Модернизация метеорного радара

Внедрение: 2021 г.

Модуль E20-10 был использован при модернизации метеорного радара Казанского федерального университета (КФУ). В статье [1] представлены результаты модернизации: значительное увеличение численности и точности оценки угловых координат и высот.

В Казанском федеральном университете активно проводятся радиометеорные наблюдения за ветровым режимом средней атмосферы. Регулярные наблюдения начались в 1978 году, а первые данные с измерением высот сгорания метеоров – в 1985 году. В 2015 году установлен метеорный радар типа Skiymet совместного канадского и австралийского производства. Метеорный радар КФУ состоит из фазового интерферометра (пять двухэлементных скрещенных приемных антенн) с базами 2 и 2,5 длин волн, передающей антенны (скрещенные трехэлементные антенны), а также передатчика мощностью 15 кВт в импульсе (средняя мощность около 1 кВт) с несущей частотой 29,75 МГц и частотой повторения импульсов 1594 Гц.

Цель работы – повышение точности и статистической обеспеченности радиометеорных наблюдений на метеорном радаре КФУ. Для достижения поставленной цели он был модернизирован: увеличено количество приемных антенн с 5 (в 2015‑2020 годах) до 11 штук; в антенную систему включены 5 антенн от радара Skiymet, остальные 6 антенн являются их точными копиями. Конфигурация антенной системы фазового интерферометра метеорного радара КФУ состоит из двух перпендикулярных баз (рисунок 1). 

Рисунок 1. Схема расположения приемных антенн метеорного радара КФУ (2021).

Для функционирования 11 приемных антенн разработаны, изготовлены и установлены супергетеродинные резонансные малошумящие приемники с промежуточными частотами 10,7 и 450 кГц и усилением около 80 дБ на частоте несущей 29,75 МГц при полосе выходного сигнала 150 кГц. Аналого-цифровое преобразование сигналов осуществляется с помощью модулей сбора данных E20‑10.

Проведено численное моделирование погрешностей оценки высот в зависимости от зенитного угла и стандартного отклонения разности фаз. С помощью фиксации допустимых погрешностей по высоте 1 км построены зависимости погрешности фаз и зенитного угла (рисунок 2) для случаев трех антенн (4,5 λ ) и шести антенн (14 λ ). Было отмечено значительное увеличение диапазона допустимых значений зенитных углов и допустимых погрешностей разности фазы на базах 14 λ по сравнению с базой 4,5 λ.

Рисунок. 2. Зависимость погрешности фазы и зенитного угла для баз 4,5 и 14 λ.

Проведены радиометеорные наблюдения на метеорном радаре с 10.10.2020 г. по 15.04.2021 г. По результатам обработки полученных экспериментальных данных установлена численность зарегистрированных метеорных радиоэхо за сутки (рисунок 3, слева). 

Рисунок 3. Численность метеоров за сутки (слева) и распределение высот (справа) в 2020‑2021 годах.

На рисунке 3 (справа) представлено распределение высот метеорных радиоэхо по измерениям, проведенным с октября 2020 года. Наиболее вероятная высота регистрируемых метеорных радиоэхо составляет 93 км. Высотный интервал, на котором регистрируются метеорные радиоэхо, составляет 75‑110 км.

Проведенная модернизация позволила увеличить высотный интервал метеорных наблюдений. Рост численности и улучшение точности метеорных измерений делают возможным создание метода ветровой томографии на основе данных метеорного локатора в области верхней мезосферы – нижней термосферы.

Для оформления ссылки на данную статью использован материал с ресурса Pexels (https://www.pexels.com/ru-ru/).

Источник:
Коротышкин Д.В., Шерстюков О.Н., Калабанов С.А., Валиуллин Ф.С. Модернизация метеорного радара Казанского федерального унивеситета // Программа XXVII Всероссийской открытой научной конференции "Распространение радиоволн". – 2021. – С. 642-647.

Разработчик: Коротышкин Д.В., Шерстюков О.Н., Калабанов С.А., Валиуллин Ф.С. (Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань)