализа и уменьшение диапазона скоростей, а также исключить дорогостоящие и сложные в обслуживании переключатели поляризации, используемые в настоящее время в метеорологических радиолокационных станциях с двойной поляризацией.
Сущность изобретения
Данное изобретение предлагает устройство и способ для создания радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, которая использует радиочастотный делитель мощности вместо быстродействующих переключателей поляризации, используемых в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией. Использование радиочастотного делителя мощности вместо быстродействующих переключателей поляризации позволяет осуществлять передачу и прием одновременно с горизонтальной и вертикальной поляризацией, что улучшает метеорологическое разрешение современных радиолокационных станций. Примеры выполнения современных станций также показывают необходимость размещения критических компонентов приемника выше вращающегося угломестного соединения в основании радиолокационной станции, чтобы избежать искажения последовательности радиолокационных импульсов из-за внесения фазовой ошибки в волноводе и использовать преимущества одновременной передачи поляризованных сигналов. Кроме того, введен обходной переключатель, чтобы сделать возможным переключение режимов работы радиолокационной станции, и описана конструкция устройства для приема сигнала с двойной поляризацией, позволяющая осуществлять экономичный сбор информации о коэффициенте деполяризации для выбранных областей атмосферы. Раскрытые формы осуществления изобретения устраняют имеющиеся в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией проблемы длинных периодов анализа и уменьшения диапазона скоростей. Кроме того, описываемые конструкции исключают относительно дорогой и ненадежный переключатель поляризации, используемый в современных станциях.
Перечень чертежей
Радиолокационная станция с двойной поляризацией, выполненная согласно изобретению, изображена на приложенных чертежах, которые являются частью описания и на которых:
фиг. 1 - схема типичной радиолокационной станции с чередующейся двойной поляризацией, известная в данной области техники;
фиг. 2 - схема предпочтительной радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, имеющей радиолокационный приемник, расположенный в данном случае выше вращающегося угломестного соединителя в основании радиолокатора и с возможным обходом делителя мощности;
фиг. 3 - схема предпочтительной радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, имеющей радиолокационный приемник, расположенный выше вращающегося угломестного соединителя в основании радиолокатора;
фиг. 4 - схема предпочтительной радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, имеющей радиолокационный приемник, расположенный выше вращающегося угломестного соединителя в основании радиолокатора, и содержащей клистронный передатчик;
фиг. 5 - схема недорогого устройства для приема сигналов с двойной поляризацией, позволяющего собирать данные о коэффициентах деполяризации.
Предпочтительная форма осуществления изобретения
Для лучшего понимания функционирования и конструкции изобретения обратимся к чертежам. На фиг. 2 в виде блок-схемы представлено сравнительно экономичное решение для создания улучшенной радиолокационной станции 20 с двойной поляризацией. Радиочастотный делитель 21 мощности делит передаваемую мощность на составляющие 21а, 21Ь, которые передаются возбудителю 21а, Ь каждой из поляризаций ортомодового рупорного облучателя 22 антенны, надлежащим образом размещенного на параболической антенне 23. Используются два приемника 24а, Ь, по одному для каждой поляризации, как показано. Подходящий делитель мощности, а также соответствующие волноводные соединительные элементы могут быть приобретены в фирме Со1етап ΜίοΐΌ\ν;·ινο Со., расположенной в ЕбшЬитд, Вирджиния.
