// Вие четете...

Въпроси за времето

Корабни системи за сондиране на атмосферата.

„Ако не бяха вълните, морето съвсем не би било страшно.“

В съответствие с ръководните документи основните задачи на хидрометеорологичното осигуряване (ХМО) на силите на флота се явяват: подготовка и предаване в системата на управление на кораба на данни за фактическата и очакваната хидрометеорологична обстановка, оповестяване и предупреждение за опасни и особено опасни метеорологични явления. Най-строги изисквания се предявяват към осигуряването на авионосните кораби и съединенията, бойната и всекидневна дейност, която съществено зависи от хидрометеорологичните условия. Задачите, решавани от метеорологичните средства за целите на ХМО на корабите, могат да бъдат разделени на четири групи:

1. ХМО при подготовката за бойни действия;

2. ХМО на полетите на корабната авиация;

3. ХМО на стрелбите;

4. ХМО на навигационната безопасност и повишаване на ефективността на използването на корабните РЛС за откриване на ниско летящи цели.

Анализът на изискванията, предявявани към обема, качеството, формата и оперативността на предоставяната метеорологична информация за ХМО на корабите, показва, че един от пътищата за достигане на поставените цели се явява използването на корабните системи за температурно ветровото сондиране на атмосферата. Данните от температурно ветровото сондиране на атмосферата съдържат необходимата за прогнозистта синоптик информация, която е особено важна при отсъствието на други източници за получаване на хидрометеорологична информация (радио метеорологични центрове, метеорологични спътници и др.).

Към настоящия момент на въоръжение на корабите от основните класове отсъстват системи за температурно ветрово сондиране на атмосферата, които биха позволили получаването на разпределението по височина на температурата, влажността на въздуха, скоростта и направлението на вятъра. Термодинамичният анализ на тези данни от радио сондирането би позволил да се направи разчет на балистичния вятър за корабната артилерия и да бъде определено:

– наличието на инверсия на температурата;

– нивото на кондензация (като определяне на височината на долната граница на облаците);

– нивото на конвекция (като определяне на височината на горната граница на облаците);

– облачните прослойки;

– наличието (отсъствието) на обледеняване в облаците;

– по значението на конвективно неустойчивия слой се определя възможността за развитие на бури, валежи, анализ и прогнозиране на въздушно клатене, в това число турбулентност при ясно небе;

– положението на значението на температурата 0°, -12°, -25°;

– наличието на фронтални зони;

– дневната максимална температура на въздуха (по данни на сутрешното сондиране);

– определяне положението на тропопаузата, струйните течения.

Радио сондирането на атмосферата се извършва с цел определяне на вертикалния профил на метеорологичните параметри. Във връзка със това в общия случай всяка радиотехническа система за сондиране на атмосферата трябва да съдържа две подсистеми: подсистема за измерване на координатите и подсистема за телеметрични измервания.

Подсистемата за телеметрични измервания обикновено се строи по единен принцип при различните системи за сондиране и представлява много канална радио телеметрична система с временно разделение на каналите. Отличителна нейна особеност се явява не големия брой канали и относително малката скорост на предаване на информацията, обусловена от спецификата на телеметричност на обекта и характера на решаваните задачи при сондиране на атмосферата. В този план разглежданата под система за телеметрични измервания се явява много по-проста в сравнение със специализираните много канални радио телеметрични системи с голяма информативност. Но построяването на тази подсистема с изискваните характеристики се явява достатъчно сложна задача заради следните нейни особености.

Първо, към бордовата апаратура на подсистемата, разместена на радио сондата се налагат силни ограничения за полетната маса и стойност, тъй като радио сондата се явява прибор за еднократно използване.

Второ, подсистемата за телеметрични измервания обикновено има общ радиоканал с подсистемата за измерване координатите на сондата, което усложнява структурата на сигнала.

