RU2395819C2

RU2395819C2 - Computerised radar system for storm warning and active control over clouds

Info

Publication number: RU2395819C2
Application number: RU2008111561/28A
Authority: RU
Inventors: Али Магометович Абшаев (RU); Али Магометович Абшаев; Магомет Тахирович Абшаев (RU); Магомет Тахирович Абшаев; Мурат Владимирович Жарашуев (RU); Мурат Владимирович Жарашуев; Александр Федорович Котелевич (UA); Александр Федорович Котелевич; Николай Владимирович Сирота (UA); Николай Владимирович Сирота
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственный Центр "Антиград" (ООО НПЦ "Антиград")
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2010-07-27
Also published as: RU2008111561A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: Proposed system comprises computer, radar controller, antenna bearing and inclination drive control unit, radar signals processing unit with CAN-bus data exchange, and antenna angular position transducer that allows high accuracy of obtained radar data over 360-degree sectors, 400 rage channels and preset number of inclination angles. Storm warning unit incorporates computer producing series of weather maps, device to encode the latter in International codes FM-94 BUFR and FM-20 and channels to transmit the data into storm warning circuit and input them into computerised air traffic control system.

EFFECT: higher accuracy of control over radar antenna drive and obtained radar data.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиометеорологии и технических средств, применяемых для штормооповещения аэропортов и управления активным воздействием на облака с целью предотвращения града и искусственного увеличения осадков.The invention relates to the field of radio meteorology and technical means used for storm notification of airports and control the active impact on the clouds in order to prevent hail and artificially increase precipitation.

Известны несколько автоматизированных систем обработки информации метеорологических радиолокаторов (МРЛ), состоящие из устройств первичной обработки радиолокационных сигналов и вычислителя, которые обеспечивают получение трехмерных полей радиолокационной отражаемости, расчет карт горизонтальных и вертикальных сечений, карт интенсивности и количества осадков, явлений погоды, измерение параметров радиоэха облаков и осадков, архивирование и документирование результатов наблюдений [1, 2]. Указанные системы предназначены для обеспечения безопасности полетов авиации, измерения количества осадков и управления активными воздействиями на облака. Недостатками первых таких систем являются их ограниченные возможности, устаревшая техническая база и отсутствие стыковки с современными программными и техническими средствами.Several automated systems for processing information of meteorological radars (MRL) are known, consisting of devices for primary processing of radar signals and a computer that provide three-dimensional radar reflectivity fields, calculation of horizontal and vertical sections, maps of the intensity and amount of precipitation, weather phenomena, measurement of cloud radio echo parameters and precipitation, archiving and documenting the results of observations [1, 2]. These systems are designed to ensure aviation safety, measure precipitation and manage cloud impact. The disadvantages of the first such systems are their limited capabilities, outdated technical base and lack of connection with modern software and hardware.

Известна автоматизированная система управления активными воздействиями на облака, содержащая размещенные на пункте управления активными воздействиями МРЛ с первым и вторым частотными каналами, а также каналы управления антенной по азимуту и углу места, систему управления локатором и активным воздействием, включающую вычислитель, связанный через аналого-цифровые преобразователи с выходами МРЛ и устройством приема и телепередачи данных, а также размещенные на стационарном ракетном пункте воздействия - второе устройство приема и телепередачи данных, и связанный с ним блок управления стрельбой, сопряженный с ракетными пусковыми установками [3]. Недостатком известного технического решения является низкая эффективность и невозможность его дальнейшего применения из-за отсутствия в современных компьютерах шины ISA, на которую устанавливались платы первичной обработки и платы ввода-вывода информации, и ограниченные возможности программных средств, что привело к прекращению ее применения на практике.A well-known automated system for controlling active effects on clouds, containing located on the control center for active impacts of XRDs with first and second frequency channels, as well as antenna control channels in azimuth and elevation, a control system for the locator and active exposure, including a computer connected via analog-digital transducers with XRM outputs and a device for receiving and transmitting data, as well as those located at a stationary missile impact station - a second receiving device and telep data transmission, and the associated firing control unit associated with missile launchers [3]. A disadvantage of the known technical solution is its low efficiency and the impossibility of its further application due to the lack of an ISA bus in modern computers, on which primary processing boards and information input-output boards were installed, and limited software capabilities, which led to the termination of its use in practice.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является автоматизированная система, содержащая дополнительно размещенные на борту самолета либо другом транспортном средстве средства активных воздействий, снабженные исполнительными механизмами, блок управления средствами активных воздействий, содержащий вычислитель, к каждому управляющему выходу которого подключены последовательно цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности, подключенный, в свою очередь, к входу исполнительного механизма средства активного воздействия, при этом к первому входу вычислителя подключено устройство приема и телепередачи данных, а ко второму и третьему его входам подключены соответственно спутниковый определитель координат и пульт ручного управления [4] (ПРОТОТИП).Closest to the technical nature of the claimed object is an automated system containing additionally placed on board the aircraft or other means of active action, equipped with actuators, a control unit for active means, containing a computer, to each control output of which a digital-to-analog converter and amplifier are connected in series power, connected, in turn, to the input of the actuator of the asset th exposure, wherein a first input connected to the calculator means for receiving television programs and data, and second and third inputs respectively connected to its determinant satellite coordinates and remote manual control [4] (prototype).

