РД 52.11.652—2003

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по производству радиозондирования атмосферы системой МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ

РД 52.11.652—2003

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по производству радиозондирования атмосферы системой МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ

тенного поста должно обеспечивать нормальную радиолокационную видимость верхней полусферы пространства и точки (площадки) подготовки и выпуска радиозонда.

5.2.1.2    Аппаратура антенного поста размещена на двух связанных платформах: неподвижном основании и подвижной активной фазированной антенной решетке (АФАР).

Неподвижное основание служит несущей конструкцией всей аппаратуры антенного поста. На нем размещены электромеханический привод с редуктором и блоком управления двигателем, блок связи с постом оператора, средства горизонтирования РЛС и вращающееся сочленение с подвижной АФАР. Электромеханический привод обеспечивает вращение АФАР по азимуту в пределах 360° относительно неподвижного основания.

АФАР обеспечивает электронное управление положением луча диаграммы направленности по азимуту и углу места. АФАР содержит 64 приемо-передающих модуля и такое же количество сдвоенных дипольных излучателей. Пассивная часть антенны (сумматоры-делители, фазовращатели и излучатели) является общей для передающей и приемной частей АФАР. Напряжение возбуждения АФАР разветвляется с помощью сумматоров-делителей на 64 канала, в которых напряжения фазируются и поступают через переключатели «прием—передача* в передающие части модулей. В них напряжения усиливаются до мощности не менее 2 Вт в импульсе и происходит подача импульсов через ключи «прием—передача» на излучатели. Управление лучом АФАР в вертикальной плоскости осуществляется путем формирования нуленого фазового распределения поля в раскры-ве антенны. Нормаль к решетке образует угол 30° с горизонтом. Отклонение луча от нормали в вертикальной плоскости может составлять от минус 40° до 70° (от минус 10° до 100° относительно горизонта).

5.2.1.3    Управление лучом АФАР в горизонтальной плоскости выполняется двояко: электронное управление путем регулировки фазового распределения поля в раскрыве антенны и механическое управление с помощью электропривода. Сектор электронного поворота луча составляет не менее ±25°; сектор механического поворота равен ±210°.

РД 52.11.652—2003

5.2.1.4 Измерение угловых координат выполняется методом квадрантного сканирования. При этом диаграмма направленности (ДН) АФАР периодически занимает одно из четырех положений: луч отклоняется на половину ширины ДН вверх, влево, вниз, вправо. Указанные ДН пересекаются вдоль равносигнальной линии. Смещение радиозонда с равносигнальной линии приводит к амплитудной модуляции принятого сигнала с частотой сканирования. Глубина модуляции пропорциональна текущей угловой ошибке, а фаза модуляции соответствует направлению смещения радиозонда с равносигнальной линии.

5.2.2 Пост оператора

5.2.2.1    Пост оператора включает в себя ПК, систему бесперебойного питания и распределительный щит включения питания и связи с антенным постом и ИСРЗ.

5.2.2.2    Программное обеспечение поста оператора в МАРЛ-А позволяет осуществлять:

—    ввод географических координат и идентификатора МАРЛ-А в сети аэрологического радиозондирования;

—    автоматическую проверку исправности узлов по имитатору радиозонда при включении станции или по команде оператора;

—    предполетную проверку исправности радиозонда и ввод его градуировочных коэффициентов;

—    автоматическое или полуавтоматическое сопровождение радиозонда в полете с момента выпуска;

—    преобразование телеметрической информации, поступающей от радиозонда, в истинные значения температуры и влажности атмосферы в соответствующей точке измерения;

—    формирование и передачу комплекта стандартных аэрологических телеграмм;

—    управление режимами работы АФАР;

—    автоматический или ручной поиск радиозонда по координатам (азимуту, углу места и дальности) при его потере в процессе слежения;

—    фиксацию всех параметров выпуска в файле-протоколе на жестком диске ПК.

7

5.2.2.3 В состав поста оператора входит также оборудование для передачи аэрологических телеграмм (модем, телетайп).

