RU127944U1

RU127944U1 - INTEGRATED ATMOSPHERIC RADIO sounding system

Info

Publication number: RU127944U1
Application number: RU2012137821/07U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Элизбарович Иванов; Сергей Иванович Кудинов; Андрей Викторович Гусев; Олег Васильевич Плохих
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ОРТИКС"
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2013-05-10

Abstract

Комплексная система радиозондирования атмосферы, содержащая навигационный аэрологический радиозонд, навигационные сигналы GPS и ГЛОНАСС, радиолокатор слежения и приема телеинформации, отличающаяся тем, что в нее введены блок приема навигационных сигналов, блок приема и обработки навигационной и телеметрической информации и блок коммутации сигналов со следующими соединениями: навигационные системы GPS и ГЛОНАСС первым и вторым радиоканалами соответственно соединены с навигационным аэрологическим радиозондом и антенной блока приемника навигационных сигналов наземной части системы, выход этого приемника соединен с первым входом блока обработки информации и управления, с вторым входом которого соединен выход пульта управления радиолокатора, первый выход блока обработки информации и управления соединен с передатчиком запросных сигналов радиолокатора, второй выход - с блоком приема и обработки навигационной и телеметрической информации, третий и четвертый - с первым и вторым входами блока коммутации сигналов в угломестной плоскости ε и β, а его третий и четвертый входы соединены с первым и вторым выходами соответственно блока приема и обработки навигационной и телеметрической информации, выходы ε и β блока коммутации сигналов соединены с системой управления приводом антенной системы радиолокатора, причем собственно радиолокатор содержит антенную систему, привод антенной системы, пульт управления, блок управления приводом и передатчик запросного сигнала со следующими соединениями: антенная система через пульт управления соединена с вторым входом блока обработки и информации, выход передатчика за�An integrated atmospheric radio sounding system comprising a navigation aerological radio probe, GPS and GLONASS navigation signals, a tracking and reception radio information radar, characterized in that it includes a navigation signal receiving unit, a navigation and telemetry information receiving and processing unit, and a signal switching unit with the following connections: GPS and GLONASS navigation systems are connected by the first and second radio channels to the navigation aerological radio probe and the antenna of the receiver unit, respectively and the navigation signals of the ground-based part of the system, the output of this receiver is connected to the first input of the information processing and control unit, the second input of which is connected to the output of the radar control panel, the first output of the information processing and control unit is connected to the transmitter of the radar request signals, and the second output is to the reception unit and processing navigation and telemetry information, the third and fourth - with the first and second inputs of the signal switching unit in the elevation plane ε and β, and its third and fourth input connected to the first and second outputs, respectively, of the unit for receiving and processing navigation and telemetry information, the outputs ε and β of the signal switching unit are connected to the drive control system of the radar antenna system, and the radar itself contains an antenna system, an antenna system drive, a control panel, a drive control unit and request signal transmitter with the following connections: the antenna system is connected via the control panel to the second input of the processing and information block, the output of the transmitter

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при разработке комплексных систем радиозондирования атмосферы (CP), построенных на применении радиолокационного метода измерения пространственных координат аэрологического радиозонда (АРЗ) и использования сигналов спутниковых навигационных радиоэлектронных систем (СНРС) ГЛОНАСС/GPS для определения текущих координат аэрологического радиозонда (РЗ), направления и скорости ветра, а также передачи координатной и телеметрической информации на наземную базовую станцию (БС).The utility model relates to radio engineering and can be used to develop integrated atmospheric radio sounding (CP) systems based on the use of the radar method for measuring the spatial coordinates of an aerological radiosonde (ARZ) and the use of signals from satellite navigation radio electronic systems (SNRS) GLONASS / GPS to determine the current coordinates of an aerological a radiosonde (RE), wind direction and speed, as well as transmission of coordinate and telemetry information to a ground base station (BS).

Общей проблемой производства и эксплуатации CP атмосферы является создание высокоточных систем определения координат АРЗ, недорогих конструкций аэрологических радиозондов, обеспечивающих измерение метеорологических параметров атмосферы с необходимой точностью, надежную передачу информации с борта АРЗ на наземную станцию в оперативном радиусе действия СР.A common problem in the production and operation of CP atmospheres is the creation of high-precision systems for determining the coordinates of ARZ, low-cost aerological radiosonde designs that provide meteorological measurements of the atmosphere with the necessary accuracy, reliable information transfer from the ARZ to a ground station within the operational radius of the SR.

Известен метод и аппаратура для слежения за местоположением и скоростью приборов, находящихся в воздухе (патент США №5347285).A known method and apparatus for tracking the location and speed of devices in the air (US patent No. 5347285).

