Радиосеть УКВ-диапазона для системы мониторинга грозовой активности

Современные средства мониторинга грозовой активности включают оборудование наземного (стационарное и подвижное) и воздушного (космического) базирования. Каждое из вышеуказанных средств имеет свои преимущества и недостатки, поэтому применяется совместно, дополняя друг друга.

Первая наземная стационарная система подобного назначения была развернута в Российской Федерации в 1994 году на Дальнем Востоке. Проектирование и развертывание радиосети выполнили специалисты воронежской компании «ДиМи-Сервер». В проекте использовались канадские узкополосные радиомодемы УКВ-диапазона и радиостанции «Маяк» производства АО «Электросигнал», обеспечивавшие связь с устройствами автоматической пеленгации грозовых разрядов ALDF (Automatic Lightning Direction Finder) производства американской компании Vaisala. Каждое такое устройство позволяло обнаруживать молнии на удалении более 100 км (по другим данным, до 500 км).

Устройство автоматической пеленгации грозовых разрядов ALDF представляет собой сложный технический комплекс, предназначенный для обнаружения и определения методом триангуляции места ударов молнии в направлении «облако — поверхность земли». Современные устройства данного типа автоматически регистрируют более 90% таких разрядов на удалении до 100 км. Одна из крупнейших сетей — NLDN (National Lightning Detection Network — Национальная сеть обнаружения молний, США) имеет в своем составе более 130 устройств ALDF (https://www.vaisala.com/en/products/data-subscriptions-and-reports/data-sets/nldn). Общий вид одного из таких устройств представлен на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид устройства автоматической пеленгации грозовых разрядов ALDF. Источник: www.ghrc.nsstc.nasa.gov/lightning/lightning-detections.html

Система развертывалась для замены менее эффективных и морально устаревших средств оптического контроля, размещавшихся на смотровых вышках.

В общей сложности к радиосети были подключены четыре устройства ALDF, передававших информацию в центр автоматического определения местоположения APA (Automatic Position Analyzer). Основной технической задачей в части организации связи стала необходимость организации работы на значительное удаление. В связи с этим было принято решение о монтаже антенн радиосети на имевшихся смотровых вышках и использовании ретрансляторов. Общая схема радиосети представлена на рис. 2.

Рис. 2. Общая схема радиосети обеспечения системы мониторинга грозовой активности в лесном хозяйстве на узкополосных радиомодемах. По материалам компании Dataradio

В результате техническим специалистам компании-интегратора удалось добиться надежной передачи данных от четырех удаленных объектов на максимальную дальность 172 км с

использованием четырех номиналов радиочастот в УКВ-диапазоне.

По оценке специалистов-метеорологов, во время одной грозы может возникать более 8000 вспышек молний в час. Каждая молния должна фиксироваться устройствами ALDF, а информация о ней направляться в центр APA в реальном масштабе времени. В результате радиосеть должна обеспечить одновременный прием данных от четырех устройств ALDF и гарантированно доставить их в центр APA.

Для решения задачи было использовано 14 радиомодемов MDLC (Modem Data Link Controller) и четыре радиомодема APR (Asynchronous Packet Radiomodem), работавших на скорости 4,8 кбит/с по «неколлизионному» протоколу обмена данными. Технические характеристики радиомодемов представлены в таблице.

Функциональные возможности радиомодемов позволили организовать удаленный мониторинг их технического состояния в реальном масштабе времени.

Подключение радиомодема к устройству ALDF производилось по последовательному порту RS-232. Данные о составе приемопередающего оборудования ретрансляторов, суммирующих ретрансляторов и центра автоматического определения местоположения APA представлены на рис. 3–5.

Рис. 3. Состав приемопередающего оборудования ретранслятора (по материалам компании Dataradio)

Рис. 4. Состав приемопередающего оборудования суммирующего ретранслятора (по материалам компании Dataradio)

Рис. 5. Состав приемопередающего оборудования базовой станции центра автоматического определения местоположения APA (по материалам компании Dataradio)

Одним из требований при реализации проекта было использование в составе системы УКВ-радиостанций «Маяк» отечественного производства. В связи с этим специалисты АО «Электросигнал» и компании Dataradio (Канада) провели совместные работы по интеграции оборудования, в результате которых удалось получить изделия с заданными характеристиками.

Большая часть оборудования размещалась в труднодоступной местности и должна была обеспечивать продолжительную автономную работу без сложного и дорогостоящего технического обслуживания. Поскольку в условиях эксплуатации использовать промышленную сеть питания не представлялось возможным, электропитание оборудования было организовано от герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов производства компании Power Sonic, подключенных к солнечным батареям M65 производства компании Siemens.

Следует отметить, что общие возможности радиосети ограничиваются пропускной способностью каналов центра автоматического определения местоположения APA. Тем не менее разработчикам удалось обеспечить выполнение всех требований по доставке данных от четырех удаленных пунктов.