Аппаратура поста оператора располагается в отапливаемом помещении на расстоянии не более 30 м от антенного поста.

5.2.3 Имитатор сигнала радиозонда

5.2.3.1    ИСРЗ служит для автоматического контроля исправности МАРЛ-А после ее включения и располагается стационарно на открытом воздухе в зоне обзора на расстоянии от 50 до 100 м от антенного поста.

ИСРЗ представляет собой передатчик радиозонда и плату формирования телеметрического сигнала температуры и влажности.

5.2.3.2    По ИСРЗ могут быть проверены следующие характеристики МАРЛ-А:

—    вид дискриминационных характеристик и точность установки луча при электронном и механическом сканировании (точнее, изменение положения нулей дискриминационных характеристик с момента калибровки при вводе в эксплуатацию);

—    точность введения поправок в измеряемые координаты;

—    работоспособность АФАР на прием и передачу в целом и каждого в отдельности канала АФАР;

—    разброс амплитудных характеристик каналов;

—    комплексная работоспособность трактов приемника, управляющей ЭВМ, формирователя частот и приемопередающей АФАР;

—    работоспособность телеметрического канала и точность расчета истинных параметров температуры и влажности.

5.3 Назначение МАРЛ-А

МАРЛ-А предназначен для:

—    автоматизированного контроля функционирования при включении по выносному имитатору радиозонда;

—    предполетной проверки радиозонда;

8

РД 52.11.652—2003

—    автоматического и ручного наведения и автоматического сопровождения радиозонда, находящегося в свободном полете;

—    определения угловых координат (азимута и угла места) и полетного времени радиозонда;

—    определения наклонной дальности до радиозонда;

—    приема и первичной обработки в реальном масштабе времени телеметрической информации от радиозонда о температуре и влажности в точке нахождения радиозонда;

—    сохранения данных об относительных координатах радиозонда и параметрах 'гелеметрической информации, привязанных к полетному времени, в виде файла-протокола на жестком диске управляющего ПК. Файл-протокол используется аппаратурой автоматической обработки радиозондирования для получения метеорологических параметров радиозонда (температуры, влажности, давления, скорости и направления ветра на стандартных высотах, изобарических поверхностях и уровнях особых точек).

5.4 Основные технические характеристики МАРЛ-А

5.4.1    Наклонная дальность автоматического (полуавтоматического) сопровождения радиозонда и приема телеметрической информации:

—    минимальная (до пункта выпуска радиозонда) — 60 м;

—    максимальная — более 200 000 м.

5.4.2    Максимальная высота радиозондирования;

—    для углов места до 70° — 40 000 м;

—    для углов места от 70° до 90° — 25 000 м.

5.4.3    Диапазоны углового обзора и сопровождения:

—    по азимуту — 360°;

—    по углу места — от минус 10° до 100°.

Примечания

1    Угловой обзор по азимуту осуществляется комбинированным способом: электромеханическим поворотом АФАР и электронным поворотом луча в диапазоне углов ±25° относительно АФАР.

2    Угловой обзор по углу места осуществляется только путем электронного поворота луча.

9

5.4.4    Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности измерений координат в режиме автосопровождения при электронном сканировании луча и наклонной дальности до радиозонда более 200 м не превышает по азимуту и углу места 0,1°.

5.4.5    Систематическая составляющая погрешности определения координат радиозонда при наклонной дальности до радиозонда более 200 м не превышает:

—    по дальности ±30 м;

—    по азимуту при механическом повороте АФАР ±1°;

—    по азимуту при электронном повороте луча ±0,1°;

—    по углу места ±0,1°.

5.4.6    Диапазон рабочих частот — (1680 ±10) МГц. В указанном диапазоне частот осуществляется автоматическое (полуавтоматическое) наведение на частоту излучения радиозонда и автоматическое слежение за частотой радиозонда в указанных пределах, а также прием телеметрической информации от радиозонда.

