Размещено на http://www.allbest.ru/

Краевое государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«Владивостокский гидрометеорологический колледж»

Контрольная работа

2016



Содержание

• Введение
• 1. Радиопрозрачное укрытие
• 2. Блок-схема приемника обработки сигналов
• 2.1 Назначение АСиПОИ
• 2.2 Состав и принцип построения
• 2.3 Цифровой корреляционный приемник на ПЛИС
• 2.4 Модели узлов блока предварительной обработки
• 2.5 Программное обеспечение АСиПОИ
• 3. Структурная схема РЛУ ДМРЛ-С : приемник
• 3.1 Приемное устройство ДМРЛ
• 4. Структурная схема УПО
• 4.1 Устройство первичной обработки метеоинформации
• 4.2 Технические характеристики УПО
• 4.3 Содержание процесса первичной обработки метеоинформации
• 4.4 Реализация УПО
• 5. Структурная схема СВЧ-радиометра
• 5.1 ДМРЛ с СВЧ-радиометром
• 6. Диодный амплитудный детектор
• 6.1 Расчет детектора
• Список используемой литературы


Введение

В данной работе мы по заданию провели изучение аэрологической РЛС типа ДМРЛ, эксплуатируемой в настоящее время в системе гидрометслужбы. В результате изучения предмета и выполнения контрольного задания мы узнали и изучили принцип действия, функциональные и принципиальные схемы наиболее важных блоков РЛС; научились самостоятельно определять работоспособность аппаратуры; знать методику поиска неисправностей и методики настройки и регулировки аппаратуры в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

В настоящее время широко используются ДМРЛ-С (ДМРЛ со сложным сигналом). Доплеровский метеорологический радиолокатор ДМРЛ-С предназначен:

· для отображения распределения различных метеорологических данных (отражаемости, скорости, ширины спектра, а также в режиме двойной поляризации: дифференциальной отражаемости, фазы, коэффициента кросскорреляции и линейного деполяризационного отношения) 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;

· определения опасных явлений погоды (град, гроза, шквальные усиления ветра, интенсивный дождь и снег, сильная турбулентность);

· отображения скорости и направления перемещения облачных систем;

· выдачи радиолокационной информации в необходимых кодограммах.

Существенным отличием ДМРЛ-С от аналогов является применение технологии сжатия импульсов с уровнем боковых лепестков сжатия ниже 60 дБ, достигаемое за счет использования последних достижений цифровой техники. Кроме того, применение сложных сигналов позволило сократить излучаемую мощность с сотен до десятков кВт. Это дало возможность исключить систему поддува тракта и высоковольтные блоки с напряжениями выше 12 кВ, что повысило эксплуатационные характеристики локатора.

Основные характеристики

Диапазон рабочих частот, МГц Антенна коэффициент усиления антенны, дБ, не менее уровень боковых лепестков, дБ, не хуже Передатчик импульсная мощность, кВт, не менее длительность импульса, мкс частота зондирования, Гц Приёмник динамический диапазон каждой поляризации, дБ, не менее Коэффициент подавления отражений от неподвижных местных предметов, дБ, не менее Потребляемая мощность, кВт, не более	5600-5650 зеркальная, параболическая 45 минус 29 клистронный 15 1,0-60,0 300-1500 2/4 канала (1/2 поляризациии) 100 50 10

1. Радиопрозрачное укрытие

Радиопрозрачные укрытия (РПУ) предназначены для защиты радиолокационных систем от атмосферных воздействий и обеспечения нормальной работы аппаратуры в сложных метеорологических условиях при температуре наружного воздуха от -60С до +50С при дожде, снеге, песчаных бурях, солнечной радиации, при скорости ветра до 50м/сек, при снеговой нагрузке до 100кг/м2.

Таблица 1

Конструктивная схема стенки	Толщина по слоям, мм	Материал	Диэлектрическая проницаемость,	Тангенс угла диэлектрических потерь, tg
Вариант 1 Оболочка РПУ диэлектрическая
	d1 = d5	Лакокрасочное покрытие	5,06	0,1100
	d2 = d4	Стеклотекстолит из ткани стеклянной, пропитанной связующим на основе эпоксидной смолы	3.95	0,0140
	d3	Наполнитель - материал, пропитанный связующим на основе эпоксидной смолы	1,149	0,0032
Вариант 2 Оболочка РПУ каркасно-мембранная
d	d	Стеклотекстолит из ткани на основе связующего БФ-2(либо аналогичного) и окрашен лакокрасочным покрытием	3,25	0,01
Металлический каркас	Тип разбивки - 5б Средняя длина металлического стержня 880мм Площадь поперечного сечения металлического стержня 300 мм 2

Таблица 2

Частота, МГц	Суммарное ослабление, вносимое сухим РПУ,дБ, при углах падения
	0о	10о	20о	30о	40о
5600	0,17	0,17	0,18	0,20	0,28
5700	0,18	0,18	0,18	0,20	0,27

Расчеты ослабления сухого РПУ (вариант 2) приведены в таблице 3.