Данная автоматизированная система применяется в Российской Федерации и странах СНГ для управления активным воздействием на градовые облака, но не отвечает возросшим требованиям по точности и адекватности получаемой радиолокационной информации. Отсутствие обратной связи с датчиками углового положения антенны и тахогенераторами двигателей приводит к низкой точности управления приводом антенны, ошибкам установки углов наклона антенны МРЛ, равной ±0,3 градуса, колебаниям антенны по углу места при ее вращении по азимуту. Это снижает точность получаемой радиолокационной информации, не позволяет использовать систему для целей штормового оповещения аэропортов и населенных пунктов, измерения осадков и тем самым лишает возможности многоцелевого использования дорогостоящих МРЛ.This automated system is used in the Russian Federation and the CIS countries to control the active impact on hail clouds, but does not meet the increased requirements for the accuracy and adequacy of the received radar information. The lack of feedback from the sensors of the angular position of the antenna and the tacho-generators of the engines leads to low accuracy of control of the antenna drive, errors in setting the angles of inclination of the SXR antenna equal to ± 0.3 degrees, oscillations of the antenna in elevation when it is rotated in azimuth. This reduces the accuracy of the received radar information, does not allow the system to be used for storm warning of airports and settlements, measurement of precipitation, and thereby deprives the possibility of multi-purpose use of expensive SIRs.

Техническим результатом использования заявленного технического решения является повышение точности управления приводом антенны МРЛ, точности получаемой радиолокационной информации и расширение сферы применения автоматизированной системы для совместного решения задач штормооповещения, измерения осадков и управления активным воздействием на облака.The technical result of using the claimed technical solution is to increase the accuracy of control of the radar antenna drive, the accuracy of the received radar information and the expansion of the scope of application of an automated system for jointly solving the problems of storm notification, measuring rainfall and controlling the active impact on the clouds.

Технический результат достигается тем, что в известной автоматизированной системе управления активными воздействиями на облака, содержащей пункт управления активными воздействиями 1 (см. фиг.1) с размещенным на нем МРЛ 2, системой автоматизации управления МРЛ 3 блоком управления активным воздействием на облака 4, устройство приема и передачи данных 5, а также размещенные на стационарном ракетном или мобильном авиационном пункте воздействия 6 второе устройство приема и передачи данных 7, связанный с ним блок управления стрельбой 8 и наземный или авиационный пункт воздействия 9, с целью повышения точности управления антенной МРЛ, точности получаемой радиолокационной информации и расширения функций создана принципиально новая схема управления МРЛ и добавлен блок штормооповещения 10.The technical result is achieved by the fact that in the well-known automated system for controlling active effects on the clouds, containing the control point for active actions 1 (see Fig. 1) with the MRL 2 placed on it, the automation system for managing the MRL 3 by the control block for active influence on the clouds 4, the device receiving and transmitting data 5, as well as a second data receiving and transmitting device 7, associated with it firing control unit 8 and ground, located at a fixed missile or mobile aviation impact station 6 or an aviation exposure point 9, in order to improve the accuracy of controlling the SLC antenna, the accuracy of the received radar information and expanding the functions, a fundamentally new SPS control scheme has been created and a storm alert unit 10 has been added.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5, где представлены принципиальные системы автоматизированной радиолокационной системы штормооповещения и активных воздействий на облака и его составных блоков.The invention is illustrated figure 1-5, which presents the principal system of an automated radar system of storm notification and active effects on the clouds and its component blocks.

На пункте управления размещены МРЛ 2, встроенная в него автоматизированная система управления 3, и блоки штормооповещения 10 и активного воздействия на облака 6. Эта система (фиг.1) отличается от известных тем, что к выходу управляющего компьютера 11 подключен контроллер управления включением-выключением МРЛ и режимами вращения его антенны по азимуту и углу наклона, подключенный к шине CAN 13 контроллера 12, к которой также параллельно подключены выходы двух sin-cos преобразователей 14 и 15, подключенных к выходам вращающихся трансформаторов-датчиков азимута 16 и угла наклона антенны 17 и двух аналого-цифровых преобразователей сигналов тахогенераторов двигателей азимута 18 и угла наклона 19, а выход контроллера 12 подключен к блоку управления приводом антенны 20, выходы которого подключены к цепям возбуждения и управления двигателем азимута 21, а также через вращающийся по азимуту токосъемник 22 к двигателю угла наклона 23, а к шине CAN контроллера также подключен блок первичной обработки радиолокационных сигналов 24, входы которого параллельно подключены к выходам приемных устройств первого и второго частотных каналов МРЛ 25 и 26, а также к блоку синхронизации МРЛ 27, а выход подключен к управляющему компьютеру 11, обеспечивающему вторичную обработку радиолокационных сигналов для системы подготовки и передачи радиолокационной информации в сеть штормооповещения и управления наземными или авиационными средствами засева облаков реагентами. Для этого к одному из выходов управляющего компьютера 11 подключен блок управления активным воздействием на облака 4, а ко второму - блок штормооповещения 10, содержащий вычислитель 28, формирующий согласно регламенту Всемирной Метеорологической организации серию метеорологических карт (явлений погоды, высоты верхней границы облачности, 11 горизонтальных сечений через каждые 1,0 км высоты, интенсивности и количества осадков), подключенный к устройству 29 кодирования этих карт в Международные коды FM-94 BUFR и FM-20 (RADOB) и модемы 30 и 31, служащие для передачи пакетов информации в радиолокационную сеть штормооповещения 32 по ведомственным каналам связи Росгидромета АСПД «Погода», и их ввода в автоматизированную систему управления воздушным движением (АС УВД) 33.At the control point there is an MRL 2, an automated control system 3 built into it, and blocks of a storm alert 10 and active exposure to clouds 6. This system (Fig. 1) differs from the known ones in that an on-off control controller is connected to the output of the control computer 11 MRL and the rotation modes of its antenna in azimuth and angle, connected to the CAN bus 13 of the controller 12, to which the outputs of two sin-cos converters 14 and 15 are also connected in parallel, connected to the outputs of the rotating transformers-sensors azimuth 16 and the angle of the antenna 17 and two analog-to-digital converters of tachogenerator signals of the azimuth engines 18 and the angle of 19, and the output of the controller 12 is connected to the drive control unit of the antenna 20, the outputs of which are connected to the excitation and control circuits of the azimuth engine 21, and also through the current collector 22 rotating in azimuth to the tilt motor 23, and the primary processing unit of the radar signals 24 is also connected to the CAN bus of the controller, the inputs of which are connected in parallel to the outputs of the receiving devices of the first IRL second frequency channels 25 and 26 as well as to the synchronization unit 27 SCLC, and an output connected to the control computer 11 provided by secondary processing of radar signals for the preparation and transmission of radar information system network and the control shtormoopovescheniya aeronautical or terrestrial means cloud seeding agents. For this, an active exposure control unit for clouds 4 is connected to one of the outputs of the control computer 11, and a storm notification unit 10 is connected to the second, containing a computer 28, which forms, according to the World Meteorological Organization regulations, a series of meteorological maps (weather phenomena, cloud height 11 horizontal cross-sections every 1.0 km of height, intensity and amount of precipitation) connected to the device 29 for encoding these cards into the International codes FM-94 BUFR and FM-20 (RADOB) and modems 30 and 31, used to transmit delivery of information packets to the radar network of storm notification 32 through departmental communication channels of Roshydromet ASPD Pogoda, and their input into the automated air traffic control system (AS ATC) 33.