5.4.7    Энергетический потенциал антенно-приемной системы МАРЛ-А (отношение эффективной площади решетки к шумовой температуре Т) в направлении по нормали к плоскости антенной решетки — не менее 20 см²/К.

5.4.8    Уровень побочных излучений, создаваемых передающей системой МАРЛ-А, — менее минус 60 дБ.

5.4.9    Обмен информацией между МАРЛ-А и постом оператора осуществляется по каналу связи типа RS-232 на расстоянии не менее 30 м.

5.4.10    Электропитание изделия осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В ± 10 % с частотой от 48 до 60 Гц.

5.4.11    Мощность потребления — не более 500 Вт (потребляемая мощность в среднем составляет 150 Вт, пиковая нагрузка — не менее 500 Вт). Аварийное питание осуществляется от стандартного источника бесперебойного питания мощностью 600 Вт (UPS-600).

5.4.12    МАРЛ-А обеспечивает непрерывную работу в течение не менее 4 ч с паузой между включениями не менее 1 ч.

РД 52.11.652—2003

5.5 Радиозонды, совместимые с МАРЛ-А

5.5.1    С МАРЛ-А совместимы радиозонды с диапазоном рабочих частот (1680 ±10) МГц, например типа МРЗ-ЗАТ. Данный радиозонд является средством измерения одноразового использования и решением Госстандарта отнесен к средствам измерения с межповерочным интервалом, равным гарантийному сроку хранения. Радиозонд МРЗ-ЗАТ имеет принцип частотной модуляции сигнала сверхрегенеративного приемопередатчика и полностью аналогичен радиозонду МРЗ-ЗА по характеристикам, за исключением несущей частоты. Радиозонд МРЗ-ЗАТ сертифицирован и имеет лицензии Госстандарта на изготовление, ремонт и продажу.

6    Условия эксплуатации

и требования к установке и размещению МАРЛ-А

6.1    МАРЛ-А эксплуатируют при температуре окружающей среды от минус 40 °С до 45 °С. Температура в помещении поста оператора — от 1 °С до 25 °С.

6.2    С целью сохранения гарантийных обязательств монтаж и ввод в действие МАРЛ-А на АЭ проводят специалисты завода-изготовителя. Допускается размещать МАРЛ-А в типовом здании АЭ. При выборе места для установки и эксплуатации МАРЛ-А должны быть обеспечены требуемые размеры санитарно-защитной зоны [2, 3] в соответствии с методическими указаниями [4].

7    Требования безопасности при эксплуатации МАРЛ-А

7.1 При эксплуатации МАРЛ-А на АЭ следует соблюдать меры безопасности, руководствуясь следующими нормативными документами: ГОСТ 12.1.006, ГОСТ 12.1.009, ГОСТ 12.1.019, ГОСТ 12.1.045 и правилами, изложенными в [5, 6].

11

Предисловие

Научно-техническим центром радиозондирования Центральной аэрологической обсерватории

А. С. Азаров, канд. техн. наук; М. А. Азаров; В. Н. Арбузова; А. А. Ефимов; А. А. Иванов, канд. физ.-мат. наук; А. Е. Корнеев; Г. В. Коротин (ответственный исполнитель); С. А. Кочеров, канд. техн. наук; А. В. Кочин, канд. техн. наук; Н. Ф. Пальмова; И. Г. Потемкин, канд. техн. наук (руководитель разработки); И. Л. Циновский; Е. С. Чернушкина

Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

4    ЗАРЕГИСТРИРОВАН ЦКБ ГМП за № 52.11.652—2003

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

II

РД 52.11.652—2003

Содержание

1    Область применения..................................................... 1

2    Нормативные ссылки.................................................... 1

3    Определения................................................................ 2

4    Сокращения................................................................. 3

5    Особенности конструкции и принцип действия системы

МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ..................................................... 3

