У третьому розділі теоретично обґрунтовано і розроблено структуру апаратного та програмного забезпечення метеорної радіотехнічної системи для моніторингу динамічних параметрів атмосфери Землі за СТМ.

Вимірювання ДЗЧ відбитих сигналів у системі, що розробляється, ускладнене тим, що у приймальній позиції відсутній опорний сигнал від «використовуваного» ТВ РПП через його значне віддалення (100...1000 км). Отже, ДЗЧ в такій системі має бути оцінений за різницею між вимірюваною частотою сигналу, відбитого від метеорного сліду, і апріорі відомої величиною робочої частоти ТВ РПП, що є джерелом цього сигналу. Очікувані ДЗЧ несучої відбитих сигналів складають десятки герц, отже, вимірювання несучої частоти відбитих сигналів має проводитися з похибкою не більше одиниць герц. Однак через обмежену тривалість радіосигналу, відбитого від метеорного сліду (в середньому 0,1 с), похибка оцінки його частоти типовими методами вимірювання (лічильним методом і спектральними методами, які використовують швидке перетворення Фур'є, ШПФ), на порядок перевищує необхідну величину похибки вимірювання ДЗЧ.

Для досягнення необхідної величини похибки оцінки ДЗЧ обґрунтовано застосування в радіотехнічній системі, що розробляється, багатоканального кореляційно-фільтрового оптимального вимірювача частоти когерентного сигналу з випадковими амплітудою і початковою фазою. Цей вимірювач пропонується реалізувати на етапі цифрової обробки сигналу як додатковий алгоритм, що уточнює частоту радіосигналу, попередньо визначену за його ШПФ-спектром. Тоді, при тривалості радіосигналу в 0,1 с, СКВ оцінок частоти складає не гірше 1,1 Гц за умови, що параметр виявлення сигналу q ≥ 5 (q – параметр виявлення, q = (2E/N0)0,5, де E – енергія відбитого сигналу; N0 – спектральна густина середньої потужності шуму).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Реалізація алгоритмів цифрової обробки, необхідних для вимірювання ДЗЧ несучої СТМ, відбитих від метеорних слідів, ускладнена через те, що обсяг пам'яті ЕОМ, необхідний для збереження відліків сигналу, дискретизованого на радіочастоті, виходить за межі практично реалізованих величин і перевищує десятки ТБ/добу. Обґрунтовано, що, поряд з гетеродинним перетворенням частоти прийнятого сигналу, використання методів аналого-цифрового перетворення з недостатньою вибіркою та децимації частоти дискретизації вузькосмугових сигналів дозволить представити відбитий сигнал послідовністю відліків з частотою дискретизації від 32 кГц (при виконанні вимірювань тільки за сигналом несучої частоти відбитих СТМ) до 1 МГц. Це дозволяє більш ніж в 100 разів зменшити необхідні обсяги пам'яті ЕОМ до практично реалізованих величин в десятки-сотні ГБ/добу.

Також в третьому розділі наведено рекомендації, що забезпечують приймання та обробку СТМ, відбитих від метеорних слідів, в умовах реальної завадової обстановки, що притаманна місту. Обґрунтовано, що цього можна досягнути при екрануванні приймальної антени природними або штучними перешкодами та застосуванні як преселектора приймального пристрою фільтрів на «спіральних» резонаторах.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних радіометеорних досліджень динамічних параметрів атмосфери Землі на висотах МНТ, отриманих на створеній експериментальній радіотехнічній системі (див. рис. 2), що використовує СТМ як зондуючі.

Серія попередніх випробувань показала, що розроблена експериментальна радіотехнічна система дозволяє оцінювати частоту радіосигналу з рівнем в одиниці мікровольт (при співвідношенні С/Ш на вході 2...4) за час вимірювання в 0,1 с з СКВ оцінок частоти в одиниці герц.

За допомогою створеної системи, на прикладі СТМ від ТВ РПП м. Харків та м. Старий Оскол, експериментально показано, що величина нестабільності несучої частоти СТМ на інтервалі часу в 0,1 с (середня тривалість радіометеору) є допустимою для проведення вимірювань швидкості вітру на висотах МНТ і становить не більше одиниць герц (близько 10-8 відносно значення несучої частоти радіосигналу зображення СТМ).

Експериментальні радіометеорні дослідження динаміки МНТ за СТМ проведені на базі Науково-навчального центру кафедри «Основи радіотехніки» ХНУРЕ (50°N; 36,2°E). Як зондуючі сигнали використано СТМ другого радіоканалу (номінальна f0 = 59,25 МГц) від ТВ РПП в м. Київ, Дубки, Старий Оскол, Bălţi (Бєльці). Дослідження проведені 01...03; 12...14; 16...19; 21...23 квітня 2010.

