Характеристики базового оборудования Иркутского радара НР
Характеристики базового радара остались неизменными с момента передачи его в ИСЗФ СО РАН [Потехин и др., 2008]. ИРНР представляет собой моностатическую, импульсную РЛС с частотным сканированием. Пиковая мощность, достигаемая на двух передатчиках: 3,2 МВт. Частота следования импульсов: 24,4 Гц. Длительность зондирующего импульса: от 70 до 900 мкс. Диапазон рабочих частот радара: 154—162 МГц. Коэффициент усиления антенны: около 35 дБ. Главное отличие ИРНР от других радаров подобного профиля заключается в особенностях конструкции его антенны.
Приемо-передающая антенна представляет собой формирующий рупор с размерами апертуры 246 x 12,2 м, разделенный вдоль перегородкой на два симметричных полурупора, каждый из которых имеет свои независимые фидерные системы и выходы на приемные устройства (Рисунок 1).

Рисунок 1. Структура антенны ИРНР: 1 — внешний рупор; 2 — перего­родка, разделяющая антенну на две секции; 3 — возбуждающий рупор; 4 — волно­водно-щелевая система; 5 — ребристая замедляющая структура; 6 – поляризационный фильтр.

Протяженная волноводно-щелевая возбуждающая система каждого из полурупоров обеспечивает ширину ДН вдоль большой оси около 0,5°. Ребристая замедляющая структура меняет фазовую скорость волны при изменении рабочей частоты. Вследствие этого меняется распределение начальных фаз на излучающих щелях, т.е. наклон фазового фронта, что обеспечивает сканирование ДН в плоскости, проходящей через большую ось антенны. На несущей частоте 154 МГц излучение происходит по нормали к плоскости раскрыва рупора. Изменение частоты в диапазоне 154—162 МГц приводит к отклонению ДН до 30° в направлении распространения возбуждающей электромагнитной волны (Рисунок 2). При подаче возбуждения на полурупор антенны поочередно с противоположных концов волновода полный сектор сканирования составляет ±30°. В поперечной плоскости (вдоль короткой оси антенны) ДН каждой из двух независимых секций антенной системы имеет ширину ~20°. Суммарная ДН радара формируется путем сложения диаграмм двух полурупоров. Управление формой ДН во время излучения может осуществляться путем изменения разности фаз возбуждающих сигналов в полурупорах. При их синфазной запитке ДН в поперечной плоскости
имеет ширину ~10°.

 

Рисунок 2. Размеры и диаграмма направленности антенны ИРНР.

Антенна имеет поляризационный фильтр, подавляющий на 30 дБ поперечную к большой оси рупора компоненту электрического поля. Таким образом, излучаются и принимаются сигналы строго линейной поляризации. Конструкция антенны позволяет производить быстрое сканирование пространства, обеспечивает прецизионную точность измерения углов и горизонтальных градиентов (Рисунок 3).

Рисунок 3. Схема формирования диаграммы направленности, в зависимости от частоты и направления запитки антенны.

Важным достоинством антенны Иркутского радара НР является то, что она имеет два независимых полурупора с собственными устройствами возбуждения. Два независимых приемных канала при этом могут обеспечить интерферометрические измерения, а использование в разных полурупорах передатчиков с противоположных концов антенной системы позволяет формировать два совпадающих в пространстве луча с различными частотами излучения. Разница может достигать единиц мегагерц и соответствовать плазменным частотам ионосферы. Такой режим излучения допускает проведение специальных радиофизических экспериментов по изучению нелинейного взаимодействия с ионосферой двух мощных ультракоротковолновых сигналов. Запись и сохранение информации зондирования от двух полурупоров отдельно позволяет, по сути, формировать требуемую приемную диаграмму направленности уже при обработке сигналов.