Быстродействующий переключатель (элемент 17 на фиг. 1), используемый в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией, в данной конструкции заменен делителем 21 мощности радиочастоты. Кроме того, чтобы обеспечить развязку приемника и передатчика, добавлены два циркулятора, иногда называемые дуплексерами: циркулятор 39 тракта горизонтальной поляризации и циркулятор 41 тракта вертикальной поляризации. Используемые циркуляторы являются типичными ферритовыми циркуляторами предпочтительно с тремя, но возможно и с четырьмя плечами - четыре плеча дают лучшие характеристики развязки и отражения. Подходящим циркулятором для данной станции является поставляемая фирмой Ееттйе СотропеШз, 1пс, модель СС#-35. Также добавлен второй приемник 24Ь. Второй приемник 24Ь может быть целой приемной системой или же вторым каналом многоканальной системы приема, как показано на схеме. Аналогично, в зависимости от конкретного применения, процессор сигналов может быть встроен в приемник (возможно с использованием сдвоенных процессоров сиг
- 3 009249 налов), по одному для каждого канала, а процессор передачи данных может обеспечивать объединение в одно целое данных приемника и процессоров сигналов, как известно в данной области техники. Объединенная конструкция приемника - процессора сигналов, подобная той, которая может быть найдена в двухканальных платах обработки сигналов, доступных в настоящее время, является более простой, более легкой в обслуживании и, следовательно, более предпочтительной. Фирма Ьаккеп Кекеагсй выпускает цифровой приемник подходящей конструкции серии ΝΏΒΧ, который обладает необходимой производительностью по обработке сигналов, удовлетворяющей требованиям обработки в системе с одновременной двойной поляризацией.
Подсистема 28 передатчика может основываться на различных известных типах устройств, таких как усилитель мощности, твердотельный усилитель, мощный генератор (например, магнетрон) или импульсный клистронный усилитель. Двунаправленный ответвитель 31 подключает выход передатчика 29 к основному волноводному каналу 33 и позволяет подавать в радиолокационную систему испытательный сигнал от генератора 32 испытательного сигнала.
Волноводный порт 36 сигнала обратной связи (т.е. отвод сигнала) обеспечивает подачу опорного сигнал в цифровой приемник 24 через смесители 37а-с сигналов. Опорный сигнал обеспечивает механизм обратной связи для приемника 24, чтобы компенсировать сдвиги фаз, вносимые волноводом 33 или одним или несколькими вращающимися соединениями 34, наряду с другими видами изменений сигналов, которые могут происходить после импульсного разряда передатчика. Затем делитель 21 мощности делит сигнал передатчика, подавая его в два одинаковых волновода с одинаковой мощностью. Далее циркуляторы 39 и 41 развязывают выход от делителя 21 мощности, чтобы дать возможность пропускать через волноводы 21а и 21Ь отраженные сигналы, которые должны приниматься цифровым приемником 24 после усиления с помощью усилителей 38Н и 38У мощности.
Приемопередатчик локальной сети ЕШегпе! обеспечивает возможность вывода данных и прямое программирование приемника 24 или программирование подключенного процессора радиолокационного сигнала (см. фиг. 3 и 4). Волоконно-оптическая линия 43 передачи данных позволяет передавать большие объемы радиолокационных данных в реальном времени в удаленные системы обработки и отображения данных. Сигнал 44 запуска системы обеспечивает синхронизированный запуск подсистемы 28 передатчика под управлением цифрового приемника. Вращение и позиционирование антенны осуществляется путем управления различными двигателями привода в основании антенны по последовательной линии 47 связи процессором 46 радиолокационного сигнала (см. фиг. 3 и 4). В конфигурации, показанной на фиг. 2, электронные схемы приемника предпочтительно располагаются в основании антенны радиолокатора выше вращающегося угломестного соединения. Однако описанная конфигурация может использоваться также и в тех известных конструкциях, в которых электронные схемы приемника располагаются ниже азимутального соединения, например в расположенном рядом корпусе для электронной аппаратуры.