Таблица 3

Частота, МГц	Суммарное ослабление, вносимое сухим РПУ, дБ
	За счет каркаса	За счет мембран	Суммарные
5600	0,82	0,05	0,87
5700	0,82	0,05	0,87

Дополнительное ослабление, вносимое за счет стыков панелей и элементов крепления, не превышает 0,2дБ.

Суммарное ослабление, вносимое сухим РПУ, составляет:

- для варианта 1 не более 0,5 дБ;

- для варианта 2 не более 0,9 дБ.

Гидрофобное покрытие на поверхности оболочки РПУ препятствует образованию сплошного слоя водной пленки, поэтому вода с поверхности стекает струйно, что сокращает потери.

Таким образом, при использовании диэлектрической оболочки РПУ суммарные потери в отсутствии дождя (с дожем) составят не более 0,5 дБ (1,0 дБ).



2. Блок-схема приемника обработки сигналов

Аппаратура сигнальной и первичной обработки ин формации АСиПОИ ДМРЛ.

2.1 Назначение АСиПОИ

АСиПОИ представляет собой программно-аппаратный комплекс.

Основные технические характеристики:

Аппаратура сигнальной и первичной обработки информации имеет следующие технические характеристики:

- опорная частота МГц, 80;

- максимальная амплитуда сигнала ПЧ, В 0.5;

- входное сопротивление по входу ПЧ, Ом 50;

- диапазон перестройки ПЧ в каждом канале, МГц 48-68.

2.2 Состав и принцип построения

В АСиПОИ используются принципы цифровой обработки сигналов, начиная с промежуточной частоты, и программной реализации задач АСиПОИ.

На вход модуля ЦОС поступают с основного и дополнительного приемников сигналы ПЧ в диапазоне 48..68 МГц. Сигналы ПЧ дискретизируются с частотой 80 МГц. Производится фазовое детектирование и формирование 3-х каналов с частотой дискретизации 10 МГц (коэффициент децимации 8). После фазового детектирования производится цифровое сжатие НЧМ сигналов и уменьшение частоты дискретизации до 2,0 МГц. Далее осуществляется привязка цифрового квадратурного сигнала к информации о текущем режиме зондирования, угле места, азимуте и другой информации, выдаваемой модулем синхронизации и формируется единый поток данных, содержащий сигналы 3-х каналов и синхроинформацию.

После формирования такого потока данных он поступает в процессорную систему, которая использует принцип конвейерных вычислений.

2.3 Цифровой корреляционный приемник на ПЛИС

Блок предварительной обработки радиолокационной информации на ПЛИС выполнен на базе модуля цифровой обработки сигналов (ЦОС) ADP201cP5.

Рисунок 4.6.1 - Структурная схема цифрового приемника

Структурная схема блока обработки (для одного канала) приведена на рисунке 4. 4.6.2.

Рисунок 4.4.6.2 - Блок-схема приемника для одного канала

Принимаемый сигнал по параллельной шине поступает на вход смесителя для переноса спектра сигнала с промежуточной частоты на нулевую частоту. Смеситель состоит из умножителя и управляемого частотного генератора. Частотный генератор работает на опорной частоте, и каждый такт формирует значения двух опорных синусоидальных сигналов с заданной частотой, различающихся по фазе на /2. Формирование опорных сигналов начинается синхронно с импульсом начала для фиксации начальной фазы синусоидальных сигналов, что позволяет более точно определить фазу принимаемого сигнала по отношению амплитуд квадратурных составляющих демодулированного сигнала. Работа генератора на опорной частоте позволяет обойтись без подстройки частоты опорных сигналов. Установка частоты опорных сигналов осуществляется посредством записи в регистр управления частотой генератора.

2.4 Модели узлов блока предварительной обработки

В качестве входного сигнала выбран нелинейно-частотно модулированный (НЧМ), как наиболее предпочтительный с точки зрения минимизации уровня боковых лепестков, имеющих важное значение в системах ДМРЛ.