Параметры цифрового управляющего и приемно регистрирующего комплекса ИРНР

Параметр	Значение
Число регистрируемых каналов	4 (с возможностью расширения до 8)
Коэффициент шума первого каскада приемника, дБ	0.45
Затухание фидерного тракта, дБ/100м, на частоте 160 МГц	1.186
Регистрируемая дальность вдоль луча, км	до 2000, в специальных режимах — непрерывно
Полоса пропускания аналоговой части приемного тракта	10 МГц
Полоса пропускания цифрового приемника	произвольная, до 10 МГц
Временная привязка	GPS, 10-6 с

В комплекс управления и регистрации сигналов ИРНР входят:
• Новый аналоговый блок приема с повышенной стабильностью, идентичностью и надежностью блоков входного тракта, за счет перехода на современную элементную базу. Основные блоки нового приемника – 2 каскада малошумящих усилителей, полосовые фильтры и ключи управления дают возможность обеспечить необходимую форму АЧХ/ФЧХ каналов, их идентичность и стабильность.
• Улучшенная система защиты входных цепей от мощных высокочастотных входных помех, на базе согласующих фильтров, разрядников и современных pin-диодов, позволила исключить выход из строя блоков усилителей.
• Система управления приемными устройствами позволяет в реальном времени контролировать и фиксировать их параметры (токи, напряжения, аварии и тд.).
• Новая 4-х канальная фидерная линия с низким коэффициентом затухания – не более 1.186 дБ/100м на частоте 200 МГц.
• Для регистрации принимаемых сигналов использованы цифровые многоканальные приемные устройства прямого преобразования (DDC), которые позволяют регистрировать сигналы на несущих частотах ИРНР (154—162 МГц). Приемники DDC построены на базе микросхем программируемой логики (FPGA) и имеет широкие возможности по перепрограммированию и настройки под задачи специализированных экспериментов. DDC имеют расширенную полосу приема (до 10 МГц) и возможность регистрации непрерывных (длинных) разверток сигнала в специализированных экспериментах, что позволяет проводить более детальный анализ формы принятого сигнала, например ЛЧМ-модуляции или коротких импульсов. Для приемников DDC разработан новый блок опорных сигналов 200 МГц, позволяющий существенно повысить качество сигнала тактирования для АЦП.
• Цифровая система синхронизации и формирования управляющих сигналов и рабочих частот.
• Система автоматического фазирования передатчиков.
• Система регистрации формы излученного импульса.
• Возможность управления формой диаграммы направленности антенной системы и проведение интерферометрических измерений.
• Система регистрации на электронные носители полного объема первичной информации зондирования.
• Вычислительная система с GPU для обработки большого массива данных ионосферного и спутникового зондирования.
• Система дистанционного управления через сеть Интернет основными режимами и параметрами работы радара.

Система отображения параметров ИРНР позволяет:
• Проводить контроль за техническим состоянием и параметрами основных блоков радара, позволяет выводить текущий режим и мощность передатчиков, работоспособность и аварии приемных устройств и блока привязки GPS, коэффициент корреляции между полурупорами ИРНР, состояние дискового массива и метеоусловия.
• Отображать текущие параметры ионосферы: профиль мощности и Ne, отношения сигнал/шум, температуры Te и Ti.
• Отображать спутниковую информацию: расписание прохождения КО через ДН ИРНР, вывод координатных и некоординатных параметров (дальность, углы, амплитуда и тд.) наблюдаемых КО в реальном времени.

Литература:

Потехин А.П., Медведев А.В., Бернгардт О.И., Лебедев В.П., Куркин В.И., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г. Иркутский радар Некогерентного Рассеяния. Методы и техника экспериментальных исследований // Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ними техногенные катастрофы. В 8 томах / Программа N 16 Президиума РАН. Т.8. Солнечная активность и физические процессы в системе Солнце-Земля. М.: ИСЗФ СО РАН, 2008В. С.110—117.
Кушнарев Д.С., Лебедев В.П., Хахинов В.В., Евстифеев С.Е., Заруднев В.Е. Модернизация Иркутского радара некогерентного рассеяния // Солнечно-земная физика. Т.3, N3, 2017, с.88-94, DOI: 10.12737/szf-33201708