Определяется метод и система слежения, по крайней мере, за одним движущимся объектом, таким, как находящийся в воздухе метеорологический прибор, с расположенной на земле станции слежения путем перехвата широкополосных сигналов, передаваемых созвездием спутников, в которых кодовая последовательность не известна. Метод и система включают в себя схему приемника на движущемся объекте, которая сжимает широкополосные сигналы в узкополосный сигнал, удаляет все частотные сдвиги с помощью эталонным генератора со смещенной частотой, формирует узкополосный аналоговый модулирующий сигнал и передает его на базовую станцию, в которой выполняется перевод сигнала в спектральную область и полученные спектральные составляющие сравниваются с синтезированными спектральными величинами, чтобы идентифицировать каждый спутник, оценивается смещение частоты эталонного генератора, а также определяются координаты и скорость движущегося объекта.A method and tracking system is determined for at least one moving object, such as an airborne meteorological device, from a tracking station located on the ground by intercepting broadband signals transmitted by a constellation of satellites in which the code sequence is not known. The method and system include a moving object receiver circuit that compresses broadband signals into a narrowband signal, removes all frequency shifts using a reference oscillator with a shifted frequency, generates a narrowband analog modulating signal and transmits it to the base station, in which the signal is converted to the spectral region and the obtained spectral components are compared with the synthesized spectral values to identify each satellite, the frequency offset etal is estimated ion generator, and also determines the coordinates and speed of a moving object.

Недостатки известного решения: сложный и недостаточно точный способ вычисления координат радиозонда.The disadvantages of the known solution: a complex and insufficiently accurate way to calculate the coordinates of the radiosonde.

Известен удаленный GPS-датчик и обрабатывающая система для удаленного GPS-зондирования и централизованная обработка на наземной станции для удаленного мобильного определения местоположения и скорости, (патент США №5420592).Known remote GPS sensor and a processing system for remote GPS sensing and centralized processing at a ground station for remote mobile location and speed, (US patent No. 5420592).

Пример осуществления данного изобретения - система радиозондирования, включающая в себя цифровой буфер сигналов GPS и последовательный коммуникационный контроллер для передачи кадров сообщений, формируемых комбинацией цифровых данных из буфера снимка сигналов GPS и оцифрованных метеорологических данных, полученных устройством измерения влажности, температуры и давления. Кадры сообщения передаются со сравнительно низкой скоростью по метеорологическую радиоканалу на наземную станцию. Вся традиционная цифровая обработка GPS-сигналов главным образом выполняется на наземной станции, включая восстановление несущей частоты, захват псевдослучайно-шумового кода, выделение псевдодальностей, выделение эфемеридной информации, сбор альманаха, выбор спутников, вычисление навигационного решения и дифференциальные поправки. Кроме того, наземная обработка включает в себя фильтрацию Калмана вычисления скорости ветра.An example embodiment of the present invention is a radio sounding system comprising a digital GPS signal buffer and a serial communication controller for transmitting message frames generated by a combination of digital data from a GPS signal snapshot buffer and digitized meteorological data obtained by a humidity, temperature and pressure measuring device. Message frames are transmitted at a relatively low speed on a meteorological radio channel to a ground station. All traditional digital processing of GPS signals is mainly performed at the ground station, including carrier frequency recovery, pseudo-random noise code capture, pseudorange detection, ephemeris information extraction, almanac collection, satellite selection, navigation solution calculation and differential corrections. In addition, ground processing includes Kalman filtering of wind speed calculations.

Недостатки известного решения: большая загруженность радиоканала телеметрии, поэтому более широкий спектр передаваемого сигнала (потери в дальности или увеличение мощности передатчика радиозонда); прерывистость обработки сигналов GPS, что усложняет функционирование следящих контуров и фильтров.The disadvantages of the known solution: a large congestion of the telemetry channel, therefore a wider range of the transmitted signal (loss in range or increase in the power of the transmitter of the radiosonde); intermittent processing of GPS signals, which complicates the functioning of servo loops and filters.

Известна система GPS-слежения (патент США №5379224). Недорогая система слежения, использующая спутники Глобальной системы позиционирования (GPS), пригодна для применения в прикладных задачах, в которых задействованы радиозонды, радиогидроакустические буйки и другие подвижные объекты. Система слежения включает в себя датчик, установленный на каждом объекте, который в оцифровывает сигналы GPS-спутников, и записывает их в буфер данных. Затем эти цифровые выборки передаются, с меньшей скоростью, чем эти сигналы GPS-спутников были оцифрованы, по телеметрическому каналу связи, чередуясь с другими телеметрическими данными объекта. Эти данные GPS обрабатываются вычислительной рабочей станцией, которая вычисляет координаты и скорость датчика на момент выборки (оцифровки) сигнала. Буфер данных датчика периодически обновляется, а на рабочей станции периодически пересчитываются координаты и скорость датчика. Кроме этого рабочая станция вычисляет дифференциальные поправки, чтобы помочь обнаружить сигналы и повысить точности определения координат.A known GPS tracking system (US patent No. 5379224). An inexpensive tracking system using Global Positioning System (GPS) satellites is suitable for use in applications involving radiosondes, sonar buoys and other moving objects. The tracking system includes a sensor installed on each object, which digitizes the signals of GPS satellites, and writes them to the data buffer. Then these digital samples are transmitted, at a lower rate than these GPS satellite signals were digitized, via the telemetric communication channel, alternating with other telemetry data of the object. These GPS data are processed by a computing workstation, which calculates the coordinates and speed of the sensor at the time of sampling (digitizing) the signal. The sensor data buffer is periodically updated, and the coordinates and speed of the sensor are periodically recalculated at the workstation. In addition, the workstation calculates differential corrections to help detect signals and improve coordinate accuracy.