Как очевидно специалистам в данной области техники, потенциальным недостатком системы согласно патенту США № 5500646 является деление передаваемой мощности. Например, оператору, желающему передавать и анализировать данные в режиме одной поляризации при мощности 500 кВт, потребуется передатчик мощностью 1 МВт. Решением этой проблемы является введение в волноводную структуру 33 механического передаточного переключателя, который позволяет волноводному сигналу обходить делитель мощности 21, как показано на схеме. Механические волноводные переключатели 25а, Ь используются для передачи сигнала в обход радиочастотного делителя 21 мощности, обходя таким образом функцию, которую он выполняет. Переключатель 25а устанавливается прямо перед входным портом делителя 21, чтобы по требованию последовательность радиолокационных импульсов полной мощности могла быть перенаправлена в обход делителя 21 на переключатель 25Ь. Система сконструирована так, что переключатели не срабатывают, если передаваемая мощность не отключена, чтобы никакое переключение в этом режиме не могло иметь место при генерировании передатчиком радиочастотных импульсов. Таким образом, в режиме одной поляризации может быть достигнута полная мощность излучения. Эта обводная конфигурация позволяет направлять в канал 21а горизонтальной поляризации максимальную мощность последовательности импульсов, наряду с возможностью приема сигналов с обоими состояниями поляризации. Как очевидно специалистам в данной области, передача мощности с единственной поляризацией не ограничивает возможности приема отраженных сигналов и с вертикальной, и с горизонтальной поляризацией. В режиме обхода делителя мощности может быть получена информация о коэффициенте деполяризации линейно поляризованного излучения в выбранных областях атмосферы. Волноводные передаточные переключатели, используемые в этой форме осуществления изобретения, представляют собой относительно медленные механические переключатели со временем срабатывания порядка нескольких сотен миллисекунд и приводятся в действие посредством соленоидного или вращательного электропривода. Подходящими механическими переключателями являются переключатели модели Л8Т-187 фирмы Лбтапсеб §^йсй 1есйпо1оду, Кшдйоп, Оп1апо, или аналогичные переключатели.
Другой формой выполнения базовой радиолокационной станции 10 с одновременной двойной поляризацией, показанной на фиг. 1, является конфигурация 45 приемник выше угломестного соединения, показанная на фиг. 3. Главным преимуществом этой формы осуществления изобретения являются улучшение показателя цена-качество в системах с одновременной двойной поляризацией. В форме осу- 4 009249 ществления изобретения, показанной на фиг. 3, приемник и процессор (процессоры) сигналов устанавливаются в корпусе с регулируемым микроклиматом, расположенном выше угломестного вращающегося соединения 34 (используемого для наведения антенны по углу места) в основании радиолокатора. Эта конфигурация минимизирует число необходимых волноводных каналов, проходящих через вращающееся соединение. Двухканальные вращающиеся соединения являются дорогостоящими, а также вносят межканальные разности фаз, которые изменяются при вращении. Размещение приемников выше угломестного соединения 34 дает возможность использовать одноканальные вращающиеся соединения как для азимутальной, так и для угломестной оси вращения.
В конфигурации приемник выше угломестного соединения приемники 24 также размещаются физически очень близко к антенне 23, и такая компоновка позволяет разместить процессор (процессоры) 46 радиолокационных сигналов в корпусе с подходящей окружающей средой рядом с цифровым приемником 24. Если бы процессор (процессоры) 46 сигналов был физически расположен около передатчика или рабочей станции, то передача данных от приемников в процессоры сигналов могла бы представлять проблему. Во-первых, для передачи данных потребовалось бы сложное и дорогостоящее контактное кольцо. Во-вторых, потоковая передача необработанных цифровых данных синфазного и квадратурного каналов на большие расстояния вносит в данные ошибки из-за внесения шумов в передающих кабелях. Из-за относительно большой ширины полосы частот, необходимой для передачи данных в радиолокационной станции с одновременной двойной поляризацией, должны использоваться дифференциальные параллельные линии передачи, и целостность данных может нарушаться из-за влияния окружающей среды с электрическими помехами. Однако в последнее время техника продвинулась настолько, что процессор (процессоры) сигналов может быть помещен вместе с приемником на антенне, с обеспечением прямой передачи результирующих мгновенных радиолокационных данных в присоединенную рабочую станцию. Это упрощает конструкцию узла контактных колец, требуя наличия трактов только для питания, опорного сигнала, передачи данных локальной сети Е111сгпс1 и электроприводов антенны.
