|
|
Рлс исследования атмосферы Земли
1.3 Доплеровский метеорологический радиолокатор "ДМРЛ-10".
предназначен для:
- отображения распределения различных метеорологических данных (отражаемости, скорости, ширины спектра) на различных высотных уровнях по типу псевдо-CAPPI;
- расчета и отображения вертикального профиля скорости, направления ветра до высоты верхней границы обнаружения метеообъектов и других доплеровских продуктов;
- расчета и отображения интенсивности осадков за любой интервал времени;
- обнаружения и классификации облаков и осадков и связанных с ними опасных явлений погоды (град, гроза, ливни, смерчи, шквалы и т.д.);
- выдачи информации для активных воздействий на градовые и другие облачные процессы с целью предотвращения града и сопутствующих опасных явлений (гроза, шквал, смерч, ливневые осадки), искусственного регулирования осадков;
- отображения скорости и направления перемещения облачных систем; - выдачи радиолокационной информации в необходимых кодограммах. В "ДМРЛ-10" применяется полностью твердотельный транзисторный передатчик с функцией мягкого отказа. Таким образом, надежность передающего устройства многократно повышается относительно передатчиков, использующих электровакуумные приборы (магнетроны, клистроны и т.д.).
Данная технология основана на последних достижениях цифровой техники, позволивших применить сложные сигналы для метеолокаторов нового поколения. Использование сложных сигналов позволило сократить более, чем на порядок излучаемую импульсную мощность. Это дает возможность исключить систему поддува тракта и высоковольтные блоки с напряжениями выше 380 В, что значительно повышает эксплуатационные характеристики локатора. "ДМРЛ-10" комплектуется абонентскими пунктами локальных пользователей, необходимым оборудованием для передачи данных, эксплуатационной документацией, автономным источником электропитания (по отдельному заказу), ИБП и ЗИП. Имеется возможность интеграции с системами активных воздействий. Модульное построение доплеровского метеолокатора "ДМРЛ-10" позволяет максимально полно использовать возможности оборудования, в том числе при модернизации устаревших локаторов десятисантиметрового диапазона.
1.4 WR-25XP (Италия)
Радиолокатор WR-25XP является флагманским продуктом мини-радиолокатора ELDES X-band. Его отличает способность работать при одновременной двойной поляризации и доплеровские возможности. Это делает WR-25XP идеальным инструментом для большинства современных радиолокационных гидрометеорологических приложений. Радар используется для гражданской защиты, а также для мониторинга осадков, связанных с тяжелыми атмосферными событиями, которые особенно опасны для аэронавигации. Использование технологии двойной поляризации позволяет частично компенсировать затухание пути, которое обычно проявляется радарами X-диапазона и чей эффект может быть дополнительно смягчен за счет использования сети. Кроме того, с помощью дифференциальных параметров, измеренных благодаря двойственной поляризации, допустимая классификация гидрометеоров возможна при использовании сложных программных обеспечений для анализа и очень высокая вероятность, будь то дождь, град или снег. Доплеровская обработка позволяет эффективно фильтровать нежелательные эхо-сигналы (помехи), также позволяет мгновенно оценивать векторы скорости и турбулентность дождевого поля, таким образом, классифицируя его опасность. Учитывая его малый размер и вес, WR-25XP можно даже установить на прицеп для быстрого перемещения в районы, чувствительные к гидрогеологическому риску, или в густонаселенные районы для гражданской защиты. Рефлектометрический охват датчика составляет 120 км радиуса на среднем уровне интенсивности, в то время как слабые возмущения (т. е. слабый дождь) составляет до
40-50 км. Мощная рабочая станция Linux, обычно устанавливаемая в Radar Control Center (RCC) или вблизи самого радара, обрабатывает полярные данные трехмерного объемы, содержащие «моменты», полученные одним или несколькими радарами. Продукты могут отображаться через простой графический интерфейс пользователя (GUI) для немедленного использования даже неспециалистами. Данные и карты погоды могут быть экспортированы и опубликованы в соответствии с наиболее распространенными обмена форматами и, таким образом, отображаться через WEB-клиенты, предоставленные ELDES или третьими лицами.
WR-25XP может быть установлен на станциях без присмотра, поскольку он удаленно контролирует и передает предварительно обработанные данные даже при низкой скорости передачи канала.
