НАВИГАЦИОННЫЙ АЭРОЛОГИЧЕСКИЙ РАДИОЗОНД С ПЕРЕДАТЧИКОМ НА ПАВ-РЕЗОНАТОРЕ Российский патент 2022 года по МПК G01S5/02 H04B7/185 

Изобретение относится к радиотехнике, точнее к радиолокации, и может быть использовано при разработке навигационных аэрологических радиозондов - АРЗ, работающих на основе сигналов глобальных ± навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS для определения пространственных координат АРЗ, передачи координатной и телеметрической информации на наземную базовую станцию - БС.

Общей проблемой производства и эксплуатации CP атмосферы является создание высокоточных систем определения координат АРЗ запускаемых в свободную атмосферу с помощью наполненных легким газом шаров-пилотов и надежную передачу телеметрической информации на наземную станцию в оперативном радиусе действия СР.

Известен навигационный АРЗ (патент США № US 2016/0003975 А1). Изобретение относится к способу измерения метеопараметров атмосферы с помощью радиозонда. Радиозондом измеряют температуру и относительную влажность атмосферы, координаты полета радиозонда, измеренные с помощью ГНСС GPS и передаются на наземную базовую станцию.

Недостатки: значительная сложность структурной и электронной схемы, сложный метод измерения температуры и влажности, повышенная стоимость изделия и работа на одной несущей частоте.

Известен навигационный АРЗ (патент РФ №103195, Универсальный малогабаритный радиозонд) Радиозонд, содержит приемопередатчик, микроконтроллер, аналоговые и цифровые датчики, антенну, отличающийся тем, что дополнительно вводится интерфейс, высокостабильный синтезатор частоты, приемник ГЛОНАСС и приемник GPS, причем антенна конструктивно выполнена на печатной плате, общей с приемопередатчиком, и синтезатор частоты установлен в приемопередатчике, при этом приемники ГЛОНАС и GPS, аналоговые и цифровые датчики, интерфейс и приемопередатчик соединены с микроконтроллером. Антенна конструктивно выполнена в виде микрополосковой антенны.

Недостаток: приемопередатчик АРЗ построен по усложненной схеме на основе синтезатора частоты, что приводит к увеличению ГМХ и себестоимости АРЗ.

Известен цифровой радиозонд с использованием спутниковых навигационных систем (патент на полезную модель №125727). Передающее устройство АРЗ выполнено на основе программируемого генератора сигналов на основе кварцевого резонатора, последовательно соединенных блоков синхронного последовательного порта, схемы управления, фазовой автоподстройки частоты, генератора, управляемого напряжением и программируемого усилителя мощности, подключенного через полосовой фильтр к передающей антенне.

Недостатком известного решения является сложная схема передающего устройства, требующая для осуществления специализированных дорогих программируемых микросхем, работа только в диапазоне частот 401-406МГц.

Известен навигационный цифровой аэрологический радиозонд с использованием спутниковых навигационных систем (патент на полезную модель №156514). В структурную схему АРЗ введен блок датчиков положения, позволяющий на основе микромеханического акселерометра измерять характеристики турбулентности атмосферы. Передатчик АРЗ выполнен на основе программируемого генератора сигналов с фазовой автоподстройки частоты, генератора, управляемого напряжением и программируемого усилителя мощности, подключенного через полосовой фильтр к передающей антенне.

Недостатком известного решения является сложная схема передающего устройства, требующая для его осуществления специализированных дорогих программируемых микросхем, обеспечивающих работу только в диапазоне 401-406 МГц - ПРОТОТИП.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности передачи координатно-телеметрической информации от АРЗ на базовую станцию, а также возможность работы в нескольких диапазонах несущей частоты передатчика АРЗ.

Технический результат достигается за счет применения передатчика, построенного на основе ПАВ-резонатора и оптимального построения электронной схемы собственно АРЗ.

