Базовая станция дистанционного зондирования атмосферы

Авторы патента:

Клюжев Евгений Сергеевич (RU)

Чернов Денис Алексеевич (RU)

Стрельников Игорь Витальевич (RU)

Юрьев Павел Михайлович (RU)

Рябов Игорь Владимирович (RU)

Толмачев Сергей Владимирович (RU)

G01S19/14 - Радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн (обнаружение масс или объектов способами, не использующими отражение или переизлучение радиоволн, звуковых или других волн G01V)

G01S13/95 - радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для метеорологических целей

Владельцы патента RU 2611587:

Толмачев Сергей Владимирович (RU)
Рябов Игорь Владимирович (RU)
Стрельников Игорь Витальевич (RU)
Чернов Денис Алексеевич (RU)
Юрьев Павел Михайлович (RU)
Клюжев Евгений Сергеевич (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и радиоэлектронике, предназначено для дистанционного зондирования атмосферы и может быть использовано в радиолокации, навигации и связи. Достигаемый технический результат - возможность получения амплитудно-частотных и дистанционно-частотных характеристик (АЧХ и ДЧХ) радиолиний на трассах различной протяженности и ориентации, а также проводить измерения допплеровского сдвига частоты отраженного радиосигнала. Указанный результат достигается за счет того, что базовая станция дистанционного зондирования атмосферы состоит из передающей и приемной частей, при этом передающая часть содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, синхронометр, цифровой вычислительный синтезатор, широкополосный усилитель мощности, антенно-фидерное устройство, а приемная часть содержит антенно-фидерное устройство, усилитель высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой гетеродин, цифровой вычислительный синтезатор, синхронометр, двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, электронно-вычислительную машину, монитор. Перечисленные средства определенным образом выполнены и соединены между собой. 3 ил.

Известен ионозонд-пеленгатор (прототип), содержащий два радиоприемных устройства (РПУ) с общим гетеродином, которым является ЛЧМ генератор, GPS-приемник с антенной, блок временной синхронизации, разветвитель, антенный коммутатор, опорный генератор, первое РПУ, второе РПУ, двухканальный АЦП, многопоточный вычислитель [1].

При всех достоинствах известного ионозонда-пеленгатора, он не позволяет проводить измерения допплеровского сдвига частоты отраженного сигнала в режиме линейной частотной модуляции (ЛЧМ).

Положительный технический результат - возможность получения амплитудно-частотных и дистанционно-частотных характеристик (АЧХ и ДЧХ) радиолиний на трассах различной протяженности и ориентации, а также проводить измерения допплеровского сдвига частоты отраженного радиосигнала - достигается за счет того, что в базовую станцию дистанционного зондирования атмосферы, состоящую из передающей и приемной частей; передающая часть содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS с антенной; широкополосный усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит антенно-фидерное устройство; аналого-цифровой преобразователь (двухканальный АЦП), двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, причем новым является то, что введены два синхронометра (в передатчик и приемник), два цифровых вычислительных синтезатора, цифровой гетеродин, ЭВМ и монитор; передающая часть базовой станции ДЗ атмосферы содержит последовательно соединенные синхронометр, цифровой вычислительный синтезатор, усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит последовательно соединенные антенно-фидерное устройство, усилитель высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой гетеродин, выход которого через LAN порт соединен с ЭВМ; двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, выход которого подключен к опорному входу синхронометра; выходы синхронометра подключены к соответствующим входам цифрового вычислительного синтезатора; квадратурные выходы цифрового вычислительного синтезатора I и Q подключены к входам цифрового гетеродина; ЭВМ через порт USB соединяется с цифровым вычислительным синтезатором; монитор подключен к выходу ЭВМ.

Базовая станция дистанционного зондирования атмосферы (фиг. 1) состоит из передающей и приемной частей.

Передающая часть содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 1; синхронометр 2; цифровой вычислительный синтезатор 3; широкополосный усилитель мощности 4; антенно-фидерное устройство 5.