Контроллер управления 12 содержит (см. фиг.2) программируемую логическую интегральную схему 34, на вход которой подаются синхроимпульс от блока синхронизации 27 МРЛ и сигналы состояния от блока 35, обеспечивающего контроль включения-выключения приемопередатчиков и других блоков МРЛ. Логическая схема 34 также подключена к процессору 36, обеспечивающему считывание с шины CAN 13 кодов азимута и угла места антенны, и передачу в шину CAN контроллера 12 команд управления и диагностики блоков МРЛ, а выходы подключены к схеме коммутации 37, обеспечивающей включение и выключение блоков МРЛ 2, а также к блоку управления приводом антенны 20 через схему сопряжения 38. Контроллер управления 12 диагностирует состояние блоков МРЛ (включены, выключены), угловое положение антенны и по командам управляющего компьютера 11 обеспечивает включение-выключение МРЛ и выдает сигналы управления на блок управления приводом на вращение в одну или другую сторону, остановку двигателей в заданных углах, а также отображение на цифровом табло 39 углового положения антенны и диагностику исправности датчиков углового положения антенны и тахогенераторов.The control controller 12 contains (see figure 2) a programmable logic integrated circuit 34, the input of which is supplied with a clock from the synchronization unit 27 of the SLC and status signals from the block 35, providing on-off control of the transceivers and other blocks of the SLC. The logic circuit 34 is also connected to the processor 36, providing reading from the CAN bus 13 of the azimuth and elevation angle codes of the antenna, and transmitting 12 control and diagnostic commands for the SLC blocks to the CAN bus of the controller, and the outputs are connected to the switching circuit 37, which enables and disables the SLC blocks 2, as well as to the control unit for driving the antenna 20 through the interface circuit 38. The control controller 12 diagnoses the state of the SLC blocks (on, off), the angular position of the antenna and, on the instructions of the control computer 11, enables on-off turn on the SLC and gives control signals to the drive control unit for rotation in one or the other direction, the engines stop at given angles, as well as displaying the angular position of the antenna on a digital display 39 and diagnosing the serviceability of the sensors of the angular position of the antenna and tachogenerators.

На контроллер 12 поступают сигналы состояния устройств МРЛ (включены, выключены), импульс синхронизации, из шины CAN коды азимута и угла места антенны, коды диагностики датчиков азимута и угла места, коды диагностики тахогенераторов двигателей привода антенны и команды компьютера. В программируемой логической интегральной схеме 34 формируются сигналы включения и выключения устройств и управления приводом антенны и приемопередатчиками, а также команды диагностики устройств МРЛ. Процессор 36 управляет работой схем контроллера, считывает из шины CAN коды азимута и угла места антенны, коды диагностики датчиков азимута и угла места, коды диагностики тахогенераторов двигателей привода антенны и команды компьютера, а также передает в шину CAN контроллера 12 команды состояния и диагностики устройств МРЛ. Схемы коммутации осуществляют включение-выключение блоков и устройств МРЛ, а схемы сопряжения обеспечивают согласование с линией связи. БУК включает-выключает узлы МРЛ и управляет приводом антенны.The controller 12 receives the status signals of the SLC devices (on, off), a synchronization pulse, azimuth and elevation angle antennas from the CAN bus, diagnostic codes for azimuth and elevation sensors, diagnostics codes for tachogenerators of the antenna drive motors and computer commands. In the programmable logic integrated circuit 34, the on and off signals of the devices and the control of the antenna drive and transceivers, as well as the diagnostics commands of the SLL devices are generated. The processor 36 controls the operation of the controller circuits, reads the azimuth and elevation angle codes of the antenna, the diagnostics codes of the azimuth and elevation sensors, the diagnostics codes of the tacho generators of the antenna drive motors and computer commands from the CAN bus, and also transmits status and diagnostics of the SLC devices to the CAN bus of the controller 12 . Switching circuits carry out the on-off of blocks and devices of MRLs, and interface circuits provide coordination with the communication line. BUK turns on and off the SLC nodes and controls the antenna drive.

Блок управления приводом антенны 20 (см. фиг.3) состоит из двух идентичных каналов управления вращением антенны по азимуту и углу наклона, каждый из которых содержит программируемую логическую матрицу 40, вход которого через схему сопряжения 41 подключен к выходу контроллера 12, первый выход подключен к ШИМ преобразователю 42, запитанному напряжением +90 В от источника питания 43, а второй выход подключен к управляющему мосту 44, который также подключен к выходу ШИМ преобразователя 42, а выход управляющего моста 44 подключен к якорю двигателя привода антенны (например, по азимуту) 21, на статор которого подается напряжение возбуждения от источника питания 43. При этом ШИМ преобразователь выдает управляющий ток, пропорциональный расхождению углов фактического и заданного положения антенны, и обеспечивает благодаря обратной связи контроллера 12 с тахогенератором 19 плавное снижение скорости вращения антенны МРЛ при подходе к нулевому расхождению и точную (±0,05 градуса) установку заданных углов.The antenna drive control unit 20 (see FIG. 3) consists of two identical channels for controlling the antenna rotation in azimuth and angle, each of which contains a programmable logic matrix 40, the input of which is connected to the output of the controller 12 through the interface circuit 41, the first output is connected to the PWM converter 42, powered by a voltage of +90 V from the power source 43, and the second output is connected to the control bridge 44, which is also connected to the output of the PWM converter 42, and the output of the control bridge 44 is connected to the armature of the drive motor antenna (for example, in azimuth) 21, to the stator of which the excitation voltage is supplied from the power source 43. In this case, the PWM converter generates a control current proportional to the difference between the angles of the actual and given position of the antenna, and provides a smooth decrease in speed due to the feedback of the controller 12 with the tachogenerator 19 the rotation of the X-ray antenna when approaching the zero difference and the exact (± 0.05 degrees) setting of the given angles.