Активные электронные компоненты для формы осуществления изобретения, показанной на фиг. 3, такие как приемник и процессор сигналов, располагаются в малогабаритном экранированном корпусе. Корпус должен поддерживать регулируемый микроклимат, например, с помощью твердотельных блоков обогрева и охлаждения. Поддержание стабильных температурных условий является критическим для надлежащей работы радиолокационной системы. Компоненты могут выходить из строя под воздействием высоких тепловых нагрузок, и радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией может испытывать изменения рабочих характеристик, когда температура колеблется. Например, можно столкнуться с нестабильностью фазы и частоты, что ограничивает способность получать достоверные метеорологические данные. Однако с использованием твердотельной техники обогрева-охлаждения (например, термоэлектрического элемента Пельтье) могут поддерживаться известные климатические условия. Благодаря уменьшению размеров современных компонентов и уменьшению потребляемой ими мощности появилась возможность регулирования параметров окружающей среды для описанных выше компонентов и возможность их переноса в положение рядом с радиолокационной антенной. Таким образом, терморегуляторы на основе элементов Пельтье обеспечивают удовлетворительное решение для регулирования условий окружающей среды.
Нужно также проявить внимание к защите систем от других механических воздействий. Например, в системах на основе клистронов, компоненты системы должны быть защищены от вибраций. Синтезатор в подсистеме 29 передатчика является очень чувствительным блоком, и генерация надлежащей частоты достигается посредством стабильного кварцевого генератора или генератора 35 с цифровым управлением. Сам кварцевый кристалл чувствителен к вибрации, которая может воздействовать на резонансную частоту. Малые изменения (модуляция) собственной частоты этого кристалла создают наведенный фазовый шум, который нарушает способность обнаруживать малые метеорологические изменения в сигналах отражений. Другие блоки также подвергаются воздействию, но самым чувствительным является синтезатор. Следовательно, надлежащая защита от вибраций существенна для надлежащей работы и функционирования радиолокационных станций с одновременной двойной поляризацией.
Другой важной проблемой конструирования радиолокационных станций с одновременной двойной поляризацией является радиочастотная развязка. В области вблизи мощных радиочастотных компонентов, таких как делитель 21 мощности, имеется нестационарное электрическое и магнитное поле. Надлежащие методы защиты должны использоваться, чтобы препятствовать маскированию нежелательными радиочастотами полезных сигналов меньшего уровня. Типичными конструктивными методами защиты являются, например, экранирование металлическим экраном, использование ферритовых магнитных сердечников для минимизации синфазного шума и использование экранов из мю-металла (специального магнитного материала). Хотя эти методы хорошо известны, в радиолокационных станциях с одновременной двойной поляризацией на эти детали должно быть обращено особое внимание.
Для радиолокационных станций на основе магнетронов приемник измеряет фазочастотные соотношения на импульсной основе. Эталонный радиоимпульс поступает с отвода 36 перед делителем 21 мощности и передается через ответвитель 37а в приемник 24 для обработки. Эта техника обеспечивает максимально возможную когерентность, приближающуюся к теоретическому пределу для систем на магне
- 5 009249 тронах. Подходящие коаксиальные магнетроны модели УМС-1891А С-диапазона мощностью 250 кВт могут быть приобретены в фирме Соттишсабопк аиб Ро\гсг 1пбикГпек. Ветебу Όίνίδίοη (СР1). расположенной в Ветебу. Массачусетс. Блоки с другими значениями частоты и мощности, допускающие надлежащее стробирование. также поставляются фирмой СР1.
Альтернативно. радиолокационные станции 50 на основе клистрона. как показано на фиг. 4. требуют использования гетеродина. расположенного в приемнике. и опорный сигнал 51 синхронизации используется для установления фазовой синхронизации с главным синтезатором частот. расположенным в передатчике 29. Как и в магнетронной станции 45. показанной на фиг. 3. фактический передаваемый сигнал радиоимпульс считывается через отвод 36 и обрабатывается приемником. Следовательно. компенсация сдвига фазы. вносимого процессом усиления. является автоматической. что также делает возможными очень высокие значения когерентности. Подходящие импульсные клистронные усилители серии УКС или УК8 могут быть получены от фирмы СР1.
