RU2789416C1 - Method for synchronous reception and processing of a request signal in an autodyne transceiver of an atmospheric radiosonde system - Google Patents

Method for synchronous reception and processing of a request signal in an autodyne transceiver of an atmospheric radiosonde system Download PDF

Info

Publication number
RU2789416C1
RU2789416C1 RU2022122933A RU2022122933A RU2789416C1 RU 2789416 C1 RU2789416 C1 RU 2789416C1 RU 2022122933 A RU2022122933 A RU 2022122933A RU 2022122933 A RU2022122933 A RU 2022122933A RU 2789416 C1 RU2789416 C1 RU 2789416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
pulse
microwave generator
radio
request signal
Prior art date
Application number
RU2022122933A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Яковлевич Носков
Ринат Гайсеевич Галеев
Евгений Владимирович Богатырев
Вячеслав Элизбарович Иванов
Олег Авитисович Черных
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь"
Application granted granted Critical
Publication of RU2789416C1 publication Critical patent/RU2789416C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radars.
SUBSTANCE: invention relates to active response radar and can be used in aerological radiosondes (ARS) of atmospheric radiosonding systems to measure the inclined range to the radiosonde by pulse method, direction finding by angular coordinates and transmission of telemetric information on a single carrier frequency. The method for synchronous reception and processing of a request signal in an autodyne transceiver of an atmospheric radiosonding system consists in receiving electromagnetic radiation in the form of a microwave radio pulse with intra-pulse periodic frequency modulation by means of an antenna, acting on a microwave generator with it, causing autodyne changes with the frequency of the intra-pulse frequency modulation of the request signal of the amplitude of oscillations, average values of current and voltage in the circuit the displacement of the active element, and the autodyne changes of the microwave generator are isolated in the form of a radio pulse at the frequency of the intra-pulse frequency modulation of the request signal. The average frequency of the modulated oscillations of the microwave generator is preliminarily combined with the average frequency of the emission of microwave radio pulses with intra-pulse periodic frequency modulation of the request signal. The deviation of the frequency of the request signal is limited by the condition that it is located inside the synchronization band of the microwave generator.
EFFECT: invention enables to expand the operating range of the range into the area of small distances (from tens to about hundreds of meters) of the atmospheric radiosonding system; narrowing of the operating frequency band occupied by the radiosonding system; to expans the dynamic range in terms of the request signal level.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации с активным ответом и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения наклонной дальности до радиозонда импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте.SUBSTANCE: invention relates to active response radar and can be used in upper-air radiosondes (ARZ) of atmospheric radiosonde systems for measuring the slant range to the radiosonde by the pulse method, direction finding by angular coordinates and transmission of telemetric information on one carrier frequency.

Известен способ радиолокационного зондирования с активным ответом, который кроме определения координат АРЗ используется также для передачи различной телеметрической информации. Примером применения этого способа служит система слежения за метеорологическим АРЗ, разработанная английской фирмой Кроули (см. стр. 78-82, [1]; стр. 38-41, [2]). В этой системе координаты АРЗ определяются наземным радиолокационным запросчиком по полученным сигналам ответчика, который размещается на борту АРЗ. Одновременно с определением координат производится регистрация телеметрической информации о состоянии атмосферы (давлении, влажности и температуре), передаваемой ответчиком.A known method of radar sounding with an active response, which in addition to determining the coordinates of the ARZ is also used to transmit various telemetry information. An example of the application of this method is the tracking system for meteorological ARP, developed by the British company Crowley (see pp. 78-82, [1]; pp. 38-41, [2]). In this system, the ARZ coordinates are determined by the ground-based radar interrogator based on the received signals from the transponder, which is located on board the ARZ. Simultaneously with the determination of coordinates, telemetric information about the state of the atmosphere (pressure, humidity and temperature) transmitted by the transponder is recorded.

Сложность, громоздкость и большое потребление энергии известной системы радиозондирования являются ее недостатками. Наличие отдельных антенн, передатчика и приемника на разные диапазоны частот (см. рис. 26, стр. 79, [1]; стр. 40, рис. 20, [2]) значительно усложняет и удорожает приемопередающее устройство бортовой аппаратуры АРЗ, которая является разовой. Кроме того, большие габариты и вес этой аппаратуры создают угрозу безопасности для авиации.The complexity, bulkiness and high energy consumption of the known radio sounding system are its disadvantages. The presence of separate antennas, transmitter and receiver for different frequency ranges (see Fig. 26, p. 79, [1]; p. 40, Fig. 20, [2]) significantly complicates and increases the cost of the transceiver device of the APR on-board equipment, which is one-time. In addition, the large dimensions and weight of this equipment pose a safety hazard to aviation.

Предложенные в 50-е годы прошлого столетия сверхрегенеративные приемопередатчики (СПП) сначала использовались в авиационных системах опознавания «свой - чужой» (см. стр. 21, рис. 6, [1]). Эти приемопередатчики отличаются предельной простотой конструкции, малыми весом и габаритами за счет многофункциональности автогенератора в сверхрегенеративном режиме. Позже, благодаря отмеченным качествам, СПП стали применять на борту АРЗ в качестве ответчиков в отечественных системах радиозондирования атмосферы (см. стр. 41-45, [2], авт.свидетельство СССР: SU115078, опубл. 01.01.1958, [3]).The super-regenerative transceivers (SRTs) proposed in the 1950s were first used in aviation friend-foe identification systems (see p. 21, Fig. 6, [1]). These transceivers are distinguished by their extremely simple design, low weight and dimensions due to the multifunctionality of the self-oscillator in the super-regenerative mode. Later, due to the noted qualities, SPPs began to be used on board ARZ as transponders in domestic atmospheric radio sounding systems (see pp. 41-45, [2], USSR inventor's certificate: SU115078, publ. 01.01.1958, [3]) .

Высокая чувствительность СПП к радиоимпульсному запросному сигналу позволяет сформировать ответный сигнал по дальности в виде короткой паузы в излучении приемопередатчика при пониженной мощности радиоимпульса радиопередающего устройства запросной радиолокационной системы (РЛС). Достаточно мощное излучение СПП обеспечивает надежное сопровождение АРЗ по угловым координатам и дальности, а также одновременную передачу посредством модуляции частоты суперирующих импульсов телеметрической информации о состоянии атмосферы до расстояний 100…150 км [3]. Дальнейшее развитие теории и техники СПП позволило улучшить его параметры и увеличить дальность сопровождения АРЗ практически вдвое [4, 5].The high sensitivity of the SPP to the radio pulse interrogation signal makes it possible to form a response signal in range in the form of a short pause in the radiation of the transceiver at a reduced power of the radio pulse of the radio transmitter of the interrogation radar system (RLS). Sufficiently powerful SPP radiation provides reliable tracking of the ARP in terms of angular coordinates and range, as well as simultaneous transmission of telemetric information about the state of the atmosphere by modulating the frequency of superimposed pulses up to distances of 100–150 km [3]. Further development of the theory and technology of the SPP made it possible to improve its parameters and increase the tracking range of ARP by almost a factor of two [4, 5].

Способ приема и обработки запросного сигнала, используемый в работе известных СПП с внешней суперизацией, состоит в том, что электромагнитное СВЧ излучение наземной РЛС системы радиозондирования атмосферы принимают антенной, преобразуют его в СВЧ колебания радиоимпульсов запроса, воздействуют им на СВЧ-генератор в момент начала регенеративного процесса нарастания амплитуды автоколебаний, усиливают и детектируют реакцию СВЧ-генератора с цепью инерционного автосмещения активного элемента, а затем формируют в излучении СВЧ-генератора ответную паузу при условии воздействия запросного радиоимпульса достаточной амплитуды. При этом параметры суперирующих импульсов модулируют по частоте сигналом радиотелеметрии для передачи метеоданных с борта АРЗ на наземную РЛС системы радиозондирования атмосферы (см. патент РФ RU 2345379 C1, опубл. 27.01.2009, бюл. №3)The method for receiving and processing an interrogation signal used in the operation of known SPPs with external superization consists in the fact that the electromagnetic microwave radiation of the ground-based radar of the atmospheric radio sounding system is received by an antenna, converted into microwave oscillations of the interrogation radio pulses, and acted upon by the microwave generator at the time of the start of the regenerative the self-oscillation amplitude growth process, amplify and detect the reaction of the microwave generator with the inertial auto-bias circuit of the active element, and then form a response pause in the radiation of the microwave generator under the condition of exposure to a request radio pulse of sufficient amplitude. At the same time, the parameters of the superimposed pulses are modulated in frequency by a radio telemetry signal for transmitting meteorological data from the ARP board to the ground-based radar of the atmosphere radio sounding system (see RF patent RU 2345379 C1, publ. 27.01.2009, bull. No. 3)

Однако у известного способа и устройств его реализующих имеются существенные недостатки.However, the known method and devices that implement it have significant drawbacks.

1. Недостаточная чувствительность СПП в режиме приема, которая ограничивается ударными колебаниями, присущими сверхрегенеративному режиму работы СВЧ-генератора при формировании переднего фронта радиоимпульса (см. стр. 140-146, монографии [6]; фиг. 4, патента РФ RU 2345379 C1, опубл. 27.01.2009, бюл. №3; фиг. 4, патента РФ RU 2470323 C1, опубл. 20.12.2012, бюл. №35; статью [7]).1. Insufficient sensitivity of the SPP in the receive mode, which is limited by shock oscillations inherent in the super-regenerative mode of operation of the microwave generator during the formation of the leading edge of the radio pulse (see pp. 140-146, monograph [6]; Fig. 4, RF patent RU 2345379 C1, Published January 27, 2009, Bulletin No. 3; Fig. 4, RF patent RU 2470323 C1, published December 20, 2012, Bulletin No. 35; article [7]).

2. Асинхронность процессов формирования приемного окна СПП и посылок запросных радиоимпульсов наземной РЛС вызывает дополнительные флуктуации временного положения, глубины и продолжительности ответной паузы (см. фиг. 5 патента РФ RU 2368916 C2, опубл. 27.09.2009, бюл. №27; стр. 566, рис. 4.4.18 монографии [5]). Это является причиной принципиально неустранимой составляющей дополнительной ошибки измерения наклонной дальности.2. The asynchrony of the processes of forming the receiving window of the SPP and sending interrogating radio pulses of the ground-based radar causes additional fluctuations in the time position, depth and duration of the response pause (see Fig. 5 of the RF patent RU 2368916 C2, publ. 27.09.2009, bull. No. 27; p. 566, Fig. 4.4.18 of monograph [5]). This is the reason for the fundamentally unremovable component of the additional error in measuring the slant range.