Для решения технической задачи предложен навигационный аэрологический радиозонд - АРЗ с передатчиком на ПАВ-резонаторе, характеризующийся тем, что содержит датчики метеорологических параметров атмосферы, антенну приема навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, приемник сигналов ГНСС, генератор опорной частоты, микропроцессор, частотный модулятор, СВЧ-автогенератор, полосовой СВЧ фильтр, передающую антенну АРЗ и блок ввода полетного задания со следующими соединениями: сигналы ГЛОНАСС/GPS через приемную антенну соединены с приемником этих сигналов, выход которого двунаправленной шиной соединен с микропроцессором, с тактовым входом которого соединен выход генератора опорной частоты, а с первым информационным входом соединены выходы датчиков метеорологических параметров, с вторым информационным входом соединен выход блока полетного задания, управляющий выход микропроцессора соединен с частотным модулятором несущей частоты, информационный выход микропроцессора соединен с первым входом СВЧ-автогенератора, с управляющим входом которого соединен выход частотного модулятора, выход СВЧ-автогенератора через полосовой фильтр нагружен на передающую антенну АРЗ; блок ввода полетного задания является съемным и не входит в полетный штатный состав АРЗ.

На чертеже приведена структурная электрическая схема навигационного аэрологического радиозонда с передатчиком на ПАВ-резонаторе на которой изображено: 1 - метеорологические параметры атмосферы МПА, 2 - ГНСС ГЛОНАСС/GPS, 3 - датчики метеорологических параметров атмосферы, 4 -антенна приема сигналов ГНСС, 5 - приемник сигналов ГНСС, 6 - генератор опорной частоты, 7 - микропроцессор - МП АРЗ, 8 - частотный модулятор несущей частоты передатчика АРЗ, 9 - блок ввода полетного задания, 10 - СВЧ-автогенератор АРЗ, 11 - полосовой СВЧ фильтр несущей частоты, 12 - передающая антенна АРЗ, Р1 - соединительный разъем.

Схема на чертеже имеет следующие соединения: МПА 1 связаны с датчиками метеорологических параметров атмосферы 3, сигналы ГНСС ГЛОНАСС/GPS 2 радиоканалами РК1 и РК2 через антенну приема сигналов ГНСС 4, затем через приемник сигналов ГНСС 5 двунаправленной шиной соединены с первым информационным входом/выходом микропроцессора 7, с первым информационным входом которого соединены выходы датчиков метеорологических параметров 3, а со вторым информационным входом микропроцессора 7 соединен выход блока ввода полетного задания 9, выход генератора опорной частоты 6 соединен с тактовым входом микропроцессора 7, также первый управляющий выход микропроцессора 7 соединен с входом частотного модулятора несущей частоты передатчика АРЗ 8, который соединен с первым управляющими входом СВЧ-автогенератора передатчика АРЗ 10, выход которого двунаправленной шиной соединен с вторым информационным входом-выходом микропроцессора 7, который однонаправленной шиной через полосовой СВЧ-фильтр 11 соединен с передающей антенной АРЗ 12.

Необходимо пояснить принцип работы схемы навигационного аэрологического радиозонда с передатчиком на ПАВ-резонаторе. Его структурная схема приведена на чертеже на которой изображены: датчики метеорологических параметров атмосферы - МПА 3, антенна приема сигналов ГНСС 4, приемник сигналов ГНСС 5, генератор опорной частоты 6, микропроцессор АРЗ 7, частотный модулятор несущей частоты 8, блок ввода полетного задания 9, СВЧ-автогенератор АРЗ 10, полосовой СВЧ-фильтр 1680МГц 11, передающая антенна АРЗ 12.

На чертеже также изображены метеорологические параметры атмосферы - МПА 1 и глобальные навигационные спутниковые системы - ГНСС 2.

Назначения узлов и блоков навигационного аэрологического радиозонда с передатчиком на ПАВ-резонаторе:

- датчики МПА 3 обеспечивают преобразование измеряемых параметров атмосферы (температуру, влажность, давление, радиацию и т.п.) в электрический сигнал;

- антенна приема сигналов ГНСС 4 обеспечивает преобразование электромагнитного поля (ЭМП), излучаемого спутниками ГНСС в электрический СВЧ сигнал;

- генератор опорной частоты 6 вырабатывает сигнал стабильный по частоте для работы микропроцессора 7;

- приемник сигналов ГНСС 5 осуществляет обработку сигналов СВЧ в цифровой код, содержащий координатную информацию о пространственном положении АРЗ;

