Системы радиозондирования предназначены для дистанционного измерения метеорологических элементов свободной атмосферы и представляют собой совокупность радиотелеметрической и радиолокационной систем. Радиотелеметрическая система служит для измерения метеорологических элементов и передачи результатов измерений на расстояние с помощью радиоволн, а назначением радиолокационной системы является определение координат измерительного прибора в момент измерений. Измерение метеорологических элементов атмосферы и передача результатов осуществляется с помощью радиозонда, представляющего собой совокупность соответствующих измерительных преобразователей и радиопередатчика.
Радиозонд, предназначенный для использования в такой системе должен содержать два радиопередатчика и один радиоприемник: один передатчик – для передачи радиотелеметрической информации, приемник – для приема импульсных сигналов запроса, второй радиопередатчик – для излучения сигналов на принятые запросные сигналы.
· Система зондирования «Малахит»
Система «Малахит» является первой сетевой отечественной системой комплексного температурно-ветрового зондирования атмосферы, которая успешно применяется на аэрологической сети более 30 лет. Преимуществом этой системы является простота технической реализации и удовлетворительные эксплуатационные качества. По своему первоначальному назначению система «Малахит» представляла собой радиотеодолит, предназначенный для зондирования атмосферы радиозондом A-22-III совместно с радиопередатчиками ПРБ-1,5, А-36 и А-43. Эксплуатация радиотеодолита «Малахит» выявила его недостатки, основные из которых заключаются в следующем. Так как система «Малахит» работает в метровом диапазоне волн, то диаграмма направленности антенной системы имеет значительную ширину, что обусловливает малую точность измерения
угловых координат, особенно на больших удалениях. зонда и максимальных потолках зондирования. Кроме того, определение высоты радиозонда по измеренному давлению также Не обеспечивало требуемой точности. С целью устранения этих недостатков радиотеодолит «Малахит» был превращен в радиолокационную метеорологическую
станцию «Малахит» путем введения в его состав специальной дальномерной приставки, предназначенной для измерения дальности до радиозонда импульсным методом. РМС «Малахит» используется с радиозондом A-22-IV (A-22-VII) и сверхрегенеративным передатчиком-ответчиком А-35-1П. В радиозонде типа А-22 кодирование измерительных сигналов производится с' помощью азбуки Морзе. Регистрация принятых измерительных сигналов на выходе комплекса «Малахит» осуществляется с помощью автоматического регистратора ПР-16 или полуавтоматического регистратора ПР-4.
В режиме радиотеодолита система «Малахит» имеет следующие технические характеристики: дальность действия не менее 100 км при высоте полета радиозонда до 25—30 км; мощность пеленгуемого радиопередатчика не менее 0,1 Вт; диапазон волн метровый (длина волны около 1,5 м); средняя частота сигналов 216 МГц; ширина диаграммы направленности антенной системы на уровне половинной мощности 18°; максимальная ошибка в определении угловых координат радиозонда в обеих
плоскостях не более 1,75°; вероятная случайная ошибка измерения угловых координат радиозонда (в диапазоне измерения по азимуту от 0 до 360° и по углу места от 16 до 75°) не более 0,3°; чувствительность приемного устройства при отношении сигнал—шум, равном двум, не хуже 8-10~6 В; мощность, потребляемая радиотеодолитом от источника питания при всех включенных блоках, не превышает 1,5 кВт. Радиотеодолит «Малахит» работает следующим образом. В процессе полета радиозонда его передатчик излучает высоко-частотные сигналы с несущей частотой 216 МГц, амплитудно промодулированные частотой суперизации, которые в свою очередь промодулированы по амплитуде измерительными сигналами температуры, влажности и давления импульсным способом в соответствии с принятым законом кодирования (по коду азбуки Морзе). При этом каждому измеренному значению метеорологического элемента соответствуют две буквы азбуки Морзе. По своей структуре такие сигналы аналогичны тонально модулированным телеграфным сигналам. Радиоприемное устройство осуществляет прием таких сигналов, и в процессе их приема с помощью антенной системы и индикаторного устройства производится измерение угловых координат радиозонда. Антенная система радиотеодолита состоит из четырех антенн типа «волновой канал» (по две антенны на каждую из плоскостей — горизонтальную и вертикальную), устройства фазирования и антенного коммутатора. Индикатор угловых координат работает по схеме амплитудной отметки пеленга радиозонда, при этом индикация пеленга по азимуту и углу места объединена на экране одной электронно-лучевой трубкой, где наблюдаются в общем случае две пары импульсов различной амплитуды. Антенна дальномерной приставки предназначена для излучения мощных высокочастотных импульсов запроса и представляет собой антенну типа «волновой канал», аналогичную по конструкции одной из приемных антенн. Она размещена в центре квадрата, по углам которого установлены приемные антенны радиотеодолита.