3. Недостаточная помехозащищенность СПП от воздействия активных помех. При появлении помех на частоте приема СПП формирует ложные ответные паузы, которые при продолжительном воздействии помех нарушают работу каналов измерения дальности и приема телеметрической информации системы радиозондирования.3. Insufficient noise immunity of the NGN from the effects of active interference. When interference occurs at the receiving frequency, the SPS generates false response pauses, which, with prolonged exposure to interference, disrupt the operation of the channels for measuring the range and receiving telemetry information of the radio sounding system.

4. Широкий спектр излучения СПП и его шумовой характер создает проблемы электромагнитной совместимости, например, работе систем ГЛОНАСС/GPS (см. стр. 532-537, рис. 4.3.34, [5]). Ширина спектра по уровню половинной мощности обычно составляет 6…8 МГц в зависимости от длительности формируемых радиоимпульсов (см. рис. 36, стр. 103, [8]; см. фиг. 2 патента РФ RU 2368916 C2, опубл. 27.09.2009, бюл. 27).4. The wide emission spectrum of the SPP and its noise nature creates problems of electromagnetic compatibility, for example, in the operation of GLONASS/GPS systems (see pp. 532-537, Fig. 4.3.34, [5]). The half-power spectrum width is usually 6...8 MHz, depending on the duration of the generated radio pulses (see Fig. 36, p. 103, [8]; see Fig. 2 of the RF patent RU 2368916 C2, publ. 27.09.2009, bul. 27).

Свободным от указанных недостатков является способ приема и обработки запросного сигнала, используемый в работе автодинного приемопередатчика (АЛЛ) согласно патенту РФ RU 2624993 C1 (опубл. 11.07.2017, бюл. №20) [9].Free from these disadvantages is the method of receiving and processing the interrogation signal used in the operation of the autodyne transceiver (ALL) according to the patent of the Russian Federation RU 2624993 C1 (publ. 11.07.2017, bull. No. 20) [9].

Способ приема и обработки запросного сигнала устройства-аналога в соответствие с описанием принципа его действия состоит в следующей последовательности действий. Радиоимпульс сигнала запроса в виде электромагнитного СВЧ излучения наземной РЛС системы радиозондирования атмосферы принимают антенной АПП, преобразуют его в СВЧ колебания радиоимпульса запроса, направляют колебания в резонансную систему СВЧ-генератора, смешивая их с собственными колебаниями СВЧ-генератора, посредством СВЧ-генератора полученную смесь преобразуют в автодинный отклик в виде изменений амплитуды колебаний и среднего значения тока и напряжения в цепи смещения активного элемента, посредством устройства регистрации выделяют автодинный отклик СВЧ-генератора в виде радиоимпульса промежуточной частоты сигнала биений, после этого радиоимпульс последовательно усиливают по амплитуде, фильтруют полосовым фильтром, далее путем амплитудного детектирования преобразуют радиоимпульс в видеоимпульс, сравнивают его амплитуду с пороговым уровнем, выполняют селекцию по временным параметрам запросного сигнала и формируют импульс ответной паузы, который прерывает излучение СВЧ-генератора, при этом в промежутках времени между приемом запросных сигналов частоту СВЧ-генератора модулируют сигналом радиотелеметрии для передачи метеоданных с борта АРЗ на наземную РЛС системы радиозондирования атмосферы, причем предварительно частоту СВЧ-генератора отстраивают от частоты запросного сигнала РЛС на величину более полуширины полосы синхронизации.The method for receiving and processing the request signal of an analog device in accordance with the description of the principle of its operation consists in the following sequence of actions. The radio pulse of the request signal in the form of electromagnetic microwave radiation of the ground-based radar of the atmospheric radio sounding system is received by the antenna AMS, converted into microwave oscillations of the radio pulse of the request, the oscillations are sent to the resonant system of the microwave generator, mixing them with the natural oscillations of the microwave generator, the resulting mixture is converted by means of a microwave generator into an autodyne response in the form of changes in the amplitude of oscillations and the average value of current and voltage in the bias circuit of the active element, by means of a recording device, the autodyne response of the microwave generator is isolated in the form of a radio pulse of an intermediate frequency of the beat signal, after which the radio pulse is sequentially amplified in amplitude, filtered by a bandpass filter, then by amplitude detection, the radio pulse is converted into a video pulse, its amplitude is compared with the threshold level, selection is made according to the time parameters of the request signal, and a response pause pulse is formed, which interrupts the radiation of the microwave generator, at In this case, in the time intervals between receiving the interrogation signals, the frequency of the microwave generator is modulated by a radio telemetry signal for transmitting meteorological data from the ARP board to the ground-based radar of the atmosphere radio sounding system, and the frequency of the microwave generator is preliminarily detuned from the frequency of the radar interrogation signal by more than half-width of the synchronization bandwidth.

Однако у устройства-аналога имеются следующие существенные недостатки.However, the analog device has the following significant disadvantages.

1. Поведение АПП, реализующего описанный способ, сложным образом зависит от соотношения частоты биений и полосы синхронизации СВЧ-генератора. Для нормального функционирования АПП необходимо в СВЧ-генераторе обеспечить режим близкий к линейному, при котором форма биений приближается к синусоидальной. При этом частота биений ωб должна быть вдали от полосы синхронизации СВЧ-генератора:

Figure 00000001
, где Δωпс - значение полуширины полосы синхронизации (см. стр. 38, [10]). Однако значение частоты биений ωб ограничено сверху граничной частотой Ωгр СВЧ-генератора, наличие которой обусловлено его внутренней инерционностью. Эта инерционность характеризуется постоянной времени τа автодинного отклика, по значению которой можно рассчитать граничную частоту Ωгр (см. формулу (34) статьи [11]):1. The behavior of the AMS that implements the described method depends in a complex way on the ratio of the beat frequency and the synchronization bandwidth of the microwave generator. For the normal functioning of the AMS, it is necessary to provide a mode close to linear in the microwave generator, in which the shape of the beat approaches a sinusoidal one. In this case, the beat frequency ω b should be far from the synchronization band of the microwave generator:
Figure 00000001
, where Δω ps is the half-width of the synchronization bandwidth (see p. 38, [10]). However, the value of the beat frequency ω b is limited from above by the boundary frequency Ω gr of the microwave generator, the presence of which is due to its internal inertia. This inertia is characterized by the time constant τ a of the autodyne response, by the value of which it is possible to calculate the boundary frequency Ω gr (see formula (34) of article [11]):

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

Ωгр - граничная частота, на которой уровень сигнала по амплитуде падает в

Figure 00000003
раза по сравнению с уровнем сигнала в области низких частот;Ω gr - cutoff frequency at which the signal level in amplitude drops to
Figure 00000003
times compared to the signal level in the low frequency region;

τa - характеристическая постоянная времени (время релаксации) автодинного отклика;τ a - characteristic time constant (relaxation time) of the autodyne response;

ω0 - центральная (рабочая) частота СВЧ-генератора АПП;ω 0 - central (working) frequency of the microwave generator AMS;

ρ - коэффициент неизодромности СВЧ-генератора АПП;ρ is the coefficient of nonisodromicity of the AMS microwave generator;

Ka - коэффициент автодинного усиления СВЧ-генератора;K a - coefficient of autodyne gain of the microwave generator;

Qвн - внешняя добротность колебательной системы СВЧ-генератора.Q ext - external quality factor of the oscillatory system of the microwave generator.

Коэффициент автодинного усиления Ka в (1) показывает во сколько раз автодинные изменения амплитуды колебаний СВЧ-генератора больше амплитуды пришедшего в его резонатор запросного сигнала РЛС.Предпочтительным является выбор такого режима работы СВЧ-генератора, при котором значение коэффициент автодинного усиления больше единицы. При таком условии снижается влияние собственных шумов СВЧ-генератора на его чувствительность как приемника. Но увеличение этого коэффициента, как видно из (1), влияет также на величину граничной частоты Ωгр. Возьмем для примера компромиссное значение

Figure 00000004
При остальных, входящих в (1) значениях параметров:
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
получим частоту
Figure 00000008
т.е. 8,5 МГц. Отсюда следует ограничение сверху на выбор частоты сигнала биений, т.е. частота биений должна быть не более величины
Figure 00000009
граничной частоты
Figure 00000010
В данном примере значение частоты
Figure 00000011
составляет 8,5 МГц.The autodyne gain coefficient Ka in (1) shows how many times the autodyne changes in the amplitude of the microwave generator oscillations are greater than the amplitude of the radar interrogation signal that came into its resonator. Under this condition, the influence of the intrinsic noise of the microwave generator on its sensitivity as a receiver is reduced. But the increase in this coefficient, as can be seen from (1), also affects the value of the boundary frequency Ω gr . Take for example the compromise value
Figure 00000004
For the remaining values of the parameters included in (1):
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
We get the frequency
Figure 00000008
those. 8.5 MHz. This implies an upper bound on the choice of the frequency of the beat signal, i.e. beat frequency should be no more than
Figure 00000009
boundary frequency
Figure 00000010
In this example, the frequency value
Figure 00000011
is 8.5 MHz.

С другой стороны, в АПП должно выполняться отмеченное выше сильное неравенство

Figure 00000012
где полуширина полосы
Figure 00000013
синхронизации СВЧ-генератора. Величина
Figure 00000014
в свою очередь, определяется относительным уровнем запросного сигнала (см. стр. 257-262, формулу (5.73), [12]):On the other hand, the AMS must satisfy the above strong inequality
Figure 00000012
where is the half-width of the band
Figure 00000013
synchronization of the microwave generator. Value
Figure 00000014
in turn, is determined by the relative level of the request signal (see pp. 257-262, formula (5.73), [12]):

Figure 00000015
Figure 00000015

гдеWhere

Figure 00000016
- полуширина полосы синхронизации СВЧ-генератора АПП;
Figure 00000016
- half-width of the synchronization band of the AMS microwave generator;

Figure 00000017
- коэффициент относительного уровня сигнала запроса;
Figure 00000017
- coefficient of the relative level of the request signal;

Рзап - мощность запросного сигнала РЛС, приходящего в резонатор СВЧ-генератора АПП;P zap - the power of the request signal of the radar coming into the resonator of the microwave generator AMS;

Рвых - выходная мощность СВЧ-генератора АПП;P out - output power of the APP microwave generator;

ω0 - центральная (рабочая) частота СВЧ-генератора АПП;ω 0 - central (working) frequency of the microwave generator AMS;

Qвн - внешняя добротность колебательной системы СВЧ-генератора АПП;Q ext - external quality factor of the oscillatory system of the APP microwave generator;

Figure 00000018
- угол между линией прибора (активного элемента) СВЧ-генератора и его линией годографа импеданса колебательной системы и нагрузки (см. рис. 5.16, стр. 260, [12]);
Figure 00000018
- the angle between the line of the device (active element) of the microwave generator and its line of the hodograph of the impedance of the oscillatory system and the load (see Fig. 5.16, p. 260, [12]);

γ - коэффициент неизохронности генератора.γ - generator non-isochronism factor.