Принцип работы блока управления 20 заключается в том, что по витой паре из контроллера 12 через схему сопряжения 41 поступают сигналы управления двигателями антенны на программируемую логическую матрицу 40, которая управляет ШИМ преобразователем и мостом с мощными электронными ключами, служащими для обеспечения реверсивной работы двигателей, якоря которых включены в диагональ моста. Мост выдает напряжение от 0 до 110 В мощностью не менее 1 кВт, которые управляют работой двигателей азимута и угла наклона. Напряжение возбуждения на статоры двигателей выдается от стабилизированного источника питания, входящего в состав блока 20.The principle of operation of the control unit 20 is that twisted pair from the controller 12 through the interface circuit 41 receives signals for controlling the antenna engines to the programmable logic matrix 40, which controls the PWM converter and the bridge with powerful electronic keys that serve to ensure the reversible operation of the engines, the armature which are included in the diagonal of the bridge. The bridge provides a voltage of 0 to 110 V with a power of at least 1 kW, which control the operation of azimuth and tilt motors. The excitation voltage to the stators of the motors is issued from a stabilized power source, which is part of block 20.

Блок первичной обработки радиолокационных сигналов 24 содержит (см. фиг.4) программируемую логическую интегральную схему 45, входы которой подключены к блоку синхронизации МРЛ 27 и через аналого-цифровые преобразователи 46-47 к выходам приемных устройств первого и второго частотных каналов МРЛ 25 и 26, а также процессор 48, подключенный к шине CAN 13, а выходы подключены к модулям памяти 49-50 и к порту USB 51 управляющего компьютера 11 и обеспечивает дискретизацию радиолокационных сигналов по 360-одноградусным секторам азимута и 1600 ячейкам дальности, аналого-цифровое преобразование и усреднение радиолокационных сигналов в пределах 4 ячеек дальности по n последовательным импульсам зондирования, поступающим за время поворота антенны на один сектор азимута, формирование и ввод в управляющий компьютер пакетов информации, содержащих два байта кода азимута, два байта кода угла наклона, один байт состояния устройств МРЛ, один байт диагностики устройств МРЛ и 800 байт усредненных радиолокационных сигналов по 360 секторам азимута и 400 каналам дальности при каждом угле наклона антенны.The primary processing unit of the radar signals 24 contains (see Fig. 4) a programmable logic integrated circuit 45, the inputs of which are connected to the synchronization unit of the SLC 27 and through analog-to-digital converters 46-47 to the outputs of the receiving devices of the first and second frequency channels of the SLC 25 and 26 as well as a processor 48 connected to the CAN bus 13, and the outputs are connected to the 49-50 memory modules and to the USB port 51 of the control computer 11 and provides a sampling of radar signals for 360-degree azimuth sectors and 1600 range cells, analog go-digital conversion and averaging of radar signals within 4 range cells over n consecutive sensing pulses arriving during the rotation of the antenna by one azimuth sector, the formation and input into the control computer of information packets containing two bytes of the azimuth code, two bytes of the angle code, one byte of the status of the X-ray devices, one byte of diagnostics of the X-ray devices and 800 bytes of averaged radar signals for 360 sectors of azimuth and 400 distance channels for each angle of the antenna.

Принцип работы блок обработки радиолокационных сигналов (БОРС) заключается в следующем. На БОРС поступают видеосигналы первого и второго частотных каналов и импульс синхронизации МРЛ; коды азимута и угла наклона антенны (из шины CAN), диагностики состояния устройств МРЛ и коды команд из управляющего компьютера 11. В программируемой логической схеме 45 осуществляется дискретизация радиолокационных сигналов по 1600 ячейкам дальности; формирование 400 каналов дальности путем усреднения сигналов в пределах 4 ячеек дальности; усреднение сигналов в каждом канале дальности по нескольким последовательным импульсам зондирования; формирование пакетов усредненных сигналов. Процессор 45 управляет работой схем блока 24, транслирует команды компьютера в шину CAN 13 контроллера 12, считывает из шины CAN коды азимута и угла места антенны, выдаваемые датчиками 14 и 15, коды состояния и диагностики устройств МРЛ. В аналого-цифровых преобразователях 46-47 производится оцифровка видеосигналов. Модули памяти 49-50 служат для временного хранения пакетов усредненных сигналов. USB контроллер служит для согласования схем БОРС с USB портом компьютера. Осреднение по дальности осуществляется по формуле:The principle of operation of the radar signal processing unit (BORS) is as follows. Video signals of the first and second frequency channels and a synchronization pulse of radio-frequency radios arrive at BORS; codes of azimuth and angle of the antenna (from the CAN bus), diagnostics of the state of the SLC devices and codes of commands from the control computer 11. In the programmable logic circuit 45, the radar signals are sampled by 1600 range cells; the formation of 400 range channels by averaging signals within 4 range cells; averaging of signals in each range channel over several sequential sensing pulses; packet formation of averaged signals. The processor 45 controls the operation of the circuits of block 24, transmits computer commands to the CAN bus 13 of the controller 12, reads from the CAN bus the azimuth and elevation angle codes of the antenna generated by the sensors 14 and 15, the status and diagnostic codes of the SLC devices. The analog-to-digital converters 46-47 digitize the video signals. Memory modules 49-50 are used for temporary storage of packets of averaged signals. The USB controller serves to coordinate the BORS circuits with the computer's USB port. Range averaging is carried out according to the formula:

где P_ni - осредненное по m=4 или 8 ячейкам дальности значение сигнала в n-й ячейке дальности;where P _ni is the signal value averaged over m = 4 or 8 range cells in the nth range cell;

P_nij - выборка видеосигнала из j-й ячейки дальности i-го зондирующего импульса в n-ом канале дальности.P _nij is the sampling of the video signal from the j-th range cell of the i-th probe pulse in the n-th range channel.