В настоящее время система «Малахит» используется только с Дальномерной приставкой как радиолокационная метеорологическая станция.
· Система зондирования «Метеор» («Метеорит»)
Система зондирования «Метеор» («Метеорит») принадлежит ко второму поколению радиозондировочных комплексов, пришедшему на смену комплексу «Малахит». В этом комплексе учтен опыт проектирования и эксплуатации радиозондировочного комплекса первого поколения. По сравнению с комплексом «Малахит» система «Метеор» обладает более высокими точностями измерения угловых координат радиозондов, что обусловлено переходом в более коротковолновый диапазон волн (дециметровый, при длине волны около 17 см), большей максимальной дальностью действия за счет увеличения мощности
передатчика и увеличения чувствительности приемного устройства, а также за счет увеличения направленных свойств антенной системы. Кроме того, в данной системе полностью автоматизирован процесс измерения координат радиозонда и сопровождения радиозонда по угловым координатам и дальности, а также процесс регистрации радиотелеметрической и радиолокационной информации. Следует указать, что комплекс «Метеор» отличается также от комплекса «Малахит» высокой степенью автоматизации
управления. Данная система зондирования выпускалась промышленностью в двух вариантах: подвижном («Метеор») и стационарном («Метеорит»), конструктивно друг от друга не отличающихся. Система может работать в двух режимах: в режиме радиозонда и в режиме уголкового отражателя. В режиме радиозонда комплекс работает как система комплексного температурно-ветрового зондирования. В режиме уголкового отражателя комплекс работает как система радиоветровых измерений путем прослеживания изменений текущих координат уголкового отражателя, прикрепленного к оболочке.
I Система «Метеор» («Метеорит») имеет следующие технические характеристики: диапазон частот 1770—1795 МГц, что соответствует длине волны около 17 см; дальность автоматического сопровождения радиозонда с регистрацией данных 150 км; дальность сопровождения отражателя — около 25 км; средняя ошибка определения углов в режиме автоматического сопровождения 7,2 м; средняя ошибка определения дальности радиозонда в режиме автоматического сопровождения 40 м; точность регистрации данных по угловым координатам 3,6'; точность регистрации данных по дальности 10 м; точность регистрации данных по частоте измерительного сигнала радиозонда 1 Гц; напряжение питающей сети 220/380 В; потребляемая мощность 13,5 кВА. Система «Метеор» может питаться от промышленной сети через преобразовательный агрегат 218С, а при отсутствии промышленной сети-—от собственной дизельной электростанции типа ЭСД-20-В Л/230/4/400. Система «Метеор» («Метеорит») работает совместно с радиозондом типа РКЗ-2.
Радиозонд типа РКЗ-2 является одной из последних модификаций радиозондов данного типа, предназначенных для использования с радиозондировочным комплексом «Метеор»
(«Метеорит»), Он представляет собой аэрологический измерительный радиотелеметрический прибор с временным разделением каналов и частотно-импульсным кодированием измерительной информации. Радиозонд состоит. из измерительных.
преобразователей температуры и. влажности, кодирующего устройства (в виде измерительного генератора).
· Система зондирования «Метеорит-2»
Система радиозондирования «Метеорит-2» является в настоящее время основной базовой системой, предназначенной как для радиозондирования атмосферы с помощью радиозонда. РКЗ-5, так и для осуществления ракетного зондирования с помощью метеорологических ракет типа ММР-06. В ракетном варианте комплекс имеет наименование «Метеорит-2Р». Для обеспечения такого использования системы'«Метеорит-2» в ней предусмотрены меры, приводящие к увеличению быстродействия автоматики, в первую очередь канала автоматического сопровождения радиозонда по угловым координатам. Такое требование обусловлено тем, что в процессе ракетного зондирования автоматическое сопровождение ракеты по угловым: координатам необходимо начинать сразу после схода ракеты со стартовой установки, несмотря на то что измерения будут производиться только на нисходящем участке траектории. На восходящем участке траектории, особенно на ее активном участке, ракета движется с большими угловыми скоростями относительно наземной станции и для уверенного сопровождения ракеты аппаратура должна обладать соответствующим быстродействием. Система «Метеорит-2» обладает большей дальностью сопровождения радиозонда, что достигается повышением потенциала станции: за счет применения антенной системы с большими направленными свойствами; за счет применения в приемном устройстве усилителя высокой частоты, что привело к повышению чувствительности приемника; за счет повышения длительности пауз измерительного генератора радиозонда, что позволило сократить полосу пропускания приемника и еще более повысить его усиление. Система «Метеорит-2» в отличие