В результате расчета полуширины полосы синхронизации по формуле (2) при

Figure 00000019
что соответствует расстоянию в десятки метров от РЛС до АРЗ, на частоте
Figure 00000020
при
Figure 00000021
и
Figure 00000022
получаем
Figure 00000023
т.е. 34 МГц. Это означает, что в диапазоне малых расстояний, от места пуска АРЗ и до порядка нескольких сотен метров, расширение полосы синхронизации препятствует нормальной работе АПП.As a result of the calculation of the half-width of the synchronization band by formula (2) at
Figure 00000019
which corresponds to a distance of tens of meters from the radar to the ARP, at a frequency
Figure 00000020
at
Figure 00000021
And
Figure 00000022
we get
Figure 00000023
those. 34 MHz. This means that in the range of short distances, from the launch site of the ARZ to about several hundred meters, the expansion of the synchronization band prevents the normal operation of the AMS.

Отсюда следует ограничение параметров известного устройства по дальности действия. Он не обеспечивает нормальную работоспособность системы радиозондирования атмосферы в диапазоне малых расстояний (от десятков до порядка сотен метров), где данные о состоянии приземных слоев атмосферы также востребованы для многих потребителей.This implies the limitation of the parameters of the known device in terms of range. It does not ensure the normal operation of the atmospheric radio sounding system in the range of small distances (from tens to about hundreds of meters), where data on the state of the surface layers of the atmosphere are also in demand for many consumers.

2. Поскольку частота ωзап запросного сигнала может находиться как ниже, так и выше относительно средней (рабочей) частоты ω0 АПП на величину частоты ωб сигнала биений

Figure 00000024
то занимаемая системой радиозондирования полоса частот
Figure 00000025
как минимум, равна удвоенному значению частоты сигнала биений
Figure 00000026
и может составлять исходя из полученных выше расчетов порядка 17 МГц. Тогда как ширина спектра запросного сигнала РЛС не более 1 МГц (см. рис. 136, [13]). Поэтому полоса разноса несущих частот излучения АПП и запросной РЛС является неоправданно широкой и создает проблемы электромагнитной совместимости иным радиосистем, например, работе систем ГЛОНАСС/GPS (см. стр. 532-537, рис. 4.3.34, [5]).2. Since the frequency ω zap of the request signal can be both lower and higher relative to the average (working) frequency ω 0 AMS by the value of the frequency ω b of the beat signal
Figure 00000024
then the frequency band occupied by the radio sounding system
Figure 00000025
at least equal to twice the frequency of the beat signal
Figure 00000026
and can be, based on the above calculations, about 17 MHz. Whereas the bandwidth of the radar interrogation signal spectrum is not more than 1 MHz (see Fig. 136, [13]). Therefore, the separation band of the carrier frequencies of the radiation of the AMS and the interrogation radar is unreasonably wide and creates problems of electromagnetic compatibility for other radio systems, for example, the operation of GLONASS / GPS systems (see pp. 532-537, Fig. 4.3.34, [5]).

3. В диапазоне малых дальностей от РЛС до АРЗ, как отмечалось, сигнал запроса является сильным и в АПП может наблюдаться ряд нежелательных нелинейных явлений. Так, в режиме высокого уровня сигнала запроса полоса синхронизации значительно расширяется (2) и ее граничное значение может приближаться к частоте запросного сигнала. При этих условиях собственные колебания СВЧ-генератора подвергаются значительной амплитудной и частотной модуляции (см. стр. 37-42, [10]). Спектр этих колебаний «рассыпается» на гармоники (см. фиг. 27, [14]) частоты биений, создающие дополнительные помехи радиосредствам. В таком случае выходной низкочастотный сигнал биений на выходе СВЧ-генератора АПП формируется с ангармоническими искажениями (см. стр. 37-42, рис. 1.14, [10]; статью [15]), создающими проблемы при его обработке. Кроме того, в режиме высокого уровня сигнала запросной РЛС может происходить выход сигнала биений из полосы пропускания полосового фильтра, а также захват частоты АПП. В обоих случаях сигнал биений на выходе АПП отсутствует и система радиозондирования не может функционировать нормально. Отсюда следует еще один недостаток - ограничение динамического диапазона АПП сверху по уровню входного сигнала запроса.3. In the range of short ranges from the radar to the ARP, as noted, the request signal is strong and a number of undesirable nonlinear phenomena can be observed in the AMS. So, in the mode of high level of the request signal, the synchronization band expands significantly (2) and its boundary value can approach the frequency of the request signal. Under these conditions, natural oscillations of the microwave generator are subject to significant amplitude and frequency modulation (see pp. 37-42, [10]). The spectrum of these oscillations "splits" into harmonics (see Fig. 27, [14]) of beat frequencies, which create additional interference to radio equipment. In this case, the output low-frequency beat signal at the output of the APC microwave generator is formed with anharmonic distortions (see pp. 37-42, Fig. 1.14, [10]; article [15]), which create problems during its processing. In addition, in the high level mode of the interrogating radar signal, the beat signal may exit the passband of the band pass filter, as well as the acquisition of the ATC frequency. In both cases, there is no beat signal at the AMS output and the radio sounding system cannot function normally. This implies another drawback - the limitation of the dynamic range of the AMS from above in terms of the level of the input signal of the request.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в одновременном решении ряда разнородных задач, а именно: расширение рабочего диапазона дальности в область малых расстояний (от десятков до порядка сотен метров) системы радиозондирования атмосферы; сужения рабочей полосы частот, занимаемой системой радиозондирования; расширения динамического диапазона по уровню сигнала запроса.Thus, the technical problem to be solved by the claimed invention consists in the simultaneous solution of a number of heterogeneous problems, namely: expanding the operating range of the range into the region of small distances (from tens to about hundreds of meters) of the atmospheric radio sounding system; narrowing the operating frequency band occupied by the radio sounding system; expanding the dynamic range by the level of the request signal.

Решение указанной проблемы состоит в использовании свойств радиосигналов, передаваемых от РЛС системы радиозондирования атмосферы к АРЗ, и режимов работы автодинных приемопередатчиков. Суть этого решения состоит в использовании в качестве несущей запросного радиоимпульса колебания с периодической внутриимпульсной частотной модуляцией и в переводе СВЧ-генератора из режима асинхронного автодинного преобразователя частоты в режим синхронного детектора (преобразователя) частотной модуляции.The solution to this problem is to use the properties of radio signals transmitted from the radar of the atmospheric radio sounding system to the ARP, and the modes of operation of autodyne transceivers. The essence of this solution is to use oscillations with periodic intra-pulse frequency modulation as a carrier of an interrogating radio pulse and to transfer the microwave generator from the mode of an asynchronous autodyne frequency converter to the mode of a synchronous detector (converter) of frequency modulation.

Для решения указанной проблемы предложен способ синхронного приема и обработки запросного сигнала в автодинном приемопередатчике системы радиозондирования атмосферы, заключающийся в том, что посредством антенны принимают электромагнитное излучения в виде СВЧ радиоимпульса с внутриимпульсной периодической частотной модуляцией, воздействуют им на СВЧ-генератор, вызывая захват и синхронизацию частоты колебаний СВЧ-генератора, а также автодинные изменения с частотой внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала амплитуды колебаний, средних значений тока и напряжения в цепи смещения активного элемента, выделяют автодинные изменения СВЧ-генератора в виде радиоимпульса на частоте внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала, после этого данный радиоимпульс на частоте внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала последовательно усиливают по амплитуде, фильтруют и преобразуют в видеоимпульс, далее сравнивают амплитуду видеоимпульса с пороговым уровнем и при превышении амплитудой видеоимпульса порогового уровня формируют импульс, продолжительность которого сравнивают с заданной продолжительностью запросного сигнала, затем при их равенстве формируют импульс ответной паузы, которым прерывают излучение СВЧ-генератора, при этом частоту СВЧ-генератора в промежутках времени между моментами приема запросных сигналов и формирования ответной паузы модулируют сигналом радиотелеметрии, причем среднюю частоту модулированных колебаний СВЧ-генератора предварительно совмещают со средней частотой излучения СВЧ радиоимпульсов с внутриимпульсной периодической частотной модуляцией запросного сигнала, а девиацию частоты запросного сигнала ограничивают условием ее нахождения внутри полосы синхронизации СВЧ-генератора.To solve this problem, a method is proposed for synchronous reception and processing of an interrogation signal in an autodyne transceiver of an atmosphere radio sounding system, which consists in receiving electromagnetic radiation in the form of a microwave radio pulse with intra-pulse periodic frequency modulation by means of an antenna, acting on the microwave generator, causing capture and synchronization the frequency of oscillations of the microwave generator, as well as autodyne changes with the frequency of intra-pulse frequency modulation of the request signal of the amplitude of oscillations, the average values of current and voltage in the bias circuit of the active element, highlight the autodyne changes of the microwave generator in the form of a radio pulse at the frequency of intra-pulse frequency modulation of the request signal, after that this radio pulse at the frequency of interpulse frequency modulation of the interrogating signal is sequentially amplified in amplitude, filtered and converted into a video pulse, then the amplitude of the video pulse is compared with the threshold level and when exceeding amplitude of the video pulse of the threshold level, a pulse is formed, the duration of which is compared with the specified duration of the request signal, then, if they are equal, a response pause pulse is formed, which interrupts the radiation of the microwave generator, while the frequency of the microwave generator in the time intervals between the moments of receiving the request signals and the formation of the response pauses are modulated by a radio telemetry signal, wherein the average frequency of the modulated oscillations of the microwave generator is pre-combined with the average frequency of the radiation of microwave radio pulses with intra-pulse periodic frequency modulation of the interrogation signal, and the frequency deviation of the interrogation signal is limited by the condition of its being within the synchronization band of the microwave generator.

