11. Радиопелинг әдісіне түсініктеме беріңіз

Бір пункті шарұшақ және базистік бақылау әдістерінің кемшілігі бар. Олар жауын-шашын, тұман, бұлттылық кезінде қолдану мүмкіндігі шектеулі, қараңғы кезде қолдануды шектейді. Ал мұндай кемшіліктер радиожелді бақылауларда жоқ. Радиожелді бақылауларға екі әдісті жатқызамыз: радиотеодолитті немесе радиопеленг әдісі және радиолокация әдісі.

Радиопеленг әдісі. Бұл әдістің мәні сутек пен гелий толтырылған шарға қуаты аз радиоқабылдағыш ілініп, оған бақылау жүргізіледі. Бақылауларды шардан келіп жатқан сәулелер бойынша бағыт диаграммасы өте тар антенналар немесе антенналар жүйесі бар жер үсті станциялары жүргізеді. Жер үсті станциялары радиотеодолит деп аталады. Антеннаның кеңістіктегі орны белгілі болғандықтан, шардың бұрыштық координаттары белгілі болады. Басқа өлшемдер нәтижесінде шар биіктігін біліп, шар бағыты мен жылдамдығын анықтауға болады. Қайта жауапбергіші бар шарды көбіне радиоұшқыш-шар (радиопилот) деп атайды. Бұл әдіс ұшақ-шарды бір жерден ұшыру бақылау әдісіне ұқсас. Бірақ, бір пунктты шар үшыру бақылауларында бұрыштық координаттар оптикалық теодолит көмегімен анықталады. Ал радипеленг әдісінде радиотеодолит арқылы анықтаймыз. Алдыңғы әдісте шар биіктігі оның вертикальды жылдамдығымен анықталса, ал мұнда басқа өлшеулер нәтижелері бойынша анықталады. Көбінесе, биіктік бойынша қысым мен температураның таралуын анықтау кезіндегі зондылау мәліметтері қолданылады. Сосын, статика теңдеуі арқылы шардың нақты биіктігін есептейді. Радиопеленег әдісі толғымен жеке деп саналмайды, себебі шар биіктігі басқа әдіспен анықталады. Дегенмен, биіктік бойынша қысым мен температураның мәліметтері бар болғанда, яғни атмосфераны кешенді түрде зондылауда кеңінен қолданыс тапқан әдіс. КСРО–да «радиотеодолит ,,Малахит” – радиозонд А–22» температуралы – желді зондылау жүйесі кеңінен қолданылды. Онда радиопеленг әдісі пайдаланылды. Бұл әдіс АҚШ-та кең таралған және қазір де кеңінен қолданылады. АҚШ-та US WS winds only радиоұшақ жасалған. Онда қабылдағыш жауапбергішпен бірге қысымды өлшеуге арналған бароқорапша қолданылады. Радиоұшақты АҚШ-тың метеоқызметтерінде негізінен радиозондты ұшыруға арналған WBRT деген қарапайым радиотеодолит қолданылады. Радиоұшақтың биіктігі бароқорапшамен өлшенген қысым мәліметтері бойынша геопотенциал формулаларымен анықталады. Алайда температура өлшенбегендіктен, есептеу үшін оның соңғы температуралық зондылау кезінде алынған мәнін немесе сол аймақтағы айлық орташа көрсетілімдері қолданылады. Бүкіл трапосфераның орташа температулық мәніндегі 1⁰С қателік биіктікті анықтағанда 70м қателікке соқтырады. Ал биіктікті есептеуге байланысты кей қателер айтарлықтай болмайды. Радиопелинг әдісімен жүргізілген радиожел бақылауларын өңдеу ұшақ – шардың бір жерден бақылау әдісін өңдеуге қолданылатын алгоритмдермен жасалады. Бұл әдісте тек шар биіктігін анықтау басқаша жүргізіледі.

12. Радиолокация әдісіне түсініктеме беріңіз

Олар жауын-шашын, тұман, бұлттылық кезінде қолдану мүмкіндігі шектеулі, қараңғы кезде қолдануды шектейді. Ал мұндай кемшіліктер радиожелді бақылауларда жоқ. Радиожелді бақылауларға екі әдісті жатқызамыз: радиотеодолитті немесе радиопеленг әдісі және радиолокация әдісі.

Радиолокация әдісі. Бұл әдістің радиопелинг әдісінен айырмашылығы – шарға дейінгі қашықтық жер үсті радиолокациялық станция көмегімен жүргізіледі. Аэрологияда қарапайым импульстік радиолокация жүйесі қолданылады. Радиолокация әдісін пассивті және (активті) белсенді деп бөлуге болады.