1.5 WR-10X (Италия)
WR-10X - это ценный инструмент для мониторинга погоды в режиме реального времени явлений в районах со сложной топографией. Его можно выгодно использовать как в городских, так и в региональных масштабах. Мобильная версия может быть быстро развернута в случаях, когда метеорологические предупреждения происходят в районах со значительными метеорологическими рисками, как важный инструмент для чрезвычайных ситуаций гражданской защиты. Радар может быть установлен отдельно или в кластере, как в фиксированном, так и в мобильной конфигурации. Кластерная сеть позволяет системе охватывать зону практически без ограничений. Результирующие продукты изображения - это мозаики, объединяющие данные, собранные всеми датчики, составляющие сеть. Благодаря использованию новейших технологий, капиталу, установке, и эксплуатационные расходы радиолокационных сетей WR-10X очень привлекательная альтернатива традиционному мощному широкомасштабному метеорологическому радиолокатору. Программное обеспечение для управления и отображения имеет очень интуитивно понятный графический пользователь интерфейс, который позволяет получить хорошие результаты в работе радаров и данных интерпретация должна быть достигнута только после короткого периода обучения, даже для пользователя без особых знаний в радиолокационной метеорологии. Когда запрограммировано расписание сканирования, система будет получать данные и генерировать «продукты», которые являются изображениями обнаруженных метеорологических явлений с уровнями цвета, пропорциональными отражательной способности погоды, наложенной на локальную карту, с регулируемым расстоянием и временным масштабом. Комплексный набор наиболее распространенных «погодных продуктов», предоставляемые системой, и дополнительные или настраиваемые продукты могут быть легко добавлены позже. Надежность, ремонтопригодность и простота установки были основными целями проектирования для WR-10X. Система может управляться удаленно, управляться и тестироваться, поэтому нет необходимости обращаться к радарному сайту для стандартных операций.
WR-10X работает в диапазоне X (9400-9500 МГц), что позволяет использовать
очень компактные антенны, сохраняя при этом хорошую угловую разрешающую способность. Радиолокационная электроника интегрирована в антенну, за исключением серверного ПК, содержащегося внутри небольшого обтекателя. Эта интегрированная конфигурация позволяет снизить стоимость инфраструктуры. Потребляемая мощность WR-10X (ок. 200 Вт) является крошечным по сравнению с традиционными высокомощными метеорологическими радарами, облегчая установку в удаленных местах. WR-10X имеет покрытие около 100 км для средних и сильных осадков и около 35 км для среднего и легкого осаждения. Любой канал связи, поддерживающий протокол TCP/IP, может использоваться для локальных радиолокационных станций и центра управления WR-10X, включая стандартные беспроводные или коммутируемые телефонные сети.
Несмотря на невысокую стоимость, WR-10X предоставляет все необходимые функции
для точных и полных радиолокационных наблюдений и оценки погодных явлений. «Антенна с карандашом» с одинаковой шириной луча в обоих направлениях и полностью автоматизированный контроль над уровнем, приобретение трехмерных множеств (объемов) полярных данных для генерирования метеорологических продуктов
и сканирование RHI. Версия WR-10X-CE может быть позже обновлена до полноценной
с простыми операциями. Представленные ниже радиолокационные продукты состоят из карт, представляющих различные параметры погоды, такие как отражательная
способность, уровень поверхностных осадков, от одного радара или от сочетания сетевых датчиков (мозаика). Программное обеспечение радара может использоваться для отображения как в реальном времени, так и в архиве продуктов с функциональностью «кино-петля» и другими инструментами отображения. Каждый радар может быть
индивидуально запрограммирован с помощью конкретного расписания сканирования для одновременного получения и записи данных. Программное обеспечение позволяет интегрировать радиолокационные данные с другим датчиком информацию, такую как данные дождя, спутниковые изображения и т. д., чтобы создать настраиваемые мультисенсорные виды.
1.6 Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR) (США)
Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR) - это высокотехнологичный метеорологический радиолокатор, развернутый в 45 крупных аэропортах в США. Радары были разработаны и развернуты Федеральным управлением гражданской авиации (FAA), начиная с 1994 года, в ответ на несколько
катастрофических авиалайнеров в 1970-х и 1980-х годах, вызванных сильными грозовыми ветрами. Аварии произошли из-за сдвига ветра - внезапное изменение скорости и направления ветра. Сдвиг ветра распространен в грозах, из-за нисходящего потока воздуха, называемого микропорывом или нисходящим потоком. TDWR могут
обнаружить опасные условия сдвига ветра и сыграли важную роль в повышении безопасности полетов в США за последние 15 лет. TDWR также измеряют те же величины, что и сеть из 148 NEXRAD WSR-88D доплеровских радаров - интенсивность осадков, ветры, количество осадков, эхо-вершины и т. д. Тем не менее, новые терминальные доплеровские метеорологические радары имеют более высокое
разрешение и могут «видеть» детали в гораздо более тонких деталях вблизи радара. Эти данные с высоким разрешением, как правило, до сих пор недоступны для общественности. Благодаря сотрудничеству между Национальной метеорологической службой (NWS) и FAA, данные для всех 45 TDWR теперь доступны в режиме реального времени через бесплатную спутниковую трансляцию (NOAAPORT). Мы называем их станциями с высоким уровнем защиты. Данные для всех 45 TDWR теперь доступны в режиме реального времени через бесплатную спутниковую трансляцию (NOAAPORT). Мы называем их станциями с высоким уровнем защиты. Поскольку грозы необычны на Западном побережье и на северо-западе США, в Калифорнии, Орегоне, Вашингтоне, Монтане или Айдахо TDWR отсутствуют.
