Е.В. Богатырев1, Р.Г. Галеев2, В.Э. Иванов3, С.И. Кудинов4, В.Я. Носков5, О.А. Черных6

1,2 АО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск, Россия)

1 Сибирский федеральный университет (г. Красноярск, Россия)

2 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева
(г. Красноярск, Россия)

3–6 Уральский федеральный университет (г. Екатеринбург, Россия)

1,2 info@krtz.su, 3 v.e.ivanovekt@gmail.com, 4 kudinoffs@mail.ru, 5 v.y.noskov@urfu.ru, 6 r303las@mail.ru

Постановка проблемы. В качестве телеметрического приемоответчика на борту шара-зонда в настоящее время используется сверхрегенеративный приемопередатчик (СПП), формирующий ответную паузу во время излучения на воздействие
запросного радиоимпульса РЛС. Перечисленные в статье недостатки СПП представляют собой на пути дальнейшего развития радиозондирования атмосферы сложную и комплексную проблему, состоящую в необходимости увеличения чувствительности приемоответчика в режиме приема запросного радиоимпульса, а также глубины и продолжительности ответной паузы. Кроме того, востребованными являются решения задача сужения спектра излучения и уменьшение флуктуаций временного положения ответной паузы, а также значительное повышение его помехозащищенности к воздействию активных помех и упрощение настройки.

Цель. На основе предложенных технических решений и разработанной ранее математической модели показать возможность применения в системах радиозондирования атмосферы вместо СПП автодинных приемопередатчиков (АПП), использующих асинхронный режим приема запросного радиоимпульса РЛС на борту аэрологического радиозонда (АРЗ).

Результаты. Показано, что переход в системах радиозондирования атмосферы от применения СПП к АПП обеспечивает кардинальное решение проблемы улучшения спектральных характеристик излучения АПП и исключение флуктуаций временного положения, глубины и ширины ответной паузы. Обработка запросного радиосигнала на борту АРЗ с АПП повышает устойчивость режима работы приемоответчика при низком отношении сигнал/шум и улучшает помехозащищенность его к воздействию активных помех. Применение в АПП замкнутой системы автоматической стабилизации уровня запросного радиосигнала на входе автодинного СВЧ-генератора обеспечивает повышение устойчивости режима и надежности работы СВЧ-генератора для широкого диапазона расстояний. В процессе пуска и подъема АРЗ этот диапазон расширен от местоположения РЛС до предела по дальности, ограниченного энергетическим потенциалом системы радиозондирования и рельефом местности. Представлено два варианта технических решений стабилизации уровня запросного сигнала на входе автодинного СВЧ-генератора АРЗ: первый вариант основан на применении управляемого аттенюатора между антенной и автодинным СВЧ-генератором, который управляется выходным сигналом блока обработки по типу задержанной АРУ; второй вариант включает в себя цепь прямого воздействия на автодинный СВЧ-генератор и цепь информационной обратной связи о результатах этого воздействия. Предложен метод определения дальности до АРЗ, основанный на фиксации момента приема реакции автодинного СВЧ-генератора на воздействие запросного радиоимпульса РЛС посредством приемника РЛС с частотным детектором. Благодаря исключению флуктуаций временного положения ответного сигнала и аппаратной задержки радиосигнала обеспечивает повышение точности определения дальности от РЛС до АРЗ. Отмечено, что данный метод позволяет при сохранении функциональных возможностей известных АПП значительно упростить его конструкцию, что снижает затраты на изготовление АРЗ. При этом исключаются блок выделения автодинного сигнала, усилитель, обнаружитель запросного сигнала и формирователь импульса ответной паузы.

Практическая значимость. Установлено, что внедрение предлагаемых методов и устройств в существующие системы
радиозондирования потребует лишь незначительных конструктивных изменений в РЛС, связанных с введением частотного детектора в приемник канала дальности и перестройки частоты запросного передатчика на величину разностной частоты сигнала биений.

Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Иванов В.Э., Кудинов С.И., Носков В.Я., Черных О.А. Развитие радиолокационных систем зондирования атмосферы с применением асинхронных автодинных приемоответчиков // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. T. 78. № 1. С. 45–63. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202401-05

1. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. Радиозондирование атмосферы: Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств / Под ред. В.Э. Иванова. Екатеринбург: УрО РАН. 2004. URL: http://hdl.handle.net/10995/122177.
2. Носков В.Я., Иванов В.Э., Игнатков К.А., Кудинов С.И. Теоретические обоснования автодинного метода формирования ответного сигнала радиозонда по дальности // Материалы 22-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2012). Севастополь. 2012. С. 897–899.
3. Кудинов С.И., Иванов В.Э., Носков В.Я., Игнатков К.А. Экспериментальные исследования автодинного режима приемопередающего устройства радиозонда МРЗ-3МК // Материалы 22-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2012). Севастополь. 2012. С. 900–902.
4. Иванов В.Э., Гусев А.В., Игнатков К.А. и др. Современное состояние и перспективы развития систем радиозондирования атмосферы в России // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. № 9. С. 3–49.
5. Патент RU2624993C1. Автодинный приемопередатчик системы радиозондирования атмосферы / Носков В.Я., Иванов В.Э., Игнатков К.А., Кудинов С.И., Гусев А.В. Опубл. 11.07.2017. Бюл. 20.
6. Царапкин Д.П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. М.: Радио и связь. 1982.
7. Носков В.Я., Иванов В.Э., Гусев А.В. и др. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы // Ural Radio Engineering Journal. 2022. Т. 6. № 1. С. 11–53. DOI: 10.15826/urej.2022.6.1.001.
8. Демьянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний. М.: Энергия. 1976.
9. Минаев М.И. Низкочастотный спектр автодинного преобразователя частоты // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1989. № 7. С. 12–14.
10. Курокава К. Принудительная синхронизация твердотельных СВЧ-генераторов // ТИИЭР. 1973. Т. 61. № 10. С. 12–40.
11. Патент RU2786415С1. Автодинный асинхронный приемопередатчик системы радиозондирования атмосферы / Носков В.Я., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В., Иванов В.Э., Черных О.А. Опубл. 21.12.2022. Бюл. 36.
12. СВЧ устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет / Под ред. И.В. Мальского, Б.В. Сестрорецкого. М.: Сов. радио. 1969.
13. Способ стабилизации уровня сигнала на входе автодинного асинхронного приемопередатчика системы радиозондирования атмосферы / Носков В.Я., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В., Иванов В.Э., Черных О.А. Заявл. № 2023104295 от 27.02.2023.
14. Патент RU2529177C1. Система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей метеорологической информации / Иванов В.Э., Гусев А.В., Плохих О.В. Опубл. 27.09.2014. Бюл. № 27.
15. Смирнов Г.Д., Горбачев В.П. Радиолокационные системы с активным ответом. М.: Воениздат. 1962.
16. Патент RU2801741C1. Способ определения дальности до аэрологического радиозонда / Носков В.Я., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В., Иванов В.Э., Черных О.А. Опубл. 15.08.2023. Бюл. 23.
17. Патент RU2804516C1. Способ передачи команд управления на борт аэрологического радиозонда и радиолокационная система его реализующая / Носков В.Я., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В., Иванов В.Э., Малыгин И.В. Опубл. 02.10.2023. Бюл. 28.
18. Гоноровский И.С. Частотная модуляция и ее применения. М.: Связьиздат. 1948.
19. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Мишин Д.Я., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 2. С. 5–33. DOI: 10.18127/j20700784-201902-01.
20. Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. М.: Горячая линия – Телеком. 2007.