Фазовый анализатор местоположения гроз

 

Изобретение относится к радио-, локационной метеорологии. Повьшается точность измерений дальности до грозовых очагов и пеленга. Широкополосный сигнал с электрической антенны 1 через широкополосный усилитель 2 и блок 3 задержки поступает на первый вход первого фазометра (ф) 5, а через узкополосный усилитель (УУ) 10 и фазовращатель 4 - на вто (Л cz f jjjjj. j rrO: фиг. I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„1223175 (5}) 4 G 01 S 13/95

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3748046/24-09 (22) 31.05 ° 84 (46) 07.04.86. Бюл. М 13 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (72) В.С. Снегуров и И.В. Ардатов (53) 621.396.96(088.8) (56) Кашпровский В.Е. Определение местоположения гроз радиотехническими методами. М.: Наука, 1966, с. 134-136.

Авторское свидетельство СССР

Р 619880, кл. G 01 S 13/95, 1978. (54) ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ГРОЗ (57) Изобретение относится к радиолокационной метеорологии. Повышается точность измерений дальности до грозовых очагов и пеленга. Широкополосный сигнал с электрической антенны 1 через широкополосный усилитель 2 и блок 3 задержки поступает на первый вход первого фаэометра (Ф) 5, а через узкополосный усилитель (УУ) 10 и фазовращатель 4 — на втоt; и его вход. С Ф 5 прямоугольный импульс, пропорциональный фазовому сдвигу, поступает на селектор 7 импульсов дальности. Последний формирует сигнал, соответствующий одной из трех градаций дальности, который поступает на блоки 16 индикации (БИ). Сигналы с магнитных антенн 8 и 9 поступают на блок 13 согласования. Суммарный сигнал с его выхода через УУ 12 поступает на второй Ф 6 и на блок 14 управления. На другой вход Ф 6 поступает через УУ 11 сигнал с электрической антенны 1. Пря1223175 моугольный.импульс, пропорциональный фазовому сдвигу (пеленгу), с Ф 6 поступает на селектор 15 импульсов пеленга, который формирует сигналы, соответствующие двенадцати градациям.

С его выхода соответствующий импульс поступает на БИ 16. При поступлении с блока 14 управления, работа которого поясняется, сигнала разрешения работы устройства в соответствую. щем БИ 16, содержащем элемент И 17, счетчик 18 и индикатор 19, фиксируется информация о градации дальности и пеленга. 2 ил.

Ф

Изобретение относится к радиолокационной метеорологии и может использоваться для служб шторм-оповещения о грозах в аэропортах, на нефтеналивных судах, в карьерах открытых S горных разработок и на других особо важных объектах.

Цель изобретения — повышение точ; ности измерений дальности до грозовых очагов и пеленга.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока управления.15

Устройство содержит электрическую антенну 1, широкополосный усилитель 2, блок 3 задержки, фазовращатель 4, два фазометра 5 и 6, селектор 7 импульсов дальности, две 20 магнитные антенны 8 и 9, три узкополосных усилителя 10-12, блок 13 согласования, блок 14 управления, селектор 15 импульсов пеленга, N блоков индикации, при этом каждый иэ 25 блоков 16 индикации содержит М каналов, состоящих из последовательно соединенных элемента И 17, счетчика 18 и индикатора 19. Блок 14 управления содержит четыре ждущих муль- 30 тивибратора 20-23, три элемента И 2426, два триггера 27 и 28, инвертор 29., генератор 30 и два счетчика 31 и 32 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Широкополосный сигнал с эи.ектрической антенны 1 поступает на широкополосный 2 и первый 10 и второй ll узкополосные усилители. С выхода широкополосного усилителя 2 широкополосный сигнал поступает на блок 3, на выходе которого формируется прямоугольный импульс длительностью

4000 мкс, причем задний фронт прямоугольного импульса жестко связан с передним фронтом широкополосного сигнала на выходе Широкополосного усилителя 2. Задним фронтом прямоугольного импульса, сформированного на выходе блока 3, триггер в первом фазометре 5 устанавливается в состояние логической единицы. С выхода первого узкополосного усилителя 10 сигнал поступает на фазовращатель 4. Импульсы с последнего поступают на второй вход триггера в первом фазометре 5 и ближайший иэ них после установки триггера импульсом с блока 3 в состояние логической единицы устанавливает его в состояние логического нуля. Таким образом на выходе первого фазометра 5 формируется прямоугольный импульс длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу узкополосного сигнала относительно переднего фронта широкополосного сигнала, сдвинутого блоком 3 на вре-. менной интервал 1 ц .= 4000 мкс. Время задержки выбирается равным и периодов рабочей частоты, а число периодов выбирается из расчета, что из5 l0