Осреднение сигнала по азимуту выполняется в каждом канале дальности по нескольким последовательным импульсам зондирования по формуле:The averaging of a signal in azimuth is performed in each range channel over several successive sensing pulses according to the formula:

где

- средняя мощность радиоэха в n-м канале дальности;Where

- the average power of the radio echo in the nth range channel;

k-число последовательных импульсов зондирования, по которым проводится осреднение по азимуту (7-9 импульсам в зависимости от того, сколько их успевает поступить за время поворота антенны на 1 градус).k is the number of consecutive sensing pulses over which azimuth averaging is performed (7-9 pulses, depending on how many of them arrive during the rotation of the antenna by 1 degree).

Формирование пакета усредненных радиолокационных сигналов и передача в USB порт управляющего компьютера 11 осуществляется по каждому из 360 секторов азимута. За один полный оборот антенны по азимуту формируется 360 пакетов по 808 байт.The formation of a package of averaged radar signals and transfer to the USB port of the control computer 11 is carried out for each of the 360 sectors of azimuth. For one full revolution of the antenna in azimuth, 360 packets of 808 bytes are formed.

Датчики углового положение антенны 14 и 15 по азимуту и углу наклона идентичны и выдают 12-разрядные двоичные коды азимута и угла наклона и сигналов тахогенераторов 18-19. Датчик азимута 14 (фиг.5) содержит sin-cos преобразователь 52, вход которого подключен к выходу вращающегося трансформатора 16, а выход подключен к процессору 54, на второй вход которого через 12-разрядный аналогово-цифровой преобразователь 53 подан сигнал тахогенератора двигателя азимута 18, процессор 54 также соединен с шиной CAN 13, с которой блок первичной обработки радиолокационных сигналов 24 и контроллер 12 считывают код азимута и сигнал тахогенератора 18 и отображают их на цифровом табло 39, размещенном на передней панели контроллера 12.The sensors for the angular position of the antenna 14 and 15 in azimuth and angle of inclination are identical and give out 12-bit binary codes of azimuth and angle of inclination and tachogenerator signals 18-19. The azimuth sensor 14 (Fig. 5) contains a sin-cos converter 52, the input of which is connected to the output of the rotating transformer 16, and the output is connected to the processor 54, to the second input of which the tachogenerator of the azimuth engine 18 is fed through the 12-bit analog-to-digital converter 53 The processor 54 is also connected to the CAN bus 13, with which the primary processing unit of the radar signals 24 and the controller 12 read the azimuth code and the signal of the tachogenerator 18 and display them on a digital display 39 located on the front panel of the controller 12.

Датчики угла наклона 15 и азимута 14 идентичны и взаимозаменяемы. Они преобразуют сигналы вращающихся трансформаторов (сельсинов), механически связанных с соответствующими двигателями, на оси которых размещены тахогенераторы. Аналого-цифровой преобразователь 52 преобразует сигналы сельсина, пропорциональные углу поворота антенны, в 12-разрядный двоичный код. Аналогово-цифровой преобразователь 53 также преобразует сигналы тахогенератора в двоичный код. Процессор 54 управляет работой схем датчика и передает коды положения антенны на шину CAN.The angle sensors 15 and azimuth 14 are identical and interchangeable. They convert the signals of rotating transformers (selsynes), mechanically connected to the corresponding engines, on the axis of which tachogenerators are placed. An analog-to-digital converter 52 converts selsyn signals proportional to the angle of rotation of the antenna into a 12-bit binary code. An analog-to-digital converter 53 also converts the tachogenerator signals to binary code. The processor 54 controls the operation of the sensor circuits and transmits the antenna position codes to the CAN bus.

Предлагаемая автоматизированная система может работать в автоматическом режиме «Дежурства», полуавтоматическом (с участием оператора) режиме и ручном режиме управления МРЛ.The proposed automated system can operate in the automatic “Duty” mode, semi-automatic (with the participation of the operator) mode and manual control mode of the SLC.

В автоматическом режиме «Дежурства» обеспечивается включение МРЛ и блоков системы с заданной в программном обеспечении периодичностью. В заданное время управляющий компьютер 11 выдает в контроллер 12 команду «Старт-1» или «Старт-2», при которых осуществляется обработка радиолокационной информации в радиусе 208 или 416 км с пространственным разрешением 0,5 или 1,0 км соответственно.In the automatic mode of “Duty”, it is possible to turn on the SLC and system blocks with the frequency set in the software. At a given time, the control computer 11 issues a “Start-1” or “Start-2” command to the controller 12, at which radar information is processed in a radius of 208 or 416 km with a spatial resolution of 0.5 or 1.0 km, respectively.

По команде «Старт-1» или «Старт-2» контроллер 12 (запитанный от дежурного источника питания) автоматически включает общее питание МРЛ и блоков автоматизированной системы, питание накала приемопередающих устройств МРЛ (с задержкой 3 с), блока управления приводом антенны 20 (с задержкой 3 мин) и высокого напряжения анодов приемников и передатчиков через 4,5-5 мин, а также блокирует органы ручного управления МРЛ.By the command “Start-1” or “Start-2”, the controller 12 (powered from the standby power source) automatically turns on the general power supply of the SLC and the blocks of the automated system, the power of the transceiver devices of the SPS (with a delay of 3 s), the antenna drive control unit 20 ( with a delay of 3 min) and a high voltage of the anodes of the receivers and transmitters after 4.5-5 minutes, and also blocks the manual controls of the SLC.

