Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое
Владельцы патента RU 2673166:
Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Всероссийский научно-исследовательский институт радиоаппаратуры" (АО "ВНИИРА") (RU)
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано в качестве средства наблюдений за передвижением в пространстве энтомологических объектов. Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое, содержит передатчик миллиметрового диапазона волн, антенное устройство миллиметрового диапазона с сервосистемой привода, приемник миллиметрового диапазона, процессор сигналов, автоматизированное рабочее место, передатчик сантиметрового диапазона волн, антенное устройство сантиметрового диапазона с сервосистемой привода, приемник сантиметрового диапазона, процессор данных и комплекс средств обмена данными. Комплекс средств обмена данными имеет устройство сопряжения с каналами обмена данными. Повышается эффективность наблюдения за передвижениями саранчи. Обеспечивается возможность оперативного реагирования и минимизации ущерба сельскому хозяйству. 2 ил.
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано в качестве средства наблюдений за передвижением в пространстве энтомологических объектов, таких как саранча, летящая в рое (стае), и другие.
Общеизвестны средства и способы наблюдения за передвижением в пространстве саранчи (в том числе пустынной саранчи (лат. Schistocerca gregaria) и перелетной саранчи (лат. Locusta migratoria), летящей в рое, и ее единичного учета [1, 2, 3].
Оптические методы имеют большую погрешность наблюдения (учета) и не дают возможности оперативного применения полученных данных в средствах противодействия саранче с целью повышении эффективности их применения.
Также использование спутниковых снимков для мониторинга саранчовых в рое не стала неотъемлемой частью методологии наблюдения летящих роев саранчи в силу физических ограничений, выражающихся в виде невозможности измерения третьей координаты объекта в пространстве декартовых координат. Помимо этого способ не обеспечивает эффективный единичный учет саранчи в связи с большим удалением средства наблюдения от объекта и наблюдения при крайне малых размерах объекта наблюдения - 0,02-0,09 м.
По причине ограниченности технологии наблюдения за саранчой, данные полученные в результате обследований с использованием глобальных систем спутникового наблюдения, таких как ГЛОНАС или GPS, переносятся на нарисованные от руки карты, которые лишь приблизительно могут указать охваченные саранчой районы. По этой причине, данные, полученные по такой технологии наблюдения, носят приблизительный характер.
Целью изобретения является повышение эффективности и оперативности наблюдения за передвижением в пространстве саранчи, как единичных особей формирующей рой, так и рой саранчи, для оперативного применения полученных данных при организации использования средств борьбы с саранчовыми в целях минимизации наносимого ею ущерба сельскому хозяйству.
Единичные особи саранчи обладает эффективной площадью рассеяния (ЭПР) равной 0,0001 м2 и радиолокационной отражаемостью 27 dBz, рой саранчи имеет радиолокационную отражаемость 56 dBz [4].
Наиболее близким к предлагаемому устройству, то есть прототипом, является миллиметровая радиолокационная станция (РЛС) для обнаружения насекомых [5], содержащая связанные между собой передатчик (1), сервосистему привода антенны (2), антенное устройство (3), приемник (4), процессор сигналов (5), автоматизированное рабочее место (6) (в оригинале-терминал сбора цифровых данных), систему контроля и управления (7) фиг. 1
Недостаток прототипа связан с физикой распространения радиоволн в пространстве, применяемых им для обнаружения насекомых. Указанные ограничения не позволяют эффективно наблюдать за передвижением роя саранчи в пространстве и оперативно применять полученные данные радиолокационного наблюдения.
В прототипе излучаемый СВЧ сигнал имеет длину волны λ=8 мм, что соответствует 37.47 ГГц (Ка диапазон). Из-за малой длины волны, РЛС мм длин волн имеет высокую степень атмосферного поглощения (поглощение и рассеяния электромагнитной энергии дипольными молекулами кислорода и паров воды).
При радиолокационном наблюдении групповой гетерогенной цели, такой как рой саранчи, переотражение внутри наблюдаемого объекта, также резко уменьшает полезный эхо-сигнал, принимаемый РЛС.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности и оперативности наблюдения за передвижением в пространстве саранчи, как единичных особей, формирующей рой, так и рой саранчи, для оперативного применения полученных данных при организации использования средств борьбы с саранчовыми в целях минимизации наносимого ею ущерба сельскому хозяйству. Эффективность радиолокационного наблюдения и оперативность получения и обмена данными напрямую связана с применением полученных данных при организации использования средств борьбы с саранчовыми в целях минимизации наносимого ею ущерба сельскому хозяйству.
Поставленная задача достигается введением в схему прототипа связанных между собой дополнительного передатчика сантиметрового диапазона длин волн (8), приемника сантиметрового диапазона длин волн (9) и антенного устройства сантиметрового диапазона длин волн с входящей сервосистемой привода (10), комплекса средств обмена данными (11), включающего устройство сопряжения с каналами обмена данными, процессора данных (12).
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства для наблюдения за саранчой, летящей в рое.
Предлагаемое устройство состоит из передатчика миллиметрового диапазона длин волн (3), выход которого соединен с антенным устройством миллиметрового диапазона длин волн (3) с сервосистемой привода антенны, выход которого соединен с входом приемника миллиметрового диапазона длин волн (4), выход которого соединен с первым входом процессора сигналов (5), передатчика сантиметрового диапазона длин волн (8), выход которого соединен с антенным устройством сантиметрового диапазона длин волн (10) с сервосистемой привода, выход которого соединен со входом приемника сантиметрового диапазона длин волн (9), выход которого соединен со вторым входом процессора сигналов (5), который через процессор данных (12) соединен с автоматизированным рабочим местом на базе ПЭВМ (6), при этом второй выход процессора данных (12) соединен с комплексом средств обмена данными, включающий устройство сопряжения с каналами обмена данными (11), а второй вход процессора данных предназначен для приема данных от смежной радиолокационной станции.