3 1 мерение фазового сдвига осуществляется в средней части отклика фильтра, где минимальные фазовые искажения обусловлены переходным процессом. С выхода первого фаэометра 5 прямоуголь ный импульс, пропорциональный фаэовому сдвигу тPE и равный

-6

= 8i f (tart — tQ 10, (1) где f — рабочая частота дальномера, Гц;

tnt — время появления ближайшего после установки триггера в первом фаэометре 5 в состояние логической единицы импульса нулевого перехода от клика фильтра первого узкополосного усилителя 10 мкс;

t время задержки переднего фрон та широкополосного сигнала, равное длительности прямо- угольного импульса на выходе блока 3, мкс;

VE — фаза, рад; поступает на вход селектора 7. Если отсчет времени вести от заднего фронта прямоугольного импульса на выходе блока 3, то фазовый сдвиг равен К = 5ftйв 10 > (2) где 1цп — время между моментом установки триггера в первом фазометре 5 задним фронтом импульса на выходе блока 3 в состояние логической единицы и моментом прихода ближайшего им пульса нулевого перехода отклика фильтра первого узкополосного усилителя 10, которым триггер устанавливается в состояние логического нуля.

Фазовый сдвиг fE равен значению, задаваемому в рамках дипольной модели ,источника излучения. Селектор 7 формируЕт (в зависимости от длительности входного импульса) сигнал, соответствующий одной из трех градаций дальности: 0-20, 20-40 и 40-60 км, которым соответствуют временные интервалы 500-425, 425-325 и 325125 мкс. Следовательно, при фазовом сдвиге, соответствующем одному из указанных временных интервалов, на выходе селектора 7 появляется прямоугольный импульс соответствующей градации дальности.

На выходе селектора 7 формирует— ся сигнал логической единицы в соответствующей градации дальности, который поступает на соответствующие входы элементов И 17 блоков 16, Сигналы с магнитных антенн 8 и 9 поступают на вход блока 13, где сдви223175 4 гаются на -45 и складываются. С выхода блока 13 суммарный сигнал поступает на вход третьего узкополосного усилителя 12 и далее на второй вход второго фазометра 6 и вход блока 14. С второго узкополосного усилителя 11 (фиг. 2 е) сигнал поступает на первый вход второго фазометра 6 и вход блока 14. На выходе .второго фазометра 6 формируется прямоугольный импульс длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу между гармоническими составляющими на частоте электрической и суммарной магнитной компонент. Этот фазовый сдвиг (разность фаз) пропорционален пеленгу. Фаза суммарного .сигнала на выходе третьего узкополосного усилителя 12 зависит от амплитуды сигналов на выходе магнитных антенн 8 и

9, а следовательно, от направления на источник излучения. Фаза электрической составляющей излучения не зависит от направления на источник и служит для исключения неоднозначносо ти пеленга (180 ). С выхода второго фазометра 6 (фиг. 2) прямоугольный сигнал поступает на вход селектора 15, на выходе которого формируется двенадцать импульсов, соответствующих двенадцати градациям. В зависимости от длительности импульса (разности фаз) на выходе второго фазометра 6 в селекторе 15 формируется сигнал в той градации, которой соответствует по длительности входной импульс. С выхода селектора 15 рабочий импульс поступает на входы соответствующих элементов И 17 блоков 16. Таким образом, если на вхо40 дах элементов И появляются импульсы, соответствующие градации дальности и пеленга, и сигнал разрешения на работу устройства с блока 14, то на выходе элемента И 17 формируется

45 сигнал, который фиксируется соответствующим счетчиком 18, а информация о его состоянии регистрируется цифровым или световым индикатором 19 соответствующей ячейки. Размеры ячейки определяются размерами градаций дальности и азимута. В данном случае ячейка составляет 20 км о по дальности и 30 по азимуту.

Блок 14 контролирует уровни сигналов узкополосных усилителей 10-12 и наличие сигнала на выходе блока 3.

Если уровень одного из сигналов ниже заданного на выходе блока 14 отсутS 12231 ствует сигнал разрешения на работу устройства. После записи информации в ячейку индикатора 19 блок 14 осуществляет установку в исходное состояние блока 3 и селекторов 7 и 15 и тем самым готовит устройство к приему следующего сигнала излучения молниевого разряда. В блоке 14 предусмотрена система контроля рабочего времени, которая позволяет через заданные интервалы времени (от единиц минут до часа) осуществлять смену информации, записанной на индикаторах 19.

Блок 14 работает следующим образом.

На входах блока 14 установлены четыре ждущих мультивибратора 20-23, контролирующих уровни сигналов на выходах узкополосных усилителей 10-12 и втором выходе блока 3. При наличир всех сигналов (запущены все четыре мультивибратора 20-23) на выходе пер- >5 вого элемента И 24 формируется импульс, который инвертируется инвертором 29 и передним фронтом опрокидывает триггеры 27 и 28. Триггер 27, элемент И 25 и счетчик 31 представляют формирователь прямоугольного импульса. Импульс с выхода триггера 27, соответствующий уровню логической единицы разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 30 через элемент И 25 на счетчик 31. После заполнения счетчика 31 на его выходе формируется импульс логического нуля, которым триггер 27 устанавливается в исходное состояние. В результате на его выходах (первом и втором) формируются импульсы, синхронизирующие работу элементов И 17 блоков 16, счетчиков:в селекторах 7 и 15 и блока 3.

Длительность этого импульса выбирается из расчета времени, необходимо45 го для обработки сигналов, измерения фазовых сдвигов. Оно составляет примерно 10-20 мс и соизмеримо с длительностью импульсов на выходах мультивибраторов 20-23. Триггер 28, эле- 5О мент И 26 и счетчик 32 представляют второй формирователь импульсов в блоке 14. Работа его аналогична первому формирователю (триггер 27, элемент И 25 и счетчик 31). Различие состоит в длительности импульса, которым синхронизируется работа счетчиков 18 блоков 16. Она может изме75 6 няться от единицы минут до часа в зависимости от решаемой данным устройством задачи. Запуск второго формиро вателя осуществляется первым зарегистрированным разрядом молнии. После этого идет наполнение информации в ячейках блоков 16. По истечении определенного интервала времени (15, 10, 15, 30, 60 мин) счетчики 18 в блоках 16 обнуляются. Первым импульсом второй формирователь запускается и разрешает запись в счетчики 18 и вывод информации на индикаторы 19.

Формула и э о б р е т е н и я

Фазовый анализатор местоположения гроз, содержащий электрическую антенну, три узкополосных усилителя, первую и вторую магнитные антенны, блок согласования и N блоков индикации, при этом выход электрической антенны подключен к входу первого узкополосного усилителя, а выходы первой и второй магнитных антенн подключены соответственно к первому и второму входам блока согласования, выход которого подключен к входу третьего узкополосного усилителя, о т л и ч аю -шийся тем, что, с целью повышения точности измерений дальности до грозовых очагов и пеленга, в него введены последовательно соединенные широкополосный усилитель и блок задержки, последовательно соединенные фазовращатель, первый фаэометр и селектор импульсов дальности, последовательно соединенные второй фазометр и селектор импульсов пеленга, а также блок управления, при этом выход электрической. антенны .подключен к входам соответственно широкополосного усилителя и второго узкополосного усилителя, выход которого подключен .к первому входу второго фазометра, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного усилителя, выход первого узкополосного усилителя подключен к входу фазовращателя, первый выход блока задержки подключен к второму входу первого фаэометра, М выходов селектора импульсов дальности подключены к первой группе И входов каждого из N блоков индикации, M выходов селектора импульсов пеленга подключены к второй группе М входов каждого из N блоков индикации, первый, второй, третий и

12231 мию

Составитель Е. Проэоровская

Редактор С. Саенко Техред Н.Бонкало Корректор Г. Решетник

Заказ 1709/49 . Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгопод, ул. Проектная, 4 четвертый входы блока управления соединены соответственно с вторым выхо— дом блока задержки, выходом третьего узкополосного усилителя, выходом второго узкополосного усилителя и 5 выходом первого узкополосного усилителя>первый и второй выходы блока

75 8 управления поцключ» ны с оотв етс твенно к первому и второму управляющим входам блока индикации, а третий выход блока управления подключен к управляющим входам селектора импульсов пеленга, селектора импульсов дальности и блока задержки.