Пассивті әдіс. Пассивті әдісте – сутек немес гелиймен толтырылған шарға шағылыстырушы – нысананы іледі. Ол РЛС антеннасынан түсетін, өзіне бағытталған электромагнитті сәулеленудің жіңішке бөлігімен сәулеленеді. РЛС-тің жұмыс жасау қашықтығы оның потенциалымен анықталады, яғни зондыланатын импульстың сипаттамаларына, РЛС қабылдағышының сезімталдығына, шағылыстырғыштың эффективті беткейде шашырауына (ЭБШ) байланысты болады. Шағылдырушы объекттің размері толқын ұзындығының жартысына тең болғанда шағылған сигналдың үлкен шамаға ие болады. онда сәулеленетіе мишень жартылай толқында вибраторға айналады. Кез келген объекттің шашырау сипаттамаларын шашыраудың эффективті ауданы (ШЭА) деген түсінік арқылы бағалау жеңіл болады. ШЭА нысанамен бірге болатын жағдайлар үшін келесідей жазу ыңғайлы болады: ;

мұндағы: ϭ – ШЭА шамасы, D – шағылыстырушыдан ара-қашықтық, Е₁ – нысана ауданындағы РЛС–тың электромагниттік сәулелену ағанының тығыздығы. Бұл теңдеу шашырататын беткей оған түсетін электромагниттік энергияға перпендикулярлы орналасқанда қолданылады.

Тегіс идеалды өткізгіш шеңбер. Осындай шеңбердің размері РЛС толқыны ұзындығынан біршама үлкен болсын және D ара-қашықтығында орналассын. Бағытталу жағдайлары бойынша мұндай шеңбер бағытталған жұмыс коэффициенті (d) бар синфазалы антеннаға эквивалентті: ; мұндағы: S – шеңбер ауданы. Шеңберді жасау материалының шығыны (потерия) мардымсыз деп алсақ, РЛС орналасқан жерде шағылған сәуленің қарқындылық тығыздығы Е₂ келесідей болады: ; Сонда ШЭА үшін келесі теңдеуді жазуға болады: ; Осындай жолмен, ШЭБ нысана ауданына және шағылған сигналдың бағытталу коэффициентіне пропорционалды, ал оның ұзындығы РЛС-ке кіруде қайтадан нысанаға дейінгі ара қашықтықтың квадратына пропорционалды екендігі шығады. Радиожелді бақылауларды ұйымдастыру кезіндегі тапсырма келсілерге негізделеді: нысана ауданы айтарлықтай үлкен, бағытталған әрекеттің коэффициенті d – мүмкіндігінше максималды болуы керек, ал әдістің мүмкіндігі нысанаға D дейінгі қашықтықпен шектеледі. Және де жазық шағылдырғаш жақсы болып табылмайды. Ол үнемі РЛС-тің сәулеленуіне перпендикулярлы болуы үшін, оның осындай кеңістіктегі жағдайын қамтамасыз ету қиын болып табылады.

Сфера түріндегі шағылдырушы. Беткейі жақсы бағыттаушы болып табылатын, РЛС (үлкен сфера) толқындарының ұзындығын айтарлықтай жоғарлататын сфера радиусы шағылдырушы бола алады. Үлкен сфераның ШЭБ-сы δ_Ш оның үлкен қимасының ауданына тең болады: ; Сфераның ШЭБ-сы оның кеңістіктегі кез келген ж ағдайында да тұрақты болып қалады. Осыған байланысты оны нысана ретінде қолдануымызға болады. Бағыттаушы үлкен сфералар желді бақылаулар және РЛС калибровкасы үшін қолданылады. Жиі мұндай сфералар ретінде қабығының өзін қолданады. Ол үшін оның беткейін (әдетте ішкі беткейін) металды краскамен немесе фольгамен жабады. Сутегімен толтырылған кезде, ол шардың формасын қабылдайды және сол кезде ол көтермелі құрал немесе шағылдырушы нысана ретінде қолданылады.

Жартылай толқынды вибратор. РЛС орналасқан нүктеде вибратор шығаратын сигналдың қуаттылығы келесіге тең: ; мұндағы, φ – вибратор осьі мен толқынның келу бағыты арасындағы бұрыш. Алдындағы формуланы ескерсек, онда вибратордың ШЭБ-сы келесіге тең болады: ; Осындай жолмен, вибратордың ШЭБ-сы электромагниттік сәулелену келетін бұрыштан қатты байланысты болады. Соған қарамастан, мұндай вибраторлар атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы желді бақылаулар үшін кеңінен қолданылады. Олар әдетте метеорологиялық ракетаның контейнерінен лақтырылады. Вибраторлар үлкен мөлшерде лақтырылғандықтан, олардың көп бөлігі РЛС-тың сәулеленуіне қатысты негізделген болып табылады. Бұл қажетті күшті шағылған сигналды қамтамасыз етеді.