Сравнение заявляемого способа синхронного приема и обработки запросного сигнала со способом, который лежит в основе принципа действия приемопередатчика аналога показывает наличие изменения режима приема сигналов запроса и работы СВЧ-генератора, которые обеспечивают достижение положительного эффекта. В результате поиска альтернативных решений в данной и смежных областях применения АПП и радиолокационных приемоответчиков среди различных источников установлено, что известные устройства отличаются составом действий и их последовательностей. Среди этих источников просмотрены авт. свидетельства СССР SU 671515 A1 (опубл. 30.03.1984, бюл. №12); SU 854163 A1 (опубл. 30.05.1992, бюл. №20); SU 1818605 A1 (опубл. 30.05.1993, бюл. №20); патенты РФ RU 2096805 C1 (опубл. 20.11.1997); RU 2191403 C1 (опубл. 20.10.2002, бюл. №29); RU 2193783 C2 (опубл. 27.11.2011, бюл. №33); RU 2242020 C2 (опубл. 10.07.2004, бюл. №19); RU 2321021 C1 (опубл. 27.03.2008, бюл. №9); RU 2338221 C1 (опубл. 10.11.2008, бюл. №31); RU 2343501 C1 (опубл. 10.01.2009, бюл. №1); патенты РФ на полезную модель RU 166135 U1 (опубл. 20.11.2016, бюл. №32), RU 87542 U1 (опубл. 10.10.2009, бюл. №28), RU 116650 U1 (опубл. 27.05.2012, бюл. №15); фиг. 1 и 2 патента США US 5486830 A (опубл. 23.01.1996) и литература (см. стр. 706, фиг. 13.8, [16]; стр. 658-659, рис. 23.2, 23.3, [17]; стр. 489, рис. 7, [18]; стр. 497-501, рис. 11.1, [19]; стр. 83-86, рис. 3.18, [20]; стр. 758-774, рис. 14.12, [21]; стр. 43-47, рис. 2.18, [22]). Таким образом, результаты поиска позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию «Новизна».Comparison of the proposed method of synchronous reception and processing of the request signal with the method that underlies the principle of operation of the analog transceiver shows the presence of a change in the mode of receiving request signals and the operation of the microwave generator, which ensure the achievement of a positive effect. As a result of the search for alternative solutions in this and related areas of application of AMS and radar transponders among various sources, it has been established that known devices differ in the composition of actions and their sequences. Among these sources, ed. certificates of the USSR SU 671515 A1 (publ. 30.03.1984, bull. No. 12); SU 854163 A1 (published May 30, 1992, Bull. No. 20); SU 1818605 A1 (published May 30, 1993, Bull. No. 20); RF patents RU 2096805 C1 (publ. 20.11.1997); RU 2191403 C1 (published on October 20, 2002, Bull. No. 29); RU 2193783 C2 (published on November 27, 2011, Bull. No. 33); RU 2242020 C2 (published on July 10, 2004, Bull. No. 19); RU 2321021 C1 (published on March 27, 2008, Bull. No. 9); RU 2338221 C1 (published on November 10, 2008, Bull. No. 31); RU 2343501 C1 (published on January 10, 2009, Bull. No. 1); utility model patents of the Russian Federation RU 166135 U1 (publ. 20.11.2016, bull. No. 32), RU 87542 U1 (publ. 10.10.2009, bull. No. 28), RU 116650 U1 (publ. 27.05.2012, bull. No. 15); fig. 1 and 2 of US Pat. 489, Fig. 7, [18]; pp. 497-501, Fig. 11.1, [19]; pp. 83-86, Fig. 3.18, [20]; pp. 758-774, Fig. 14.12, [21 ]; pp. 43-47, Fig. 2.18, [22]). Thus, the search results allow us to conclude that the proposed solution meets the "Novelty" criterion.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что перевод СВЧ-генератора из режима асинхронного приема запросного сигнала в синхронный режим приема частотно-модулированных радиосигналов расширяет динамический диапазон по уровню сигнала запроса, рабочий диапазон дальности в область малых расстояний (от десятков до порядка сотен метров) и сужает занимаемую системой радиозондирования полосу частот. Предложенный режим работы СВЧ-генератора описан в общедоступной литературе. Однако его применение в предлагаемом способе обеспечивает такие возможности, которые явным образом не следуют из уровня техники, что соответствует критерию «Изобретательский уровень».The technical essence of the invention lies in the fact that the transfer of the microwave generator from the mode of asynchronous reception of a request signal to the synchronous mode of receiving frequency-modulated radio signals expands the dynamic range in terms of the level of the request signal, the operating range of the range to the region of small distances (from tens to about hundreds of meters) and narrows the frequency band occupied by the radiosonde system. The proposed mode of operation of the microwave generator is described in the public literature. However, its use in the proposed method provides opportunities that do not explicitly follow from the prior art, which corresponds to the criterion of "Inventive step".

Изобретение направлено на улучшение характеристик работы систем радиозондирования, предназначенных для получения метеорологических данных о состоянии атмосферы, что необходимо для различных отраслей деятельности человека. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».The invention is aimed at improving the performance of radio sounding systems designed to obtain meteorological data on the state of the atmosphere, which is necessary for various branches of human activity. Thus, the claimed invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 1, на котором представлена структурная схема автодинного синхронного приемопередатчика (АСПП). На фиг. 2 представлены характеристики и временные диаграммы, поясняющие принцип преобразования радиосигнала с частотной модуляцией в информационный сигнал посредством синхронизированного СВЧ-генератора.The essence of the invention is illustrated by the drawing in Fig. 1, which shows a block diagram of an autodyne synchronous transceiver (ASTS). In FIG. 2 shows characteristics and timing diagrams that explain the principle of converting a frequency modulated radio signal into an information signal by means of a synchronized microwave generator.

АСПП системы радиозондирования атмосферы, реализующий предлагаемый способ синхронного приема и обработки запросного сигнала, содержит (см. фиг. 1) последовательно соединенные антенну 1, СВЧ-генератор 2 с возможностью электрического управления частотой и его отключением, устройство 3 регистрации автодинного сигнала, усилитель 4, полосовой фильтр 5, линейный амплитудный детектор 6, компаратор 7, временной селектор 8 и формирователь 9 импульсов ответной паузы, выход которого подключен к входу управления отключением СВЧ-генератора 2 (см. патент РФ RU2624993C1, опубл. 11.07.2017, бюл. №20, [9]).ASS of the atmospheric radio sounding system, which implements the proposed method for synchronous reception and processing of a request signal, contains (see Fig. 1) series-connected antenna 1, a microwave generator 2 with the possibility of electrically controlling the frequency and turning it off, an autodyne signal recording device 3, an amplifier 4, band-pass filter 5, linear amplitude detector 6, comparator 7, time selector 8 and shaper 9 of response pause pulses, the output of which is connected to the control input of turning off the microwave generator 2 (see RF patent RU2624993C1, publ. 11.07.2017, bull. No. 20 , [9]).

Антенна 1 может иметь различное исполнение, зависящее от требований к диаграмме направленности и рабочего диапазона частот, например, в виде несимметричного четвертьволнового вибратора согласно фиг. 4 и 8 патента РФ RU 2214614 C2 (опубл. 20.10.2003, бюл. №29), щелевого или полоскового вибратора, рупорной, диэлектрической стержневой, спиральной антенны или типа «волновой канал» (см. соответственно стр. 115, 149, 218, 239, 260, [23]).Antenna 1 can be of various designs, depending on the requirements for the radiation pattern and the operating frequency range, for example, in the form of an asymmetric quarter-wave vibrator according to FIG. 4 and 8 of the RF patent RU 2214614 C2 (publ. 20.10.2003, bull. No. 29), slot or strip vibrator, horn, dielectric rod, helical antenna or type "wave channel" (see respectively p. 115, 149, 218 , 239, 260, [23]).

СВЧ-генератор 2, может быть выполнен, например, в виде СВЧ генераторного модуля на основе транзистора (см. фиг. 7 и 8 патента RU 2345379 С1, опубл. 27.01.2009, бюл. №3), на диоде Ганна или лавинно-пролетном диоде (см. стр. 194, 195, рис. 4.24 и 4.25, [24]). Для обеспечения модуляции частоты генерации сигналом телеметрии в резонатор СВЧ-генератора может быть помещен варикап (см. стр. 80-84, [25]) или использован метод модуляции изменением питающего напряжения (см. рис. 18, статьи [26]).The microwave generator 2 can be made, for example, in the form of a microwave generator module based on a transistor (see Figs. 7 and 8 of patent RU 2345379 C1, publ. 27.01.2009, bull. No. 3), on a Gunn diode or transit diode (see pp. 194, 195, fig. 4.24 and 4.25, [24]). To ensure modulation of the generation frequency by a telemetry signal, a varicap can be placed in the resonator of the microwave generator (see pp. 80-84, [25]) or the method of modulation by changing the supply voltage can be used (see Fig. 18, article [26]).

Устройство 3 регистрации автодинного сигнала также имеет альтернативные технические решения. Например, при регистрации сигнала в цепи питания СВЧ-генератора 2 устройство 3 может быть выполнено в соответствие с одной из схем, представленных на рис. 14 статьи [26], или по схеме с трансформаторно-емкостной связью контуров (см. рис. 74, монографии [27]). В случае регистрации сигнала по изменению амплитуды колебаний устройство 3 регистрации преобразованного сигнала обычно выполняется на основе детекторного диода. Этот диод помещается непосредственно в резонатор СВЧ-генератора 2 или в связанную с резонатором передающую линию, как показано на фиг. 2 патента РФ RU 2295911 C1 (опубл. 27.03.2007, бюл. №9) и на рис. 6а и 9а статьи [26].The autodyne signal recording device 3 also has alternative technical solutions. For example, when registering a signal in the power circuit of a microwave generator 2, device 3 can be made in accordance with one of the circuits shown in Fig. 14 of the article [26], or according to the scheme with transformer-capacitive coupling of circuits (see Fig. 74, monograph [27]). In the case of registering a signal by changing the amplitude of oscillations, the device 3 for registering the converted signal is usually based on a detector diode. This diode is placed directly in the cavity of the microwave generator 2 or in a transmission line connected to the cavity, as shown in FIG. 2 patents of the Russian Federation RU 2295911 C1 (published on March 27, 2007, bull. No. 9) and in fig. 6a and 9a of [26].

Усилитель 4 автодинного сигнала может быть выполнен в виде обычного полосового усилителя с линейной или логарифмической амплитудной характеристикой в рабочем диапазоне уровней сигнала (см., например, стр. 60, рис. 4.3, [28]).The autodyne signal amplifier 4 can be made in the form of a conventional bandpass amplifier with a linear or logarithmic amplitude characteristic in the operating range of signal levels (see, for example, p. 60, Fig. 4.3, [28]).

