Способ измерения начальной скорости снаряда

Авторы патента:

G01S13/00 - Системы, использующие отражение или вторичное излучение радиоволн, например радарные системы. Аналогичные системы, использующие отражение или вторичное излучение волн, в которых длина волн или тип волн несущественны (с использованием акустических волн G01S 15/00; с использованием электромагнитных волн иных, чем радиоволны G01S 17/00).

Владельцы патента RU 2782477:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (RU)

Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда. Способ измерения начальной скорости снаряда заключается в том, что производят обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрируют группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале. По группе предполагаемых значений путей формируют группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей. Отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности и за начальную скорость принимают среднее этих двух соседних значений возможных скоростей. Достигается повышение точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок из-за воздействия пороховых газов. 4 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда.

Известен способ для измерения начальной скорости - патент «Хронограф скорости», который жестко прикреплен к стволу и временной участок в доплеровском эхосигнале привязан к известному участку траектории движения объекта, который определяется с помощью угловой разрешающей способности радиолокатора [1]. Обнаружение объекта на этом участке осуществляется амплитудным методом, что требует высокой стабильности энергетических характеристик радиолокатора и отражающей способности объекта.

Известно также устройство и способ для измерения скорости снаряда - патент Российской Федерации «Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления» [2]. Способ измерения начальной скорости снарядов, по которому по длительностям участков доплеровских импульсов в эхо-сигнале формируют группу возможных значений скорости и вычисляют по ним начальную скорость снаряда с учетом установленной задержки начала его наблюдения относительно момента вылета из ствола орудия, для каждой позиции в полученной группе возможных значений текущей скорости снаряда оценивают достоверность содержащихся в них данных и с учетом полученных результатов выделяют в этой группе участок, содержащий преимущественно достоверные данные, по которым определяют начальную скорость снаряда, при этом при оценке достоверности данных о скорости снаряда используют критерии, учитывающие задаваемые требования по точности измерения начальной скорости снаряда при формировании участка упомянутой группы для вычисления начальной скорости снаряда начало этого участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец -по наличию двух и более позиций с недостоверными данными.

Недостатком аналога является высокая погрешность измерения скорости непосредственно при вылете из ствола из-за отсутствия учета угла наблюдения и используются данные от радиолокатора на значительном удалении от ствола. Это снижает быстродействие выдачи данных о скорости и ограничивает его применение при высокой скорострельности, а также существенно увеличивает требования к энергетическому потенциалу и коэффициенту усиления антенн доплеровского радиолокатора.

Наиболее близким к заявляемому является патент РФ "Способ для измерения скорости снаряда" [3]. Способ для измерения скорости снаряда, включающий регистрацию группы длительностей участков доплеровских импульсов в эхо-сигнале, по группе зарегистрированных длительностей участков доплеровских импульсов с общим началом в эхо-сигнале, где первый участок имеет максимальную длительность, и по ряду предполагаемых групп значений путей, которые проходит снаряд после вылета из ствола орудия, с общим началом этих путей, формируют ряд групп возможных скоростей и за скорость снаряда принимают величину первого значения у группы возможных скоростей, в которой отличие между этими значениями минимально.

К недостаткам прототипа следует отнести снижение точности оценки начальной скорости при неравномерном движении, которое возникает когда при вылете снарядов из ствола со сверхзвуковой скоростью на него воздействуют пороховые газы и он продолжает ускорятся на расстоянии последействия, пока давление от пороховых газов не сравняется е атмосферным.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение погрешности измерения начальной скорости снаряда.

Эта задача решается за счет того, что в способе измерения начальной скорости снаряда, включающим обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале, и по группе предполагаемых значений путей формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности, и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем.

В предложенном способе необходимость использования ряда не требуется, в отличие от прототипа, где используется ряд групп предполагаемых путей и каждая группа имеет свое начало.

В предложенном способе определяется только группа значений возможных скоростей, что сокращает потребность в вычислительных мощностях с соответствующими последствиями, в отличие от прототипа, где формируется ряд групп значений возможных скоростей.

В предложенном способе производится анализ отличий между соседними значениями возможных скоростей и отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности, и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей. Это позволяет снизить время регистрации и определить скорость непосредственно после окончания действия пороховых газов и соответственно уменьшить влияние пассивных и активных помех, а так же снизить энергетический потенциал доплеровского радиолокатора. В прототипе предполагается, что значения возможных скоростей получены при хороших отношениях сигнал/шум и не учитывается неравномерность движения из-за действия пороховых газов.