5.1    Общие положения................................................... 3

5.2    Состав МАР Л-А...................................................... 5

5.2.1    Антенный пост............................................... 5

5.2.2    Пост оператора............................................... 7

5.2.3    Имятатор сигнала радиозонда........................... 8

5.3    Назначение МАРЛ-А............................................... 8

5.4    Основные технические характеристики МАРЛ-А........    9

5.5    Радиозонды, совместимые с МАРЛ-А......................... 11

6    Условия эксплуатации и требования к установке и размещению МАРЛ-А........................................................... 11

7    Требования безопасности при эксплуатации МАРЛ-А........    11

8    Требования к обслуживающему персоналу....................... 12

9    Подготовка МАРЛ-А к работе......................................... 12

9.1    Горизонтирование и ориентирование МАРЛ-А............ 12

9.2    Проверка правильности измерения угловых координат

радиозонда............................................................. 13

10    Производство температурно-ветрового радиозондирования атмосферы системой МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ................ 15

Приложение А (обязательное) Инструкция оператора программного пакета «Эол*—МАРЛ-А (версия 1.4)................................................... 16

Библиография................................................................ 30

III

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ СИСТЕМОЙ МАРЛ А—МРЗ-ЗАТ

Срок действия с 2003—01—01 по 2005—12—31

1    Of тасть применения

1.1    Настоящие временные методические указания (далее методические указания) устанавливают порядок организации и проведения температурно-ветрового радиозондирования атмосферы системой МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ на наземных аэрологических станциях (АЭ) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу огружающей среды (Росгидромет).

1.2    Настоящие методические указания применяют совместно с технической документацией на аппаратуру, входящую в состав системы радиозондирования [1].

1.3    Настоящие методические указания предназначены для инженерного и технического персонала АЭ, сотрудников методических и технических групп межрегиональных территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС) и центров (областных, краевых, республиканских) по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГМС) при производстве радиозондирования системой МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ. Они могут также использоваться другими учреждениями, которые осуществляют радиозондирование с применением указанной системы на основании лицензий, выданных Росгидрометом.

2    Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.009-76. ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения.

1

ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.006-84. ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.

ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.

3 Определения

В настоящих методических указаниях применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Аэрологическое наблюдение — определение вертикальных профилей основных метеорологических величин в атмосфере от поверхности Земли до предельных высот подъема оболочки, несущей радиозонд. Аэрологическое наблюдение производят с помощью системы радиозондирования, включающей два основных элемента — радиозонд и наземное оборудование.

Радиозонд — средство измерения одноразового использования, включающее датчики метеорологических величин и радиопередатчик.

Наземное оборудование — радиолокационная станция (РЛС) или другое приемное устройство, которое обеспечивает сопровождение радиозонда в полете, прием и регистрацию координатной и телеметрической информации.

Аэрологическая станция (АЭ) — наблюдательное подразделение, производящее регулярные выпуски радиозондов в соответствии с ежегодным планом радиозондирования атмосферы на аэрологической сети Росгидромета.

Аэрологическая информация — значения метеорологических величин: давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, на разных уровнях в атмосфере, полученные методом радиозондирования. Аэрологическая информация включает значения метеорологических величин на стандартных изобарических уровнях, стандартных (геометрических) высотах над поверхностью Земли и уровнем моря, уровне тропопаузы, на высотах особых точек (резких изменений в вертикальном распределении) температуры, влажности, скорости и направления ветра.

РД 52.11.652—2003

4 Сокращения

В настоящих методических указаниях применяются следующие сокращения:

АВК    —    аэрологический вычислительный комплекс.

АП    —    аэрологический процессор.

АРУ    —    автоматическая регулировка усиления.

АФАР    —    активная фазированная антенная решетка.

АЭ    —    аэрологическая станция.

ДН    —    диаграмма направленности.

ИСРЗ    —    имитатор сигнала радиозонда.

МАРЛ-А    —    малогабаритный аэрологический радиолока

тор.

MP3    —    малогабаритный радиозонд.

МСВ    —    международное согласованное время.

НТЦР    —    научно-технический центр радиозондирова

ния.

ПК    —    персональный компьютер.

РЛС    —    радиолокационная станция.