За разлика от подсистемата за телеметрични измервания подсистемата за измерване на координатите на сондираната точка се характеризира с по-голямо разнообразие. Класификацията на тези подсистеми може да се направи по следните признаци:

– по организацията на радиоканалите на подсистемата за телеметрия и измерването на координатите;

– по типа на системата на координатите, в която се извършват измерванията на координатите на сондираните точки;

– по принципа на измерване на координатите на сондираните точки.

По първия признак се различават системите за сондиране с разделни и съвместени радиоканали. Достойнство на системите с разделни радиоканали се явява простата структура на сигналите, а недостатък – големия обем на апаратурата на станцията за следене и много широката полоса на заетите честоти. Пример за такава система се явява американската система за радиосондиране от типа MDSS, в която телеметричната подсистема работи с под канали на носещата честота от 1680 МХц, а подсистемата за измерване на координатите – с радиоканали от сантиметровия диапазон. В системите за сондиране със съвместени радиоканали подсистемите за телеметрични и координатни измервания работят със съвпадащи или близки носещи честоти и имат временно разделение на каналите. Съвместяването на радиоканалите позволява съкращаването на обема на апаратурата и стойността на станцията за следене.

По третия признак се различават системи за радио сондиране, използващи сферични, правоъгълни и смесени системи на координатите. Примери за системи, използващи сферична система на координати се явяват щатните руски системи от типа „Метеорит-РКЗ” и „Титан-МРЗ”, при които ъгловите координати се измерват по метода на равно сигналната зона, а наклонената далечина – по квази радиолокационен метод с помощта на разместен на радио сондата на свръх регенеративен приемоответчик, изпълняващ едновременно функциите на телеметричен предавател. Достойнство на тези системи се явява високата устойчивост на смущения и голямата далечина на съпровождане на радиосондата при относително малка излъчвана от радио сондата мощност, заради използването на станцията антенна система с висок коефициент на усилване. От друга страна използването на такива антенни системи, а също така и относително мощен предавател на сондиращите импулси, което води до значителни габарити и тегло на станцията за следене, а това вече се явява голям недостатък за тези системи. Друг техен недостатък, остронасочената на станцията за следене, се явява необходимостта от строга ориентация на антенната колонка в пространството, което, наред с габаритно тегловите характеристики, съществено затрудняват разместването на тези станции за сондиране на подвижна база. Съществен недостатък на системите от разглеждания тип се явява също така нарастването на погрешността на определяне на височината на сондираната точка при малки ъгли на местата и големи наклонени далечини.

Пример за използване на смесени системи на координатите се явяват радио теодолитните системи за сондиране, например, руската система от типа „Малахит А-22”. В тези системи се измерват две сферични координати и една декартова координата – височина на сондираната точка. Макар габаритно тегловите характеристики на станцията за следене в тази система да са подобрени за сметка на изключване на предавателите на сондиращите импулси, друг недостатък, свързан с необходимостта от точна ориентация на антенната система относно хоризонта, си остава в сила. За тази система е характерен също така и такъв недостатък, като нарастване на погрешността на измерването на вятъра при малки ъгли на мястото, обусловена от принципа за определяне на хоризонталната далечина до радио сондата.

Друг възможен вариант на използване на смесената система на координати се явява системата на сондиране, в която се измерва азимуталния ъгъл, наклонената далечина и височината на сондираната точка. На тази система са присъщи всички недостатъци на разгледаните по-горе системи, свързани с габаритно тегловите характеристики и необходимостта от точна ориентация на антенната система в пространството. Достойнство за тази система се явява отсъствието на нарастване на погрешността на измерване на височината или скоростта на вятъра при малки ъгли на мястото, доколкото последната координата не се измерва.