После включения анодов приемопередатчиков блок управления приводом 20 под управлением контроллера 12 устанавливает антенну МРЛ на 0,0 градуса по углу наклона и режим непрерывного вращения антенны по азимуту. При этом начинается обзор пространства по заданным программой углам наклона, при каждом из которых антенна делает полный оборот по азимуту (от 0 до 360 градусов). При вращении антенны по азимуту в блоке 24 осуществляется аналого-цифровое преобразование и осреднение радиолокационных сигналов по всем 360 секторам азимута и 400 каналам дальности, ввод и запись этой информации в память управляющего компьютера 11. После первого оборота антенна устанавливается на следующий угол наклона (например, 0,5 градусов) и осуществляется измерение и запись информации при втором угле наклона и т.д. до 82 градусов, пока не будет завершен цикл обзора полусферы при всех заданных программой углах наклона (18, 24 или 32 углах с переменным шагом). Радиолокационные сигналы на двух каналах МРЛ по всем секторам азимута, каналам дальности и углам наклона записывается в память компьютера 11 вместе с кодами азимута и угла наклона антенны.After turning on the anodes of the transceivers, the drive control unit 20 under the control of the controller 12 sets the MPL antenna by 0.0 degrees in angle of inclination and the mode of continuous rotation of the antenna in azimuth. At the same time, a review of the space begins at the angles of inclination specified by the program, at each of which the antenna makes a complete revolution in azimuth (from 0 to 360 degrees). When the antenna rotates in azimuth, in block 24, analog-to-digital conversion and averaging of radar signals over all 360 sectors of azimuth and 400 distance channels are carried out, this information is entered and written into the memory of control computer 11. After the first revolution, the antenna is set to the next angle (for example, 0.5 degrees) and information is measured and recorded at the second angle of inclination, etc. up to 82 degrees, until the hemisphere review cycle is completed for all the angles of inclination specified by the program (18, 24 or 32 angles with variable pitch). Radar signals on two SLC channels for all sectors of azimuth, range channels and tilt angles are recorded in the memory of computer 11 along with the azimuth and tilt angle codes of the antenna.

По окончании цикла обзора в управляющем компьютере 11 формируется файл трехмерной структуры радиолокационных сигналов, с вычитанием записанных при безоблачной погоде сигналов от местных предметов, рассчитывается наличие облачности и на дисплее компьютера 11 отображается одна из карт метеорологической информации, установленная по умолчанию (например, карта явлений погоды).At the end of the review cycle, the control computer 11 generates a file of the three-dimensional structure of the radar signals, subtracting the signals recorded from the local objects during cloudless weather, calculates the presence of cloudiness and displays one of the default meteorological information maps on the computer display 11 (for example, a map of weather phenomena) )

Если нет облаков, имеющих пороговые значения параметров (например, отражаемость более 15 dBZ), осуществляется автоматическое выключение системы в обратном порядке, антенна устанавливается на 0 градусов, останавливается ее вращение по азимуту и после продувки шкафов системой вентиляции в течение 2 мин выключается общее питание МРЛ. Этот алгоритм работы системы повторяется в последующие сроки наблюдений.If there are no clouds having threshold parameters (for example, reflectivity greater than 15 dBZ), the system is automatically turned off in the reverse order, the antenna is set to 0 degrees, its rotation in azimuth is stopped, and after the cabinets are purged with the ventilation system, the general power . This algorithm of the system is repeated in the subsequent observation periods.

Для целей штормооповещения наблюдения осуществляются:For the purposes of storm notification, observations are made:

- при отсутствии облачности - в синоптические сроки: 00, 03, 06 и т.д. (через каждые 3 ч) до 24 ч по Гринвичу;- in the absence of cloudiness - in synoptic periods: 00, 03, 06, etc. (every 3 hours) up to 24 hours GMT;

- при ожидании облачности (по прогнозу) - через каждый 1 ч;- while waiting for cloud cover (according to the forecast) - every 1 hour;

- при наличии облачности через каждые 10 мин.- if there is cloudiness every 10 minutes.

В указанные сроки блок штормооповещения 10 автоматически формирует, кодирует в коды FM-94 BUFR и RADOB и передает пакеты информации в сеть радиолокационную штормооповещения, даже если нет облачности.At the indicated time, the storm warning unit 10 automatically generates, encodes into the FM-94 BUFR and RADOB codes and transmits information packets to the radar storm warning network, even if there is no cloud.

Если в обзоре обнаружена облачность, имеющая критериальные параметры, то система автоматически переходит в режим непрерывных наблюдений с цикличностью 3, 4 или 5 мин в зависимости от заданного числа углов обзора, а информация в сеть штормооповещения автоматически формируется и передается через каждые 10 мин.If clouds with criteria criteria are found in the review, the system automatically switches to continuous observation mode with a cycle of 3, 4, or 5 minutes depending on the specified number of viewing angles, and information is automatically generated and transmitted to the storm notification network every 10 minutes.

Для целей активного воздействия на облака управляющий компьютер 11 вырабатывает звуковой сигнал оповещения о наличии объектов воздействия, по которому персонал занимает рабочие места, и выполняет противоградовые и другие операции в автоматизированном режиме расчета, передачи и контроля исполнения команд на ракетные или авиационные пункты воздействия 6.For the purpose of actively influencing the clouds, the control computer 11 generates an audible warning signal about the presence of objects of influence, according to which the personnel occupies jobs, and performs anti-hail and other operations in an automated mode for calculating, transmitting and monitoring the execution of commands to missile or aviation impact centers 6.