Недостатки известного решения: большая загруженность радиоканала телеметрии, поэтому более широкий спектр передаваемого сигнала (потери в дальности или увеличение мощности передатчика); прерывистость обработки сигналов GPS, что усложняет функционирование следящих контуров и фильтров.The disadvantages of the known solution: a large congestion of the telemetry radio channel, therefore a wider range of the transmitted signal (loss in range or increase in transmitter power); intermittent processing of GPS signals, which complicates the functioning of servo loops and filters.

Известна система радиозондирования атмосферы (патент РФ на полезную модель №106758 «Система радиозондирования атмосферы на основе сигналов GPS/ГЛОННАС». Система содержит передатчики навигационных сигналов системы GPS, передатчики навигационных сигналов системы ГЛОНАСС, аэрологический радиозонд (АРЗ) снабженный приемником навигационных сигналов систем GPS и ГЛОНАСС, первую, вторую и третью антенные системы, наземную базовую станцию с блоком отображения координатно-телеметрической информации. Первая антенная система метеорологической системы обеспечивает дифференциальный режим работы. Вторая антенная система имеет круговую диаграмму направленности в азимутальносй плоскости, широкую диаграмму направленности в угломестной плоскости и обеспечивает прием сигналов АРЗ на частоте 403 мГц в ближней зоне. Третья антенная система имеет круговую диаграмму направленности в азимутальносй плоскости, узкую диаграмму направленности в угломестной плоскости и обеспечивает прием сигналов АРЗ на частоте 403 мГц в дальней зоне.The atmospheric radio sounding system is known (RF patent for utility model No. 106758 “The atmosphere radio sounding system based on GPS / GLONNAS signals.” The system contains GPS navigation signal transmitters, GLONASS navigation signal transmitters, an aerological radiosonde (ARZ) equipped with a GPS and GPS navigation signal receiver GLONASS, the first, second and third antenna systems, a ground base station with a coordinate-telemetry information display unit, the first antenna system of the meteorological system The second antenna system has a circular radiation pattern in the azimuthal plane, a wide radiation pattern in the elevation plane and provides reception of ARZ signals at a frequency of 403 MHz in the near zone.The third antenna system has a circular radiation pattern in the azimuthal plane, a narrow radiation pattern in the elevation plane and provides reception of ARZ signals at a frequency of 403 MHz in the far zone.

Недостатком известной системы является низкая пространственная селекция сигнала радиозонда, недостаточная ЭМС, низкая помехозащищенность от преднамеренных помех по каналам приема навигационных сигналов и сигналов радиозонда.A disadvantage of the known system is the low spatial selection of the radiosonde signal, insufficient EMC, low noise immunity from intentional interference through the reception channels of navigation signals and radiosonde signals.

Известна система радиозондирования атмосферы (патент РФ на полезную модель №109297 «Система радиозондирования атмосферы GPS/ГЛОННАС». Система радиозондирования атмосферы работает на основе сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, GALILEO. Наземная базовая станция системы радиозондирования принимает сигналы навигационного радиозонда в диапазоне 403 мГц в ближней зоне на антенну с круговой диаграммой направленности. В дальней зоне прием осуществляется на антенну, обладающей направленными свойствами.A known atmospheric radio sounding system (RF patent for utility model No. 109297 “GPS / GLONNAS atmospheric radio sounding system”). The atmospheric radio sounding system is based on the signals of the GLONASS, GPS, GALILEO satellite navigation systems. The ground-based base station of the radio sounding system receives signals of a navigation radiosonde in the range of 403 MHz in the near zone to the antenna with a circular radiation pattern.In the far zone, reception is carried out on the antenna with directional properties.

Недостатком является невозможность создания в диапазоне 403 мГц антенной системы с узкой диаграммой направленности с целью повышения пространственной селекции и повышения потенциала СР.The disadvantage is the impossibility of creating an antenna system with a narrow radiation pattern in the 403 MHz band in order to increase spatial selection and increase the SR potential.

Известна система радиозондирования атмосферы радиолокационного типа АВК-МРЗ работающая в диапазоне 1780 мГц (см. 1) Ермаков В.И., Кузенков А.Ф., Юрманов В.А. Системы зондирования атмосферы. Л.: Гидрометиздат, 1977. 304 с.; 2) Ефимов А.А. Принципы работы аэрологического информационно-вычислительного комплекса АВК-1. М.: Гидрометеоиздат, 1989. 149 с.; 3) Зайцева Н.А. Аэрология. Гидрометеоиздат, 1990. 325 с.). Радиозонд типа МРЗ-3 снабжен сверхрегенеративным приемопередатчиком, который совместно с наземной РЛС АВК-1 обеспечивает измерение угловых координат, наклонной дальности по запросному радиоимпульсу и передачу на РЛС метеорологической информации. Достоинством CP АВК-МРЗ является полная автономность работы, достаточно высокая точность измерения метеорологических параметров в оперативном радиусе работы до 250 км. РЛС снабжена антенной системой с узкой диаграммой направленности около 6 градусов и высокой пространственной селекцией. При установке на радиозонд МРЗ-3 датчика давления CP может работать в радиопеленгационном режиме без излучения запросных радиоимпульсов. Однако дальность действия CP в радиопеленгационном режиме оказывается в пределах 25-30 км.A well-known radio sounding system of the atmosphere of the radar type AVK-MRZ operating in the range of 1780 MHz (see 1) Ermakov V.I., Kuzenkov A.F., Yurmanov V.A. Atmospheric sounding systems. L .: Gidrometizdat, 1977. 304 p .; 2) Efimov A.A. The principles of operation of the aerological information and computer complex AVK-1. M .: Gidrometeoizdat, 1989. 149 p .; 3) Zaitseva N.A. Aerology. Gidrometeoizdat, 1990.332 s.). The MRZ-3 type radiosonde is equipped with a super-regenerative transceiver, which, together with the ground-based AVK-1 radar, provides measurement of angular coordinates, oblique range from the requested radio pulse and transmission of meteorological information to the radar. The advantage of CP AVK-MRZ is the complete autonomy of the work, a sufficiently high accuracy of measuring meteorological parameters in the operational radius of up to 250 km. The radar is equipped with an antenna system with a narrow radiation pattern of about 6 degrees and high spatial selection. When a pressure sensor CP is installed on the MRZ-3 radiosonde, it can operate in the direction finding mode without emitting interrogated radio pulses. However, the range of CP in the direction finding mode is in the range of 25-30 km.