от системы «Метеор» имеет выносной пульт управления, предназначенный для визуального наведения антенной системы на радиозонд перед выпуском и на начальном участке траектории с последующим автоматическим сопровождением по угловым координатам. Необходимость введения такого пульта обусловлена тем, что на участке траектории полета непосредственно после выпуска, особенно если выпуск зонда производился с наветренной стороны относительно точки расположения станции, радиозонд проходит с большими угловыми скоростями и быстродействия системы автоматического сопровождения по угловым координатам недостаточно для того, чтобы осуществлять в таком режиме автоматическое сопровождение радиозонда по угловым координатам. С этой целью на начальном участке траектории зонда производится его ручное сопровождение (визуальное), а при достижении зондом допустимых угловых скоростей перемещения относительно антенны станции производится передача с ручного сопровождения на автоматическое. Система «Метеорит-2» имеет в своем составе два передатчика: маломощный (1 кВт) и передатчик большой мощности (200 кВт). Маломощный передатчик используется при подготовке радиозонда к выпуску и в первые моменты времени после выпуска, когда диаграмма направленности антенной системы лежит почти горизонтально. В процессе проведения радиозондирования передатчики работают поочередно: при сопровождении радиозонда при малых углах места (до 6°) —передатчик малой мощности, а при сопровождении радиозонда при больших вертикальных углах — передатчик большой мощности. Переход от передатчика малой мощности к передатчику большой мощности осуществляется автоматически при достижении антенной соответствующего углового положения. Основные технические характеристики системы «Метеорит-2» следующие: диапазон частот 1772,5—1792,6 Мгц, что соответствует длине волны порядка 17 см; импульсная мощность передатчиков: маломощного 1 кВт, большой мощности 200 кВт; длительность излучаемых импульсов запроса 1,5+0,3 мкс; частота повторения запросных импульсов 416 Гц; диаметр отражателя антенной системы 2,5 м; ширина диаграммы направленности: (5±1)°; чувствительность приемника 5-Ю- 1 4 Вт; дальность-автоматического сопровождения радиозонда с регистрацией данных 250 км; дальность автоматического сопровождения стандартного уголкового отражателя со стороной основания 500 мм — 50 км; пределы вращения параболической антенны: по азимуту неограниченно, по углу места от 0 до 90°; средняя ошибка определения угловых координат 7,2'; срединная ошибка определения дальности 20 м при сопровождении радиозонда до-50 км и 40 м при сопровождении радиозонда до 150 км; срединная ошибка определения дальности уголкового отражателя 25 м; точность регистрации угловых координат 3,6'; точность регистрации дальности 10 м; точность регистрации частоты метеоэлементов 1 Гц; потребляемая мощность 9 кВ-А при напряжении питания 220 В.
· Радиозонды малогабаритные МРЗ-3АК1
Радиозонды малогабаритные МРЗ-ЗАК1 (в дальнейшем - радиозонды), предназначены для измерения температуры окружающего воздуха, изменяющейся в диапазоне от минус 80 до +50 °С и относительной влажности в диапазоне от 15 до 98 %, преобразования полученной информации в радиотелеметрический сигнал и передачи его на станцию слежения, а также для выработки ответного сигнала на запросный сигнал по дальности, излучаемый станцией слежения.
Область применения: системы радиозондирования атмосферы.
ОПИСАНИЕ: Принцип действия радиозонда заключается в измерении датчиками температуры и влажности, соответственно температуры и относительной влажности окружающего воздуха, преобразовании радиоблоком выходных сигналов с датчиков в радиотелеметрический сигнал, который передается на станцию слежения.
Радиозонд конструктивно включает в себя следующие составные части: радиоблок, корпус, крышку, датчик температуры, датчик влажности, батарею 28МХМ-0,1, держатель и шнуры для обвязки и подвешивания радиозонда.
Информация о состоянии температуры и влажности атмосферы содержится в радиотелеметрическом сигнале, представляющем из себя последовательность радиоимпульсов, следующих с частотой суперизации и имеющих частоту заполнения, которая называется несущей.
Информация о метеопараметрах разнесена по времени. Во время передачи информации о температуре считается, что включен канал температуры, при передаче информации о влажности - канал влажности. Опорный канал, во время работы которого период следования модулирующих импульсов не зависит от метеопараметров, а определяется значением высокостабильного резистора, обеспечивает снижение зависимости результатов измерений от внешних влияющих факторов.
Радиоизонды выпускаются в 2-х исполнениях: -«1782 МГц» для несущей частоты (1782±8) МГц; -«1680 МГц» для несущей частоты (1680±8) МГц.
Радиозонд является аэрологическим прибором разового действия, который поднимается в атмосферу на оболочке, наполненной водородом.