Сущность измерения начальной скорости снаряда по предлагаемому способу заключается в следующем.

При вылете снаряда из ствола начинается формирование группы длительностей временных участков t_i=T_i+α_i, где i=1, 2, …, T_i - детерминированная длительность временного участка, α_i - случайная составляющая. Длительность временных участков фиксируется моментом, при котором происходит изменение радиального расстояния от предыдущего на величину

где λ - длина волны радиолокатора, К - число доплеровских импульсов.

Предполагаемые пути D_i,, которые проходит снаряд в соответствии с обозначениями фиг. 1, выражаются как

где Н - параллакс положения радиолокатора относительно оси движения снаряда.

Значения возможной скорости на этих предполагаемых путях определяются, соответственно

По получаемым значениям возможных скоростей ν_i определяется группа разностей поступившего и предыдущего значения возможной скорости δ_i=ν_i+1-ν_i. Так как при увеличении дальности происходит уменьшение действия пороховых газов и соответственно снижение δ_i, то при ее снижении меньше заданной погрешности, начальную скорость ν₀ можно определить как среднее значение этих двух значений возможной скорости.

На фиг. 1 приведена схема расположения доплеровского радиолокатора и траектории движения снаряда, где D_i - предполагаемые пути, Н - параллакс положения радиолокатора относительно оси движения снаряда, расстояние от доплеровского радиолокатора до конца ствола.

На фиг. 2 приведена структурная схема такого устройства измерения скорости снаряда, где:

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - обнаружитель доплеровского сигнала;

3 - формирователь длительностей участков;

4 - запоминающее устройство предполагаемых путей;

5 - формирователь значений возможных скоростей;

6 - формирователь разности значений возможных скоростей;

7 - вычислитель начальной скорости.

На фиг. 3 приведена экспериментальная зависимость изменения возможных значений скорости.

На фиг. 4 представлена зависимость разности значений возможных скоростей.

Предложенный способ иллюстрируется устройством измерения начальной скорости снаряда, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор, обнаружитель доплеровского сигнала, формирователь длительностей участков, запоминающее устройство предполагаемых путей формирователь возможных значений скорости, формирователь разности возможных значений скорости, вычислитель начальной скорости, второй выход доплеровского радиолокатора через формирователь длительностей участков подключен ко второму входу формирователя возможных значений скорости, выход которого подключен ко второму входу вычислителя начальной скорости, выход формирователя разности возможных значений скорости соединен со вторым входом обнаружителя доплеровского сигнала.

Работа устройства с использованием предложенного способа происходит следующим образом. При вылете снаряда из ствола орудия на первом выходе доплеровского радиолокатора 1 появляется доплеровский сигнал, по которому обнаружитель доплеровского сигнала 2 запускает формирователь длительностей участков 3. Со второго выхода доплеровского радиолокатора 1 на второй вход формирователя длительностей участков 3 поступают доплеровские импульсы. При поступлении К (например К = 10) импульсов с его первого выхода передается сигнал о том, что со второго его выхода формирование значения длительности первого участка окончено. Соответственно с этим значение первого предполагаемого пути с запоминающего устройства 4 поступают на формирователь значений возможных скоростей 5. Откуда значение возможной скорости поступают на вычислитель начальной скорости 7 и формирователь разности значений возможных скоростей 6. При поступлении следующих К импульсов процесс формирования соответствующего значения возможной скорости продолжается, при этом производится формирование первого и последующих разностей соседних в группе значений возможных скоростей в формирователе разности значений возможных скоростей 6. Если она меньше заданной погрешности (например 1 м/с), то в вычислителе начальной скорости 7 производится определение среднего значения этих двух значений возможной скорости, которая принимается за начальную скорость снаряда. В противном случае процесс определения следующей разности значений возможных скоростей до тех пор пока она не станет меньше заданной погрешности и по которым будет определена начальная скорость. При этом с выхода формирователя разности значений возможной скоростей 6 сигнал с его выхода поступает на обнаружитель доплеровского сигнала 2 и устройство подготавливается для измерения начальной скорости следующего снаряда.

Результаты обработки данных экспериментального исследования по предложенному способу и описанным устройством приведены в таблице и на фиг. 3 и фиг. 4.

Реализация предлагаемого способа осуществлена на разработанных и изготовленных образцах. Проведенные натурные испытания показали их возможность измерять скорость снаряда с высокой точностью не хуже 0,1% на малых удалениях от ствола при наблюдении снаряда под углами к траектории, когда отличие радиальной скорости от скорости снаряда значительно превышает требуемую точность измерения, что позволяет автоматически определять скорость каждого снаряда в очереди от орудий с большой скорострельностью.