Недостатком известной CP является возможный срыв автосопровождения радиозонда по угловым координатам из-за узкой диаграммы направленности при сильном боковом ветре в момент запуска и принципиальное снижение точности определения высоты подъема радиозонда из-за ограниченной точности измерения угловых координат при значительных удалениях радиозонда. Эта CP выбрана в качестве ПРОТОТИПА.A disadvantage of the known CP is the possible disruption of the auto-tracking of the radiosonde in angular coordinates due to the narrow radiation pattern with a strong crosswind at the time of launch and a fundamental decrease in the accuracy of determining the elevation of the radiosonde due to the limited accuracy of measuring angular coordinates at significant distances of the radiosonde. This CP is selected as the PROTOTYPE.

Недостатками известных технических решений и ПРОТОТИПА является невозможность создать АС с узкой ДН в диапазоне 403 мГц и обеспечить высокую пространственную селекцию для повышения помехоустойчивости, устойчивоть получения метеорологической информации и помехозащищенность при постановке преднамеренных помех и помех, создаваемых другими радиосистемами, а также обеспечить автономный режим работы СР при подавлении сигналов СНРС ГЛОННАС/GPS.The disadvantages of the known technical solutions and PROTOTYPE is the inability to create speakers with a narrow beam in the range of 403 MHz and provide high spatial selection to improve noise immunity, the stability of weather information and noise immunity when setting up deliberate interference and interference caused by other radio systems, as well as to provide an autonomous operating mode of the SR when suppressing signals GLRS GLONNAS / GPS.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости, электромагнитной совместимости (ЭМС), точности определения координат аэрологического радиозонда, обеспечение надежной передачи информации с борта АРЗ на наземную станцию в оперативном радиусе действия СР при постановке преднамеренных помех и помех, создаваемых другими радиосистемами.An object of the invention is to increase noise immunity, electromagnetic compatibility (EMC), the accuracy of determining the coordinates of the aerological radiosonde, ensuring reliable transmission of information from the ARZ to the ground station in the operational radius of the SR when setting up deliberate interference and interference caused by other radio systems.

Для решения этой задачи предлагается комплексная система радиозондирования атмосферы, содержащая навигационный аэрологический радиозонд, навигационные системы GPS и ГЛОНАСС, радиолокатор слежения и приема телеинформации, отличающаяся тем, что в нее введены блок приема навигационных сигналов, блок приема и обработки навигационной и телеметрической информации и блок коммутации сигналов со следующими соединениями: навигационные системы GPS и ГЛОНАСС первым и вторым радиоканалами соответственно соединены с навигационным аэрологическим радиозондом и антенной блока приемника навигационных сигналов наземной части системы, выход этого приемника соединен с первым входом блока обработки информации и управления, со вторым входом которого соединен выход пульта управления радиолокатора, первый выход блока обработки информации и управления соединен с передатчиком запросных сигналов радиолокатора, второй выход - с блоком приема и обработки навигационной и телеметрической информации, третий и четвертый - с первым и вторым входами блока коммутации сигналов в угломестной плоскости ε и β, а его третий и четвертый входы соединены с первым и вторым выходами соответственно блока приема обработки навигационной и телеметрической информации, выходы ε и β блока коммутации сигналов соединены с системой управления приводом антенной системы радиолокатора, причем собственно радиолокатор содержит антенную систему, привод антенной системы, пульт управления, блок управления приводом и передатчик запросного сигнала со следующими соединениями: антенная система через пульт управления соединена с вторым входом блока обработки и информации, выход передатчика запросного сигнала соединен с входом запуска антенной системы, входы ε и β соединены с одноименными выходами привода антенной системы, входы которого через систему управления соединены по ε и β с выходами блока управления и коммутации сигналов; антенная система радиолокатора третьим радиоканалом соединена с навигационным аэрологическим радиозондом в двух режимах: либо двунаправленном по принципу «запрос - ответ», либо однонаправленном в режиме слежения в зависимости от применяемого типа радиолокатора.To solve this problem, a comprehensive atmospheric radio sounding system is proposed, comprising a navigation aerological radio probe, GPS and GLONASS navigation systems, a tracking and reception radio information radar, characterized in that it includes a navigation signal receiving unit, a navigation and telemetry information receiving and processing unit, and a switching unit signals with the following connections: GPS and GLONASS navigation systems with the first and second radio channels respectively connected to the aerological navigation with an audio probe and an antenna unit for a receiver of navigation signals of the ground part of the system, the output of this receiver is connected to the first input of the information processing and control unit, the second input of which is connected to the output of the radar control panel, the first output of the information processing and control unit is connected to the transmitter of the radar request signals, the second output - with a unit for receiving and processing navigation and telemetry information, the third and fourth - with the first and second inputs of the signal switching unit in elevation plane ε and β, and its third and fourth inputs are connected to the first and second outputs, respectively, of the receiving unit for processing navigation and telemetry information, the outputs ε and β of the signal switching unit are connected to the drive control system of the radar antenna system, and the radar itself contains an antenna system, a drive antenna system, control panel, drive control unit and request signal transmitter with the following connections: the antenna system is connected via the control panel to the second input of the processing unit and and information interrogation signal transmitter output being connected to an input of startup antenna system inputs ε and β are connected with similar outputs drive the antenna system, whose inputs are connected via a control system for ε and β to the outputs of the control unit and the switching signal; The third channel’s radar antenna system is connected to the navigation aerological radio probe in two modes: either bidirectional according to the “request-response” principle, or unidirectional in tracking mode, depending on the type of radar used.