Все операции включения-выключения системы, параметры облаков, их координаты, время воздействия и т.д. автоматически фиксируются в бортовом журнале системы. Файлы обзора пространства, материалы воздействия, различные метеорологические карты, более 90 параметров любого облака (по выбору оператора) и графики их временного хода архивируются в памяти управляющего компьютера 11.All on-off operations of the system, cloud parameters, their coordinates, exposure time, etc. automatically recorded in the logbook system. Space review files, impact materials, various meteorological maps, more than 90 parameters of any cloud (at the operator’s choice) and their time course plots are archived in the memory of the control computer 11.

Полуавтоматический режим работы системы отличается от автоматического только тем, что оператор может в любое время дать команду «Старт-1» или «Старт-2», установить режим непрерывных или дежурных наблюдений или выключить систему командой «Стоп». При выключении системы управление МРЛ осуществляется в ручном режиме.Semi-automatic mode of operation of the system differs from automatic only in that the operator can give the command “Start-1” or “Start-2” at any time, set the mode of continuous or standby observations or turn off the system with the “Stop” command. When the system is turned off, the control of the ballast is carried out in manual mode.

Режим ручного управления используется при настройке МРЛ и калибровке системы, при котором управление приводом антенны осуществляется от блока управления приводом 20, но с помощью штатных органов управления МРЛ, возможно ручное включение и выключение приемопередающих устройств, питания привода, вращения по азимуту и сканирования по углу наклона.Manual control mode is used when setting the SLC and calibrating the system, in which the antenna drive is controlled from the control unit of the drive 20, but using the standard SLC controls, it is possible to manually turn on and off the transceiver devices, power the drive, rotate in azimuth and scan along the tilt angle .

Контроль работы автоматизированной системы осуществляется по индикаторным приборам и световым табло на передних панелях контроллера 12, блока управления приводом 20, блока обработки радиолокационных сигналов 24, а также в главном окне дисплея управляющего компьютера. Например, после команд «Старт 1» или «Старт 2» включение электропитания МРЛ индицируется загоранием светодиода «Авто» на передней панели контроллера 12, а также загоранием зеленых диодов «Сеть», приемопередатчик 1 и 2, питание привода и т.д. на передней панели контроллера 12, блоков управления приводом 20 и первичной обработки радиолокационных сигналов 24 по мере включения тех или иных блоков. При вращении антенны на передней панели контроллера 12 отображаются угол наклона и текущий азимут антенны в градусах, коды углов и контроль измерения сигналов по загоранию диода «Измерение». На передней панели блока управления приводом отображается наличие питания возбуждения статоров двигателей азимута и угла наклона, наличие на них управляющих сигналов, направление вращения антенны, перегрузки и т.п.The operation of the automated system is monitored by indicator devices and a light panel on the front panels of the controller 12, drive control unit 20, radar signal processing unit 24, and also in the main display window of the control computer. For example, after the “Start 1” or “Start 2” commands, turning on the power of the MRL is indicated by the “Auto” LED on the front panel of the controller 12 turning on, as well as the green “Network” diodes, the transceiver 1 and 2, the drive’s power, etc. on the front panel of the controller 12, control units of the drive 20 and the primary processing of the radar signals 24 as you turn on certain blocks. When the antenna rotates, the tilt angle and the current azimuth of the antenna in degrees, angle codes and monitoring of signal measurement by the “Measurement” diode are displayed on the front panel of controller 12. The front panel of the drive control unit displays the presence of excitation power for the stators of the azimuth and tilt motors, the presence of control signals on them, the direction of rotation of the antenna, overload, etc.

Диагностика неисправности блоков осуществляется по загоранию красных светодиодов на их передних панелях и появлению на экране дисплея указания на неисправное устройство.Blocks are diagnosed by the red LEDs on their front panels lighting up and the indication of a faulty device appearing on the display screen.

Предложенная автоматизированная система отличается от известных высокой точностью определения угловых координат (±0,05 градуса, а в прототипе ±0,3 градуса), стабильной скоростью вращения антенны по азимуту, высокой разрешающей способностью по дальности (0,5 км) и высокой точностью получения радиолокационной информации, а также возможностью применения дорогостоящих метеорологических радиолокаторов для совместного решения задач штормооповещения, активных воздействий на облака и измерения осадков. Высокая точность получения радиолокационной информации достигается за счет оригинальных технических решений, обратных связей командных и исполнительных блоков. Предложенная система автоматизирует получение, кодирование в международные коды и передачу информации в сеть штормооповещения, автоматизированную систему управления воздушным движением, активные воздействия на облака с целью защиты сельскохозяйственных культур от градобитий, искусственного увеличения и рассеяния облачности.The proposed automated system differs from the known high accuracy in determining the angular coordinates (± 0.05 degrees, and in the prototype ± 0.3 degrees), stable antenna rotation speed in azimuth, high resolution in range (0.5 km) and high accuracy radar information, as well as the possibility of using expensive meteorological radars to jointly solve the problems of storm notification, active effects on clouds and measuring precipitation. High accuracy of obtaining radar information is achieved due to original technical solutions, feedback of command and executive units. The proposed system automates the receipt, coding to international codes and the transmission of information to a storm warning network, an automated air traffic control system, active effects on clouds in order to protect crops from hail, artificial increase and dispersal of clouds.

Опытная эксплуатация заявляемой системы в аэропортах города Волгограда и города Еревана, а также Молдавской Военизированной службе активного воздействия на гидрометеорологические процессы показывает ее высокую информативность, надежность функционирования, удобство эксплуатации и возможность многоцелевого применения в системе штормооповещения и модификации погоды.The pilot operation of the inventive system at the airports of Volgograd and the city of Yerevan, as well as the Moldovan Militarized Service of active influence on hydrometeorological processes shows its high information content, reliable operation, ease of operation and the possibility of multi-use in the storm notification system and weather modification.

Источники информацииInformation sources

1. Принципы построения автоматизированных систем метеорологического обеспечения авиации / Под ред. д-ра физ.-мат.наук, проф. Г.Г.Щукина. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991, с.155-200.1. The principles of building automated systems for meteorological support of aviation / Ed. Doctor of Physical and Mathematical Sciences, prof. G.G.Schchukin. - L .: Gidrometeoizdat, 1991, p.155-200.