В качестве полосового фильтра 5 может использоваться фильтр на поверхностных акустических волнах (ПАВ), с центральной частотой, равной частоте преобразованного автодинного сигнала, а полоса ППАВ пропускания его определяется условием прохождения радиоимпульса запроса без существенных искажений: ППАВ≈6/tн, где tн - длительность импульса (см. рис. 4.22, стр. 72, стр. 241-243, [28]). В качестве линейного амплитудного детектора 6 может использоваться диодный амплитудный детектор, выполненный по последовательной или параллельной схеме (см. рис. 7.1, стр. 123, рис. 7.8, стр. 131, [28]). Компаратор 7 может быть выполнен на микросхеме К521САЗ согласно электрической схеме, приведенной на рис. 6.7,б, стр. 170, [29]. Временной селектор 8 импульсов может быть выполнен по одной из электрических схем селекторов импульсов по длительности, представленных на рис. 6.8 и описанных на стр. 117-119 книги [30], а также на стр. 509-511, 516-517, [31]. Формирователь 9 импульса ответной паузы может быть выполнен на микросхеме таймера КР1006 ВИ1 (см. рис. 7.6, стр. 191, [29]).As a bandpass filter 5, a filter on surface acoustic waves (SAW) can be used, with a central frequency equal to the frequency of the converted autodyne signal, and its bandwidth P SAW is determined by the condition for the passage of the request radio pulse without significant distortion: P SAW ≈6/t n , where t n - pulse duration (see Fig. 4.22, p. 72, pp. 241-243, [28]). As a linear amplitude detector 6, a diode amplitude detector can be used, made according to a serial or parallel circuit (see Fig. 7.1, p. 123, Fig. 7.8, p. 131, [28]). Comparator 7 can be made on a K521SAZ chip according to the electrical circuit shown in fig. 6.7b, p. 170, [29]. The time selector 8 of the pulses can be made according to one of the electrical circuits of the pulse duration selectors shown in Fig. 6.8 and described on pages 117-119 of the book [30], as well as on pages 509-511, 516-517, [31]. The shaper 9 of the response pause pulse can be made on the timer chip KR1006 VI1 (see Fig. 7.6, p. 191, [29]).

АСПП, реализующий заявленный способ, работает следующим образом.APCS that implements the claimed method works as follows.

При подаче на устройство напряжения питания в СВЧ-генераторе 2 (см. фиг. 1) возникают колебания СВЧ на частоте ω0, которые излучаются антенной 1 в виде электромагнитных волн в окружающее пространство. При этом сигнал телеметрии UСТ, подаваемый на встроенный в резонатор СВЧ-генератора 2 варикап или в цепь его питания (см. рис. 18, статьи [26]) вызывает узкополосную частотную модуляцию этого излучения.When applying to the device supply voltage in the microwave generator 2 (see Fig. 1) there are microwave oscillations at a frequency ω 0 that are emitted by the antenna 1 in the form of electromagnetic waves into the surrounding space. In this case, the telemetry signal U ST supplied to the varicap built into the cavity of the microwave generator 2 or to its power supply circuit (see Fig. 18, article [26]) causes narrow-band frequency modulation of this radiation.

В соответствии с заложенным в работу радиолокационной станции (РЛС) принципом действия (см. стр. 74-87, [5]) радиоприемное устройство РЛС посредством направленной антенны осуществляет прием телеметрического сигнала с борта АРЗ, его детектирование и дешифрацию, а также регистрацию данных. При этом системами привода и управления антенной выполняется измерение угловых координат положения АРЗ относительно РЛС, которые совместно с данными о расстоянии до АРЗ обеспечивают определение скорости и направления ветра. Отметим, что в процессе приема сигналов АРЗ системой автоматической подстройки частоты (АПЧ) РЛС производится коррекция частоты задающего генератора передатчика на частоту, близкую средней частоте ω0 излучения СВЧ-генератора 2 АСПП.In accordance with the operation principle of the radar station (RLS) (see pp. 74-87, [5]), the radio receiver of the radar, using a directional antenna, receives a telemetry signal from the ARZ, detects and decrypts it, and records data. At the same time, the antenna drive and control systems measure the angular coordinates of the ARZ position relative to the radar, which, together with data on the distance to the ARZ, determine the wind speed and direction. Note that in the process of receiving ARP signals, the automatic frequency control system (AFC) of the radar corrects the frequency of the transmitter master oscillator to a frequency close to the average frequency ω 0 of the radiation of the microwave generator 2 of the ASPP.

Радиопередающее устройство РЛС вырабатывает периодические СВЧ радиоимпульсы запроса на частоте ωзапр с периодом повторения Тп и длительностью tзап. Например,

Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
Заполняющие эти радиоимпульсы СВЧ колебания подвергнуты узкополосной частотной модуляции (ЧМ) квазигармоническими колебаниями с частотой порядка 10…20 МГц и постоянной величиной девиации частоты. Сформированные таким образом в передатчике РЛС радиоимпульсы далее с помощью направленной антенны РЛС излучаются в виде электромагнитных (ЭМ) волн в направлении АРЗ.The radar transmitter generates periodic microwave radio pulses of the request at a frequency ω ref with a repetition period T p and a duration t app. For example,
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
The microwave oscillations filling these radio pulses are subjected to narrow-band frequency modulation (FM) by quasi-harmonic oscillations with a frequency of the order of 10 ... 20 MHz and a constant frequency deviation. The radio pulses formed in this way in the radar transmitter are further radiated by means of a directional radar antenna in the form of electromagnetic (EM) waves in the direction of the ARP.

Принятое на борту АРЗ антенной 1 ЭМ излучение на частоте ωзапр преобразуется в электрические колебания, которые в виде запросных радиоимпульсов с внутриимпульсной частотной модуляцией поступают в резонатор СВЧ-генератора 2. Здесь они смешиваются с собственными колебаниями СВЧ-генератора 2, имеющими частоту ω0, которая может несколько отличаться от частоты ωзапр вследствие температурных уходов при подъеме АРЗ и естественных нестабильностей. Образовавшаяся в резонаторе смесь колебаний, взаимодействуя на нелинейности активного элемента СВЧ-генератора 2, вызывает ряд нелинейных явлений в его автоколебательной системе.The EM radiation received on board the ARZ by antenna 1 at a frequency ω zarr is converted into electrical oscillations, which, in the form of request radio pulses with intrapulse frequency modulation, enter the resonator of the microwave generator 2. Here they are mixed with the natural oscillations of the microwave generator 2, having a frequency ω 0 , which may slightly differ from the frequency ω lock due to temperature shifts during the rise of the ARP and natural instabilities. The mixture of oscillations formed in the resonator, interacting on the nonlinearity of the active element of the microwave generator 2, causes a number of nonlinear phenomena in its self-oscillatory system.

Одно из фундаментальных явлений, характерных этим системам, состоит в том, что если частота воздействующего на СВЧ-генератор 2 сигнала находится внутри полосы его синхронизации, то происходит захват его частоты и ее удержание с точностью до фазового сдвига. При этом изменения частоты и фазы воздействующего радиосигнала вызывают соответствующие изменения частоты и амплитуды колебаний СВЧ-генератора 2, а также среднего значения величины смещения (тока или напряжения) активного элемента. Данное явление широко описано литературе [10, 12, 14], а также отмечены области его применения, например, оно используется для детектирования частотно-модулированных (ЧМ) колебаний (см. стр. 175-178, [32]).One of the fundamental phenomena characteristic of these systems is that if the frequency of the signal acting on the microwave generator 2 is within its synchronization band, then its frequency is captured and held accurate to a phase shift. In this case, changes in the frequency and phase of the acting radio signal cause corresponding changes in the frequency and amplitude of the oscillations of the microwave generator 2, as well as the average value of the bias (current or voltage) of the active element. This phenomenon is widely described in the literature [10, 12, 14], and its applications are also noted, for example, it is used to detect frequency-modulated (FM) oscillations (see pp. 175-178, [32]).

На фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие принцип демодуляции ЧМ посредством синхронизированного СВЧ-генератора 2. На диаграммах под литерой «А» приведены нормированные относительно максимальных значений амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) aн(χ), полученные для различных значений коэффициента γ неизохронности СВЧ-генератора 2: γ=0 (кривая 1); γ=0,5 (кривая 2); γ=1 (кривая 3); γ=5 (кривая 4) [13]. Эти характеристики показывают зависимость нормированной величины изменений амплитуды колебаний СВЧ-генератора 2 aн(χ) (соответственно и отклик в цепи питания), от величины относительной отстройки частоты χ запросного сигнала от центральной частоты ω0 СВЧ-генератора 2 в пределах границ полосы синхронизации,In FIG. 2 shows diagrams explaining the principle of FM demodulation by means of a synchronized microwave generator 2. The diagrams under the letter "A" show the amplitude-frequency characteristics (AFC) a n (χ) normalized relative to the maximum values, obtained for various values of the coefficient γ of the non-isochronism of the microwave generator 2: γ = 0 (curve 1); γ=0.5 (curve 2); γ=1 (curve 3); γ = 5 (curve 4) [13]. These characteristics show the dependence of the normalized value of changes in the amplitude of oscillations of the microwave generator 2 a n (χ) (respectively, the response in the power circuit), on the value of the relative frequency detuning χ of the request signal from the center frequency ω 0 of the microwave generator 2 within the boundaries of the synchronization band,

гдеWhere

Figure 00000030
- относительная отстройка частоты ωс запросного сигнала от центральной частоты ω0 СВЧ-генератора 2;
Figure 00000030
- relative frequency detuning ω from the request signal from the central frequency ω 0 of the microwave generator 2;

Figure 00000031
- полуширина полосы синхронизации;
Figure 00000031
- synchronization band half-width;

Figure 00000032
- абсолютная величина отстройки частоты запросного сигнала от середины полосы синхронизации;
Figure 00000032
- the absolute value of the frequency detuning of the interrogating signal from the middle of the synchronization band;

ω0 - серединная частота полосы синхронизации СВЧ-генератора 2;ω 0 - the center frequency of the synchronization band of the microwave generator 2;

Figure 00000033
- коэффициент относительного уровня сигнала запроса;
Figure 00000033
- coefficient of the relative level of the request signal;

Рс, Р0 - мощность принятого запросного сигнала и выходная мощность СВЧ-генератора 2 соответственно;R with , R 0 - the power of the received request signal and the output power of the microwave generator 2, respectively;

γ - коэффициент неизохронности СВЧ-генератора 2;γ - coefficient of non-isochronism of the microwave generator 2;

Qвн - внешняя добротность колебательной системы СВЧ-генератора 2.Q ext - external quality factor of the oscillatory system of the microwave generator 2.

На диаграмме под литерой «Б» приведена временная диаграмма χ(t) мгновенных изменений частоты сигнала запроса, воздействующего на СВЧ-генератор 2 в центре полосы синхронизации. Величина девиации частоты этого сигнала принята равной половине полуширины полосы синхронизации.The diagram under the letter "B" shows the timing diagram χ(t) of instantaneous changes in the frequency of the request signal acting on the microwave generator 2 in the center of the synchronization band. The value of the frequency deviation of this signal is taken equal to half the half-width of the synchronization bandwidth.