Приемная часть содержит антенно-фидерное устройство 6; усилитель высокой частоты 7; аналого-цифровой преобразователь (двухканальный АЦП) 8; цифровой гетеродин DDC 9; цифровой вычислительный синтезатор 10; синхронометр 11; двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 12; ЭВМ 13; монитор 14.

Передающая часть базовой станции ДЗ атмосферы содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 1, который подключен к опорному входу синхронометра 2, выход которого подключен к тактовому входу ЦВС; последовательно соединенные цифровой вычислительный синтезатор 3, усилитель мощности 4; антенно-фидерное устройство 5.

Приемная часть базовой станции ДЗ атмосферы содержит последовательно соединенные антенно-фидерное устройство 6; усилитель высокой частоты 7; аналого-цифровой преобразователь 8; цифровой гетеродин DDC 9, выход которого через LAN порт соединен с ЭВМ 13; двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 12, выход которого подключен к опорному входу синхронометра 11; выходы синхронометра подключены к соответствующим входам цифрового вычислительного синтезатора; квадратурные выходы цифрового вычислительного синтезатора I и Q подключены к входам цифрового гетеродина 9, который осуществляет преобразование высокой частоты в промежуточную; ЭВМ 13 через порт USB управляет режимами работы цифрового вычислительного синтезатора 10; монитор 14 подключен к выходу ЭВМ 13.

Базовая станция дистанционного зондирования атмосферы работает следующим образом.

Синхронометр 2 вырабатывает «синусоидальный» сигнал опорной частоты, который поступает на тактовый вход цифрового вычислительного синтезатора 3, также синхронометр 2 вырабатывает импульс запуска для ЦВС 3. Для увеличения точности поддержания частоты в синхронометре 2 и привязке импульса запуска к сигналам точного времени используется двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 1.

Сигнал с выхода ЦВС 3 подается на усилитель мощности 4 и через антенно-фидерное устройство 5 излучается в атмосферу Земли.

Приемная часть базовой станции дистанционного зондирования атмосферы работает следующим образом.

Антенно-фидерное устройство 6 принимает отраженный сигнал, который поступает на вход усилителя высокой частоты 7, и затем повергается аналого-цифровому преобразованию в АЦП 8. Сигнал с выхода АЦП 8 подается на цифровой гетеродин 9, на второй и третий входы которого поступают квадратурные сигналы с выхода ЦВС 10.

Синхронометр 11 вырабатывает сигнал опорной частоты для ЦВС 10, а также импульс запуска ЦВС 10. Для увеличения точности частоты синхронометра 11 служит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS 12, выход которого подключен к опорному входу синхронометра 11.

Сигнал промежуточной частоты с выхода цифрового гетеродина DDC 9 через LAN порт поступает на вход ЭВМ 13, которая осуществляет цифровую обработку принятого сигнала при помощи специализированного программного обеспечения. Монитор 14 подключен к ЭВМ 13 и служит для отображения АЧХ, ДЧХ и сонограмм допплеровсого сдвига частоты отраженного сигнала. При помощи ЭВМ 13 через порт USB можно задавать режимы работы цифрового вычислительного синтезатора 10.

В качестве цифрового вычислительного синтезатора используется или ЦВС частотно-модулированных сигналов [2], или синтезатор с V-образным законом модуляции частоты [3].

Первый из перечисленных синтезаторов формирует пилообразный ЛЧМ сигнал, который используется для построения АЧХ и ДЧХ; второй - ЧМ сигнал с V-образным законом модуляции частоты и используется для построения допплеровских сонограмм.

Возможны два режима работы базовой станции.

Во-первых, это режим построения АЧХ и ДЧХ радиолинии.

Предварительно составляют расписание работы передатчика, где указывается время синхронизации, начальная частота излучения, скорость изменения частоты передатчика, минуту запуска и длительность снятия ДЧХ и АЧХ.

Передатчик базовой станции излучает реперный ЛЧМ сигнал длительностью 1 секунда (это режим синхронизации). На приемном конце радиолинии, изменяя задержку момента запуска Δt ЦВС, добиваются появления гармонического тонального сигнала; при этом отраженный сигнал попадает в полосу пропускания приемника.