Если обратиться к фиг. 5. то можно увидеть. что может быть создана относительно недорогая конструкция приемника. расположенного выше угломестного соединения и осуществляющего одновременный прием сигналов с двойной поляризацией. Как показано на схеме. элементы обходного тракта 25 и делителя 21 мощности заменены портом 56 отвода. который позволяет опорным сигналам поступать параллельно на смеситель 37 и смеситель 59. Последовательность 21 импульсов максимальной мощности с горизонтальной поляризацией проходит через циркулятор 39 и поступает в рупорный облучатель 22 через порт 21а. Затем ортомодовый рупорный облучатель одновременно принимает горизонтально (21а) и вертикально (57а) поляризованные отраженные сигналы. а коаксиальный переключатель 58 под управлением процессора радиолокатора (или другого подходящего устройства логического управления) обрабатывает горизонтальную 21 или вертикальную 57 составляющие отраженного сигнала. как предписывается соответствующей программой управления процессором радиолокатора. Получившаяся в результате станция требует меньше необходимых аппаратных приемных средств и обеспечивает возможность экономичного приема и обработки данных о коэффициенте деполяризации линейно поляризованных сигналов.
Раскрытые формы осуществления изобретения описывают практические конструкции метеорологической радиолокационной станции с двойной поляризацией. не требующие использования мощных быстродействующих переключателей двух поляризаций и позволяющие осуществлять передачу и прием с горизонтальной и вертикальной поляризацией одновременно. Эти новые конструкции устраняют имеющиеся в современных радиолокационных станциях с двойной поляризацией проблемы длительного времени анализа и уменьшения диапазона скоростей. Кроме того. исключается дорогой и в некоторых исполнениях ненадежный переключатель поляризации.
Преимущества практических конструкций станций с одновременной двойной поляризацией существенны. Они дают намного больше информации о гидрометеорах. позволяя определять полную матрицу рассеяния и корректировать частичное затенение луча посредством дифференциально-фазовых методов. обеспечивают улучшенную оценку дождевых осадков и улучшенную классификацию гидрометеоров.
Хотя изобретение описано на примере одной формы его осуществления. специалистам будет очевидно. что оно не ограничивается ею. а может подвергаться различным изменениям без выхода за пределы его сущности.
Литература
1. Кб. Эот1ак. У. Вппдг А. КухНкот. А. Ζαΐιπιί. Э.8. Ζτηκ. Сопщбегабопк Гог Ро1апте1пс Ирдгабек Го Орегабопа1 А8К-88Э Кабагк. 1. АГток. апб Осеатс ТесН.. 2000.17. 257-278.
2. Υ. Ьш. ΙΆ Сотгау. Е.А. Вгапбек. А.У. КухНкот. I. УАекапапбап. Э.8. Ζτηκ. К. Оуе. ТНе ике оГ ро1апхабоп баГа ш ГНе орегабопа1 1бепбГюабоп оГ НубготеГеог апб поп-НубготеГеог ГагдеГк. РгерппГк. 29(Н СопГ. Кабаг МеГеог. МопГгеа1. Сапаба: Атепсап МеГеого1одка1 8ос1еГу. 1999: 178-179.
3. А. КухНкот. К. Боре/. К. Еи1Гоп. Э. Ζτηκ. Т. 8сНииг. Υ. Ьш. НубготеГеог с1аккбгсабоп \\'НН а ро1аптеГпс габаг Гог ппрготеб га1пГа11 теакигетепГк апб беГесбоп оГ Наб апб е1ес1пса11у сНагдеб гедюпк. РгерппГк. 29ГН СопГегепсе оп Кабаг МеГеого1оду. МопГгеа1. Сапаба: Атепсап МеГеого1одка1 8оаеГу. 1999: 289292.
4. А.У. РухНкот. Э.8. Ζτηκ. Э1кспттабоп ЬеГОееп гаш апб кпоте \\'6Н а ро1апте1пс габаг. 1оигпа1 оГ Аррбеб МеГеого1оду. 1999: 1228-1240.
5. А.У. КухНкот. Э.8. Ζτηκ. К.Еи1Гоп. Агеа Ка1пГа11 ЕкбтаГек Иктд Э|ГГегепОа1 РНаке. 1оигпа1 оГ АррИеб МеГеого1оду. 2000: 263-268.
6. 8ко1шк. Мет11 I. ГпГгобисбоп Го Кабаг 8укГетк. №\ν Υο^к: 3гб еб. 2001.
