Грозопеленгатор-дальномер
1. ГРОЗОПЕЛЕИГАТОР-ДАЛЬНОМЕР , содержащий магнитные антенны с косинусной и син5сной диаграммами направленности и электрическую антенну с круговой диаграммой направленности , соединенные через первый, второй и третий полосовые фильтры соответственно с первым, BTopbiM и третьим входами пеленгатора , магнитные антенны соединены через четвертый и пятый полосовые фильтры соответственно с первым и вторым фазовращателями F/4, выходы которых подключены к входам сумматора , выход которого соединен с входом амплитудного дальномера, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и вероятности правильного определения координат грозовых очагов, в него введены блок управления и арифметический блок, причем вход блока управления соединен с выходом электрической антенны, первый выход блока управления соединен с управляющим входом пеленгатора и первым управляюищм входом амплитудного дальномера , второй выход блока управления подключен, к первому управляющему входу арифметического блока и второму управляющему входу амплитудного дальномера, третий выход блока уп (Л равления соединен с рторым управС ляющим входом арифметического блока, выход пеленгатора подключен к первому входу арифметического блока, выход амплитудного дальномера, под- ; ключей к второму входу арифметического блока, два выхода арифметичес-. кого блока являются выходами грозопеленгатора-дальномера . 1 g
СОКИ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) цр 4 G 01 S 13/95
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3759900/24-09 (22) 21.06.84 (46) 30.12.85. Бюл. ¹ 48 (72) В.И.Кунин,Б.В.Семагин, В.Д.Плотников и В.В.Табашников (53) 62,1.396.96(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 592250, кл. G 01 S 3/02, 9/60, 1978 °
Авторское свидетельство СССР
N9 446004, кл. G 01 $ 9/60, 1972. (54)(57) 1. ГРОЗОПЕЛЕНГАТОР-ДАЛЬНОМЕР, содержащий магнитные антенны с .косинусной и синусной диаграммами направленности и электрическую антенну с круговой диаграммой направленности, соединенные через первый, второй и третий полосовые фильтры соответственно с первым, вторым и третьим входами пеленгатора, магнитные антенны соединены через четвертый и пятый полосовые фильтры соответственно с первым и вторым фазовращателями lI/4, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом амплитудного дальномера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и вероят.— ности правильного определения координат грозовых очагов, в него введены блок управления и арифметический блок, причем вход блока управления соединен с выходом электрической антенны, первый выход блока управления соединен с управляющим входом пеленгатора и первым управляющим входом амплитудного дальномера, второй выход блока управления подключен. к первому управляющему входу арифметического блока и второму управляющему входу амплитудного дальномера, третий выход блока управления соединен с вторым управляющим входом арифметического блока, выход пеленгатора подключен к первому входу арифметического блока, выход амплитудного дальномера. подключен к второму входу арифметического блока, два выхода арифметичес-. кого блока являются выходами грозо- пеленгатора-дальномера.
1 201
2. Грозопеленгатор-дальномер по п. 1, отличающийся " тем, что блок управления содержит пороговый блок, генератор импульсов и счетчик импульсов, причем вход порогового блока является входоМ блока управления, выход порогового блока подключен к первому входу генератора импульсов, выходами подклюI ченного к уходу счетчика импульсов, первый, второй и третий выходы которого являются выходами блока управления, а четвертый выход соединен с вторым входом генератора .импульсов.
3. Грозопеленгатор-дальномер по п. 1, отличающийся тем, что пеленгатор содержит фазовращатель Г /2, три усилителя-ограничителя, сумматор, вычитающий блок, генератор импульсов, три триггера, два элемента И, элемент ИЛИ и счетчик импульсов, причем первые входы сумматора и вычитающего блока объединены и являются первым входом пеленгатора, вход фазовращателя Ti /2 является вторым входом пеленгатора, вход третьего усилителя-ограничителя является третьим входом пеленгатора, выход фазовращателя и /2 соединен с вторыми входами сумматора и вычитающего блока, выход. сумматора через последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель и первый триггер соединены с первым входом первого элемента И, выход вычитающего блока через последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель и второй триггер соединен с вторым входом второго элемента
И, первый выход генератора импульсов подключен к второму входу первого элемента И, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход третьего усилителя-ограничителя соединен с входом третьего триггера, первый выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, а второй выход третьего триггера — с четвертым входом второго элемента И, управляющий вход пеленгатора соединен с четвертым входом первого, третьим входом второго элементов И и управляющими входами первого, второго и третьего триггеров, выходы первого и второго элементов И соединены с первым и вторым входами
790 элемента ИЛИ, выходом подключенного к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с управляющим входом пеленгатора, выход счетчика импульсов является выходом пеленгатора.