Пример за използване на декартовата система на координати се явява американската система за сондиране LOKATE с радиосонди на фирмата VIS, а също така финската система micro-CORA и digi-CORA с радиосонди от типа RS80-15N и RS80-15. При тази система координатите Х и Y са проекции на сондираната точка на повърхността на Земята и се определят по пътя на използването на сигналите от фазовите навигационни системи от типа OMEGS и LORAN-C, а височината Н на сондираната точка се определя по барометрична формула по пътя на измерване на налягането. Основно достойнство на такива системи се явява отсъствието на необходимостта от измерване на ъгловите координати на сондираната точка, което позволява използването на станцията за следене, имаща малки габарити и тегло, ненасочена или слабо насочена антена, а също така установяването на тези станции на подвижна база. Важно преимущество на тези системи се явява отсъствието на станцията на предавател на сондиращите импулси, което обуславя, наред с използването на ненасочената антена, изключително малки габарити и тегло на станцията. В същото време използването на ненасочената антена обуславя следните съществени недостатъци на тези системи:

– ниска устойчивост на смущения заради слаба пространствена избирателност на прием на сигналите;

– относително нисък потенциал на радиоканала заради малкия коефициент на усилване на антената;

– значителна зависимост на точността на определяне на вятъра от условията на разпространение на свръх дългите вълни и нивото на шумовите, характерни за района на наблюдение.

Независимо от тези недостатъци, подобни системи намират приложение, дотолкова, доколкото указаните по-горе преимущества в редица случаи се явяват принципиални. В частност, малките габарити и тегло на станцията за следене позволява използването на тези системи в корабни условия.

Що се отнася до недостатъците, то редица от тях могат да бъдат компенсирани по пътя на рационално построяване на радиоканалите. В частност, при указаните по-горе американски и фински системи е използван по-ниско честотния диапазон от 400-406 МХц. При това се получава 17 кратна полза в потенциала на радиоканала в сравнение с традиционно използвания диапазон 1680 МХц, заради увеличението на ефективната площ на антената. Освен това, излъчваната мощност на радиосондите в тези системи е около 250 мВт и се явява практически максимално достижима, изхождайки от разумно допустимите значения на полетната маса на радиосондата.

Към настоящия момент фирма Vaisala е разработила и се използва радиосондата RS 90, използваща за определяне на координатите на мястото на точката на сондиране сигнали от системата GPS. Спътниците от системата GPS предават навигационни сигнали от два типа:

– навигационен сигнал със стандартна точност в диапазона 1,6 ГХц;

– навигационен сигнал с висока точност в диапазона 1,2 ГХц.

Хоризонталните координати се определят с точност 50-70 м (с вероятност 99,7%), вертикалните с точност до 70 м (с вероятност 99,7%) и време с точност до 1 мкс.

По способа на издигане на сондата системите за аерологичното сондиране се делят на балонно пилотен и ракетно парашутен тип. Преимущество на балонно пилотните системи се явява възможността за измерване на параметрите до височина от 20 км. Недостатъци на тези системи в корабни условия са следните:

– необходимост от определяне на специално помещение за обслужване на обвивката и съхраняването на балоните с газ;

– относително висока скорост на издигане на началния участък на сондиране;

– влияние на топлинното поле на кораба на началните измервания на метеорологичните параметри.

Отчитайки указаните недостатъци, може да се направи извод, че балонно пилотната система е малко ефективна за измерване на метеорологичните параметри в приводния слой до 1,5 км.

Ракетно парашутната система за разлика от балонно пилотната е лишена от указаните недостатъци.

По такъв начин, най-рационален вариант за построяване на корабна система за аеросондиране се явява принципа на сондиране, използващ радиосонди с определяне на координатите на точката на сондиране с помощта на глобалната навигационна спътникова система ГЛОНАСС и системата GPS.

Ракетно парашутната система трябва да извършва автоматична обработка на навигационната и метеорологичната информация, предавана от радиосонда- ретранслатор по време на сондирането в ЕИМ, а също и да показва, на екран-дисплей на автоматизираното работно място на аеролога, оперативна информация във вид на графици или таблици за разчетните данни за разпределението на метеорологичните параметри по височина.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар