ВКР: Разработка мобильного метеорологического комплекса всепогодного детектирования параметров атмосферы

Цели и задачи работы
Цель работы – разработка концепции мобильного комплекса всепогодного детектирования параметров атмосферы, описание требуемых характеристик комплекса и исследование нетипичных стратегий сканирования для разно- частотных измерительных систем, объединенных единым модулем сканирования.
Задачи
1) Обзор современных методов обнаружения сдвигов ветра
2) Моделирование измерений на разных частотах. Расчет всепогодности
3) Концепция мобильного метеорологического комплекса всепогодного детектирования параметров атмосферы
4) Режимов работы комплекса и их рациональная группировка
5) Проектирование узла транспортной оптики

Проблема вихревой безопасности
Способы решения
1. Контактный способ
Шар-зонд
2. Дистанционный способ
Виды сдвигов ветра
Метеомачта
Ветровой профилемер
На 36-ой сессии Ассамблеи ИКАО в сентябре 2007 г. совет ИКАО постановили, что проблема сдвигов ветра на данный момент является самой серьезной для гражданской авиации
1. Обзор современных методов обнаружения сдвигов ветра

Обзор ветровых профилемеров
Доплеровские лидары
Акустические системы
ветрового зондирования
Доплеровские радары
СЕЙЧАС НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ НЕСКОЛЬКО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭТИХ ПРОБЛЕМ В ЛЮБУЮ ПОГОДУ!
Х-радар
Ка-радар
Содар
ИК лидар
+: большие дальности
работа в пасмурную/ дождливую погоду
–: пропуск приземного слоя
высокий уровень помех
не работают в ясную погоду
+: высокая разрешающая способность
–: высоты измерений до 1 км
высокий уровень помех
сильное затухание
+: высокая разрешающая способность
работа в ясную погоду
–: не работают в туманах, осадках
1. Обзор современных методов обнаружения сдвигов ветра

ЛИРА
Обеспечение мет. безопасности в аэропорту
Система шторм-оповещения, допплеровских радар и лидар
Исследования
авианавигация, метеорология и экология
Энергетика
Оптимизация ветряных ЭС
Всепогодный комплекс
X-радар
Ka-радар
Лидар
Результат объединения нескольких локаторов
1. Обзор современных методов обнаружения сдвигов ветра

Аналоги
2. Mitsubishi electronics
1. Концерн Lockheed Martin
3. Компания Leosphere
1. Обзор современных методов обнаружения сдвигов ветра

Расчет всепогодности системы
ИК канал
Х и Ка канал
Основное радиолокационное уравнение
Эмпирическое отношение между МДВ и dBZ
Основное лидарное уравнение
Соотношение коэф. ослабления и МДВ
Результат
2. Моделирование измерений на разных частотах. Расчет всепогодности

Характеристики проектируемого метеокомплекса
Характеристики прием-передающих систем проектируемого метеокомплекса.
Схема деления трехдиапазонного комплекса
2. Моделирование измерений на разных частотах. Расчет всепогодности

3 –х диапазонный комплекс «ЛИРА»
3. Концепция мобильного метеорологического комплекса

2 –х диапазонный комплекс «ЛИРА»
(без системы шторм-оповещения)
3. Концепция мобильного метеорологического комплекса

Объединение проступающих данных
Разные режимы сканирования:
VAD, DBS, RHI, PPI
Максимальный период обновления
метеорологической информации = 5 мин.
Характерные углы места
сканирования радара – 3-56°
Место установки –
за территорией аэропорта.
Характерные углы места
сканирования лидара– 1-86°
Место установки –
геометрический центр ВПП.
4. Режимов работы комплекса и их рациональная группировка

Способ подбора рациональной стратегии сканирования
Шаг 1.
Шаг 2.
Шаг 3.
Определение
оптимальных ЧПИ
Решение об
использовании
медианных фильтров
Подбор
сканирующих углов
Определение
скорости вращения
антенны
Решение об
использовании
Доплер и эхо фильтров
Анализ данных на
коротких дистанциях в
различных погодных усл.
Окончательный выбор
последовательности
режимов сканирования
Результат подбора
4. Режимов работы комплекса и их рациональная группировка

Эскизная разработка модуля сканирования на базе WINDEX-5000
5. Проектирование узла транспортной оптики
Вариант 1.
Вариант 2.

Проектирование узла транспортной оптики
5. Проектирование узла транспортной оптики

Технологический раздел
Стандартные заготовки
Литье
Предварительная мех. обработка
Шлифовка
Полировка
Нанесение отражающего покрытия
Маршрутная карта изготовления зеркала
Схема изготовления зеркала

Расчет затрат на сборку и проведение исследований
Расчет себестоимости :
С = СР + СТ.К. + СС.Н. + СА.С. + СПР.
СР – заработная плата (основная и дополнительная) работников;
СТ.К. – затраты на технологические компоненты лидарной системы;
СС.Н. – отчисления на социальные нужды;
СА.С. – амортизация оборудования;
СПР. – прочие расходы.
Затраты на сборку комплекса «ЛИРА» 2b и на проведение с ее помощью исследований в течение 1 года составляют 21 682 000 рублей.

Охрана труда и окружающей среды
Расчет границ лазерно- опасной зоны (запуск уст.)
(для Er волоконного лазера
E=100мкДж и τимп=400 нс)
Расчет искусственного освещения
Пожарная профилактика помещения
В соответствии со СП 12.13130. 2009 и НПБ 105-03:
Класс пожара – E
Категория помещения – Г (S1 ≥100 м 2)
Первичные средства: - (ОП) – 5л/4кг – 2 шт;
- (ОУ) – 5л/3кг – 2 шт;
Мероприятия по обеспечению профилактики защиты от лазерного излучения
Класс опасности лазерного излучения

Апробация работы
1. Статья в сборнике ХХIХ Симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред»
«Лидарно-радиолокационный комплекс для определения профиля ветра в пограничном слое атмосферы» Г.Г. Щукин, А.С. Борейшо, В.Ю. Жуков, М.Ю. Ильин
2. Доклад на 6-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики»
«Лидарно-радиолокационный метеорологический комплекс» Г.Г. Щукин, А.С. Борейшо, В.Ю. Жуков, М.Ю. Ильин, М.А. Коняев
3. Заявка на патент РФ «Лидарный двухдиапазонный комплекс метеорологического обеспечения навигации»