На диаграмме под литерой «В» приведена временная диаграмма ан(t) выходного сигнала для случая СВЧ-генератора 2, имеющего коэффициент неизохронности γ=5 (см. кривую 4 на диаграмме под литерой «А»). Высокие значения коэффициента γ неизохронности являются характерными для реальных СВЧ-генераторов, выполненных на полупроводниковых приборах (см. рис. 2.10, стр. 48, рис. 2.22, стр. 64, [32]). Кроме того, наличие варикапа в колебательной системе, как правило, дополнительно увеличивает значение коэффициента γ неизохронности СВЧ-генератора 2.The diagram under the letter "B" shows the timing diagram and n (t) of the output signal for the case of a microwave generator 2, having a coefficient of non-isochronism γ=5 (see curve 4 in the diagram under the letter "A"). High values of the nonisochronism coefficient γ are typical for real microwave generators made on semiconductor devices (see Fig. 2.10, p. 48, Fig. 2.22, p. 64, [32]). In addition, the presence of a varicap in the oscillatory system, as a rule, additionally increases the value of the coefficient γ of the nonisochronism of the microwave generator 2.

Из представленных графиков видно, что с увеличением коэффициента γ неизохронности АЧХ синхронизированного СВЧ-генератора 2 вырождается практически в прямую линию (см. кривую 4 на диаграмме под литерой «А»). Такой вид АЧХ обеспечивает высокую линейность преобразования ЧМ в изменения амплитуды колебаний. При этом детектирование изменений амплитуды колебаний с помощью внешнего детектора или автодетектирования их в цепи питания посредством устройства 3 регистрации обеспечивает практически линейную демодуляцию ЧМ.From the graphs presented, it can be seen that with an increase in the nonisochronism coefficient γ, the frequency response of the synchronized microwave generator 2 degenerates almost into a straight line (see curve 4 in the diagram under the letter "A"). This type of frequency response ensures high linearity of the FM conversion into changes in the oscillation amplitude. In this case, the detection of changes in the amplitude of oscillations using an external detector or their auto-detection in the power circuit by means of the recording device 3 provides an almost linear FM demodulation.

Необходимо отметить, что по обеим осям АЧХ (см. фиг. 2) денормированные переменные Δ4 (по вертикали) и Δωc (по горизонтали) одинаково (прямо пропорционально) зависят от величины относительного уровня сигнала запроса Гc:It should be noted that on both axes of the frequency response (see Fig. 2) the denormalized variables Δ4 (vertically) and Δω c (horizontally) equally (directly proportional) depend on the relative level of the request signal Г c :

Figure 00000034
Figure 00000034

гдеWhere

Δ4 - абсолютные изменения амплитуды колебаний СВЧ-генератора 2;Δ4 - absolute changes in the amplitude of oscillations of the microwave generator 2;

Figure 00000035
- нормированная величина изменений амплитуды колебаний СВЧ-генератора 2;
Figure 00000035
- normalized value of changes in the amplitude of oscillations of the microwave generator 2;

A0 - амплитуда стационарных колебаний автономного СВЧ-генератора 2;A 0 - amplitude of stationary oscillations of autonomous microwave generator 2;

Figure 00000036
- коэффициент относительного уровня сигнала запроса;
Figure 00000036
- coefficient of the relative level of the request signal;

Pc, P0 - мощность принятого запросного сигнала и выходная мощность СВЧ-генератора 2 соответственно;P c , P 0 - the power of the received request signal and the output power of the microwave generator 2, respectively;

Ka - коэффициент автодинного усиления СВЧ-генератора 2;K a - coefficient of autodyne gain of the microwave generator 2;

Figure 00000037
- абсолютная величина отстройки частоты запросного сигнала от середины полосы синхронизации СВЧ-генератора 2;
Figure 00000037
- the absolute value of frequency detuning of the interrogating signal from the middle of the synchronization band of the microwave generator 2;

Figure 00000038
- относительная отстройка частоты ωc запросного сигнала от центральной частоты ω0 СВЧ-генератора 2;
Figure 00000038
- relative frequency detuning ω c of the interrogation signal from the central frequency ω 0 of the microwave generator 2;

Figure 00000039
- полуширина полосы синхронизации;
Figure 00000039
- synchronization band half-width;

ω0 - серединная частота полосы синхронизации СВЧ-генератора 2;ω 0 - the center frequency of the synchronization band of the microwave generator 2;

γ - коэффициент неизохронности СВЧ-генератора 2;γ - coefficient of non-isochronism of the microwave generator 2;

Qвн - внешняя добротность колебательной системы СВЧ-генератора 2.Q ext - external quality factor of the oscillatory system of the microwave generator 2.

Беря отношение выражений (3) и (4) с учетом того, что максимальные значения

Figure 00000040
получим формулу для расчета крутизны характеристики преобразования СВЧ-генератором 2 ЧМ запросного радиоимпульса в напряжение преобразованного сигнала:Taking the ratio of expressions (3) and (4) taking into account that the maximum values
Figure 00000040
we obtain a formula for calculating the steepness of the characteristics of the conversion of the microwave generator 2 FM interrogative radio pulse into the voltage of the converted signal:

Figure 00000041
Figure 00000041

Figure 00000042
- максимальные изменения амплитуды колебаний СВЧ-генератора 2;
Figure 00000042
- maximum changes in the amplitude of oscillations of the microwave generator 2;

Figure 00000043
- абсолютная отстройка частоты запросного сигнала от середины полосы синхронизации СВЧ-генератора 2;
Figure 00000043
- absolute frequency detuning of the interrogating signal from the middle of the synchronization band of the microwave generator 2;

A0 - амплитуда стационарных колебаний автономного СВЧ-генератора 2;A 0 - amplitude of stationary oscillations of autonomous microwave generator 2;

Ka - коэффициент автодинного усиления СВЧ-генератора 2;K a - coefficient of autodyne gain of the microwave generator 2;

ω0 - серединная частота полосы синхронизации СВЧ-генератора 2;ω 0 - the center frequency of the synchronization band of the microwave generator 2;

γ - коэффициент неизохронности СВЧ-генератора 2;γ - coefficient of non-isochronism of the microwave generator 2;

Qвн - внешняя добротность колебательной системы СВЧ-генератора 2;Q ext - external quality factor of the oscillatory system of the microwave generator 2;

Figure 00000044
- максимальные изменения частоты запросного сигнала.
Figure 00000044
- maximum changes in the frequency of the interrogation signal.

Из полученной формулы (5) видно, что крутизна SЧМ характеристики преобразования ЧМ в автодинный отклик СВЧ-генератора 2 не зависит от уровня сигнала запроса. Расчет при A0=5 В, Ka=2, Qвн=100 и γ=5 при частоте несущей

Figure 00000045
дает значение крутизны SЧМ = 18 мВ/МГц. При величине девиации частоты, например,
Figure 00000046
(0,5 МГц) амплитуда преобразованного сигнала на выходе СВЧ-генератора 2 и, соответственно, на выходе устройства 3 регистрации сигнала по изменению амплитуды колебаний (с помощью, так называемого, внешнего детектора) составляет 9 мВ. При выделении сигнала с помощью устройства регистрации в цепи питания амплитуда сигнала определяется его параметрами преобразования изменений тока или напряжения смещения активного элемента в напряжение выходного сигнала [26].From the obtained formula (5) it can be seen that the steepness S of the FM conversion characteristics of the FM in the autodyne response of the microwave generator 2 does not depend on the level of the request signal. Calculation at A 0 =5 V, K a =2, Q ext =100 and γ=5 at carrier frequency
Figure 00000045
gives the slope value S FM = 18 mV/MHz. With a frequency deviation value, for example,
Figure 00000046
(0.5 MHz), the amplitude of the converted signal at the output of the microwave generator 2 and, accordingly, at the output of the device 3 for recording the signal by changing the amplitude of the oscillations (using the so-called external detector) is 9 mV. When a signal is isolated using a recording device in the power circuit, the signal amplitude is determined by its parameters for converting changes in the current or bias voltage of the active element into the output signal voltage [26].

Таким образом, сигнал запроса в виде СВЧ радиоимпульса СВЧ-генератором 2 преобразуется в радиоимпульс, заполненный колебаниями частоты частотной модуляции излучения, при этом его амплитуда при постоянной величине девиации частоты прямо пропорциональна амплитуде сигнала запросного СВЧ радиоимпульса. Необходимо отметить, что величина девиации частоты выбирается при минимальном уровне запросного сигнала, который соответствует максимальной дальности от РЛС до АРЗ. Это обеспечивает стабильность работы АСПП во всем диапазоне дальностей от десятков метров до дальности, ограниченной энергетическим потенциалом системы и рельефом местности.Thus, the request signal in the form of a microwave radio pulse by the microwave generator 2 is converted into a radio pulse filled with frequency modulation frequency fluctuations of the radiation, while its amplitude at a constant frequency deviation is directly proportional to the amplitude of the signal of the request microwave radio pulse. It should be noted that the frequency deviation value is selected at the minimum level of the interrogation signal, which corresponds to the maximum range from the radar to the ARP. This ensures the stability of the automatic transmission system in the entire range of ranges from tens of meters to a range limited by the energy potential of the system and the terrain.

После усиления в усилителе 4 этот радиоимпульс селектируют по частоте полосовым фильтром 5, затем детектируют линейным амплитудным детектором 6, получая видеоимпульсы, и, в случае превышения порогового уровня компаратора 7, полученные импульсы с выхода компаратора 7 поступают на вход временного селектора 8 запросных импульсов. Временной селектор 8 импульсов при соответствии длительности и периода повторения принятых импульсов временным параметрам запросных сигналов РЛС, вырабатывает импульс, поступающий на вход формирователя 9 импульса ответной паузы.After amplification in amplifier 4, this radio pulse is frequency-selected by a bandpass filter 5, then it is detected by a linear amplitude detector 6, receiving video pulses, and, if the threshold level of the comparator 7 is exceeded, the received pulses from the output of the comparator 7 are fed to the input of the time selector 8 request pulses. The time selector 8 pulses in accordance with the duration and repetition period of the received pulses to the time parameters of the request signals of the radar, generates a pulse input to the shaper 9 pulse response pause.

Формирователь 9 импульса ответной паузы производит кратковременное (порядка 1…2 мкс) прерывание работы СВЧ-генератора 2 и, соответственно, передачи электромагнитных колебаний от СВЧ-генератора 2 в антенну 1. Данное прерывание достигается в простейшем случае путем электронного отключения питания СВЧ генератора 2.The response pause pulse shaper 9 produces a short-term (of the order of 1 ... 2 μs) interruption of the operation of the microwave generator 2 and, accordingly, the transmission of electromagnetic waves from the microwave generator 2 to the antenna 1. This interruption is achieved in the simplest case by electronically turning off the power of the microwave generator 2.