На чертеже показана структурная схема системы, на которой изображено: 1 и 2 - системы спутниковых навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS соответственно, 3 - навигационный АРЗ, 4 - приемник навигационных сигналов, 5 - антенная система РЛС, 6 - привод антенной системы РЛС, 7 - передатчик запросного сигнала, 8 - пульт управления РЛС, 9 - бок управления приводом антенной системы РЛС, 10 - блок обработки информации и управления РЛС, 11 - блок коммутации сигналов, 12 - блок приема и обработки навигационных и телеметрических сигналов, 13 - собственно РЛС; РК1 - первый радиоканал, РК2 - второй радиоканал, РК3 - третий радиоканал.The drawing shows a structural diagram of the system, which shows: 1 and 2 - satellite navigation systems GLONASS and GPS, respectively, 3 - navigation ARZ, 4 - receiver of navigation signals, 5 - radar antenna system, 6 - radar antenna system drive, 7 - request signal transmitter, 8 - radar control panel, 9 - radar antenna system drive control side, 10 - radar information processing and control unit, 11 - signal switching unit, 12 - navigation and telemetry signals reception and processing unit, 13 - radar itself; RK1 - the first radio channel, RK2 - the second radio channel, RK3 - the third radio channel.

Система имеет следующие соединения. Комплексная система радиозондирования атмосферы, содержащая навигационный аэрологический радиозонд 3, спутниковые навигационные сигналы GPS 1 и ГЛОНАСС 2, радиолокатор слежения и приема телеинформации, а так же в нее введены блок приема навигационных сигналов 4, блок приема и обработки навигационной телеметрической информации 12 и блок коммутации 11 сигналов со следующими соединениями: навигационные системы GPS и ГЛОНАСС первым и вторым радиоканалами соответственно соединены с навигационным аэрологическим радиозондом 3 и антенной приемника навигационных сигналов наземной части системы, выход приемника соединен с первым входом блока обработки информации и управления, со вторым входом которого соединен выход пульта управления радиолокатора, первый выход блока обработки информации и управления соединен с передатчиком запросных сигналов радиолокатора, второй выход - с блоком приема обработки навигационной и телеметрической информации, выходы 3 и 4 - с вх1 и вх2 блока коммутации сигналов ε и β, а его вх3 и вх4 соединены с вых1 и вых2 соответственно блока приема обработки навигационной и телеметрической информации, выходы ε и β блока коммутации сигналов соединены с системой управления приводом антенной системы радиолокатора; собственно радиолокатор содержит антенную систему, привод антенной системы, пульт управления, блок управления приводом и передатчик запросного сигнала со следующими соединениями: антенная система через пульт управления соединена с вх2 блока обработки и информации, выход передатчика запросного сигнала соединен с входом запуска антенной системы, входы ε и β соединены с одноименными выходами привода антенной системы, входы которого через систему управления соединены по ε и β с выходами блока управления и коммутации сигналов; антенная система радиолокатора третьим радиоканалом соединена с навигационным аэрологическим радиозондом в двух режимах: либо двунаправленном по принципу «запрос-ответ», либо однонаправленном в режиме слежения в зависимости от применяемого типа радиолокатора.The system has the following connections. An integrated atmospheric radio sounding system comprising a navigation aerological radio probe 3, GPS 1 and GLONASS 2 satellite navigation signals, a tracking and reception radio information radar, as well as a navigation signal receiving unit 4, a receiving and processing telemetry information receiving and processing unit 12, and a switching unit 11 signals with the following connections: GPS and GLONASS navigation systems with the first and second radio channels respectively connected to the navigation aerological radio probe 3 and the antenna receiver while the navigation signals of the ground part of the system, the output of the receiver is connected to the first input of the information processing and control unit, the second input of which is connected to the output of the radar control panel, the first output of the information processing and control unit is connected to the transmitter of the radar request signals, the second output is to the processing reception unit navigation and telemetry information, outputs 3 and 4 - with input 1 and input 2 of the signal switching unit ε and β, and input 3 and 4 are connected to output 1 and output 2, respectively, of the navigation processing receiving unit constant and telemetry information, and outputs ε β signal switching unit are connected to the drive control system of the radar system antenna; the radar itself contains an antenna system, an antenna system drive, a control panel, a drive control unit and a request signal transmitter with the following connections: the antenna system is connected to input 2 of the processing and information unit via the control panel, the output of the request signal transmitter is connected to the start input of the antenna system, inputs ε and β are connected to the same outputs of the antenna system drive, the inputs of which through the control system are connected in ε and β to the outputs of the control and signal switching unit; the third-channel radar antenna system is connected to the navigation aerological radio probe in two modes: either bidirectional according to the “request-response” principle, or unidirectional in tracking mode, depending on the type of radar used.