После синхронизации аппаратуры производится дистанционное зондирование атмосферы Земли (частота передатчика изменяется по пилообразному закону, как показано на фиг. 2).

ЭВМ на приемном конце радиолинии производит предварительную обработку информации. Амплитуда огибающей изменяется во времени, но построение АЧХ соответствует определенной частоте зондирующего сигнала

Где U(f) - АЧХ радиолинии;

Δt - задержка запуска ЦВС приемника;

ƒ' - скорость изменения частоты.

ДЧХ строится следующим образом.

При помощи программного БПФ (быстрое преобразование Фурье) вычисляется спектр принятого сигнала; затем производится срез спектрограммы во времени по определенному уровню компарирования. Далее эти срезы записываются в разные моменты времени, тем самым строится ДЧХ:

где t_гр(F) - время группового запаздывания;

t_n(ƒ) - n-я мода сигнала.

Во-вторых, это режим построения сонограмм.

Передатчик излучает ЧМ сигнал с V-образным законом модуляции (см. фиг. 3). ЧМ сигнал состоит из двух фаз Т_1/2, сначала частота передаваемого сигнала нарастает, а затем убывает. При этом при положительной фазе изменения частоты принимаемый сигнал описывается формулой

На отрицательной фазе

F_пр - частота принимаемого сигнала;

F_{допплера} - частота Допплера.

Таким образом, точность данного метода в 2 раза выше по сравнению с известными методами построения сонограмм на фиксированных частотах.

Приемная часть осуществляет БПФ преобразование и строится сонограмма с определенным уровнем компарирования в зависимости от частоты отраженного сигнала, (см. формулу (2)).

Следовательно, базовая станция дистанционного зондирования атмосферы позволяет строить АЧХ и ДЧХ радиолиний, а также может быть использована для построения допплеровских сонограмм.

Литература

1. Патент №2399062 Российской Федерации. МПК G01S 1/08. Ионосферный зонд-пеленгатор / Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Вертоградов В.Г., Курбатко СВ. Заявл. 15.07.2009. Опубл. 10.09.2010. Бюл. №25. - 16 с. (прототип).

2. Патент №2204197 Российской Федерации. МПК H03L 7/18. Цифровой синтезатор частотно-модулированных сигналов / Рябов КВ., Рябов В.И. Заявл. 13.03.2001. Опубл. 10.05.2003. Бюл. №13.- 4 с.

3. Патент №2407144 Российской Федерации. МПК H03L 7/18. Синтезатор с V-образным законом модуляции частоты / Рябов КВ., Дедов А.Н., Юрьев ИМ. Заявл. 22.06.2009. Опубл. 20.12.2010. Бюл. №35. - 4 с.

Базовая станция дистанционного зондирования атмосферы, состоящая из передающей и приемной частей; передающая часть содержит двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS с антенной; широкополосный усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит антенно-фидерное устройство; аналого-цифровой преобразователь (двухканальный АЦП), двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, отличающаяся тем, что введены два синхронометра (в передатчик и приемник), два цифровых вычислительных синтезатора, цифровой гетеродин, ЭВМ и монитор; передающая часть базовой станции ДЗ атмосферы содержит последовательно соединенные синхронометр, цифровой вычислительный синтезатор, усилитель мощности, антенно-фидерное устройство; приемная часть содержит последовательно соединенные антенно-фидерное устройство, усилитель высокой частоты, аналого-цифровой преобразователь, цифровой гетеродин, выход которого через LAN порт соединен с ЭВМ; двухсистемный приемник навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, выход которого подключен к опорному входу синхронометра; выходы синхронометра подключены к соответствующим входам цифрового вычислительного синтезатора; квадратурные выходы цифрового вычислительного синтезатора I и Q подключены к входам цифрового гетеродина; ЭВМ через порт USB соединяется с цифровым вычислительным синтезатором; монитор подключен к выходу ЭВМ.

