MIRA-35 Облачный радар
MIRA-35 — это Ka-диапазонный радар для измерения облаков, тумана и атмосферных осадков. Он обычно работает на частоте 35,1 ГГц (длина волны около 8,55 мм) и способен выявлять микрофизические процессы в облаках, классифицировать типы осадков и измерять структуру облаков на значительных высотах.
Ключевые особенности
Вертикальное или сканирующее исполнение
- Стандартная конфигурация включает вертикально ориентированную параболическую антенну (1 м) в защищённом контейнере или прицепе (trailer).
- Сканирующая модификация: двухосевой поворотный модуль (azimuth/elevation), позволяющий выполнять азимутальные и угломестные (elevation) сканы.
- Доступен также лёгкий вариант для авиабортовой установки (airborne), совместимый с 19″ стойкой (14 U).
Передатчик
- Мощность до 30 кВт (пиковая) на основе магнетрона.
- Длительность импульсов (пульс) от 100 до 400 нс (соответствует разрешению 15…60 м).
- Высокая пиковая мощность позволяет достичь хорошего диапазона и тонкого разрешения без компрессии импульсов.
Приёмник
- Шумовая температура всего тракта (включая циркулятор, потери в волноводе и TR-переключателе) ~6,5…6,3 дБ.
- Опционально доступен раздельный приём copol / crosspol (возможность измерять отражение в перпендикулярной поляризации для расчёта LDR).
- STAR-режим (Simultaneously Transmitting And Receiving H/V) может быть предусмотрен.
Доплеровская техника
- Каждый передаваемый импульс магнетрона имеет случайную фазу. Для реализации доплер-функционала используется метод «digital coherence on receive»:
- Небольшая часть передающего сигнала поступает в тракт приёмника, чтобы измерить фазу каждого импульса.
- Во время обработки к сигналу I-Q вычитают фазу, отстроенную от текущего импульса, — эта операция выполняется в ПЛИС (FPGA).
- Каждый передаваемый импульс магнетрона имеет случайную фазу. Для реализации доплер-функционала используется метод «digital coherence on receive»:
Обработка сигнала (FPGA)
- До 800 дальностных отсчётов (range gates) могут быть сформированы и обработаны.
- FFT (128, 256, 512, 1024) и расчёт моментов (скорость, ширина спектра, отражательная способность) на лету, с инкоэрентным усреднением или без него.
- Возможно сохранение «сырых» (IQ) данных или полных спектров для дальнейшего анализа.
Калибровка
- Постоянная система калибровки: часть передаваемого сигнала направляется на терморезисторный детектор для контроля средней мощности.
- Шумовая калибровка: в конце каждого импульсного цикла оценивается уровень шумов при «выключенных» модуляторах TR-переключателя.
- Референсный шум: специальный источник шума, подаваемый непосредственно на вход LNA, для точных проверок и при неблагоприятных условиях (дождь, наклонное сканирование).
Аппаратное оснащение
- Антенна Cassegrain 1, 1,2 или 2 м диаметром. Для антенны 1,2 м ширина луча ~0,5°×0,5° с усилением ~50,4 дБи.
- Доступно несколько вариантов энергетических систем (дuty cycle), кондиционирование воздуха, обогрев антенны в зимних условиях.
Программное обеспечение
- Под управлением Windows или Linux, с возможностью удалённого администрирования, скриптового запуска, мониторинга и самопроверки.
- IDL-инструменты для визуализации данных (PNG-графики, профили, спектры), программные модули для многопикового разделения и классификации (разработка METEK).
Основные технические характеристики (пример)
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Частота | 35,1 ГГц (±100 МГц), возможен диапазон 33…37 ГГц |
| Пиковая мощность | ~30 кВт |
| Длительность импульса | 100, 200, 400 нс (разрешение 15, 30, 60 м) |
| PRF | 2,5…10 кГц (11…42 м/с доплер. неоднозначность) |
| FFT длина | 128, 256, 512, 1024 |
| Макс. дальность | ~28,8 км (в вертикальном варианте), ограничена «пустым» временем в PRF |
| Антенна (пример 1,2 м) | Cassegrain, ширина луча ~0,5°, усиление ~50,4 дБи |
| Чувствительность (@5 км, PRF=5 кГц, 200 нс, FFT=256, Time=10 с) | ~−52,4 дБZ |
| Режим поляризации | Линейная (co-pol), опционально cross-pol / LDR или STAR |
| Требования к питанию | 600 Вт (радар) + 100 Вт (ПК) + 900 Вт (кондиционер) + до 1200 Вт (обогрев) |
| Сканирующий модуль (опция) | Двухосевой позиционер для азимута и угломеста |
Применение
- Исследование микрофизики облаков: определение структуры облака, фазовой составляющей (снег, дождь, мокрый снег), размера частиц.
- Авиабезопасность, контроль погодных условий в аэропортах.
- Климатические и метеорологические исследования (формирование и эволюция облачных систем).
- Задачи прогнозирования осадков, оценка интенсивности дождя, яркой зоны (bright band), града и т.п.
- Учёт и анализ дальности и орографических факторов при больших углах сканирования.
Преимущества MIRA-35
- Широкий динамический диапазон: высокое разрешение как по расстоянию (15…60 м), так и по скорости (<0,02 м/с при определённых настройках FFT).
- Гибкость конфигурации: вертикальная, сканирующая, лёгкая авиамодификация.
- Поляризационные возможности: измерение коэффициента линейной деполяризации (LDR) и одновременно отражательности для улучшенной классификации целей.
- Доплеровский метод: точное определение скоростей движения частиц внутри облаков, профиль ветра и турбулентность.
- Стабильная калибровка: несколько вариантов, включая шумовую оценку и опорный генератор шума.
- Мощное ПО: управление, хранение и визуализация данных, удалённая диагностика; IDL-библиотеки для автоматической генерации графиков.
MIRA-35 сочетает в себе высокую мощность (magnetron 30 кВт) с продвинутой цифровой обработкой (FPGA), что делает его эффективным инструментом для научных и прикладных метеозадач, связанных с изучением динамики и микрофизики облаков, тумана и осадков.