В соответствии с заложенным принципом действия РЛС (см. стр. 74-87, [5]) по временному положению принятой радиоприемным устройством РЛС паузы относительно момента посылки запросного радиоимпульса измеряется наклонная дальность до АРЗ, необходимая наряду с угловыми координатами для определения текущих координат нахождения радиозонда. При этом вносимая предлагаемым устройством временная задержка, связанная с приемом, обработкой и формированием ответной паузы, легко учитывается при калибровке РЛС.In accordance with the principle of operation of the radar (see pp. 74-87, [5]), according to the time position of the pause received by the radio receiver of the radar relative to the moment of sending the interrogating radio pulse, the slant range to the ARP is measured, which is necessary along with the angular coordinates to determine the current coordinates of the location of the radiosonde . At the same time, the time delay introduced by the proposed device associated with the reception, processing and formation of a response pause is easily taken into account when calibrating the radar.

СВЧ-генератор 2 в устройстве, выполненном согласно предложенному способу синхронного приема и обработки запросных сигналов работает практически при непрерывном излучении в режиме стационарных колебаний автодинного синхронного преобразователя узкополосных частотно-модулированных запросных радиоимпульсов. Одновременно СВЧ-генератор 2 в промежутках времени между моментами приема запросных сигналов является узкополосным частотно-модулированным передатчиком информации телеметрического канала АРЗ. Узкополосная частотная модуляция и формирование ответных пауз путем кратковременных прерываний СВЧ-генератора 2 не оказывает существенного влияния на его режим работы и спектр излучения. Исключение разноса частот запросной РЛС и АСПП значительно уменьшило полосу занимаемых системой радиозондирования атмосферы частот, чем достигнуто уменьшение вероятности создания помех работе других радиотехнических систем, включая системы ГЛОНАСС/GPS.The microwave generator 2 in the device, made according to the proposed method of synchronous reception and processing of request signals, operates with practically continuous radiation in the mode of stationary oscillations of an autodyne synchronous converter of narrow-band frequency-modulated request radio pulses. At the same time, the microwave generator 2 in the time intervals between the moments of receiving the request signals is a narrow-band frequency-modulated transmitter of information of the ARP telemetry channel. Narrow-band frequency modulation and the formation of response pauses by short interruptions of the microwave generator 2 does not significantly affect its mode of operation and the emission spectrum. The exclusion of the frequency separation between the interrogation radar and the automatic transmission system significantly reduced the bandwidth occupied by the atmospheric radio sounding system, which reduced the likelihood of interference with the operation of other radio engineering systems, including the GLONASS/GPS systems.

Таким образом, предлагаемый способ синхронного приема и обработки запросных сигналов системы радиозондирования атмосферы при сохранении функциональных возможностей известных аналогов обеспечивает достижение технического результата изобретения - повышение устойчивости режима и надежности работы СВЧ-генератора в широком диапазоне расстояний, от места пуска АРЗ до его предела по дальности, ограниченного энергетическим потенциалом АСПП и рельефом местности, а также расширение динамического диапазона по уровню сигнала запроса и решение задачи электромагнитной совместимости с другими системами.Thus, the proposed method for synchronous reception and processing of interrogation signals of the atmospheric radio sounding system, while maintaining the functionality of known analogs, ensures the achievement of the technical result of the invention - increasing the stability of the mode and the reliability of the microwave generator in a wide range of distances, from the launch site of the ARP to its range limit, limited by the energy potential of the automatic transmission system and the terrain, as well as expanding the dynamic range in terms of the level of the request signal and solving the problem of electromagnetic compatibility with other systems.

При этом необходимо добавить, что при использовании предлагаемого способа синхронного приема и обработки запросных сигналов в существующих системах радиозондирования потребует лишь несущественных конструктивных изменений в РЛС, связанных с введением частотного детектора в канал приема телеметрического сигнала, и частотного модулятора запросного передатчика. Экспериментальные результаты, полученные для макета АСПП на основе транзисторного генератора на частоту 1780 МГц, подтвердили возможность реализации предлагаемого способа [13].At the same time, it should be added that when using the proposed method for synchronous reception and processing of interrogation signals in existing radio sounding systems, it will require only minor design changes in the radar, associated with the introduction of a frequency detector into the telemetry signal reception channel, and a frequency modulator of the interrogation transmitter. The experimental results obtained for the APCS layout based on a transistor generator at a frequency of 1780 MHz confirmed the possibility of implementing the proposed method [13].

Литература Literature

1. Смирнов Г.Д., Горбачев В.П. Радиолокационные системы с активным ответом. - М.: Воениздат, 1962. 116 с.1. Smirnov G.D., Gorbachev V.P. Radar systems with active response. - M.: Military Publishing House, 1962. 116 p.

2. Хахалин B.C. Современные радиозонды. - М.: Госэнергоиздат, 1959. 65 с.2. Khakhalin B.C. Modern radiosondes. - M.: Gosenergoizdat, 1959. 65 p.

3. Авт. свидетельство СССР SU115078, опубл. 01.01.1958. Передатчик-ответчик для радиозонда / B.C. Хахалин, Б.В. Васильев, С.Ф. Калачинский.3. Auth. USSR certificate SU115078, publ. 01/01/1958. Radiosonde transponder / B.C. Khakhalin, B.V. Vasiliev, S.F. Kalachinsky.

4. Иванов В.Э., Гусев А.В., Игнатков К.А. и др. Современное состояние и перспективы развития систем радиозондирования атмосферы в России // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. №9. С. 3-49.4. Ivanov V.E., Gusev A.V., Ignatkov K.A. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya sistemy radiosoundirovaniya atmosfery v Rossii [The current state and prospects for the development of atmospheric radio sounding systems in Russia]. 2015. No. 9. pp. 3-49.

5. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк СП. Радиозондирование атмосферы. Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств, под ред. В.Э. Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с.5. Ivanov V.E., Fridzon M.B., Essyak S.P. Radio sounding of the atmosphere. Technical and Metrological Aspects of the Development and Application of Radiosonde Measuring Instruments, ed. V.E. Ivanova. Ekaterinburg. Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 2004. 596 p.

6. Белкин М.К., Кравченко Г.И., Скоробутов Ю.Г., Стрюков Б.А. Сверхрегенераторы. - М.: Радио и связь, 1983, 248 с.6. Belkin M.K., Kravchenko G.I., Skorobutov Yu.G., Stryukov B.A. Super regenerators. - M.: Radio and communication, 1983, 248 p.

7. Кудинов С.И., Иванов В.Э. Исследование влияния флуктуационных и ударных колебаний на чувствительность сверхрегенеративных приемопередающих устройств // Ural Radio Engineering Journal. 2019. Т. 3. №2. С. 170-194.7. Kudinov S.I., Ivanov V.E. Study of the influence of fluctuation and shock oscillations on the sensitivity of super-regenerative transceiver devices // Ural Radio Engineering Journal. 2019. Vol. 3. No. 2. pp. 170-194.

8. Кудинов СИ. Транзисторные сверхрегенеративные приемопередающие устройства с повышенным потенциалом в системах радиолокации и связи / Диссертация к.т.н. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. - 158 с.8. Kudinov SI. Transistor super-regenerative transceivers with increased potential in radar and communication systems / Dissertation Ph.D. - Yekaterinburg: USTU-UPI, 2007. - 158 p.

9. Патент РФ RU 2624993 С1, опубл. 11.07.2017, Бюл. №20. Заявка №2016121285 от 30.05.2016. МКИ (2006.01) G01S 13/74. Автодинный приемопередатчик системы радиозондирования атмосферы / В.Я. Носков, В.Э. Иванов, К.А. Игнатков, С.И. Кудинов, А.В. Гусев.9. RF patent RU 2624993 C1, publ. 07/11/2017, Bull. No. 20. Application No. 2016121285 dated 05/30/2016. MKI (2006.01) G01S 13/74. Autodyne transceiver of the atmosphere radio sounding system / V.Ya. Noskov, V.E. Ivanov, K.A. Ignatkov, S.I. Kudinov, A.V. Gusev.

10. Демьянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний. - М.: Энергия, 1976. - 240 с.10. Demyanchenko A.G. Synchronization of generators of harmonic oscillations. - M.: Energy, 1976. - 240 p.

11. Носков В.Я., Игнатков К.А., Шайдуров К.Д. Определение динамических параметров автодинов методом биений // Ural Radio Engineering Journal. 2019. T.3. №3. C. 261-285.11. Noskov V.Ya., Ignatkov K.A., Shaidurov K.D. Determination of the dynamic parameters of autodynes by the beat method // Ural Radio Engineering Journal. 2019.V.3. No. 3. pp. 261-285.

12. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауса, Д. Моргана. - М.: Мир, 1979. - 443 с.12. Semiconductor Devices in Microwave Circuits, Ed. M. House, D. Morgan. - M.: Mir, 1979. - 443 p.

13. Носков В.Я., Иванов В.Э., Гусев А.В. и др. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы // Ural Radio Engineering Journal. 2022. Т. 6. №1. С. 11-53.13. Noskov V.Ya., Ivanov V.E., Gusev A.V. Application of autodynes in advanced systems of radar sounding of the atmosphere // Ural Radio Engineering Journal. 2022. V. 6. No. 1. pp. 11-53.

14. Курокава К. Принудительная синхронизация твердотельных СВЧ-генераторов // ТИИЭР, 1973, т. 61, №10, стр. 12-40.14. Kurokawa K. Forced synchronization of solid-state microwave generators // TIEER, 1973, vol. 61, no.

15. Минаев М.И. Низкочастотный спектр автодинного преобразователя частоты // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1989. №. 7. С. 12-14.15. Minaev M.I. Low-frequency spectrum of an autodyne frequency converter // Elektronnaya Tekhnika. Ser. Microwave electronics. 1989. no. 7. S. 12-14.

16. Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем. - М.: Мир, 1965, 747 с.16. Skolnik M. Introduction to the technique of radar systems. - M.: Mir, 1965, 747 p.

17. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / Под ред. В.В. Григорина-Рябова. - М.: Сов. радио, 1970, 680 с.17. Radar devices (theory and principles of construction) / Ed. V.V. Grigorin-Ryabov. - M.: Sov. radio, 1970, 680 p.

18. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970: Пер. с англ. Том 3. Радиолокационные устройства и системы / Под ред. А.С Виницкого. - М.: Сов. радио, 1978. - 528 с.18. Handbook of radar. Ed. M. Skolnik. New York, 1970: Trans. from English. Volume 3. Radar devices and systems / Ed. A.S. Vinitsky. - M.: Sov. radio, 1978. - 528 p.

19. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с.19. Finkelstein M.I. Fundamentals of radar: Textbook for universities. - M.: Radio and communication, 1983. - 536 p.

20. Давыдов П.С., Сосновский А.А., Хаймович И.А. Авиационная радиолокация: Справочник. - М.: Транспорт, 1984. - 223 с.20. Davydov P.S., Sosnovsky A.A., Khaimovich I.A. Aviation radar: a Handbook. - M.: Transport, 1984. - 223 p.