Комплексная система радиозондирования атмосферы ГЛОНАСС/GPS работает следующим образом.An integrated atmosphere sounding system GLONASS / GPS works as follows.

Первый режим работы РЛС со старыми АРЗ является штатным радиолокационным, который осуществляется при работе с радиолокационными радиозондами типа МРЗ-3. В радиолокационном режиме дальность действия CP не менее 250 км. В радиопеленгационном режиме работы РЛС с серийным АРЗ, например, типа МРЗ-3 снабженным дополнительно датчиком давления обеспечивается измерение параметров движения радиозонда до 25-30 км. Штатная РЛС13 состоит из блоков (5), (6), (7), (8), (9), (10). Работа CP описана в известной литературе (см. Ермаков В.И., Кузенков А.Ф., Юрманов В.А. Системы зондирования атмосферы. Л.: Гидрометиздат, 1977. 304 с.; Ефимов А.А. Принципы работы аэрологического информационно-вычислительного комплекса АВК-1. М.: Гидрометеоиздат, 1989. 149 с.; Зайцева Н.А. Аэрология. Гидрометеоиздат, 1990. 325 с.).The first mode of operation of the radar with old ARZ is a standard radar, which is carried out when working with radar radiosondes type MRZ-3. In radar mode, the range of CP is at least 250 km. In the direction finding mode of operation of a radar with serial ARZ, for example, of type MRZ-3, equipped with an additional pressure sensor, measurement of the parameters of the radiosonde motion up to 25-30 km is provided. The standard radar13 consists of units (5), (6), (7), (8), (9), (10). The work of CP is described in the well-known literature (see Ermakov V.I., Kuzenkov A.F., Yurmanov V.A. Atmospheric sounding systems. L .: Gidrometizdat, 1977. 304 p .; Efimov A.A. -computing complex AVK-1. M: Gidrometeoizdat, 1989. 149 p .; Zaitseva N.A. Aerology. Gidrometeoizdat, 1990. 325 p.).

Предлагаемый второй режим предусматривает работу РЛС с навигационным радиозондом (3). В этом случае штатная радиолокационная станция РЛС 13 состоит из блоков (5), (6), (7), (8), (9), (10). Однако она работает во взаимодействии с навигационным радиозондом (3), при этом снабженным приемником навигационных сигналов СНРС ГЛОНАСС (1) и GPS (2). АРЗ передает на РЛС измеренные координаты своего положения в пространстве и метеорологические параметры атмосферы. РЛС работает только в режиме приема сигналов АРЗ.The proposed second mode provides for the operation of a radar with a navigation radiosonde (3). In this case, the standard radar station radar 13 consists of units (5), (6), (7), (8), (9), (10). However, it works in conjunction with a navigation radiosonde (3), while equipped with a navigation signal receiver SNRS GLONASS (1) and GPS (2). ARZ transmits to the radar the measured coordinates of its position in space and meteorological parameters of the atmosphere. The radar operates only in the mode of receiving ARZ signals.

Косвенно в системе задействованы спутниковые радионавигационные системы (СРНС) ГЛОНАСС (1), GPS (2) и потребитель аэрологический информации. Навигационный аэрологический радиозонд (3) снабжен передатчиком работающим на частоте канала РЛС (РК3, 1670-1790) мГц, а также приемным устройством осуществляющим одновременный прием навигационных сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS поступающих по радиоканалам РК1 и РК2. Из полученной навигационной информации и измеренных значений метеорологических параметров АРЗ (3) формирует информационный координатно-телеметрический сигнал и передает его на наземную РЛС по радиоканалу РК3 на частоте 1670-1790 мГц. РЛС работает только в режиме приема сигналов АРЗ.Indirectly, the system involves satellite radio navigation systems (SRNS) GLONASS (1), GPS (2) and a user of aerological information. The aerological navigation radiosonde (3) is equipped with a transmitter operating at the radar channel frequency (RK3, 1670-1790) MHz, as well as with a receiving device that simultaneously receives navigation signals from the GLONASS and GPS satellite navigation systems received via the RK1 and RK2 radio channels. From the obtained navigation information and the measured values of the meteorological parameters, the ARZ (3) generates an information coordinate-telemetry signal and transmits it to the ground-based radar via the RK3 radio channel at a frequency of 1670-1790 MHz. The radar operates only in the mode of receiving ARZ signals.