4, Грозопеленгатор-дальномер по п. 1, о тлич ающийся тем, что амплитудный дальномер содержит детектор, интегратор, компаратор, генератор импульсов, элемент И, счетчик импульсов, блок аналоговых ключей, резисторную матрицу, функциональный преобразователь, источник опорного напряжения, причем вход детектора является входом амплитудного дальномера, выход детектора через интегратор соединен с первым входом компаратора, выходом подключенного к первому входу элемента И, выход генератора импульсов соединен с вторым входом элемента И, а третий вход элемента
И является управляющим входом амплитудного дальномера, выход элемента И подключен к входу счетчика импульсов, первый выход счетчика импульсов соединен с первым входом функционального преобразователя, второй вход которого является вторым управляющим входом амплитудного дальномера, а выход — выходом амплитудного дальномера, второй вход счетчика импульсов соединен с первым входом блока аналоговых ключей, выход которого соединен с входом резисторной матрицы, выход резисторной матрицы подключен к второму входу компаратора, выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом блока аналоговых ключей.
5. Грозопеленгатор-дальномер по п. 1, отличающийся тем, что арифметический блок содержит два элемента И, два оперативных запоминающих блока, преобразователь кода, D-триггер, причем первые входы первого элемента И и преобразователя кода объединены и являются первым входом арифметического блока, а второй вход преобразователя кода является первым управляющим входом арифметического блока, выход преобразователя кода соединен с первыми входами первого и второго оперативных запоминающих блоков, второй управляющий вход арифметического блока соединен с третьим и вторым входами первого и второго оперативных запоминающих блоков, второй вход арифметического блока соединен с вторым и третьим входами первого и второго оперативных запоминающих блоков и первым входом второго элемента И, выход первого оперативного запоминающего блока соединен с четвертым
1201790 входом второго оперативного запоминающего блока, выход которого через
D-триггер соединен с четвертым входом первого оперативного запоминающего блока и вторыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И является первым выходом арифметического блока, выход второго элемента И вЂ” вторым выходом арифметического блока.
15
25
35
1
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения координат (дальности и пеленга) грозовых очагов.
Цель изобретения — повышение точности и вероятности правильного определения координат грозовых очагов °
На фиг. I представлена структур ная электрическая схема грозопеленгатора-дальномера; на фиг. 2 — временные диаграммы работы грозопеленгатора-дальномера; на фиг. 3 — векторные диаграммы, поясняющие получение суммарного U< и разностного
11д сигналов, на фиг. 4 — временные диаграммы работы амплитудного дальномера; на фиг. 5 — индикатор груэопеленгатора-дальномера с разбивкой его площади на координатные ячейки.
Гроэопеленгатор-дальномер содержит электрическую антенну 1 с круговой диаграммой направленности, магнитные антенны 2 и 3 с косинусной и синусной диаграммами направленности, полосовые фильтры 4-8, фазо вращатели 9 и 10 на Т /4, сумматор
11, блок 12 управления, пеленгатор
13, амплитудный дальномер 14 и арифметический блок 15.
Блок 12 управления образуют пороговый блок 16, генератор 17 импульсов и счетчик 18 импульсов.
Пеленгатор 13 содержит фазовращатель 19 Hà >/2, сумматор 20, вычитающий блок 21, усилители-ограничители 22-24, триггеры 25-27, генератор. 28 импульсов,. элементы И 29 и
30, элемент ИЛИ 31 и счетчик 32 импульсов.