Бұрыштық шағылдырушылар. Бұрыштық шағылдырушылар радиолокациялық әдісте кеңінен таралған болып келеді. Олар шағылдырушының шекарасы деп аталатын өзара перпендикулярлы үш жазықтықтардың жүйесін көрсетеді. Үш шекаралы шағылдырушылардың ерекшелігі болып оларға РЛС-тен келетін электромагниттік энергияның көп бөлігін кері бағытта шағылдыру табылады. Мұндай жағдайда олар айна тәріздес болып келеді. Олардың жазықтығы геометриялық оптиканың заңдарына сәйкес, электр энергиясының келетін бағытына перпендикулярлы болып келеді. Дәл осы үш шекаралы шағылдырушы келетін энергияны нысанаға кез келген түсу бұрышына байланыссыз кері бағытта шағылдыруды қамтамасыз етеді. Бұрыштық шағылдырушыдағы электромагниттік сәуленің жүру жолы. Үш шекаралы бұрыштық шағылдырушылар үшін максималды ШЭБ келесіге тең: ; мұндағы, І – шекара қабырғасының ұзындығы. Мұндай шағылдырушының ШЭБ-сы шардың ШЭБ-сынан 2/3 І² есе үлкен болып келеді. Үшбұрышты шағылдырушылар кең таралған болып табылады. Тең шағылуды қамтамасыз ету үшін ортақ төбесі бар сегіз бұрыштардан тұратын жүйе қолданылады. Шағылдырушылардың шекарасын тегіс етіп емес, керісінше сетка түрінде жасайды. Нәтижесінде осындай нысананың аэродинамикалық қарсыласуы азаяды, ал ШЭБ өзгеріссіз қалады. Пассивті шағылдырушыдан қайта РЛС-ке бағытталған шағылған сигналдың шамасы ара қашықтықтың квадратына сәйкес пропорционалды азаяды. Бұрыштық шағылдырушылардың қазіргі заманғы РЛС-термен бірігуі тек 30-40 км қашытықта мүмкін болады. Бұл биіктіктегі жел жылдамдығына байланысты 3-8 км биіктіктерге дейін бақылауларды қамтамасыз етеді. Бақылау жүргізуге мүмкін болатын кішігірім қашықтық әдістің жетіспеушілігі мен негізгі шекарасы болып табылады.

Активті әдіс. Әдістің негізгі болып келесі табылады: көтеріліп келе жатқан шарға жердегі РЛС-тің сұраныстарына үнемі қуатты сигналдармен жауап беруге қабілетті бергіш-жауап бергіш ілінеді. Қайтарушы сигналдың қуаттылығы Р РЛС-ке кіруде келесіге тең: ; мұндағы, Р_И – бергіш-жауап бергіштің сәулелену қуаттылығы, А_Р – РЛС антеннасының эффективті ауданы, d₀ – жауап бергіш антеннасының әрекетті бағытталуының коэффициенті. Алдыңғы теңдеуден келесі шығады: РЛС-ке келіп түсетін сигнал өте үлкен ШЭБ-сы бар нысан-шағылдырушыдан шағылған сигналға қарағанда қуаттырақ болып табылады. Сондықтан қашықтық және бұрыштық координаттарды 200-250 км аралыққа дейін өлшеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар желді зондылауды максималды мүмкін болатын биіктікке дейін өлшеуге де мүмкіндік береді. Бұл активті радиолокацияның пассивті радиолокацияға қарағанда маңызды ерекшелігінің бірі болып табылады. Активті радиолокацияда қиғаш қашықтық бергіш-жауап бергіштен қайтарушы сигналды қабылдау мен сұраныс импульсын жіберу уақыттар аралығындағы интервал өлшенеді. Активті радиолокация әдісі тек өздігінен ғана қолданып қоймай, сонымен қатар атмосфераны зондылаудың желді – температуралы комплекс жүйесіне құрама бөлік ретінде жиі кіреді. Шардың биіктігі Н желді зондылау кезінде келесі формуламен анықталады: ;

мұндағы, D – қашықтық, β – орын бұрышы. Есептеулер әрбір қажетті уақыт кезеңі үшін жүргізіледі, ал содан соң нәтижелері геопотенциал формуласы негізінде есептелген биіктіктегі қысымды есептеу үшін температураның таралуының мәліметтерімен бірге қолданылады. Нәтижесінде, жоғарыда қарастырылған радиопеленг әдісі тек шардың биіктігі туралы мәліметтер алынатын кешенді зондылауда ғана қолданыла алады және өзіндік болып табылмайды. Ал берілген активті радиолокация әдісі керісінше, толықымен тәуелсіз болып табылады.