В навигационном режиме работы координатно-телеметрический сигнал АРЗ, поступающий по радиоканалу РК3, принимается РЛС с помощью антенны (5) с узкой диаграммой направленности (ДН). Далее принятый сигнал поступает через приемное устройство (8) на блок обработки и управления (БОУ РЛС) (10), где осуществляется демодуляция сигнала АРЗ (3), выделение из него координатно-телеметрической информации, осуществление дальнейшей обработки данных, отображение и сохранение результатов радиозондирования атмосферы. Результаты радиозондирования атмосферы в принятом формате выдаются на блок приема, хранения и передачи потребителю аэрологической информации (БП и ОНТИ) (12). В радиолокационном режиме работы, который устанавливается сигналом коммутации, блок обработки и управления (БОУ РЛС) (10) вырабатывает сигналы управления приводом по азимутальной (β) и угломестной (ε) плоскости, которые через блок БКС (11) и СУ (9) поступают на привод РЛС (6) и обеспечивают автоматическое сопровождение радиозонда по угловым координатам. В навигационном режиме работы РЛС, устанавливаемым сигналом коммутации режимов (Фиг.1), обработка сигнала навигационного АРЗ осуществляется в блоке БП и ОНТИ (12), который выдает сигналы управления по по азимутальной (β) и угломестной (ε) плоскости, которые далее через блок УКС (11) и (9) поступают на привод РЛС (6) и обеспечивают автоматическое сопровождение навигационного радиозонда по угловым координатам в радиопеленгационном режиме работы РЛС.In the navigational mode of operation, the ARZ coordinate-telemetry signal received via the RK3 radio channel is received by the radar with the help of an antenna (5) with a narrow radiation pattern. Next, the received signal is transmitted through the receiving device (8) to the processing and control unit (BOC radar) (10), where the ARZ signal (3) is demodulated, coordinate-telemetry information is extracted from it, further data processing is performed, and the radio sounding results are displayed and stored atmosphere. The results of atmospheric radio sounding in the accepted format are issued to the unit for receiving, storing and transmitting to the consumer aerological information (BP and ONTI) (12). In the radar mode of operation, which is set by the switching signal, the processing and control unit (BOC radar) (10) generates drive control signals along the azimuthal (β) and elevation (ε) plane, which enter through the BCS (11) and the control unit (9) to the radar drive (6) and provide automatic tracking of the radiosonde in angular coordinates. In the navigational mode of operation of the radar set by the mode switching signal (Fig. 1), the processing of the navigation ARZ signal is carried out in the PSU and ONTI unit (12), which provides control signals along the azimuthal (β) and elevation (ε) plane, which are further transmitted through UKS unit (11) and (9) are supplied to the radar drive (6) and provide automatic tracking of the navigation radiosonde in angular coordinates in the direction finding mode of the radar.

Дополнительно РЛС принимает навигационные сигналы СРНС ГЛОНАСС (1) и GPS (2) поступающие по радиоканалам РК1 и РК2 на приемную антенну (4) для обеспечения дифференциальных поправок по координатам. Принятые сигналы обрабатываются в БОУ РЛС (10). В дифференциальном режиме определения координат АРЗ, полученная таким образом навигационная информация используется для формирования корректирующих поправок при заранее известных геодезических координатах РЛС 13 к навигационным измерениям, выполненным АРЗ. Дифференциальный режим позволяет повысить точность измерения координат АРЗ.Additionally, the radar receives navigation signals from the SRNS GLONASS (1) and GPS (2) received via the radio channels PK1 and PK2 to the receiving antenna (4) to provide differential corrections in coordinates. The received signals are processed in the BOW radar (10). In the differential mode of determining the coordinates of the ARZ, the navigation information obtained in this way is used to form corrective corrections with the previously known geodetic coordinates of the radar 13 to the navigation measurements made by the ARZ. Differential mode allows you to increase the accuracy of measuring coordinates ARZ.

Таким образом, предложенная комплексная система радиозондирования РЛС-ГЛОНАСС/GPS позволяет существенно повысит тактико-технические и эксплуатационные характеристики отечественных CP:Thus, the proposed integrated radar-sensing system RLS-GLONASS / GPS can significantly improve the tactical, technical and operational characteristics of domestic CPs:

- автосопровождение сигнала АРЗ осуществляется в радиопеленгационном режиме РЛС без излучения запросного сигнала. При этом обеспечивается высокая точность определения текущих координат АРЗ, направления и скорости ветра во всем оперативном радиусе действия CP не менее 250 км.- ARZ signal auto tracking is performed in the radar direction finding mode without radiation of the interrogation signal. This ensures high accuracy in determining the current coordinates of the ARZ, the direction and speed of the wind in the entire operational radius of the CP at least 250 km.

- упрощается режим запуска АРЗ, поскольку при возможном срыве автосопровождения по угловым координатам прием сигнала АРЗ в ближней зоне (до 1-3 км) обеспечивается за счет боковых лепестков ДН РЛС, а координатная информация, передаваемая навигационным АРЗ достаточна для получения полной метеорологической телеграммы. Далее осуществляется поиск и захват сигнала АРЗ на автосопровождение по углам в стандартном радиопеленгационном режиме РЛС.- the ARZ launch mode is simplified, since with the possible failure of auto tracking along the angular coordinates, the reception of the ARZ signal in the near zone (up to 1-3 km) is provided due to the side lobes of the radar base, and the coordinate information transmitted by the navigation ARZ is sufficient to receive a complete meteorological telegram. Next, a search and capture of the ARZ signal for auto tracking in the corners is carried out in the standard radar direction finding mode.