Амплитудный дальномер 14 состоит из детектора 33, интегратора
34, генератора 35 импульсов, компаратора 36, элемента И 37, счетчика
38 импульсов, блока 39 аналоговых ключей, резисторной матрицы 40, функционального преобразователя 41 и источника 42 опорного напряжения.
Арифметический блок IS содержит элемент И 43, преобразователь 44 кода, оперативные запоминающие блоки 45 и 46,D -триггер 47 и элемент
И 48.
Грозопеленгатор-дальномер работает следующим образом.
Под воздейСтвием электромагнитного излучения молниевого разряда в электрической антенне 1 с круговой и в магнитных 2 и 3 антеннах с синусной и косинусной диаграммами направленности наводятся импульсные сигналы, которые поступают на входы полосовых фильтров 4-6 с резонансной частотой 7+0,5 кГц.
Сигналы с магнитных антенн 2 и 3 поступают также на полосовые фильтры 7 и 8, настроенные на резонансную частоту 60+7 кГц . Сигнал о
C электрической антенны 1 поступает на вход блока 12 управления.
Блок управления работает следующим образом.
При нревьппении входным сигналом дп (фиг.2а) порогового уровня Уокер (фиг.2а) электрической антенны 1 срабатывает пороговый блок 16 и запускается генератор 17 импульсов, вырабатываюпдй прямоугольные импульсы Пр (фиг.2б),поступающие на зход счетчика 18. Три выхода счетчика
18 определяют различные временные
1201790 4 то
uñ ю (t ) = К Е С<и e S u
1 3-Ь
35 где hÎ вЂ” ошибки пеленгования, обу» 40 словленные фазовой неидентичностью каналов С-IО и
3-В и несинфазностью Е и Н составляющих поля.
На фиг. За-д показаны векторные 45 диаграммы, поясняющие получение суммарного U разностного Нд сигналов
Е для различных значений пеленга, измеряемые разности фаз (gE †p ) и Су -Vä), соответствующие»еленгам 50
8 и 6» . На фиг. Зе,ж приведены векторные диаграммы для случаев наличия фазовой неидентичности каналов и несинфазности Е и Н составляющих поля. 55
Выходные сигналы сумматора 20 и вычитающего блока 2) поступают через усилители-ограничители ?2 и 23 задержки йt, at, Et выходных импульсов U11nu», Ug»»» z, Ulinp> (фиг. 2в, г,д) относительно переднего фронта сигнала Ui,, т.е. формируются три импульса разрешения для управления работой пеленгатора 13, амплитудного дальномера 14 и арифметического блока 15.
Пеленгатор 13 работает следующим образом.
Выходные сигналы полосовых фильтров 4 и 5 (каналы С-Ю и 3-В ) описываются выражениями: где Š— амплитуда сигнала, К вЂ” коэффициент передачи полосовых фильтров; — пеленг на источник разряда, и) — резонансная частота пеленгования.
Выходной сигнал полосового фильтра 5 сдвигается с помощью фазовращателя 19 íà Ti/2.
Выходные сигналы полосового фильтра 4 и фазовращателя 19 поступают на сумматор 20 и вычитающий блок.21, в которых происходит квадратурное сложение и вычитание сигналов. В результате выходные сигналы сумматора 20 и вычитающего блока 21 имеют следующий вид:
И (t) =Е 6 и(»Л+9 + Ь9); (Х) Ид(1)=Е 5 1»»(ий-8» . й8), (5) 5
20
30 на триггеры 25 и 2Ь, выходные сигналы которых подаются на элементы
И 29 и 30. Сигнал с электрической антенны 1 проходит через полосовой фильтр б и усилитель-ограничитель
24 и поступает на триггер 27. Выходные сигналы триггера 27 поступают на выходы элементов И 29 и 30.
Работой триггеров 25-27 управляет сигнал, сформированный с помощью счетчика 18 импульсов. На выходе элемента И 29 получается пачка импульсов длительностью, равной разности фаз суммарного U и опорного U< сиг
2 налов (P †1 ), а на выходе элемента
U 30 — пачка импульсов длительностью, равной разности фаз разностного 11д и onopHoro Ug сигналов (- »Я.
Элементы И 29 и 30 осуществляют времяимпульсное преобразование суммарной разности фаз (V< - p<) и (—
-Тд), причем импульсы квантования формируются генератором 28 импульсов, импульсы которого сдвигаются относительно друг друга на полпериода и, кроме того, период следования импульсов равен 1/360 периода сигнала, определенного резонансной частотой полосовых фильтров 4-6.
Таким образом, разности фаз (-Чд) н (1 - 1 ) соответствуют пеленгам 8» и 8q, однозначно определяющим пеленг на источник разряда, а на выходах элементов И 29 и 30 получают число импульсов, пропорциональных пеленгам 8q и6» . Причем ошибки из-за неидентичности каналов hp и несинфазности составляющих Е и Н компонент поля A p (фиг. 3) по-разному влияют на значения пеленга 8» и 9q, т.е. для О», например, эти ошибки вычитаются, а для 9 суммируются, в результате сумма значений пеленга Ц»+ 9=29 свободна от указанных ошибок.
С выходов элементов И 29 и 30 импульсы поступают на вход элемента KIH 31, где происходит суммирование числа выходных импульсов элементов И 29 и 30 и в счетчике 32 устанавливается код, пропорциональный сумме фазовых рассогласований U -Ц и Ц -0, т.е. равный удвоенному значению пеленга. Путем снятия выходного кода счетчика 32 без младшего разряда осуществляется деление результата измерения пеленга на два.
Сигнал управления, поступающий с вы1201790 хода счетчика 18, дает разрешение на счет импульсов счетчиком 32.
Амплитудный дальномер 14, временные диаграммы работы которого показаны на фиг. 4, работает следующим образом.
Сигнал магнитных антенн 2 и 3
0„ (фиг. 4а,б) на выходе полосовых фильтров 7 и 8 имеет вид ()пор(фиг.4г) и описывается выражением (1). Выход,ные сигналы полосовых фильтров 7 и . 8 сдвигаются по фазе фазовращателем
9 и 10 на Ъ/4 и затем суммируются в сумматоре 11. На выходе сумматора
11 сигнал описывается выражением (2).
Выходное сигнал сумматора ll! выпрямляется детектором 33, амплитудное значение которого Ug (фиг.4д) запоминается с помощью интегратора
34. Для преобразователя амплитудного значения сигнала в соответствующий цифровой код используется аналого-цифровое преобразование. Оно заключается в сравнении амплитуды сигнала с эталонным ступенчатым напряжением, дискретные значения которого определяются текущими цифровыми кодами.
Аналого-цифровое преобразование происходит следующим образом., С интегратора 34 сигнал U (фиг.4е) поступает на первый вход компаратора 36, на второй вход которого подается ступенчатое эталонное напряжение U .2ð (фиг. 4е) с выхода резисторной матрицы 40 типа R.--2R.
В исходном состоянии, т.е. при отсутствии сигналов на входе компаратора 36, а также в течение вре- . мени с момента появления сигналов
U> и Ug до момента их сравнения, на выходе компаратора формируется разрешающий сигнал, который подается на первый вход элемента И 37. С момента поступления управляющего сигнала Ugqp (фиг. 4в) на первый вход элемента И 37, прямоугольные импульсы V 35 через второй вход элемента И 37 подаются на его выход и далее на вход счетчика 38 импульсов, на первом выходе которого формируются текущие цифровые коды. На втором выходе счетчика 38. формируются аналогичные цифровые коды, поступающие на первый вход блока 39 анало х="о(Vî(V„) (4) З 1 где К„ — измеряемая дальность до грозового очага; — пороговое эталонное ступенчатое напряжение; — пороговое расстояние, соот-. ветствующее текущим кодам, формирующим, пороговое ступенчатое напряжение. — амплитуда сигнала молниевов ro разряда, 1,2 — коэффициент затухания,. К=1, 1Оценка дальности производится дискретно, т.е. оцениваются интервалы расстояний 0-30,. 30-75, 75-200, 200-400 км. Для повышения достоверности полу- . ченного конечного результата в грозопеленгаторе-дальномере вводится арифметический блок 15, в котором производится статистическая обработка информации о грозовых очагах по криговых ключей для управления подключением стабилизирующего источника 42 напряжения через второй вход блока 39 аналоговых ключей к входам резисторной матрицы 40. В результате на выходе резисторной матрицы 40 формируется ступенчатое напряжение О, „(фиг. 4е), дискретные 10 значения которого соответствуют текущим значениям выходных цифровых кодов счетчика 38. В момент равенства сигналов U< интегратора 34 и ступенчатого напряжения U (фиг. 4е) 15 с выхода резисторной матрицы 40 на выходе компаратора 36 формируется импульс, запрещающий прохождение импульсов Ut (фиг. 4ж) генератора 35 через элемент И 37 на вход счет20 чика 38, Таким образом, в момент равенства сигналов () и Ll фиксируется на первом выходе счетчика 38 цифровой код, соответствующий амплитудному значению сигнала интегратора 34. В результате аналого-цифрового преобразования производится линейная дискретная оценка амплитуд сигналов молниевых разрядов, т.е. выходные цифровые коды счетчика 38 30 прямо пропорциональны величине амплитуды сигнала интегратора 34, Формула для измерения дальности амплитудным дальномером имеет вид: 1201790 з ьe„ 10 герию а> 3, т.е. значение дальности из одного грозового очага вблизи некоторого значения должно повториться не менее трех раз. Формула оценки дальности с учетом (4) и статистической обработки информации о пеленге и дапьности имеет вид: где и — критерий оценки дальности, 6®n — угловой сектор h -ой ячейки, в котором происходит накопление информации о координатах молниевых разрядов, Таким образом, для повышения 20 вероятности правильной оценки координат грозовых очагов, в частности оценки расстояния, по совокупности измеренных значений дальности до отдельных молниевых разрядов2 производится накопление и сопряжение информации о дальности и пеленг и ее статистическая обработка по указанному выше критерию. На фиг. 5 показана разбивка площади радиусом 310 км с учетом центра в пункте наблюдения на ячейки, в пределах которых производится накопление и оценка координат молни35 евых разрядов. Размеры ячеек определяются дискретными значениями интервалов дальности и равны 30 30 км. Арифметический блок 15 работает следующим образом. С пеленгатора 13 коды пеленга поступают на вход преобразователя кода 44 арифметического блока !5, где по сигналу разрешения U pz. (фиг. 2г) производится преобразование групп кодов азимута в коды соответствующих ячеек (фиг. 5) . Выходные коды преобразователя 44 кодов азимута и выходные коды функционального преобразователя 41 амплитудного дальномера 14 подаются соответственно на второй и тре1 тий входы оперативных эапоминаю цих блоков 45 и 46., По сигналу разешения 01арь (фиг. 2д) с второго правляющего входа арифметического блока 15 происходит запись информации об азимуте О,э и дальности 0 (фиг. 2ж, з, и) последовательно по мере прихода сигналов молниевых разрядов сначала в первый оперативный запоминающий блок 45 (фиг. 2к), затем во второй(фиг.2л) . В момент регистрации информации о пеленге 9 и дальности R в одной и той же ячейке в третий раз sa все время существования -грозового. процесса (время наблюдения выбирается равным 15-30 мин в зависимости от интенсивности ) на выходе ) -триггера 47 формируется управляющий импульс (фиг. 2м), который pasрешает передачу кодов пеленга (фиг. 2н) и дальности (фиг. 2с) через элементы И на выход индикатора грозового пеленгатора-дальномера. l201790 ïèð а ц Ю ц Llynpl г Llynp2 д Uynp3 (Cff) е ипемгг Hl Ьальв Ю Иа u ue К 0ozy1 л иоуу2 м 9-тг и ип-у l201790 И 8-В 1201790 с" "е ° ли 40 гг0 гю ео 6 а е и 2О Заказ 8001/47 Тираж 747 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В.Мартьянов Редактор Л.Пчеяинская Техред И.Асталош Корректор M,Ñàìáîðñêàÿ