Исходный НЧМ сигнал представлен в виде значений фазы с тактовой частотой 10 МГц.

Для выполнения обработки исходный НЧМ сигнал был интерполирован методом кубического сплайна до частоты дискретизации 80 МГц (до частоты АЦП).

Сигнал на ПЧ поступает в квадратурный смеситель, работающий на частоте 20 МГц (а не 60 МГц).

После смесителя сигнал поступает на КИХ фильтр-дециматор для прореживания по частоте, состоящий из трех каскадов. Каждый каскад осуществляет низкочастотную фильтрацию сигнала в полосе, равной половине полосы входного сигнала для устранения наложения участков спектра, а затем прореживает отфильтрованный сигнал в два раза. На выходе третьего каскада частота следования отсчетов равна частоте обработки 10 МГц.

После прореживания сигнал на частоте 10 МГц поступает на коррелятор, состоящий из 4-х КИХ фильтров с программируемыми коэффициентами и 2-х сумматоров. Коэффициенты фильтра хранятся в статической памяти внутри ПЛИС и могут загружаться процессором TigerSharc через его внешнюю параллельную шину. Порядок фильтра также устанавливается в процессе загрузки коэффициентов.

Функция коррелятора заключается в вычислении взаимной корреляционной функции копии зондирующего НЧМ-сигнала и принятого сигнала.

Технические характеристики цифрового корреляционного приемника.

Входной сигнал:

Разрядность данных АЦП - 14 бит;

Частота данных АЦП - 80 МГц;

Импульс начала общий для всех каналов.

Смеситель:

Разрядность опорного сигнала - 18 бит.

Коэффициент SFDR опорного сигнала - 96 дБ;

Максимальная частота опорного сигнала равна 10 МГц;

Шаг установки частоты опорного генератора - 1 Гц.

Разрядность выходного сигнала - 18 бит;

Метод уменьшения разрядности выходного сигнала - округление до ближайшего целого.

Дециматор:

Количество каскадов полуполосовых (halfband) КИХ-фильтров - 3;

Порядок первого каскада - 36;

Порядок второго каскада - 76;

Порядок третьего каскада - 152;

Разрядность выходного сигнала - 36 бит;

Метод уменьшения разрядности выходного сигнала - округление до ближайшего целого.

Коррелятор:

Частота обработки - 10 МГц;

Разрядность выходного сигнала - 48 бит;

Максимальное число коэффициентов - 900;

Метод уменьшения разрядности выходного сигнала - округление до ближайшего целого.

После вычисления квадратур они поступают на первичную обработку, где вычисляются мощность сигнала, шумов, радиальной скорости и ширины спектра.

Кроме того, в АСиПОИ формируется карта ПП. Принцип формирования карты пассивных помех состоит в пространственном и межобзорном усреднении параметров, полученных для адаптации МДФ к свойствам ПП. Эти параметры включают в себя мощности на выходах СУЛТ МДФ и корреляционные признаки.

аэрологический радиолокационный метеоинформация

2.5 Программное обеспечение АСиПОИ

Программное обеспечение делится на две части: ПО сигнальной обработки информации (ПО СОИ) и ПО первичной обработки информации (ПО ПОИ).

ПО ПОИ функционирует под управлением операционной системы LINUX и имеет многопроцессную и многопоточную организацию.

ПО ПОИ состоит из двух процессов: основного и сторожевого. Основной процесс выполняет все задачи, возложенные на ПО ПОИ, а сторожевой - контролирует работу основного путем обмена сообщениями с каждым из его потоков. Сам сторожевой процесс имеет предельно простой алгоритм работы, благодаря чему, вероятность его "зависания" очень мала. При отсутствии контрольного сообщения от какого-либо из потоков основного процесса сторожевой процесс производит перезапуск основного. При отказе основного процесса после повторного перезапуска или "зависании" сторожевого процесса производится перезапуск одноплатной ЭВМ и ячейки сигнальной обработки ADP201cp3, посредством сторожевого таймера, аппаратно реализованного на одноплатной ЭВМ. Программирование сторожевого таймера осуществляется сторожевым процессом.

Основной процесс ПО ПОИ имеет многопоточную организацию. Потоки - это подпрограммы, которым операционная система выделяет по очереди кванты времени для выполнения их задач.



3. Структурная схема РЛУ ДМРЛ-С : приемник

3.1 Приемное устройство ДМРЛ

Назначение приемного устройства.

Приемное устройство предназначено для приема отраженных от целей эхо-сигналов, их усиления, фильтрации и преобразования эхо-сигналов с высокой на промежуточную частоту.