- для повышения скрытности работы CP, мощность излучения передатчика АРЗ может быть снижена в принципе на 15-20 дБ (вплоть до 1-10 мВт) за счет усиления антенны РЛС (25 дБ). Важную роль играет также для повышения помехоустойчивости дополнительная пространственная селекция сигнала АРЗ узкополосной антенной РЛС в сравнении со стандартной ненаправленной антенной навигационных СР.- to increase the secrecy of the CP, the radiation power of the ARZ transmitter can be reduced in principle by 15-20 dB (up to 1-10 mW) due to the amplification of the radar antenna (25 dB). An important role is also played by increasing spatial noise immunity by additional spatial selection of the ARZ signal by a narrow-band radar antenna in comparison with the standard omnidirectional antenna of navigation SRs.

- пакетный режим работы навигационного АРЗ (см. Патент РФ на полезную модель №63551. Госреестр ПМ РФ от 27.05.2007.; Патент РФ на полезную модель №106395. Госреестр ПМ РФ от 10.07.2011.), снижает влияние замираний сигнала АРЗ из-за его раскачивания, поскольку полный цикл приема метеорологической информации происходит в течение 1-2 секунд.- the batch mode of operation of the navigation ARZ (see RF Patent for utility model No. 63551. State registry of the PM of RF dated 05.27.2007; RF patent for utility model No. 106395. State registry of the PM of July 10, 2011.), reduces the effect of fading of the ARZ signal from -for its swinging, since the full cycle of receiving meteorological information occurs within 1-2 seconds.

- навигационный АРЗ снабжен передатчиком, работающем на несущей частоте существующих радиолокационных CP в диапазоне 1770-1790 мГц или 1670-1690 мГц. Несущая частота передатчика АРЗ задается синтезатором с относительной точностью ±10^-5 с узкополосной частотной или фазовой модуляцией несущей и малым уровнем побочных излучений.- the navigation ARZ is equipped with a transmitter operating at the carrier frequency of existing radar CPs in the range 1770-1790 MHz or 1670-1690 MHz. The carrier frequency of the ARZ transmitter is set by the synthesizer with a relative accuracy of ± 10 ^-5 with narrow-band frequency or phase modulation of the carrier and a low level of spurious emissions.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность и надежность определения метеорологических параметров атмосферы, пространственных координат радиозонда, направления и скорости ветра, а также получение новых характеристик измеряемых параметров атмосферы, например, турбулентности атмосферы.Thus, the proposed technical solution improves the accuracy and reliability of determining the meteorological parameters of the atmosphere, the spatial coordinates of the radiosonde, the direction and speed of the wind, as well as obtaining new characteristics of the measured parameters of the atmosphere, for example, atmospheric turbulence.

Также оно позволяет повысить помехоустойчивость, ЭМС, точность определения координат аэрологического радиозонда, обеспечить надежную передачу информации с борта АРЗ на наземную станцию в оперативном радиусе действия CP при постановке преднамеренных помех и помех, создаваемых другими радиосистемами.It also improves the noise immunity, EMC, the accuracy of determining the coordinates of the aerological radiosonde, ensures reliable transmission of information from the ARZ to the ground station in the operational range of CP when setting up deliberate interference and interference caused by other radio systems.

При этом комплексная система позволяет работать со старыми АРЗ и с новыми, оснащенными приемниками спутниковых навигационных систем.At the same time, an integrated system allows you to work with old ARZs and with new, equipped with receivers of satellite navigation systems.

Claims

An integrated atmospheric radio sounding system comprising a navigation aerological radio probe, GPS and GLONASS navigation signals, a tracking and reception radio information radar, characterized in that it includes a navigation signal receiving unit, a navigation and telemetry information receiving and processing unit, and a signal switching unit with the following connections: GPS and GLONASS navigation systems are connected by the first and second radio channels to the navigation aerological radio probe and the antenna of the receiver unit, respectively and for the navigation signals of the ground-based part of the system, the output of this receiver is connected to the first input of the information processing and control unit, the second input of which is connected to the output of the radar control panel, the first output of the information processing and control unit is connected to the transmitter of the radar request signals, and the second output is to the reception unit and processing navigation and telemetry information, the third and fourth - with the first and second inputs of the signal switching unit in the elevation plane ε and β, and its third and fourth input connected to the first and second outputs, respectively, of the unit for receiving and processing navigation and telemetric information, the outputs ε and β of the signal switching unit are connected to the drive control system of the radar antenna system, and the radar itself contains an antenna system, antenna drive system, a control panel, a drive control unit and request signal transmitter with the following connections: the antenna system is connected via the control panel to the second input of the processing and information block, the output of the transmitter Rosny signal coupled to an input start antenna system inputs ε and β are connected with similar outputs drive the antenna system, whose inputs are connected via a control system for ε and β to the outputs of the control unit and the switching signal; the third-channel radar antenna system is connected to the navigation aerological radio probe in two modes: either bidirectional according to the “request-response” principle, or unidirectional in tracking mode, depending on the type of radar used.