7. I. УАекапапбап. Э.8. Ζτηκ. 8.М. ЕШк. К. Оуе. А.У. КухНкот. 1. 8Ггака. С1оиб ткгорНукюк ге(г1ета1 иктд 8-Ьапб биа1- ро1апхабоп габаг теакигетепГк. Вибебп оГ ГНе Атепсап МеГеого1одюа1 8ос1еГу. 1999: 381-388.
8. ΖаΗ^а^ А11еп. Эг. Энкам Ζτηκ. 1тр1етепГабоп оГ Ро1апте1пс СараЬШГу Гог ГНе А8К-88Э (ЫЕХКАЭ) Кабаг. Ьопд ВеасН. СА. Атепсап МеГеого1одюа1 8оаеГу. 1997.
9. Э.8. Ζτηκ. А.У. КухНкот. Ро1апте1гу Гог теаГНег кигтеШапсе габагк. Вибебп оГ ГНе Атепсап МеГеого1одка1 8ос1еГу. 1999: 389-406.

Claims (15)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Метеорологическая радиолокационная станция, содержащая генератор последовательности импульсов энергии для создания радиоизлучений, пригодных для использования в метеорологической радиолокации;
    радиочастотный делитель мощности, электрически связанный с указанным генератором последовательности импульсов для разделения указанных радиоизлучений на две одновременные составляющие;
    антенну, электрически связанную с указанным делителем мощности для одновременной управляемой передачи указанных составляющих в пространство в виде ортогонально поляризованных колебаний и для приема сигналов, отраженных от исследуемых объектов;
    ортомодовый рупорный облучатель, расположенный рядом с антенной для направления отраженных сигналов ортогональных относительно друг друга поляризаций в отдельные каналы приема;
    подсистему приемника для обработки отраженных сигналов, принятых антенной, расположенную рядом с упомянутой антенной;
    азимутальное вращающееся соединение, дающее возможность вращать антенну;
    угломестное вращающееся соединение, расположенное вблизи азимутального вращающегося соединения и дающее возможность наклонять и поднимать антенну; при этом подсистема приемника расположена выше угломестного и азимутального вращающихся соединений для обработки отраженных сигналов, принятых антенной;
    по меньшей мере один канальный циркулятор, электрически расположенный между указанной антенной и указанным генератором для изолирования упомянутых радиоизлучений от подсистемы приемника; и коаксиальный переключатель, электрически связанный с подсистемой приемника и указанным по меньшей мере одним циркулятором для соединения подсистемы приемника с указанными отдельными каналами приема по выбору в соответствии с заранее запрограммированной логикой.
  2. 2. Радиолокационная станция по п.1, дополнительно содержащая одноканальное вращающееся соединение, электрически соединяющее упомянутый генератор с упомянутой антенной.
  3. 3. Радиолокационная станция по п.2, дополнительно содержащая волноводный порт, электрически расположенный между указанным генератором и указанным по меньшей мере одним циркулятором, для выделения из указанных радиоизлучений опорного сигнала для использования его подсистемой приемника.
  4. 4. Радиолокационная станция по п.3, в которой ортомодовый рупорный облучатель расположен на упомянутой антенне и создает две составляющие излучения со сдвигом поляризации относительно друг друга, по существу, на 90°.
  5. 5. Радиолокационная станция по п.4, в которой упомянутая антенна имеет параболическую форму.
  6. 6. Радиолокационная станция по п.5, содержащая процессор радиолокационных сигналов, электрически связанный с удаленным терминалом для дистанционного просмотра обработанных радиолокационных данных.
  7. 7. Радиолокационная станция по п.6, в которой упомянутый генератор последовательности импульсов энергии выполнен в виде клистронного генератора, при этом радиолокационная станция дополнительно содержит отвод опорного сигнала, электрически связанный с одним из упомянутых циркуляторов для подачи опорного сигнала в клистронный генератор.