Предлагаемое устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое, работает следующим образом:
Зондирующие сигналы, в зависимости от длины волны (λ=8 мм и λ=3-10 см), сформированные передатчиком 1 или 8, направляются в антенные устройства миллиметрового и сантиметрового диапазона длин волн 3 и 10 соответственно которые излучаются в пространство. Вращаемые сервосистемами в азимутальной плоскости антенны 3 и 10 создают зону обзора радиолокатора в азимутальной плоскости.
Радиолокационные эхо-сигналы, являющиеся результатом отражения зондирующих импульсов от различных объектов, включая единичные особи и/или рой саранчи, через выходы антенных устройств миллиметрового и сантиметрового диапазона длин волн 3 и 10 поступают соответственно на вход приемника миллиметрового диапазона длин волн 4 или на вход приемника сантиметрового диапазона длин волн 9. Выходные сигналы приемников 4 и 9 на промежуточной частоте поступают в процессор сигналов (5), где производится их аналого-цифровое преобразование, когерентная межпериодная частотная фильтрация на фоне шумов и пассивных помех, выполняется процедура обнаружения по критерию Неймана-Пирсона, обеспечивающая получение максимальной вероятности правильного обнаружения саранчи при фиксированной вероятности ложного обнаружения по шумам и остаткам пассивных помех, а также оценка сферических координат (дальность, азимут и угол места) объекта наблюдения (саранчи). Выходные сигналы процессора сигналов (5) поступают в процессор данных (12), где производится их вторичная обработка с целью обнаружения и непрерывного сопровождения траектории движения саранчи (как единичных особей, так и роя), определения параметров движения саранчи (курс, скорость, ускорение и пр.), формирование отметок саранчи и их экстраполяция, слияние экстраполированных координат с вновь полученными в процессе нового цикла обзора пространства РЛС, привязка новой отметки к траектории движения саранчи. Выходная информация процессора данных (12) поступает на автоматизированное рабочее место (6) на базе ПЭВМ для отображения оператору или через комплекс средств обмена данными (11) передается на другую (смежную) радиолокационную станцию.
Принятые данные смежной РЛС в процессоре данных (12) объединяются с данными собственных наблюдений, для этого дополнительно производится их третичная обработка с целью корректного наблюдения движения саранчи (как единичных особей, так и роя). Обработанная информация отображается на автоматизированном рабочем месте (6) на базе ПЭВМ.
Обеспечение наблюдения за саранчой в составе многопозиционной системы наблюдения (аббревиатура в английской транскрипции WAM, MLAT, аббревиатура в русской транскрипции МПСН) повышает качество и точность наблюдения за роем в условиях, когда его размеры больше зоны обзора одной РЛС.
Для целей промышленной реализации предлагаемого устройства могут быть применены серийно освоенные РЛС миллиметрового диапазона длин волн, например, «Атлантика» (производство ОАО «ЦНПО «Ленинец»), РЛС сантиметрового диапазона длин волн, например, «Полином» (производство ОАО «Концерн «Международные аэронавигационные системы»).
Источники информации
1. Бей-Биенко Г.Я. Руководство по учету саранчовых. Л.: Упр. Службы учета Гос. ОБВ Наркозема СССР, 1932. 159 с.
2. Саранчовая ситуация и борьба с саранчой на Кавказе и в центральной Азии - аналитический отчет - Продовольственная и Сельскохозяйственная Организация Объединенных Наций (ФАО) (Август 2009) Анни Монар, Марион Ширис, Александр Лачининский
3. http://hleb-produkt.ru/saranchovye/1657-vidy-obsledovaniy-i-metody-ucheta-chislennosti-saranchovyh.html
4. Drake, V.A., Reynolds, D.R. Radar Entomology: Observing Insect Flight and Migration. Великобритания: CABI Publishing, 2012, 489 c., ISBN 978184593556.
5. Патент «Миллиметровая радиолокационная станция для обнаружения насекомых» CN 103869307А, дата публикации 18 июня 2014, заявитель «Институт защиты растений Китайской академии сельскохозяйственных наук», авторы Ченг Денгфа, Жанг Бин, Чжан Юнхуи, Ян Мин Цзян.
Устройство для наблюдения за саранчой, летящей в рое, состоящее из передатчика миллиметрового диапазона длин волн, выход которого соединен с антенным устройством миллиметрового диапазона длин волн с сервосистемой привода антенны, выход которого соединен с входом приемника миллиметрового диапазона длин волн, выход которого соединен с первым входом процессора сигналов, автоматизированного рабочего места, отличающееся тем, что дополнительно введены передатчик сантиметрового диапазона длин волн, выход которого соединен с антенным устройством сантиметрового диапазона длин волн с сервосистемой привода, выход которого соединен с входом приемника сантиметрового диапазона длин волн, выход которого соединен со вторым входом процессора сигналов, который через процессор данных соединен с автоматизированным рабочим местом на базе ПЭВМ, при этом второй выход процессора данных соединен с комплексом средств обмена данными, включающим устройство сопряжения с каналами обмена данными, а второй вход процессора данных предназначен для приема данных от смежной радиолокационной станции.