На входы приемного устройства поступают эхо-сигналы на частотах в диапазоне 5610-5640 МГц.

Тактико-технические характеристики приемного устройства.

Приемное устройство обладает следующими техническими характеристиками:

- диапазон принимаемых частот, 5615-5635;

- коэффициент шума, дБ, не более 3,5;

- линейный динамический диапазон одного канала, дБ 60;

- полоса пропускания по уровню минус 3 дБ, МГц 21±1;

- уровень шума в полосе 20,0 МГц на выходе при R_н=50 Ом, мкВ 500;

- максимальный сигнал на выходе при R_н=50 Ом, В 0,5;

- частота гетеродина, МГц 5565;

– максимальный уровень мощности на входе, Вт

- импульсной 2000;

- средней 100;

- максимальное затухание аттенюатора ШАРУ при минимальном дискрете 0,5 дБ, дБ 15,5;

- контроль работоспособности, % 100;

Состав и принцип построения приемного устройства.

Приемное устройство состоит из двух комплектов приемных каналов - основного и дополнительного, а также канала контроля фазы.

Комплект основного и дополнительного приемного каналов включает в себя:

- МШУ с ограничителем и НО для ввода сигнала ГШ 1 шт.;

- полосовой фильтр 1 шт.;

- модули преобразователя 1 шт.;

- модуль УПЧ 1 шт.

На входе МШУ основного канала предусмотрено управляемое ЗУ для защиты МШУ от просачивающейся с выхода передатчика мощности, технические характеристики которого приведены ниже.

1. Потери на рабочей частоте 5625 МГц±10МГц не более 1,0 дБ;

2. Входная СВЧ мощность, Вт, не более 2000 имп., (100 ср.);

3. Длительность импульсов, мкс 1-100;

4. Максимальная просачивающая импульсная мощность, Вт, не более 20;

5. Время восстановления защитного устройства, мкс., не более 10.

МШУ основного и дополнительного канала размещаются на ВЧ панели над приемной аппаратуры, причем дополнительный канал подключен к входу основного канала, через направленный ответвитель с ослаблением 30 дБ.

На входах МШУ предусмотрены ограничители для защиты МШУ от несинхронной помехи с импульсной мощностью до 15 Вт.

Для измерения коэффициента шума приемного тракта используется генератор шума М31310 и устройство управления ГШ.

В качестве МШУ предполагается использовать малошумящий усилитель, его ТТХ:

- коэффициент шума, ед., не более 1,6;

- коэффициент передачи, дБ +26;

- ВГЛАХ по входу, Вт, не менее 10^-5;

- полоса рабочих частот, МГц 5570-5680;

- неравномерность АЧХ в полосе рабочих частот, дБ 1,5;

- максимальный уровень мощности на входе, Вт

- импульсной 15;

- средней 1,0 (скважность 15).

В составе МШУ имеется направленный ответвитель с ослаблением 17 дБ, предназначенный для ввода сигнала генератора шума (ГШ) для проведения автоматизированного контроля коэффициента шума приемного устройства. В качестве генератора шума используется стандартный ГШ типа М31310-7, сигнал которого подается на делитель, а затем на вход НО каждого МШУ.

На выходе МШУ и в канале контроля фазы устанавливается полосовой фильтр.

К выходу фильтров всех каналов подключаются модули преобразователя каналов приемника.

Модуль преобразователя приемника состоит из смесителя (СМ) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ), содержащего дискретный аттенюатор ШАРУ.

Смеситель выполнен по балансовой схеме на диодах 2А118-А5.

На смеситель каждого канала подаются сигналы гетеродина. На выходе смесителя после преобразования получаются сигналы двух промежуточных частот (МОНО и НЧМ со смещением на 4-5 МГц).

Структурная схема приемного устройства приведена на рисунке 1.

Контрольный канал фазовых характеристик излучаемого сигнала предназначен для контроля фазы зондирующего сигнала и представляет собой упрощенную версию основного канала ДМРЛ.



Выход контрольного канала подключен к третьему АЦП ADM модуля платы цифровой обработки сигналов.



УПЧ основного и дополнительного каналов приемника предназначен для усиления, частотной селекции эхо-сигналов ПЧ и автоматической регулировки усиления каналов по собственному шуму (ШАРУ).