  8. 8. Радиолокационная станция по п.1, дополнительно содержащая процессор радиолокационных сигналов, электрически связанный с подсистемой приемника для обработки принимаемых ей отраженных сигналов, при этом указанный ортомодовый рупорный облучатель расположен на упомянутой антенне и формирует две составляющие излучения со сдвигом поляризации относительно друг друга, по существу, на 90°.
  9. 9. Метеорологическая радиолокационная станция, содержащая средство генерирования радиоизлучений, пригодных для использования в метеорологической радиолокации;
    радиочастотный делитель мощности, электрически связанный с указанным средством генерирования радиоизлучений для разделения указанных радиоизлучений на две одновременные составляющие;
    антенну, электрически связанную с указанным делителем мощности для одновременной управляемой передачи указанных составляющих в пространство в виде ортогонально поляризованных колебаний и для приема сигналов, отраженных от исследуемых объектов;
    расположенное на антенне средство направления отраженных сигналов ортогональных относительно друг друга поляризаций в отдельные каналы приема;
    средство приема отраженных сигналов, принимаемых антенной, электрически связанное с указанным средством направления отраженных сигналов;
    средство, дающее возможность поворачивать антенну;
    средство, дающее возможность увеличивать и уменьшать угол места антенны, причем средство приема располагается выше этих средств вращения и изменения угла места;
    - 7 009249 средство развязки для изолирования генерируемых радиоизлучений от упомянутого средства приема, электрически связанное с антенной и средством приема; и средство для соединения указанной подсистемы приемника с указанными отдельными каналами приема по выбору в соответствии с заранее запрограммированной логикой.
  10. 10. Радиолокационная станция по п.9, дополнительно содержащая одноканальное вращающееся соединение, электрически соединяющее упомянутое средство генерирования радиоизлучений со средством развязки.
  11. 11. Радиолокационная станция по п.10, дополнительно содержащая волноводный порт, электрически расположенный между средством генерирования радиоизлучений и средством развязки и также электрически связанный с указанным средством приема для выделения из радиоизлучений опорного сигнала, предназначенного для использования указанным средством приема.
  12. 12. Способ получения расширенных данных об отражательной способности метеорологических объектов в радиолокационной станции, включающий:
    a) генерирование радиоизлучений, пригодных для использования радиолокационной станцией;
    b) подачу упомянутых радиоизлучений в радиолокационную антенну;
    c) одновременное управляемое направление указанных радиоизлучений из антенны в пространство в виде ортогонально поляризованных колебаний;
    б) использование упомянутой антенны для приема поляризованных сигналов, отраженных от исследуемых объектов, посредством расположенного рядом ортомодового рупорного облучателя;
    е) направление и ортогональное разделение отраженных сигналов упомянутым рупорным облучателем по двум каналам приема;
    1) использование коаксиального переключателя для поочередного подключения каждого канала приема к подсекции радиолокационного приемника в ответ на заранее запрограммированные команды; и
    д) обработку упомянутых отраженных сигналов в подсистеме приемника для формирования данных радиолокационного зондирования.
  13. 13. Способ по п.12, в котором упомянутая радиолокационная станция содержит по меньшей мере одно вращающееся соединение для содействия упомянутому направлению радиоизлучений, а упомянутую обработку отраженных сигналов производят в подсистеме приемника, расположенной выше упомянутого по меньшей мере одного вращающегося соединения.
  14. 14. Способ по п.13, дополнительно включающий подведение упомянутых радиоизлучений от генератора радиоизлучений к антенне через одноканальное вращающееся соединение.
  15. 15. Способ по п.14, в котором упомянутое коаксиальное подключение происходит без пропускания принятых поляризованных отраженных сигналов через вращающееся соединение.
