Ljubiteljska meteorologija

POVZETEK MAGISTRSKEGA DELA47hkm1412108642vertikalna pokritost RC Lisc0 50 100 150 200 250 rkmhkm15105hkm141210vertikalna paralak864vertikalna pokritost ATC Brni020 50 100 150 200 250 rkm0 20 40 60 80 100Slika 4. Levo zgoraj: vertikalna pokritost ozračja z vremenskimradarjem na Lisci. Desno zgoraj: vertikalna pokritostozračja z letalskim radarjem na letališču Jožeta PučnikaLjubljana. Spodaj: napaka vertikalne paralakse (zamiktalne projekcije sipalcev) letalskega radarjaskmvertikalna informacija iz ozračja. Horizontalni snop imaširino 1,4°, vertikalni pa kar 30°, pri čemer je spodnjaelevacija snopa 1°. Antena po elevaciji ni ne gibljiva,ne nastavljiva. Pokritost ozračja z meritvami se precejrazlikuje od pokritosti pri vremenskih radarjih (slika 4).Pulzni režim tega radarja je zelo zapleten. Oddajaenostavne (nemodulirane) kratke pulze dolžine 1 300m in frekvenčno nelinearno modulirane (NLFM) pulzedolžine 75 µs (22,5 km), in to pri dveh različnih oddajnihfrekvencah 2,75 in 2,85 GHz, vse to pa zaradiučinkovitega sledenja letalom (angl. MTI – moving targetindicator), kar je njegova primarna naloga. Pri temmora zanesljivo izmeriti njihovo odbojnost in radialnohitrost, ki je za velikostni red do dva višja kot pri padavinskihsistemih. Kratki in dolgi pulzi so neposrednopovezani s procesno merilno tehniko pulzno kompresijo,ki jo bom natančneje razložil kasneje.Radarski oddajnik je sestavljen iz 8 polprevodniškihmodulov (angl. SST - solid state transmitter), katerihskupna največja oddajna pulzna moč znaša 16 kW. Tazadošča za zanesljivo spremljanje letal na razdalji do60 NM (navtičnih milj), zato je teoretični doseg, ki jesicer večji, med procesiranjem umetno omejen na tovrednost. Če se kateri od oddajnikov pokvari, ostali šezmeraj delujejo, le izsevana moč je ustrezno manjša,kar se sproti popravlja med procesiranjem v radarskienačbi. Take konstrukcijske rešitve so potrebne zaradivisokih zahtev po operativnosti sistema. Letalski radarza nadzor zračnega prometa sme imeti največ 6 urizpadov na leto.Radar STAR 2000 ima vgrajen vremenski kanal.Signal v sprejemniku je posebej speljan v vzporednoprocesno verigo, namenjeno za izluščenje vremenskeinformacije iz ozračja. Zaradi vertikalno širokegasnopa so meritve odbojnosti zelo grobe, razvrščene v1 V radarski tehniki se za časovno trajanje pulzov elektromagnetnegavalovanja uporabljata žargonska izraza “širina” ali pa “dolžina”pulza, čeprav se navaja časovno enoto (µs) namesto dolžinske.6 razredov, ki se dajo nastavljati. Zanimivo je tudi to,da se da nastavljati potenco oddaljenosti sipalcev r vradarski enačbi. Slednje izvira iz dejstva, da je omenjenapotenca pri točkovnih sipalcih, npr. letalih, 4,pri hidrometeorjih (padavinah) pa 2. Meritve se sprotizapisujejo v EUROCONTROL-ov tokovni format ASTERIXin dodajajo v podatkovno bazo, s tem pa je omogočenzelo hiter sprotni prikaz meritev na zaslone kontroleletenja.Na KZPS so izdelali strežniški sistem za sprotno (angl.real-time) zbiranje meritev v radarske slike 2 , to jev kartezične matrike radarskih odbojnosti velikosti120x120 NM z ločljivostjo 1 NM. Radarske slike operativnozajemamo tudi na ARSO. Take radarske slike sisledijo z izredno visoko frekvenco merjenj, in sicer navsakih 24 sekund brez vmesnih prekinitev, kar znaša2,5 slike na minuto! To je za velikostni red pogosteje,kot smo navajeni v radarski meteorologiji. Za primerjavo– z vremenskim radarjem na Lisci dobimo novoradarsko sliko vsakih 10 minut. Vsaka meritev trajaslabih 5 minut, vsebuje pa tudi vertikalno informacijoo sipalcih v ozračju. V tem delu sem preskusil, kolikoso tako izmerjene radarske slike iz vremenskegakanala, ki imajo dve skrajnosti – zelo grobe oceneodbojnosti in zelo visoko frekvenco meritev, uporabneza operativne meteorološke namene.Pulzna kompresijaNajbolj zanimiva tehnična rešitev omenjenega letalskegaradarja je oddajno-sprejemna in procesnatehnika – pulzna kompresija. Razvili so jo ob uporabinavtičnih sonarjev v petdesetih letih prejšnjegastoletja. V ozadju te tehnike je ideja, da lahko radialnoločljivost namesto s časovno krajšimi pulzi povečamos pulzi, ki imajo večjo pasovno širino. To dosežemo naprimer z linearno naraščajočo frekvenco znotraj pulza.Akustični piski, ki jih oddaja sonar, spominjajo naoglašanje ptic ali žuželk, zato frekvenčno modulirane(spremenjene) pulze v anglosaški terminologiji imenujejochirp (»cvrč«, »skovik«).Kako izmerijo pulzni radarji od sipalcev odbiti signal?Signal, ki prihaja v sprejemnik, vsebuje tudi šum,predvsem termični šum, ki je zmeraj prisoten v električnihprevodnikih in se mu ne da izogniti. Izkaže se,da je sprejem najbolj optimalen, če se sprejeti signalkorelira z repliko oddanega signala. Ta pristop je spošnoznan v teoriji signalov, rečemo mu tudi prilagojeniali Northov filter (angl. matched filter) (North, 1943).Radarski sprejemnik funkcionira torej kot nekakšenavtokorelator do konstante. Radialna ločljivost sprejemnika,to je najmanjša razdalja med sipalcema vzdolžžarka, ki ju sprejemnik zazna kot ločeni oviri, je enakarazpolovni širini avtokorelacijske funkcije sprejemnika.2 V žargonu radarske meteorologije pomeni radarska slika tudiradarsko meritev ozračja.