Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка мобильной системы локального метеорологического контроля на базе группы малых метеорологических радиолокаторов.

Номер контракта: 14.578.21.0033

Руководитель: Умнов Алексей Львович

Должность руководителя: главный научный сотрудник

Докладчик: Умнов Алексей Львович, старший научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
метеорологический радар,мониторинг локальной погоды, метеорологический радиолокатор с фазированной антенной решеткой, отражательная фазированная антенная решетка на пассивных рассеивателях, многопозиционный метеорологический радиолокатор, мобильный метеорологический радиолокатор, система мониторинга и прогнозирования локальной погоды и микроклимата, мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций, мониторинг планетарного пограничного слоя с помощью метеорологического локатора, мониторинг погоды со сверхвысоким пространственным разрешением, прогноз погоды со сверхвысоким пространственным разрешением, сети малых адаптивных сканирующих метеорологмческих радаров

Цель проекта:
Проект направлен на решение проблемы оперативного дистанционного контроля состояния атмосферы на небольших высотах со сверхвысоким пространственным разрешением. Целью проекта является исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание системы мониторинга, использующей технологии распределенной сенсорной сети, осуществляющей мониторинг параметров локальной погоды и микроклимата заданной территории со сверхвысоким пространственным разрешением с использованием групп малых мобильных метеорологических радиолокаторов, работающих в многопозиционном режиме.

Основные планируемые результаты проекта:
Планируется разработать:
1. модель метеорологической многопозиционной локационной системы, использующей разнесенные в пространстве передающие и приемные радиолокационные узлы (радиолокаторы), оборудованные антенными системами с управляемой (сканирующей) диаграммой направленности
2. модель антенного устройства метеорологического локатора, построенного с использованием массивов управляемых рассеивателей, предназначенную для исследования и оптимизации пространственной архитектуры массива рассеивателей и возбуждающих элементов антенного устройства на основе численного моделирования
3. экспериментальный макет антенного устройства, предназначенный для экспериментальных исследований и разработки антенной системы метеорологического радиолокатора
4. экспериментальный образец метеорологического локатора
5. экспериментальный сегмент системы мониторинга, который должен включать: три совместно работающих малых метеорологических радиолокаторов сантиметрового диапазона рабочих длин волн, центр сбора и обработки радиолокационных данных и управления работой радиолокаторов, систему передачи данных, систему синхронизации работы пространственно разнесенных элементов системы мониторинга.
Разработанный комплекс научно-технических решений должен обеспечивать эффективное, оперативное, достоверное, верифицируемое получение динамической картины текущего и прогнозируемого состояния условий окружающей среды, а также природных и антропогенных систем, на которые оказывают непосредственное влияние эти условия.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом является распределенная система радиолокационного контроля приземного атмосферного слоя, состоящая из малых мобильных радиолокаторов, обеспечивающая дистанционный мониторинг текущего и прогнозируемого состояния этого слоя со сверхвысоким пространственным и временным разрешением.
Разрабатываемая система мониторинга является следующим шагом в развитии метеорологических радиолокаторо - переходом от редкой сети дорогих, больших мощных маломобильных радиолокационных систем, плохо адаптированных к сложному рельефу местности и имеющих ограничения на возможность мониторинга атмосферных процессов вблизи поверхности Земли, к частой сети мобильных простых недорогих радиолокационных систем, которые могут быть хорошо адаптированы к рельефу местности и иметь возможность мониторировать приземные атмосферные слои. В отличии от традиционного подхода, подразумевающего использование отдельных несвязанных радиолокаторов, оборудованных мощными мощными передающими устройствами, генерирующими импульсные сигналы, предлагаемый подход основан на коллективной работе многих метеорологических локаторов в рамках единой системы с использованием механизмов многопозиционной локации квазинепрерывными сигналами, что позволяет снизить мощность передающего устройства и как следствие его сложность, цену и неблагоприятное влияние на биологические объекты. В отличии от традиционных радиолокаторов, оборудованных антенными системами с механическим сканированием, предлагаемые радиолокаторы оборудуются дешевыми фазированными антенными решетками с механическим сканированием. Предлагаемый подход является новым и соответствует общим тенденциям развития технических систем в рамках концепции интернета вещей - переходу от уникальных дорогих одиночных приборов к системам, состоящим из множества недорогих унифицированных элементов. Переход к малым мобильным метеорологическим локаторам наметился во всех развитых странах. Уникальность предлагаемого решения в использовании малых радиолокаторов в режиме многопозиционной локации с применением дешевых фазированных антенных решеток, построенных на базе массивов управляемых рассеивателей.
Основным риском предлагаемого подхода является одновременное использование большого числа новых, не используемых в традиционных метеорологических локаторах, технологий (технологии распределенной сенсорной сети, технологии фазированной антенной решетки на массивах управляемых рассеивателей, технологии многопозиционной локации квазинепрерывными сигналами и т.п.). Построение согласованно работающей системы, включающей все эти технологии требует не только отработки самих технологий, но и согласования их совместной работы, что требует дополнительного времени.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Мобильные системы локального метеорологического контроля на базе сенсорной сети, образованной группой малых метеорологических радиолокаторов, могут обеспечивать метеорологический контроль для заблаговременного предупреждения о высокой вероятности неблагоприятных погодных явлений и возникновения угроз в сельском хозяйстве, малой авиации, судовождении (особенно для малых судов в прибрежных зонах), а также для увеличения точности метеомониторинга погодных условий государственными и частными службами  метеонаблюдения на обширных территориях с плохой энергетической, коммуникационной и транспортной инфраструктурой.
Планируется создание как локальных решений с использованием мобильных систем локального метеорологического контроля на базе сенсорной сети, образованной группой малых метеорологических радиолокаторов, в интересах конкретного заказчика, так и постепенное построение глобальной сети на основании интеграции локальных решений.
Планируемые результаты должны оказать стимулирующее влияние как на развитие метеорологических технологий, так и в целом на развитие инновационных технологий для интернета вещей.
Выполняемый проект стимулирует международное сотрудничество, в частности, с Финским метеорологическим университетом. Перспективы использования разрабатываемой системы мониторинга обсуждаются с экспертами данного института, мнение экспертов учитывается при выборе методов исследования, а также сфер применения системы мониторинга. Результаты проекта пропагандируются на конференциях и молодежных школах.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана модель многопозиционной системы локации, включающая моделирование ряда метеорологических объектов и непосредственно локационную систему. Разработанная модель позволила выбрать архитектуру радиолокационной системы. В рамках работы с моделью, предложены адаптивные методы и средства компенсации помех для разрабатываемой системы.
2. Разработана модель антенного устройства локатора. С использованием модели получены данные о оптимальных конструкциях рассеивающих элементов антенного зеркала и их взаимном расположении.
3. Изготовлен и успешно испытан лабораторный макет антенного устройства. Экспериментально подтверждена правильность выбранного подхода к разработке сканирующей антенной системы.
4. Изготовлен и успешно испытан экспериментальный образец метеорологического радиолакатора, предназначенного для работы в составе экспериментального сегмента системы мониторинга