Изобретение относится к области радионавигации. Техническим результатом является сокращение времени первого определения местоположения, TTFF, в пользовательском оборудовании, определяющем положение с помощью Глобальной навигационной спутниковой системы, GNSS.

Наземный комплекс управления спутниковой навигационной системой // 2604053

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам, а именно к оборудованию наземного комплекса управления данных систем. Достигаемый технический результат - повышение надежности взаимодействия средств, обеспечивающих управление и измерение на пунктах эксплуатации и в центре управления.

Способ формирования опорного сигнала для совместной обработки сигналов стандартной и высокой точности системы глонасс // 2602509

Изобретение относится к области радиолокации и радионавигации. Достигаемый технический результат заключается в увеличении отношения сигнал/шум в результате совместной обработки сигнала стандартной и высокой точности системы ГЛОНАСС и уменьшении количества вычислений при синтезе радиолокационного изображения земной поверхности.

Аутентификация радиоприемника спутниковой связи на основе сфокусированного луча // 2598588

Изобретение относится к безопасности сетей. Технический результат - повышение уровня электронной связи и обеспечение безопасности сетей от несанкционированного доступа.

Способ управления летательным аппаратом при заходе на посадку // 2598111

Изобретение относится к способу управления летательным аппаратом (ЛА) при заходе на посадку. Для управления ЛА при заходе на посадку измеряют с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), систем воздушных сигналов (СВС), спутниковой навигационной системы (СНС) курс, крен и тангаж ЛА, угловую, горизонтальную и вертикальную скорости ЛА, координаты и высоту ЛА, формируют курс взлетно-посадочной полосы (ВПП) на основе уточненных координат высоты ЛА и координат высоты ВПП, формируют сигналы управления угловым положением ЛА по крену и тангажу, измеряют в автоматическом или ручном режиме угловое положение ЛА в соответствии со сформированными сигналами управления, формируют траекторию посадки с заданным экипажем углом наклона, совпадающую по направлению с курсом ВПП, с помощью курсового, глиссадного и дальномерного радиомаяков (КРМ, ГРМ и ДРМ).

Система и метод оценки местоположения внутри помещения с использованием устройства генерирования спутникового сигнала // 2594019

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах для оценки местоположения объектов. Технический результат состоит в предоставлении пользователю приемного терминала спутникового сигнала, например сотового телефона или навигатора, услуги по определению местоположения без изменения аппаратного или программного обеспечения даже в зонах, недоступных для спутниковых сигналов, например внутри здания, в подземном торговом центре, в туннеле или метро.

Способ измерения взаимного положения объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем // 2592077

Изобретение относится к области дифференциальных навигационных систем и применимо для высокоточной навигации, геодезии, ориентации объектов в пространстве по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС - ГЛОНАСС, GPS, Galileo, Bei Dou и другие), в которых осуществляется измерение псевдодальности до навигационных спутников по фазе несущих колебаний.

Навигационная система и способ разрешения целочисленных неоднозначностей с использованием ограничения неоднозначности двойной разности // 2591953

Изобретение относится к области радионавигации. Техническим результатом является обеспечение улучшенной корректирующей информации для навигационных приемников (120) посредством разрешения целочисленных неоднозначностей в измерениях дальности, выполняемых опорными станциями, с использованием ограничений целочисленной неоднозначности двойной разности.

Способ идентификации параметров навигационных спутников // 2587666

Изобретение относится к способам навигации по спутниковым радионавигационным системам (СРНС) и может быть использовано для идентификации параметров навигационных спутников и повышения точности определения координат навигационного приемника.

Способ контроля данных от спутниковых навигационных систем и устройство для его осуществления // 2585051

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к спутниковым навигационным системам (СНС), и может быть использовано для определения целостности информации от СНС.

Устройство предупреждения об аэрологических явлениях для летательного аппарата // 2604761

Устройство предупреждения об аэрологических явлениях для летательного аппарата содержит бортовое оборудование, способное к выявлению метеорологических явлений, модуль для сбора и хранения метеорологических данных, модуль для создания сводки по собранным метеорологическим данным, модуль для отправки сводок, модуль для приема сводок от окружающих летательных аппаратов, модуль для обработки, консолидации принятых сводок и формированию предупреждений, модуль содействия обходу, модуль ввода, модуль интерактивного диалога, модуль для опроса окружающих летательных аппаратов и сбора от них данных.

Способ пассивного определения параметров ионосферы // 2604696

Изобретение относится к области физики ионосферы и может быть использовано для пассивного определения ионосферных параметров. Сущность: выполняют двухчастотный прием спутниковых сигналов ГЛОНАСС/GPS.

Способ измерения скорости ветра // 2604169

Изобретение относится к способам дистанционных исследований атмосферы, основанных на использовании эффекта Доплера и применении фазоманипулированных сигналов, и может быть использовано для измерения скорости ветра.

Радиолокационный способ и устройство для дистанционного измерения полного вектора скорости метеорологического объекта // 2602274

Изобретение представляет собой способ и устройство для радиолокационного измерения полного вектора скорости движения метеорологического объекта на основе измерения составляющих этого вектора скорости в ограниченной области пространства, определяемой шириной диаграмм направленности антенны, за короткое время без сканирования.

Способ одноволнового радиолокационного измерения заряда облаков и осадков // 2600170

Изобретение относится к метеорологии, в частности к дистанционным методам измерения характеристик атмосферы, и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности, где необходимо знание о величине заряда частиц облаков и осадков.

Однопунктовая система местоопределения гроз в ближней зоне // 2599775

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения источников грозовых разрядов в системах сбора и обработки метеорологической информации.

Устройство поиска молниевых разрядов // 2595253

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в навигационных и метеорологических системах. Достигаемый технический результат - определение дальности до молниевых разрядов без ухудшения точностных характеристик и без увеличения габаритов устройства.

Способ определения дрейфа морских льдов // 2593411

Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения.

Способ однозначного измерения дальности до метеорологического объекта // 2592075

Изобретение относится к способам обработки сигналов в радиолокационных станциях. Достигаемый технический результат - однозначное измерение дальности до метеорологического объекта (МО).

Способ обнаружения и оценки радионавигационных параметров сигнала космической системы навигации, рассеянного воздушной целью, и устройство его реализации // 2591052

Изобретение относится к областям радионавигации и радиолокации и может быть использовано для создания приемника многопозиционной неизлучающей радиолокационной системы, использующей в качестве сигнала подсвета воздушных целей навигационные сигналы космической системы навигации.

Навигационная система зондирования атмосферы // 2613153

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиозондирования атмосферы на основе использования сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Достигаемый технический результат - повышение точности и надежности определения пространственных координат аэрологического радиозонда (АРЗ), направления и скорости ветра, повышении помехоустойчивости и электромагнитной совместимости. Указанный результат достигается за счет того, что навигационная система зондирования атмосферы содержит N передатчиков сигналов ГНСС, АРЗ, антенную систему приема сигналов ГНСС, антенную систему приема сигнала АРЗ с круговой диаграммой направленности, антенную систему приема сигнала АРЗ с узкой диаграммой направленности, снабженную угломестно-азимутальным приводом, антенный переключатель, базовую станцию с блоком отображения и ввода-вывода информации, сверхвысокочастотный (СВЧ) коммутатор, при этом антенная система приема сигналов ГНСС подключена к базовой станции, антенная система приема сигналов АРЗ с круговой диаграммой содержит антенну ближнего канала и антенну дальнего канала, выходы которых через переключатель и СВЧ-коммутатор подключены к базовой станции, соответственно выход базовой станции подключен к угломестно-азимутальному приводу антенной системы с узкой диаграммой направленности, выход которой через СВЧ-коммутатор подключен к базовой станции. Антенная система приема сигналов ГНСС обеспечивает точное определение координат базовой станции, антенная система приема сигналов АРЗ с круговой диаграммой направленности обеспечивает прием сигнала АРЗ при его вертикальном подъеме и удалениях до 250 км, антенная система с узкой диаграммой направленности обеспечивает прием сигнала АРЗ при удалениях более 250 км и сложной помеховой обстановке. 1 ил.