- микропроцессор 7 осуществляет управление работой всех узлов АРЗ, выполняет обработку информации датчиков МПА 3, координатной информации приемника сигналов ГНСС 5, преобразует информацию в единый цифровой пакетный формат;

- частотный модулятор несущей частоты 8 обеспечивает частотную модуляцию несущей частоты, вырабатываемой СВЧ-автогенератором 10, цифровым информационным пакетом;

- блок ввода полетного задания 9 обеспечивает запись в микропроцессор 7 приземных метеорологических параметров и режим работы АРЗ во время подготовки к полету;

- СВЧ-автогенератор вырабатывает СВЧ колебания необходимой мощности на несущей частоте АРЗ, обеспечивает передачу телеметрической информации путем модуляции СВЧ излучения цифровым информационным пакетом на базовую станцию приема сигналов радиозонда;

- полосовой СВЧ-фильтр несущей частоты 11 осуществляет фильтрацию внеполосного излучения СВЧ-автогенератора 10 для исключения влияния на прием сигналов ГНСС;

- передающая антенна АРЗ 12 обеспечивает излучение СВЧ сигнала в направлении наземной базовой станции приема сигналов радиозонда.

Данное построение структурной схемы АРЗ и применения передатчика на основе ПАВ-резонатора позволяет:

- повысить помехоустойчивость и скрытность работы радиоканала за счет возможности работы CP в различных диапазонах несущей частоты;

- снизить затраты на эксплуатацию системы радиозондирования атмосферы в масштабах РФ.

Литература

1. Толмачева Н.И. Аэрология (методы зондирования атмосферы) / Н.И. Толмачева, Н.А. Калинин; - Пермь, 2011. - 316 с.

2. Иванов В.Э. Радиозондирование атмосферы. Технические и метрологические аспекты разработки и использования радиозондовых измерительных средств / В.Э. Иванов, М.Б. Фридзон, С.П. Ессяк // Под общей редакцией В.Э. Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с. ISBN 5-7691-1513-0.

3. Никитов С.А., Багдасарян А.С., Кондратьев С.Н., Синицына Т.В., Машинин О.В., Груздев А.С.Фильтры на поверхностных акустических волнах с высокой входной мощностью для систем связи, радиолокационной и телекоммуникационной аппаратуры на номинальнгую частоту 2170 МГц // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. №4. С. 389.

Изобретение относится к радиотехнике, точнее к радиолокации, и может быть использовано при разработке навигационных аэрологических радиозондов (АРЗ), работающих на основе сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS для определения пространственных координат АРЗ, передачи координатной и телеметрической информации на наземную базовую станцию (БС). Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и надежности передачи координатно-телеметрической информации от АРЗ на базовую станцию, а также возможность работы в нескольких диапазонах несущей частоты передатчика АРЗ. Результат достигается за счет применения передатчика, построенного на основе ПАВ-резонатора, и оптимального построения электронной схемы собственно АРЗ. 1 ил.

Навигационный аэрологический радиозонд - АРЗ с передатчиком на ПАВ-резонаторе, характеризующийся тем, что содержит датчики метеорологических параметров атмосферы, антенну приема навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, приемник сигналов ГНСС, генератор опорной частоты, микропроцессор, частотный модулятор, СВЧ-автогенератор, полосовой СВЧ-фильтр, передающую антенну АРЗ и блок ввода полетного задания со следующими соединениями: сигналы ГЛОНАСС/GPS через приемную антенну соединены с приемником этих сигналов, выход которого двунаправленной шиной соединен с микропроцессором, с тактовым входом которого соединен выход генератора опорной частоты, а с первым информационным входом соединены выходы датчиков метеорологических параметров, с вторым информационным входом соединен выход блока полетного задания, управляющий выход микропроцессора соединен с частотным модулятором несущей частоты, информационный выход микропроцессора соединен с первым входом СВЧ-автогенератора, с управляющим входом которого соединен выход частотного модулятора, выход СВЧ-автогенератора через полосовой фильтр нагружен на передающую антенну АРЗ; блок ввода полетного задания является съемным и не входит в полетный штатный состав АРЗ.