Основные технические характеристики УПЧ:

- номинальный коэффициент усиления, дБ 30±2;

- ширина полосы пропускания по уровню минус 3 дБ, МГц, не менее 22,5;

- коэффициент шума, дБ, не более 6;

- диапазон ступенчатой регулировки усиления, дБ, не менее 15,5;

- шаг регулировки усиления, дБ 0,5;

- максимальная амплитуда выходных сигналов ПЧ при уровне ИМИ 3-го порядка минус (50-55), дБ, на R_н=50 Ом, В, не менее 0,5;

Функциональная схема УПЧ приведена на рисунке 2

Рисунок 2 - Функциональная схема УПЧ.

Реализовать заданные требования к АЧХ возможно лишь при использовании эллиптического фильтра (фильтра Кауэра) высокого порядка (не ниже пятого) с высокой добротностью используемых элементов - индуктивностей и конденсаторов (добротность не ниже (50ч70) ед.).

В качестве активной элементной базы предполагается использовать транзисторы и микросхемы в миниатюрных корпусах. Сюда следует отнести отечественные транзисторы 2Т368-А9(Б9), 2Т3187А9, 2Т996А-2, позволяющие построить малошумящие высоколинейные усилители ПЧ с отрицательными обратными связями, а так же зарубежные микросхемы AD8350AR(15,20), AD8351ARM.

Функцию дискретного аттенюатора с цифровым управлением выполняют микросхемы AT65-0107 или аналогичная АТ65-0283, имеющие дискрет затухания 0,5 дБ и пределы изменения затухания не менее 15,5 дБ. Эти микросхемы имеют широкие полосу пропускания и динамический диапазон передаваемых сигналов, низкое потребление энергии от источников электропитания и управление сигналами с уровнями ТТЛ.

Сигналы управления аттенюаторами ШАРУ поступают от ФСС на основной и дополнительный модули приемника в виде последовательного кода уровня ТТЛ, а сигнал гетеродина - от основного комплекта аппаратуры ФГС.

Контрольный канал проверки стабильности излучаемого сигнала Контрольный канал фазовых характеристик излучаемого сигнала предназначен для контроля фазы зондирующего сигнала и представляет собой упрощенную версию основного канала ДМРЛ.

Рисунок 3.8.2 Структурная схема цифрового приемо-передатчика



4. Структурная схема УПО

4.1 Устройство первичной обработки метеоинформации

Назначение устройства первичной обработки.

Устройство первичной обработки метеоинформации (УПО) предназначено:

- для получения в каждом цикле наблюдений ДМРЛ-С объемного файла, содержащего информацию об радиолокационной отражаемости метеоцели, средней доплеровской частоте f_д и дисперсии скоростей цели ²_н для каждой дискреты дальности на радиолокационном луче и каждого положения луча, которое он занимает в процессе обзора пространства;

- для выделения радиоэхо метеообразований на фоне отражений от поверхности Земли, сигналов от воздушных целей не метеорологического характера;

- для устранения неоднозначности измерений, возникающих при импульсной работе метеорадиолокатора;

- для устранения наложенных сигналов на разных дальностях, возникающих в протяженных метеообразованиях.

4.2 Технические характеристики УПО

УПО производит расчет характеристик метеоцели в интервале выборок по дальности 62,5 м.

Предусмотрена возможность программно переключаемого осреднения по 2, 4, 8 соседним интервалам выборок, что обеспечивает получение информации с разрешением по дальности 62,5 м, 125 м, 250 м, 500 м

Количество элементов разрешения по дальности в 1-градусном подмассиве (по каждому лучу) не менее 2001.

УПО обеспечивает динамический диапазон определения радиолокационной погрешности отражаемости метеоцели не менее 105 дБ. Точность определения 1,0 дБ.

УПО обеспечивает диапазон определения скорости метеоцели 48 м/с, дисперсии скорости цели 0 6 м/с. Погрешность определения 0,5 м/с.

УПО обеспечивает подавление местных предметов на величину не хуже 45 дБ.

4.3 Содержание процесса первичной обработки метеоинформации

После аналого-цифрового преобразования на промежуточной частоте 60 МГц комплексного сигнала V(t), полученного на выходе ВЧ модуля приемника, выделяется его синфазная I(t) и квадратурная Q(t) составляющие.

Синфазный сигнал I(t) пропорционален амплитуде отражения и синусу его фазы (относительно излученной волны), а квадратурный сигнал Q(t) пропорционален косинусу его фазы. Сумма (I² + Q²) пропорциональна мощности отражений S, а Arctg Q/I пропорционален фазе отражения. Выходные данные S, I, Q - являются первичными радиолокационными данными.