Источники информации

1. Патент США №4030097.

2. Патент Российской Федерации №2250476.

3. Патент Российской Федерации №2348946 - прототип.

Способ измерения начальной скорости снаряда, включающий обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале и по группе предполагаемых значений путей формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для измерения высоты и составляющих скорости воздушного судна (ВС) в радиовысотомерах (РВ) воздушных судов, в том числе и в РВ беспилотных летательных аппаратов. Техническим результатом изобретения является повышение точности и устойчивости однолучевого измерения высоты, путевой и вертикальной скорости ВС над различными видами поверхности.

Способ обнаружения летательных аппаратов в локальном районе // 2781685

Изобретение относится к радиопеленгации и может быть использовано, в том числе, для выявления беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в автоматическом режиме. Техническим результатом является повышение точности обнаружения летательных аппаратов на заданных эшелонах (диапазонах высот) в любых метеорологических условиях.

Стояночный комплекс аэропорта // 2781495

Изобретение относится к стояночному комплексу аэропорта, выполненному с возможностью содействия пилоту приближающегося воздушного судна в маневрировании воздушным судном к положению парковки на месте стоянки. Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасной и надежной постановки воздушных судов на места стоянки в аэропортах.

Способ определения радиальной скорости объекта по выборкам квадратов дальности // 2781159

Изобретение относится к области радиолокации. Технический результат изобретения заключается в устранении смещения оценок радиальной скорости объектов, перемещающихся по линейной траектории, и устранении неоднозначности определения радиальной скорости.

Способ оценки дальности до маневрирующего воздушного судна информационно-измерительной системой управления воздушным движением с применением третичной обработки информации // 2780803

Изобретение относится к области радиотехники, в частности радиоэлектронным системам измерения параметров движения воздушных судов, и может быть использовано в наземных информационно-измерительных системах управления воздушным движением. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дальности до воздушного судна способом весовой обработки информационно-измерительной системой управления воздушным движением с применением третичной обработки радиолокационной информации от двух РЛС.

Способ посадки воздушных судов при помощи посадочного радиолокатора // 2780735

Изобретение относится к способу управления полетами и посадкой воздушных судов (ВС) в ближней аэродромной зоне при помощи посадочного радиолокатора (ПРЛ). Техническим результатом изобретения является повышение точности определения местоположения ВС в пространстве при управлении полетами и посадкой ВС при помощи посадочного радиолокатора, и повышение достоверности обнаружения и сопровождения ВС, выполняющих посадку в соответствии с пространственными параметрами плановой линии глиссады снижения в пределах заданных угловых или линейных отклонений по курсу и глиссаде.

Способ дистанционной установки комбинированного средства охранной сигнализации // 2780146

Использование: изобретение предназначено для использования в системе охраны объектов для обнаружения движущегося нарушителя. Сущность: средство охранной сигнализации включает в себя два средства обнаружения и основано на двух физических принципах - радиоволновом и проводно-волновом.

Способ построения двухчастотной антенной решетки // 2779923

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемо-передающих АФАР. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность электронного сканирования диаграммы направленности в двух плоскостях.

Способ регистрации участников движения // 2779548

Настоящее изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является усовершенствование способа управления транспортным потоком на протяжении по меньшей мере одного транспортного пути так, чтобы помехи при регистрации участников движения распознавались заблаговременно.

Посадочный радиолокатор // 2779294

Изобретение относится к области управления полетами и посадкой воздушных судов (ВС) в ближней аэродромной зоне. Техническим результатом изобретения является повышение точности радиолокационного измерения сферических координат воздушного судна в посадочном радиолокаторе, что улучшает достоверность обнаружения воздушного судна при работе радиолокатора в штатном режиме управления полетами и посадкой воздушного судна.

Способ измерения начальной скорости снаряда // 2782478

Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда. Способ измерения начальной скорости снаряда заключается в том, что формируют группы длительностей участков доплеровских импульсов с общим началом. По группе предполагаемых путей вычисляют группу возможных скоростей и группу разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей. Расстояние до общего начала группы предполагаемых путей и общего начала формирования группы длительностей участков производят после обнаружения через заданное число доплеровских импульсов, а за начальную скорость принимают значение в группе возможных скоростей, после которого в группе разность между соседними значениями возможных скоростей превышает заданную погрешность. Достигается повышение точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок. 4 ил., 1 табл.