Рис. 2. Структурна схема створеної експериментальної радіотехнічної системи для вимірювання швидкості вітру на висотах МНТ за СТМ. Позначення на схемі: D - блок децимації частоти дискретизації; ШПФ - блок швидкого перетворення Фур'є; ПП - пороговий пристрій; Блок уточнення частоти - багатоканальний кореляційно-фільтровий оптимальний вимірювач частоти когерентного сигналу з випадковими амплітудою і початковою фазою

За весь період досліджень було зареєстровано понад 7,5 тис. сигналів, ідентифікованих як СТМ, відбиті від метеорних слідів (приклад реєстрації див. на рис. 3).

Відхилення несучої частоти відбитих від метеорних слідів СТМ відносно робочої частоти відповідних ТВ РПП (∆f) досягали 40 Гц. Ці відхилення на порядок і більше перевищують СКВ робочої частоти ТВ РПП, зумовлене її нестабільністю. Отже, частота сигналів, відбитих від метеорних слідів, зазнає додаткового зсуву, викликаного дрейфом метеорних слідів під дією вітру на висотах МНТ.

Для верифікації отриманих експериментальних результатів використано дані приладу TIDI на борту супутника TIMED Національного управління з аеронавтики і дослідження космічного простору (NASA), США, і МРЛС SKiYMET, обсерваторії Коллм (Collm), Німеччина, (51,3°N, 13°E).

Дослідження кореляційного зв'язку (див. рис. 4) між усередненими добовими варіаціями середньогодинних відхилень несучої частоти СТМ, відбитих від метеорних слідів (∆fср ), і проекціями векторів середньої швидкості вітру в МНТ на різні напрямки, отриманих за даними приладу TIDI на борту супутника TIMED () і МРЛС обсерваторії Коллм (), доводять переконливість удосконаленого радіометеорного методу вимірювання швидкості вітру на висотах МНТ, який набув розвитку у дисертації. З рис. 4 видно, що спостережувані варіації ∆fср пропорційні «поздовжній» компоненті середньої швидкості вітру в МНТ з коефіцієнтом кореляції більше 0,58 (гіпотеза про некорельованість може бути відкинута з довірчою ймовірністю понад 0,95). При цьому «поздовжня» компонента відповідає зональній компоненті вектора швидкості вітру в МНТ з використанням СТМ від ТВ РПП м. Київ та меридіональній компоненті з використанням СТМ від ТВ РПП м. Старий Оскол, Дубки, Бєльці.

Рис. 3. Приклад реєстрації СТМ, відбитого від метеорного сліду: а) варіація рівня радіосигналу; б) варіація переважної частоти в спектрі радіосигналу; в), г) спектри радіосигналу поблизу несучої частоти під час і за відсутності метеору; д ), е) спектри обвідної радіосигналу під час і за відсутності метеору

-  зафарбовані (■) маркери відповідають ∆fср СТМ на робочій частоті ТВ РПП м. Київ, f0 = 59,25 МГц;

-  незафарбовані (□) маркери відповідають ∆fср СТМ на робочій частоті ТВ РПП м. Старий Оскол, Дубки, Бєльці, f0 = 59,239583 МГц (ЗНЧ ~ -10,4 кГц);

-  неперервна лінія − кореляція ∆fср з проекціями (за даними приладу TIDI на борту супутника TIMED);

-  пунктирна лінія − кореляція ∆fср з проекціями (за даними МРЛС обсерваторії Коллм).

Рис. 4. Модуль коефіцієнта кореляції між виміряними зсувами несучої частоти СТМ, відбитих від метеорних слідів, і проекціями вектора швидкості вітру на висотах МНТ

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-прикладну задачу удосконалення радіометеорного методу моніторингу динамічних параметрів атмосфери Землі, що дозволяє створити новий клас метеорних РЛС без власного радіопередавального пристрою, які використовують сигнали ефірного телевізійного мовлення як зондуючі. Це дає можливість розгорнути систему рознесених пунктів радіометеорного моніторингу динамічних параметрів мезопаузи-нижньої термосфери на базі існуючої мережі передавачів ефірного телевізійного мовлення без погіршення електромагнітної обстановки, значно зменшити витрати на проведення таких досліджень і виключити негативний вплив на навколишнє середовище. Під час вирішення даної задачі отримано наступні результати:

1. Запропоновано удосконалення методу радіометеорного вимірювання вектора швидкості вітру на висотах мезопаузи-нижньої термосфери (80...105 км), які дозволяють використовувати сигнали ефірного телевізійного мовлення першого-третього радіоканалів (49,75...77,25 МГц) як зондуючі. Обґрунтовано, що таке використання сигналів телевізійного мовлення можливе за рахунок:

- розробленого методу вимірювання компоненти вектора швидкості вітру, яка є проекцією на напрямок з точки прийому на телевізійний передавач, котрий використовується як джерело зондуючого сигналу. Аналітично доведено, що для вимірювання придатні лише сигнали, відбиті від метеорних слідів над приймальною позицією (в межах зенітного кута не більше ± 45˚). Показано, що для вимірювання слід використовувати сигнали від телевізійних радіопередавачів, віддалених на відстань від 100 до 1000 км від приймальної позиції;

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6