Вдоль оси радиолокационного луча по каждому дискрету дальности сигналы мощности S осредняются по времени и, осредненные по времени от нескольких соседних блоков, осредняются по пространству.

Затем проводится расчет энергетического спектра отраженных сигналов, средней оценки межимпульсного изменения фазы - доплеровских частоты и ширины спектра. При определенных условиях мощность отражений пропорциональна отражаемости метеоцели Z, доплеровская частота - средней радиальной скорости цели, а ширина спектра - дисперсии скорости цели ²_н.

Первичная обработка начинается с подавления в каждой дискрете дальности отражений от местных предметов.

Итоговые файлы содержат информацию об отражаемости, средней радиальной скорости и ширине спектра для каждой ячейки дальности (несколько дискрет дальности) для каждого положения радиолокационного луча, которое он занимает в пространстве в процессе обзора, имеют полярные координаты и называются базовыми.

Базовые данные служат исходными данными для расчета различных метеорологических продуктов в прямоугольных координатах:

- отражаемость по слоям высоты;

- верхняя граница радиоэха;

- вертикальный профиль отражаемости;

- интенсивность осадков у земли;

- количество осадков за различное время;

- вертикальный профиль горизонтального ветра и т.д.

4.4 Реализация УПО

УПО представляет собой компьютер с PCI-архитектурой, двухядерным процессором Intel Pentium с частотой 2.4 GHz, работающий под управлением операционной системы Linux. Установленный пакет программного обеспечения реализует интерфейс пользователя со всеми настройками, установками и управлением системой метеолокатора. Он включает в себя набор специальных утилит и программ, которые осуществляют мониторинг состояния, настройку, калибровку системы, управление оборудованием метеолокатора, архивирование данных, пересылку файлов продукта на удаленный компьютер.

Компьютер УПО выполняет также функции устройства управления и контроля (УУК) системой метеолокатора: УУК осуществляет управление передающим устройством, приемником, приводом антенны, отображает режимы работы, обеспечивает контроль и мониторинг состояния отдельных устройств и узлов.

Работа оператора с УПО может происходить как в местном режиме (в контейнере с основной аппаратурой), так и в режиме дистанционного управления с удаленного компьютера. Для этого УПО имеет в своем составе устройство сетевого интерфейса Ethernet. Используя локальную сеть Ethernet, возможен дальнейший выход в глобальную сеть Интернет.

Сеть Ethernet используется для передачи архивных файлов готового продукта работы метеолокатора потребителям (например, аппаратура вторичной обработки метеоинформации).

УПО обеспечивает поддержку различных интерфейсов связи (RS-232, RS-485, RS-422) для подключения дополнительных устройств в составе метеолокатора.

Питание УПО осуществляется от сети переменного тока 220 В, с частотой 50 Гц.

Потребление составляет 120-350 Вт.

Температура окружающей среды: 0-50° С.

Влажность 0-95%, без конденсата.

УПО реализовано на компьютере промышленного типа, построенном на основе стандартной PCI-архитектуре и работающем под управлением операционной системы Linux.

Конструктивно блок УПО размещен в стандартной 19” секции, которая встраивается в шкаф.

На рисунке 3.8.1 показана структурная схема УПО.

Рисунок 3.8.1 Структурная схема УПО

5. Структурная схема СВЧ-радиометра

5.1 ДМРЛ с СВЧ-радиометром

СВЧ-радиометр предназначен для дистанционного неконтактного определения интегрального влагозапаса атмосферы (L) и водозапаса облаков (W). Включенный в состав ДМРЛ СВЧ-радиометр позволяет в дополнении к метеоинформации, получаемой с помощью метеорадиолокатора:

- устанавливать среднюю водность облаков по выбранному направлению;

- определять вертикальный профиль водности облаков;

- проводить картирование водности облаков в рабочем режиме обзора МРЛ в реальном масштабе времени;

- проводить обнаружение центров конвективных облаков с повышенным содержанием водозапаса и оценивать его величину;

- выполнять контроль результативности активных воздействий на облака.

СВЧ-радиометр, встроенный в ДМРЛ позволяет не только получать дополнительную метеорологическую информацию, но и проводить:

- ориентирование ДМРЛ по Солнцу;

- оценку потерь, вносимых радиопрозрачным ветрозащитным устройством.

Основные технические характеристики:

- рабочая частота, ГГц, 11,2;

- полоса пропускания приемного устройства, ГГц 1,0;

- чувствительность приемного устройства РМУ, К⁰/с, не хуже 0,1;

- погрешность определения водозапаса облаков, % 20;

- погрешность определения водности облаков, % 30 50.