EA200501314A 2003-03-21 2004-03-12 Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией EA009249B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/393,732 US6803875B1 (en) 2002-09-20 2003-03-21 Simulatneous dual polarization radar system
PCT/US2004/007554 WO2005003806A2 (en) 2003-03-21 2004-03-12 Simultaneous dual polarization radar system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200501314A1 EA200501314A1 (ru) 2006-06-30
EA009249B1 true EA009249B1 (ru) 2007-12-28

Family

ID=33563629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200501314A EA009249B1 (ru) 2003-03-21 2004-03-12 Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1608997B1 (ru)
AT (1) ATE518150T1 (ru)
CY (1) CY1113793T1 (ru)
EA (1) EA009249B1 (ru)
OA (1) OA13040A (ru)
PT (1) PT1608997E (ru)
WO (1) WO2005003806A2 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7518544B2 (en) 2006-07-13 2009-04-14 Colorado State University Research Foundation Retrieval of parameters in networked radar environments
CN102857300B (zh) * 2011-06-30 2016-03-02 中国科学院电子学研究所 雷达基准频率信号长距离传输的微波光纤链路装置
CN110850392B (zh) * 2019-10-31 2023-06-30 无锡中科光电技术有限公司 激光雷达退偏增益比的校正方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684951A (en) * 1983-06-09 1987-08-04 Hans Baumer Process and apparatus for monitoring weather phenomena
US5500646A (en) * 1994-07-29 1996-03-19 The United States Of America As Represented By The Department Of Commerce Simultaneous differential polymetric measurements and co-polar correlation coefficient measurement
US6061013A (en) * 1995-12-26 2000-05-09 Thomson-Csf Method for determining the precipitation ratio by double polarization radar and meteorological radar for implementing such process

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377202B1 (en) * 2000-03-24 2002-04-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Icing hazard avoidance system and method using dual-polarization airborne radar
DE60141691D1 (de) 2001-03-02 2010-05-12 Mitsubishi Electric Corp Antenne

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684951A (en) * 1983-06-09 1987-08-04 Hans Baumer Process and apparatus for monitoring weather phenomena
US5500646A (en) * 1994-07-29 1996-03-19 The United States Of America As Represented By The Department Of Commerce Simultaneous differential polymetric measurements and co-polar correlation coefficient measurement
US6061013A (en) * 1995-12-26 2000-05-09 Thomson-Csf Method for determining the precipitation ratio by double polarization radar and meteorological radar for implementing such process

Also Published As

Publication number Publication date
ATE518150T1 (de) 2011-08-15
EA200501314A1 (ru) 2006-06-30
WO2005003806A3 (en) 2005-03-24
OA13040A (en) 2006-11-10
EP1608997B1 (en) 2011-07-27
PT1608997E (pt) 2011-10-21
EP1608997A4 (en) 2006-08-09
WO2005003806A2 (en) 2005-01-13
CY1113793T1 (el) 2016-07-27
EP1608997A2 (en) 2005-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394254C2 (ru) Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией
EA009250B1 (ru) Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией
US6803875B1 (en) Simulatneous dual polarization radar system
EP2360491B1 (en) Radar system with optical communications link within antenna pedestal
US5345243A (en) Continuous-wave reflection transmissometer with target discrimination using modulated targets
WO2013141738A1 (ru) Допплеровский метеорологический радиолокатор
US9494681B1 (en) Apparatus for measuring circular depolarization ratios in a weather radar
US3310805A (en) Automatic polarization tracker
EA009249B1 (ru) Радиолокационная станция с одновременной двойной поляризацией
CA2437483A1 (en) A field interchangeable level measurement system
Prentice et al. A two color mm‐wave interferometer for the JET divertora
US20170012680A1 (en) Instantaneous Communications Systems
JPS61172408A (ja) アンテナ調整法
JPS61178682A (ja) 送受信装置
IT9067404A1 (it) Circuito di alimentazione per antenne radar
US3541560A (en) Enhancement of polarization isolation in a dual polarized antenna
RU2574167C1 (ru) Метеорологическая радиолокационная станция
CN108646304B (zh) 有源成像系统
SU1645918A1 (ru) Антенна с управл емой пол ризацией
JPH0237996B2 (ru)
KR100200682B1 (ko) 시간 지연 비이콘
Martin Polarization effects with a combined Radar-Radiometer
Manso et al. Reflectometry for ITER density profiles
KR20010038980A (ko) 이중 편파 안테나를 채용한 이동통신 시스템내 기지국의 액티브 안테나의 이득 측정장치
Doviak et al. TO OBTAIN POLARIMETRIC DATA

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU