Е.В. Богатырев1, Р.Г. Галеев2, В.Э. Иванов3, С.И. Кудинов4, И.В. Малыгин5, В.Я. Носков6, О.А. Черных7

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

3‑7 Уральский федеральный университет имени первого Президента России (г. Екатеринбург, Россия)

1,2 info@krtz.su, 3 v.e.ivanovekt@gmail.com, 4 kudinoffs@mail.ru, 5 pit_pit2@mail.ru, 6 v.y.noskov@urfu.ru, 7 o.a.chernyh@urfu.ru

Постановка проблемы. В отечественных системах радиозондирования атмосферы в качестве приемоответчика РЛС и
одновременно передатчика телеметрических данных о температуре, влажности, давлении и других параметрах среды на борту АРЗ используются сверхрегенеративные приемопередатчики (СПП). Среди ряда достоинств СПП имеются также недостатки: ограниченность чувствительности СПП в режиме приема запросных радиоимпульсов РЛС; асинхронность процессов формирования приемного окна СПП и посылок запросных радиоимпульсов РЛС, что является причиной принципиально неустранимой ошибки измерения наклонной дальности; широкий спектр излучения и его шумовой характер, создающий проблемы электромагнитной совместимости работе систем ГЛОНАСС/GPS; недостаточная точность определения скорости перемещения АРЗ. Совокупность перечисленных недостатков СПП представляет собой сложную и комплексную проблему на пути дальнейшего развития радиолокационного зондирования.

Цель. Устранить недостатки СПП и улучшить тактико-технические характеристики системы радиозондирования благодаря применению вместо СПП автодинных приемопередатчиков (АПП), работающих в синхронном режиме приема запросных
радиоимпульсов РЛС на борту аэрологического радиозонда (АРЗ) и обеспечивающих регистрацию доплеровских сигналов в приемнике РЛС.

Результаты. Предложен метод доплеровского определения параметров движения АРЗ, основанный на анализе изменений разности фаз возвращенных от АРЗ колебаний и первичных колебаний опорного генератора РЛС. Рассмотрено внедрение АПП вместо СПП для улучшения параметров в системах радиозондирования атмосферы, в результате чего исключены причины снижения чувствительности приемника АРЗ и точности определения дальности и улучшились спектральные характеристики излучения передатчика АРЗ, благодаря чему решена проблема ЭМС с системами ГЛОНАСС/GPS.

Практическая значимость. Результаты работы позволяют отслеживать перемещения АРЗ с точностью до долей полудлины волны излучения, повышая точность регистрации параметров ветра с возможностью анализа тонкой структуры перемещений воздушных масс, включая обнаружение турбулентностей, завихрений, циркуляций и наличия спутного следа, что значительно расширяет функциональные возможности системы зондирования. Для внедрения предложенного метода в существующие системы радиозондирования потребуются незначительные конструктивные изменения в РЛС, связанные с введением частотного детектора в приемник канала дальности и разработкой формирователя специальных запросных радиоимпульсов, состоящих из двух примыкающих друг к другу частей с немодулированной и частотно-модулированной несущей соответственно.

Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Иванов В.Э., Кудинов С.И., Малыгин И.В., Носков В.Я., Черных О.А. Метод доплеровского определения параметров движения аэрологического зонда радиолокационной системы // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 2. С. 39–51. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202502-05

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. http://hdl.handle.net/10995/122177
2. Хахалин В.С. Современные радиозонды. М.: Госэнергоиздат. 1959.
3. Авт. свид. SU115078. Передатчик-ответчик для радиозонда / Хахалин С., Васильев Б.В., Калачинский С.Ф. Опубл. 01.01.1958.
4. Кудинов С.И., Иванов В.Э. Исследование влияния флуктуационных и ударных колебаний на чувствительность сверхрегенеративных приемопередающих устройств // Ural Radio Engineering Journal. 2019. Т. 3. № 2. С. 170–194
5. Кудинов С.И. Транзисторные сверхрегенеративные приемопередающие устройства с повышенным потенциалом в системах радиолокации и связи / Диссертация, к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2007.
6. Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Иванов В.Э., Кудинов С.И., Носков В.Я., Черных О.А. Радиолокационное зондирование атмосферы с применением синхронных автодинных приемоответчиков // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. Т. 78. № 1. С. 166–178. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202401-03.
7. Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Иванов В.Э., Кудинов С.И., Носков В.Я., Черных О.А. Развитие радиолокационных систем зондирования атмосферы применением асинхронных автодинных приемоответчиков // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. Т. 78. № 1. С. 179–197. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202401-04.
8. 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.
9. Носков В.Я., Иванов В.Э., Гусев А.В. и др. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы. Ural Radio Engineering Journal. 2022. V. 6(1). P. 11–53. DOI: 10.15826/urej.2022.6.1.001.
10. Патент RU2808775C1. МПК G01S13/74; G01S13/95. Способ доплеровского определения параметров движения аэрологического радиозонда и радиолокационная система его реализующая / Носков В.Я., Галеев Р.Г., Богатырев Е.В., Иванов В.Э., Малыгин И.В. Опубл. 05.12.2023, бюл. 34. Заявка 2023107963 от 31.03.2023.
11. Теоретические основы радиолокации / под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио. 1970.
12. Демьянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний. М.: Энергия. 1976.
13. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауса, Д. Моргана. М.: Мир. 1979.
14. Курокава К. Принудительная синхронизация твердотельных СВЧ-генераторов // ТИИЭР. 1973. Т. 61. № 10. С. 12–40.
15. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных генераторах / Под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь. 1991.
16. Смирнов Г.Д., Горбачев В.П. Радиолокационные системы с активным ответом. М.: Воениздат. 1962.
17. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А. и др. 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.
18. Патент RU2529177C1. МПК (2006.01) G01S13/95. Система радиозондирования атмосферы с пакетной передачей метеорологической информации / Иванов В.Э., Гусев А.В., Плохих О.В. Опубл. 27.09.2014, бюл. № 27.
19. Frank Schadt, Friedemann Mohr, Markus Holzer Application of Kalman Filters as a Tool for Phase and Frequency Demodulation of IQ Signals // International Conference on «Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering» (IEEE REGION 8 SIBIRCON). Novosibirsk Scientific Centre, Novosibirsk, Russia. July 21–25, 2008. P. 421–424.
20. Вопросы статистической теории радиолокации. Т. 2 / Под ред. Г.П. Тартаковского. М.: Сов. радио. 1964.
21. Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. М.: Сов. радио. 1967.
22. Patent US5055849. Method and device for measuring velocity of target by utilizing Doppler shift of electromagnetic radiation / Andersson H., Salasmaa E. Publ. 08.10.1991.
23. Patent US5317315. Method and device for measurement of the velocity of a moving target by making use of the Doppler shift of electromagnetic radiation / Karhunen P., Andersson H. Publ. 31.05.1994.