В состав СВЧ-радиометра, встроенного в ДМРЛ, входят:

- облучатель:

- делитель поляризации;

- калибратор;

- фильтр частоты передатчика ДМРЛ;

- приемное устройство СЧ-радиометра

- блок питания.

Упрощенная структурная схема СВЧ-радиометра представлена на рисунке 3.14.1. Все устройства, входящие в состав СВЧ-радиометра, размещаются в термостатированном корпусе, установленном на антенне ДМРЛ.

Подача электропитания, сигналов управления и съем информации осуществляется через низкочастотные вращающиеся контакты токосъемника.

Электропитание приемного устройства СВЧ-радиометра осуществляется постоянным напряжением номиналов 12 14 В с потреблением 200 мА и плюс 18 В с потреблением 40 мА, а термостатированного корпуса - плюс 12 В с потреблением 4,5 А.

Выходная информация с приемного устройства СВЧ радиометра в аналоговом или цифровом виде через токосъемник подается в УПО, функции которого может выполнить УПО ДМРЛ, оснащенное специальным программным обеспечением для расчета метеопараметров.

При встраивании СВЧ-радиометра в ДМРЛ в пассивном канале используется только отражатель антенны метеорадиолокатора. В остальном радиолокационный канал и пассивный канал (канал СВЧ-радиометра) независимы и автономны. Проблема встраивания заключается в размещении прямоугольного облучателя СВЧ-радиометра в раскрыве отражателя антенны. При этом, облучатель СВЧ-радиометра можно расположить в соосном, либо в параллельном варианте относительно облучателя радиолокационного канала.

Параллельный вариант расположения облучателя СВЧ-радиометра является технически более простым, однако, требует учета разности углового разноса лучей радиолокатора и СВЧ-радиометра при обработке данных. Рассмотренные варианты построения облучателя имеют недостатки, в частности:

- повышенный уровень поля кросс-поляризации в метеоканале, свойственный системе прямоугольного рупор-параболическое зеркало (квадратный рупор при двухполяризованном облучателе);

- повышенный уровень боковых лепестков, асимметрия ДН облучателя для разных поляризационных компонент в метеоканале при встраивании облучателя радиометрического канала внутрь облучателя метеоканала;

- несовпадение направлений максимумов ДН метеоканала и радиометрического канала вследствие выноса облучателя радиометра из фокуса зеркала;

- повышенный уровень боковых лепестков в радиометрическом канале за счет выноса его облучателя из фокуса и приближения его к подводящему волноводу (сильнее затенение).

Поэтому в качестве облучателя СВЧ-радиометра целесообразно использовать комбинированный облучатель, описанный в разделе 3.13 настоящей ПЗ.

Фотография действующего макета СВЧ-радиометра представлена на рисунке 3.14.2.



6. Диодный амплитудный детектор

Рассмотрим принцип действия простейшего АД на основе диодного выпрямителя (рис.1) сначала при гармоническом воздействии, т.е. при

Рис. 1

Рис.2

Состояние диода описывается его ВАХ , линейно-ломаная аппроксимация которой представлена на рис.2. при диод характеризуется сопротивлением открытого p-n-перехода , а при - сопротивлением закрытого p-n-перехода , причем

.

В схеме рис.1

.

При поступлении положительной полуволны входного напряжения и при

диод открыт и через него течет ток. Конденсатор С через открытый диод быстро заряжается с постоянной времени

.

Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на емкости () не сравняется с входным напряжением, и диод закроется. В результате конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Обычно

.

Разряд происходит медленнее, чем заря

?_разр = CR >> ?_зар,

за время действия отрицательной полуволны входного напряжения выходное напряжение изменится мало.



Рис.3.

На рис.3 показан установившийся процесс заряда и разряда конденсатора. Ток диода течет только в те моменты времени, пока

.

По отношению к диоду напряжение является смещением. Поскольку (см. рис.3) равно 0, то

обеспечивает работу диода с углом отсечки ? < 90? . При большой постоянной времени



величина близка к амплитуде входного напряжения. Поэтому здесь получается достаточно малый угол отсечки: он определяется соотношением сопротивлений и R. Действительно, крутизна открытой части ВАХ диода равна

.

Следовательно,

,

.

С другой стороны, при

, .

Отсюда имеем

.

Учитывая, что



,

окончательно получаем следующее соотношение

.