РПУ    —    радиопрозрачное укрытие.

СВЧ    —    сверхвысокая частота.

ЦАО    —    Центральная аэрологическая обсерватория.

УГМС    —    межрегиональное территориальное управление

по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

ЦГМС — (областной, краевой, республиканский) центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

5 Особенности конструкции и принцип действия системы МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ

5.1    Общие положения

5.1.1    Система МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ предназначена для производства температурно-ветрового радиозондирования атмосферы при аэрологических наблюдениях. Система разработана для

3

замены устаревшей техники и поэтапного переоснащения сети АЭ новыми современными средствами радиозондирования, не уступающими мировому уровню. Система использует рабочий диапазон радиочастот, предназначенный Международным союзом электросвязи для целей радиозондирования и одобренный Министерством Российской Федерации по связи и информатизации. Это позволяет при необходимости применять радиозонды зарубежного производства и открывает возможность для экспорта отечественных средств радиозондирования.

5.1.2    Система МАРЛ-А—МРЗ-ЗАТ состоит из малогабаритного аэрологического радиолокатора МАРЛ-А, радиозонда МРЗ-ЗАТ с несущей частотой 1680 МГц и программного пакета «Эол>—МАРЛ-А, который полностью управляет работой системы при проведении радиозондирования, а также регистрирует координатно-телеметрическую информацию, обрабатывает и выдает таблицу результатов радиозондирования и аэрологическую телеграмму.

5.1.3    МАРЛ-А отличается принципиально новым подходом к конструированию подобных радиолокационных станций (РЛС). Это выражается в построении МАРЛ-А в виде одноблочной конструкции с максимальным упрощением механических и сборочных работ и исключением из производственного цикла работ по изготовлению точной механики для системы сопровождения радиозонда. Использование современных микроэлектронных и цифровых технологий, характерных для военной электроники, и тщательно продуманные конструктивные решения позволили создать полностью автоматизированную систему радиозондирования, не требующую технического обслуживания высококвалифицированным персоналом.

5.1.4    Главные преимущества МАРЛ-А по сравнению с информационно-вычислительным комплексом, применяемым при радиозондировании системой АВК-1—MP3, следующие:

—    отсутствие сверхвысокочастотных (СВЧ) электровакуумных приборов и электромеханических узлов (кроме привода азимутального поворота);

—    низкие питающие напряжения и небольшая потребляемая мощность, позволяющие осуществлять питание от однофаз-

4

РД 52.11.652—2003

ной сети, источника бесперебойного питания или аккумуляторных батарей;

—    обеспечение автоматического поиска радиозонда в пространстве в случае потери сигнала (без вмешательства оператора);

—    не требуются капитальные вложения в строительство или реконструкцию зданий (почти вся его аппаратура расположена в антенной колонке, а для размещения внешних устройств достаточно помещения площадью 6 м²);

—    использование универсального современного ПК позволяет полностью реализовать возможности метода по оперативности и дискретности данных, а также контролю их качества, и обеспечить современный сервис пользователей (разнообразные таблицы и графики);

—    использование ПК в составе аппаратуры обработки данных радиозондирования позволяет без существенных материальных затрат переходить на новые, более совершенные методы обработки данных и быстро адаптироваться к новым типам радиозондов и датчиков.

5.1.5 Полное описание МАРЛ-А приведено в руководстве по эксплуатации [1]. В настоящих методических указаниях приведены лишь особенности конструкции и принцип действия МАРЛ-А, отличающие его от аэрологических радиолокаторов предыдущего поколения.

5.2 Состав МАРЛ-А

В состав МАРЛ-А входят три разнесенных в пространстве поста;

—    антенный пост;

—    пост оператора;

—    имитатор сигнала радиозонда (ИСРЗ).

5.2.1    Антенный пост

5.2.1.1    Антенный пост включает в себя основную аппаратную часть МАРЛ-А, расположенную на открытом воздухе и защищенную радиопрозрачным укрытием (РПУ). Размещение ан-

5