21. Авиационные радиолокационные комплексы и системы / П.И. Дудник, Г.С Кондратенков, Б.Г. Татарский и др. Под ред. П.И. Дудника. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. - 1112 с.21. Aviation radar complexes and systems / P.I. Dudnik, G.S. Kondratenkov, B.G. Tatarsky and others. Ed. P.I. Angelica. - M.: Ed. VVIA them. prof. NOT. Zhukovsky, 2006. - 1112 p.

22. Радиоэлектронная авионика / Э.А. Болелов, И.Б. Губерман, А.Т. Кудинов, С.Б. Стукалов. - М.: ИД Академии Жуковского, 2020. - 80 с.22. Electronic avionics / E.A. Bolelov, I.B. Guberman, A.T. Kudinov, S.B. Stukalov. - M.: ID Academy Zhukovsky, 2020. - 80 p.

23. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. / Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1972, 320 с.23. Antennas and microwave devices. Calculation and design of antenna arrays and their radiating elements. / Ed. DI. Resurrection. - M.: Radio and communication, 1972, 320 p.

24. Малышев В.А. Бортовые активные устройства сверхвысоких частот.- Л.: Судостроение, 1990, 264 с.24. Malyshev V.A. On-board active devices of microwave frequencies. - L .: Shipbuilding, 1990, 264 p.

25. Царапкин Д.П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. - М.: Радио и связь, 1982, 112 с.25. Tsarapkin D.P. Microwave generators based on Gunn diodes. - M.: Radio and communication, 1982, 112 p.

26. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Мишин Д.Я., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. №2. С. 5-33.26. Noskov V.Ya., Smol'skii S.M., Ignatkov K.A., Mishin D.Ya., Chupakhin A.P. Modern hybrid-integrated autodyne generators of microwave and millimeter ranges and their application. Part 11. Fundamentals of the implementation of autodynes // Successes of modern radio electronics. 2019. 2. pp. 5-33.

27. Костылев С.А., Гончаров В.В., Соколовский И.И., Челядин А.В. Полупроводники с объемной отрицательной проводимостью в СВЧ полях: Электронные процессы и функциональные возможности. - Киев: Наук, думка, 1987.- 144 с.27. Kostylev S.A., Goncharov V.V., Sokolovsky I.I., Chelyadin A.V. Semiconductors with bulk negative conductivity in microwave fields: Electronic processes and functionality. - Kyiv: Science, Dumka, 1987.- 144 p.

28. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. М.: Высшая школа, 1989, 342 с.28. Radio receivers / Ed. A.P. Zhukovsky. Moscow: Higher school, 1989, 342 p.

29. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. - М.: Радио и связь, 1991. - 376 с.29. Kolombet E.A. Microelectronic means of analog signal processing. - M.: Radio and communication, 1991. - 376 p.

30. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. - К.: Техника, 1983, 213 с.30. Shcherbakov V.I., Grezdov G.I. Electronic Circuits on Operational Amplifiers: A Handbook. - K .: Technique, 1983, 213 p.

31. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. - М.: Высшая школа, 1989, 589 с.31. Erofeev Yu.N. impulse devices. - M.: Higher school, 1989, 589 p.

32. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных генераторах / Под ред. Н.Н. Фомина. - М.: Радио и связь, 1991. - 192 с.32. Microwave radio devices based on synchronized generators, Ed. N.N. Fomin. - M.: Radio and communication, 1991. - 192 p.

Claims (1)

Способ синхронного приема и обработки запросного сигнала в автодинном приемопередатчике системы радиозондирования атмосферы, заключающийся в том, что посредством антенны принимают электромагнитное излучение в виде СВЧ радиоимпульса с внутриимпульсной периодической частотной модуляцией, воздействуют им на СВЧ-генератор, вызывая захват и синхронизацию частоты колебаний СВЧ-генератора, а также автодинные изменения с частотой внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала амплитуды колебаний, средних значений тока и напряжения в цепи смещения активного элемента, выделяют автодинные изменения СВЧ-генератора в виде радиоимпульса на частоте внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала, после этого данный радиоимпульс на частоте внутриимпульсной частотной модуляции запросного сигнала последовательно усиливают по амплитуде, фильтруют и преобразуют в видеоимпульс, далее сравнивают амплитуду видеоимпульса с пороговым уровнем и при превышении амплитудой видеоимпульса порогового уровня формируют импульс, продолжительность которого сравнивают с заданной продолжительностью запросного сигнала, затем при их равенстве формируют импульс ответной паузы, которым прерывают излучение СВЧ-генератора, при этом частоту СВЧ-генератора в промежутках времени между моментами приема запросных сигналов и формирования ответной паузы модулируют сигналом радиотелеметрии, причем среднюю частоту модулированных колебаний СВЧ-генератора предварительно совмещают со средней частотой излучения СВЧ радиоимпульсов с внутриимпульсной периодической частотной модуляцией запросного сигнала, а девиацию частоты запросного сигнала ограничивают условием ее нахождения внутри полосы синхронизации СВЧ-генератора.A method for synchronously receiving and processing an interrogation signal in an autodyne transceiver of an atmosphere radio sounding system, which consists in receiving electromagnetic radiation in the form of a microwave radio pulse with intra-pulse periodic frequency modulation by means of an antenna, acting on the microwave generator, causing capture and synchronization of the microwave generator oscillation frequency , as well as autodyne changes with the frequency of intra-pulse frequency modulation of the interrogation signal of the oscillation amplitude, average values of current and voltage in the bias circuit of the active element, allocate autodyne changes of the microwave generator in the form of a radio pulse at the frequency of intra-pulse frequency modulation of the interrogation signal, after which this radio pulse at the frequency of the intra-pulse frequency modulation of the request signal is sequentially amplified in amplitude, filtered and converted into a video pulse, then the amplitude of the video pulse is compared with the threshold level and, if the amplitude of the video pulse exceeds the threshold levels, a pulse is formed, the duration of which is compared with the specified duration of the request signal, then, if they are equal, a response pause pulse is formed, which interrupts the radiation of the microwave generator, while the frequency of the microwave generator in the time intervals between the moments of receiving the request signals and the formation of the response pause is modulated by a radio telemetry signal , moreover, the average frequency of the modulated oscillations of the microwave generator is pre-combined with the average frequency of the radiation of microwave radio pulses with intra-pulse periodic frequency modulation of the interrogation signal, and the frequency deviation of the interrogation signal is limited by the condition of its being within the synchronization band of the microwave generator.
RU2022122933A 2022-08-25 Method for synchronous reception and processing of a request signal in an autodyne transceiver of an atmospheric radiosonde system RU2789416C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789416C1 true RU2789416C1 (en) 2023-02-02

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808775C1 (en) * 2023-03-31 2023-12-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь") Method for doppler determination of motion parameters of airlogical radiosonde and radar system for its implementation

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5486830A (en) * 1994-04-06 1996-01-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Radar transponder apparatus and signal processing technique
JPH11118915A (en) * 1997-10-20 1999-04-30 Tera Tec:Kk Homodyne transmitter-receiver circuit
RU2191403C1 (en) * 2001-12-11 2002-10-20 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Friend-or-foe identification system
JP3407620B2 (en) * 1997-10-20 2003-05-19 横河電機株式会社 Homodyne transmission / reception circuit
RU2338221C1 (en) * 2007-03-16 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника" им. В.И. Шимко") Aircraft responder
RU2343501C1 (en) * 2007-03-27 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника им. В.И. Шимко") Radar transponder
RU2624993C1 (en) * 2016-05-30 2017-07-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Autodyne transmitter-receiver of the atmospheric radio probing system
CN110703246A (en) * 2019-10-24 2020-01-17 中国科学院电子学研究所 Signal synchronization device and system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5486830A (en) * 1994-04-06 1996-01-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Radar transponder apparatus and signal processing technique
JPH11118915A (en) * 1997-10-20 1999-04-30 Tera Tec:Kk Homodyne transmitter-receiver circuit
JP3407620B2 (en) * 1997-10-20 2003-05-19 横河電機株式会社 Homodyne transmission / reception circuit
RU2191403C1 (en) * 2001-12-11 2002-10-20 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого Friend-or-foe identification system
RU2338221C1 (en) * 2007-03-16 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника" им. В.И. Шимко") Aircraft responder
RU2343501C1 (en) * 2007-03-27 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника им. В.И. Шимко") Radar transponder
RU2624993C1 (en) * 2016-05-30 2017-07-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Autodyne transmitter-receiver of the atmospheric radio probing system
CN110703246A (en) * 2019-10-24 2020-01-17 中国科学院电子学研究所 Signal synchronization device and system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НОСКОВ В.Я. и др. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы // Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(1):11-53. DOI: 10.15826/urej.2022.6.1.001. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808775C1 (en) * 2023-03-31 2023-12-05 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь") Method for doppler determination of motion parameters of airlogical radiosonde and radar system for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4757315A (en) Method and apparatus for measuring distance
US6414627B1 (en) Homodyne swept-range radar
US4825214A (en) Frequency-modulated continuous wave radar for range measuring
US3487462A (en) Bistatic radar configuration not requiring reference-data transmission
US3790278A (en) Peaked power coherent pulsed laser transmitter/receiver system
FI83999C (en) FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER MAETNING AV HASTIGHETEN AV ETT OBJEKT GENOM ATT UTNYTTJA DOPPLER -FOERSKJUTNINGEN AV ELEKTROMAGNETISK STRAOLNING.
US2525328A (en) Radar system
US2977568A (en) Frequency-modulated echo ranging equipment
US4023171A (en) Microwave velocity sensor using altimeter echo
US3522602A (en) System for measuring range and relative velocity
US3246322A (en) Distance measuring equipment
RU2789416C1 (en) Method for synchronous reception and processing of a request signal in an autodyne transceiver of an atmospheric radiosonde system
US3931622A (en) Voice-modulated transponder system
US3778830A (en) Vibration compensation for range direction finder
US6492937B1 (en) High precision range measurement technique
Öztürk et al. Predistorter based K-band FMCW radar for vehicle speed detection
RU2786729C1 (en) Method and device for synchronous reception and processing of inquiry signal in autodyne transmitter of atmospheric radiosonding system
RU2801741C1 (en) Method for determining range to aerological radiosonde
US2593071A (en) Object motion indicating system
Bezousek et al. A 3D passive surveillance system VERA accuracy analysis
US3699571A (en) Instrument landing system using a retrodirective sletten antenna responser
Jahagirdar A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar
US3546695A (en) Radar transpondor system
RU2808775C1 (en) Method for doppler determination of motion parameters of airlogical radiosonde and radar system for its implementation
RU2804516C1 (en) Method for transmitting control commands on board aerlogical radiosonde and radar system implementing it