Таким образом, задание внутреннего сопротивления диода и сопротивления нагрузки R однозначно определяет угол отсечки ? . Чем ближе величина к , тем меньше угол отсечки. Для работы с ? = 10° (cos? = 0,9848), должно выполняться

.

При ???????????? выходное напряжение детектора близко к амплитуде входного. После определения величины R, можно определить и требуемое значение емкости конденсатора C из условия подавления высокочастотных составляющих и неискаженной передачи низкочастотной части спектра тока:

.

Так как

, условие легко выполнить.

Поскольку амплитудный детектор подключается в качестве нагрузки усилителя высокой частоты, то важное значение имеет его входное сопротивление. При практически вся мощность, потребляемая детектором, выделяется на сопротивлении R. Поэтому можно приближенно считать

,

где и - амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая тока диода. Разделим левую и правую часть на . Получим

.

Отсюда, учитывая, что , имеем

,

Откуда

.



Чтобы детектор не влиял на частотные характеристики усилителя, необходимо при выборе R выполнить условие

,

где - резонансное сопротивление контура усилителя.

6.1 Расчет детектора

Принципиальная электрическая схема детектора представлена ниже.

Входом детектора является УПЧ на выходе детектора находится ВУ

Исходные данные:

1 .Длительность импульса т_и, мкС 2

2. Напряжение на входе детектора U_BX,B 1-2

3. Время нарастания / спада импульса в детекторе Тф,,мкС 0,2

4. Промежуточная частота, МГц 30

5. Полярность выходного импульса отрицательная

6.Эквивалентное резонансное сопротивление контура УПЧ R₀ без учета шунтирующего действия детектора ,кОм 20.

Выбираем тип диода из серии высокочастотных или импульсных диодов. Принимаем диод Д9К , имеющий следующие параметры:

- Постоянное прямое напряжение не более, В 1

- Постоянный обратный ток , мкА 60

- Выпрямленный амплитудный ток, мА 98

- Средний выпрямленный ток, мА 30

- Обратное напряжение , В 30

- Рабочая частота, МГц 150

- Емкость диода, пФ 0,2

- Время восстановления, мкС 2,5

Определяем величину внутреннего сопротивления диода:

Ri = U_np/Inp= 1/ 0,098 = 10,2 Ом

Рассчитываем величину емкости нагрузки детектора

С_н = C₁ + С_м > 10С_Д С_Н = С₁ + С_м =5 +4 = 9*10^-12 Ф

9*10^-12 >10*0,2*10^-12 = 9*10^-12 > 2*10^-12

C₁ - емкость подстроечного конденсатора 0... 10 пФ берем 5пФ

С_м-- емкость монтажа (3.. .5) пФ. берем 4пФ

Определяем сопротивление нагрузки

R_H < т_cд / С_Н = 2,5*10^-6/9*10^-12 = 278*10³ Ом

Принимаем величину сопротивления нагрузки равной 10 кОм. Проверяем условие

R_нС_нf_пр > 1...2 10*10³*9*10^-12*20*10⁶ = 1,8 yсловие выполнено

Вычисляем отношение

Ri / R_H = 10,2:10000 = 1,02*10^-3 5.



По графику рис.VI.4, Л1 определяем значение коэффициента передачи по напряжению

К_д = cos ? ? 1

Определяем входное сопротивление детектора

R_{д вх}= R_н / 2 cos ? = 10 / 2*1 = 5 кОм

Определяем действительное значение нарастания импульса в детекторе ф_фд при условии полного подключения детектора к контуру УПЧ, т.е. с = 1

ф_фд = 5С_н (с ²R₀ + 2R_i)*( cos????? с ²(R₀/R_{д вх}))) =

5*9*10^-12(1*20*10³+2*10,2)*(1/(1+1²(20*10³/5*10³)))=0,193*10^-6 С

Полученное значение времени нарастания должно быть меньше или равно времени нарастания, т.е.

ф_фд = 0,18*10^-6 С < т_фд = 2,5*10^-6 С

Определяем напряжение на выходе детектора

U_{вых д} = К_д*U_вх=1*1,5=1,5В



Список используемой литературы

Материалы источника

1. Л4(ДМРЛ-С. Пояснительная записка. Часть 2. Аппаратура ДМРЛ ЦИВР 462414.002.ПЗ1, 2008)

2. Л5(ДМРЛ-С. Пояснительная записка. Часть 3.Описание варианта ДМРЛ с простым сигналом ЦИВР462414.002.ПЗ2).

3. интернет источники

4. http://jstonline.narod.ru/

5. -www.almaz-antey.ru

Размещено на Allbest.ru

...