2. Принципы обработки информации в автоматизированной системе противоградовой защиты / Абшаев М.Т., Капитанников А.В., Тапасханов В.О. Ст.-Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с.81-85.2. The principles of information processing in an automated system of anti-hail protection / Abshaev MT, Kapitannikov AV, Tapaskhanov V.O. St.-L .: Gidrometeoizdat, 1989, pp. 81-85.

3. Патент РФ №2083999, 1997 г.Автоматизированная система противоградовой защиты / Абшаев М.Т., Байсиев Х-М.X., Батищев В.Г., Инюхин B.C., Тапасханов В.О.3. RF patent No. 2083999, 1997. Automated anti-hail protection system / Abshaev MT, Baysiev X-M.X., Batishchev V.G., Inyukhin B.C., Tapaskhanov V.O.

4. Патент РФ №2213983, 2003. Автоматизированная система управления активными воздействиями на облака / Абшаев М.Т., Байсиев Х-М.Х., Джангуразов Х.Х., Тебуев А.Д., Кассиров В.П., Евграфов В.Д. - ПРОТОТИП.4. RF patent No. 2213983, 2003. Automated system for managing active effects on the clouds / Abshaev MT, Baysiev Kh-M.Kh., Dzhangurazov Kh.Kh., Tebuev AD, Kassirov VP, Evgrafov V.D. - PROTOTYPE.

Claims

1. An automated radar system for storm notification and active effects on the clouds, containing a meteorological radar (MRL) with one or two working wavelengths, a control system for MRL and active effects on the clouds, including a controller for controlling and monitoring the operating modes of the MRL, the azimuth antenna drive control unit and elevation angle, sensors for the angular position of the antenna, a unit for primary processing of radar signals, as well as a system for preparing and transmitting radar information to the network radio alerts and control of ground or aviation means of seeding clouds with reagents, characterized in that the control computer turns on, off, the mode of operation of the SRL and its antenna rotation in azimuth and elevation, connected to the CAN bus, to which outputs are also connected in parallel, to the output of the control computer two sin-cos converters of signals of rotating transformers-sensors of azimuth and antenna angle and two sin-cos converters of signals of tachogenerators of azimuth and elevation engines, and the output d the control controller is connected to the antenna drive control unit, the outputs of which are connected to the excitation circuits and the armature of the azimuth and tilt engines of the antenna, and the primary processing unit of the radar signals is also connected to the CAN bus, the first input of which is supplied with radar synchronization pulses, and the second and the third inputs containing analog-to-digital converters are the signals from the output of the receiving devices of the first and second frequency channels of the SLC, and its output is connected to the control computer, the second and third outputs of which connected to the storm warning unit and the cloud active control unit.

2. The system according to claim 1, characterized in that the control controller contains a programmable logic integrated circuit, the inputs of which are supplied with an MPL synchronization pulse, on-off status signals of the MPL transceivers and processor commands providing control of the controller, read from the CAN bus the azimuth and angle of the antenna and the transmission to the CAN bus of commands for the control and diagnostics of the SLC blocks, and the outputs are connected to a switching circuit that enables the SLC blocks to turn on and off, as well as to the interface circuit from the antenna drive control unit, and a digital display that shows the angular position of the antenna SCLC.

3. The system according to claim 1, characterized in that the antenna drive control unit, consisting of two identical channels for controlling the rotation of the antenna in azimuth and tilt, each of which contains a programmable logic matrix, the input of which is connected via an interface circuit to the control unit , the first output is connected to a PWM converter powered by a powerful +90 V power supply, and the second output is connected to a control bridge, which is also connected to the PWM converter output, and the output of a control bridge containing powerful electronic keys, connected to the anchors of the azimuth and angle engines, and give control currents proportional to the difference between the angles of the actual and the given position of the antenna, provides thanks to feedback from tachogenerators and angle sensors a smooth decrease in the speed of rotation of the X-ray antenna when approaching zero divergence and accurate setting preset angles.

4. The system according to claim 1, characterized in that the primary processing unit of the radar signals contains a programmable logic integrated circuit, the inputs of which are connected to the SLC synchronizer and the outputs of the analog-to-digital converters connected to the outputs of the SPS receivers, as well as a processor connected to the bus CAN, and the outputs are connected to the memory modules and the USB port of the control computer, and provides discretization of radar signals for 360 one-degree azimuth sectors and 1600 range cells, analog-to-digital conversion the generation and averaging of radar signals within 4 or 8 range cells, as well as 7-9 consecutive sensing pulses received during the rotation of the antenna by one degree in azimuth, the formation and input into the control computer of information packets containing two bytes of the azimuth code, two bytes of the elevation code, one byte of the status of the X-ray devices, one byte of diagnostics of the X-ray devices and 800 bytes of averaged radar signals for 360 sectors of azimuth and 400 distance channels for each angle of elevation of the antenna.

5. The system according to claim 1, characterized in that it contains two identical sensors for the angular position of the SIR antenna in azimuth and tilt in the form of 12-bit binary codes, each of which consists of a sin-cos converter, the input of which is connected to the output of a rotating transformer , and the output is connected to the processor, the engine tacho signal is also fed to the second input through a 12-bit analog-to-digital converter, and the processor is connected to the CAN bus, with which the control controller and the primary processing unit of the radar signals als read out and displayed angles codes and the tacho signal.

6. The system according to claim 1, characterized in that the input of the control computer isolated from the CAN bus is connected to the output of the primary processing unit of the radar signals, the first output is connected to the control unit of the radar signal, the second output to the block of storm notification, connected in series to the shaper series meteorological information cards, an encoding device for these cards in the International codes FM-94 BUFR and FM-20 (RADOB) and channels for transmitting information packets to the radar network for storm notification and input into the automated control system air traffic, and the third output is connected to the control unit for ground and (or) aviation means of influencing the clouds.