1.7 WSR-88D (США)
Первая установка WSR-88D для оперативного использования в ежедневном прогнозировании была проведена в 12 июня 1992 года. Последняя система, развернутая в рамках программы установки, была установлена 30 августа 1997 года. Радиолокаторы WSR-88D включили ряд улучшений в радарные системы, которые ранее использовались. Новая система обеспечивала допплеровскую скорость, улучшая способность предсказания торнадо путем обнаружения вращения, присутствующего в буре при разных углах сканирования. Он обеспечивал улучшенное разрешение и чувствительность, позволяя операторам видеть такие функции, как холодные фронты , грозовые фронты порыва, чтобы даже грозовые черты гроз, никогда не были видны на радаре. Радиолокаторы WSR-88D также обеспечивали объемное сканирование атмосферы, позволяющее операторам исследовать вертикальную структуру путем предоставления подробной информации о ветре на несколько километров над районом. Радары также имели значительно увеличенный диапазон, позволяющий обнаруживать метеорологические явления на гораздо больших расстояниях
от места радара. Проектирование, техническое обслуживание и обучение WSR-88D координируется Центром радиолокационных операций NEXRAD (ROC), расположенным в Национальном метеорологическом центре (NWC) в Норман, штат Оклахома.
Стандартный WSR-88D работает в полосе S с частотой около 2800 МГц с типичным
коэффициентом усиления около 53 дБ с использованием параболической антенны с централизованным питанием. Участки WSR-88D по всей стране были модернизированы до поляриметрического радара, что добавляет вертикальную поляризацию к традиционным горизонтально поляризованным радиолокационным волнам, чтобы более точно различить то, что отражает сигнал. Эта так называемая двойная поляризация позволяет радиолокатору различать дождь, град и снег, то, что горизонтально поляризованные радары не могут точно сделать. 
Название РЛС
|
МРЛ-5
|
ДМРЛ-С
|
ДМРЛ-10
|
WR-25X
|
WR-10X
|
TDWR
|
WSR-88D
|
Максимальная дальность, км
|
300
|
200
|
200
|
120
|
120
|
460
|
460
|
Длительность сигнала, мкс
|
2
|
1-60
|
1-100
|
0,4-0,8
|
0,3-1,2
|
1,1
|
1,57-4,57
|
Длина волны,см
|
10,15
|
5,6
|
3
|
7-8
|
7-8
|
5,45
|
10
|
Потребляемая мощность, кВт
|
14
|
10
|
10
|
10
|
10
|
-
|
-
|
Антенна, КУ антенны
|
Зеркальная,
Параболическая,
49
|
Зеркальная,
Параболическая,
Не более 45
|
Зеркальная,
Параболическая,
Не более 39
|
-
|
-
|
-
|
-
|
УБЛ антенны, дБ
|
23
|
Не хуже минус 29
|
Не хуже минус 29
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Вывод по аналитическому обзору:
Оценим выбранные 5 радиолокационных станций по основным характеристикам:
Дальность обнаружения.
Максимальная дальность равна 300 км, минимальная – 100 км.
Диапазон волн.
Все РЛСт работают в сантиметровом диапазоне радиоволн.
Длительность сигнала.
Длительность импульсов РЛС WR-10X 0,3 мкс – минимальна, максимальной длительностью обладает– ДМРЛ-10 100 мкс.
Антенна
Во всехРЛСт использованы параболические зеркальные антенны с КУ не менее 39.
Методы модернизации
Увеличить параметр дальности можно увеличив выходную импульсную мощность, длительность импульса, коэффициент усиления антенны и уменьшив коэффициент шума в приемнике.
Улучшение точностных характеристик
В РЛС связь определяемого геометрического элемента (координат объекта) с измеряемым параметром сигнала дается уравнением которое является исходным при нахождении погрешности определения. Находя полный дифференциал и переходя к конечным приращениям, получим где переменные имеют смысл текущих значений погрешностей, обусловленных нестабильностью масштабного коэффициента и недостаточной точностью измерительного устройства. Возводя обе части выражения в квадрат и усредняя полученный результат в предположении независимости погрешностей получаем уравнение, связывающее дисперсию погрешности определения элемента дисперсиями  Из этого уравнения следуют направление уменьшения погрешности и в итоге повышения точности местоопределения. Оно связано с уменьшением погрешности, которая тем меньше, чем выше стабильность масштабного коэффициента. Поэтому при проектировании РЛС обычно принимают меры по стабилизации масштабного коэффициента (или учитывают, если это возможно, его нестабильность).
Расширение возможностей за счет эффекта Доплера.
Технология Доплера обеспечивает информацию о силе и скорости ветра.
|
|
|
Скачать 3.42 Mb.