Однопунктная система местоопределения гроз в ближней зоне

ай О и И С А"В-И-К ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистическив Республик(51)М. Кл.26 01 Я 5/16 с присоединением заявки йо Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй,96 (088.8) Дата опубликования описания 05.03.80(54) ОДНОПУНКТНАЯ СИСТЕМА МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ГРОЗ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ Изобретение относится к радионавигации и может использоваться дляопределения местоположения источникагрозовых разрядов иэ одной точкинаблюдения,5Известна однопунктная системаместоопределения гроз в ближней зоне,содержащая антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами,подключенными к пеленгатору и синхрониэатору, выход которого соединен с соответствующим входом пеленгатора и индикатора 1,Однако известная система имеет 15недостаточную точность,Пель изобретения - повышение точности местоопределения гроз.для этого в однопунктную системуместоопределения гроз в ближней зоне,20содержащую антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярнымимагнитными рамочными антеннами, подключенными к пеленгатору и синхронизатору, выход которого соединен с соответствующим входом пеленгатора ииндикатора, введены решающий блоки блок коррекции пеленга, причем выходы р шаюшего блока подключены ковходам индикатора и блока коррекции 30 пеленга, два других входа которогосоединены с выходами пеленгатора исинхронизатора, один из выходов которого подключен ко входу решаюшегоблока; выход блока коррекции пеленгаподключен к соответствующему входуиндикатора, антенная система подключена к решающему блоку.На Фиг, 1 изображена структурнаяэлектрическая схема предложеннойсистемы, на Фиг. 2 - диаграмма, поясняющая ее работу.Система содержит антенную системус электрической 1 и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами 2 и 3, решающий блок 4,пеленгатор 5, синхронизатор 6, блок 7 коррекции пеленга и индикатор 8,Система работает следуюшим образом,На фиг, 2 показаны пространственное положение излучателя в точке Ии положение горизонтальных составляющих магнитного поля ЙЕ, Й ивертикальной составляющей электрического поля Е в точке наблюдения П. В качестве исходной выбрана прямоугольная система координат ХУЕ с центром О, Источник разряда характеризуется дипольным мо ментом )5, наклоненным под углом. ОюГ к оск 2 и, следовательно, имеюшим вертикальную Рь и горизонтальную Рг составляюшие, Ориентация горизонтальной составляющей Р характеризуется углом О, Источник разряда находится на высоте Ь над плоскостью ХОУ и на расстоянии Н от точки наблюдения П, Точка наблюдения П расположена в плоскости ХОу, Пеленг источника разряда относительно точки чаблидения П характеризуется углом 9, Вертикальная составляющая Р источника разряда возбуждает в точке наблюдения П вертикальную составляющую Е 5 элек- трического поля к горизонтальную составляющую Йэ магнитного поля которые описываютсл Выражениями:Е (О=ф сО 5 ИОЬЭ,ДР(Ц)6,РЮ 4 М"(Ф)3 11)):яН (4)=, сэ 5 цсо 58 РМР.( Я)е" 1 йсостаВЛяющая Р., Кс.точякка разряда Возбу:ндает в Точкенаблюдения П соответственно3к йркоторые описи=.ются ьи;1 аже кя.эк:5 0: - СО 5 У 5 Ю 4 сд;я 91 ф. РЯф зАР(В)-ЖРЮ.(Ь) П (1) - - СО 51 ЛМ 510 Э 1 Р (С+5;Р Л4) р у оогде Р (О " дкпольный момент источника; Ф = С/В, "К - коэффициент пропорциональности; С - скоростьлсвета," С, - диэлектрическая проницаемость. ьуСоставляюшке Е и с х направлены вдоль оси 2, а составляющие(О Йв и На в пространстве ортогональнй, как показано на фиг 2. Суммарная составляюшая вертикального электрического поля в точке наблюдения имеет зид;в г КЕ М=Г,+Г = - со 524 са 5 О ч+Л)(,Р 9ЫооН 5 Л И 3 Л л1 Л ) 4 АЗдесь Л=сО 5 с,р,Тогда составляишке Б и Н можвно 3-писать В следуюшем Виде: 554=2 -ойсо 58,РМ В.Р(5)3 (ЦН 8)= - са 59 со 5 со 5 ЯИд 9 ) РЬ)КС68 рамо нымк антеннами 2 и 3, ориенткрованнымк на север к запад. Рамочная антенна 2, ориентированная на север вдоль оси Х, принимает составляюшие Н и Н, являющиеся проекциями Йв и Йр на ось Х. Эхи составляющие равны соответственно 1Й Ю=Н (с)9188 Н(О"-НрМСОИ-ЛН И)со 56 И)Тогда суммарная составляющая в антенне 2г-, Р=Н-Ч 8 (Яфн 8-ЛК 58) (9)Кэ 1 2, ЭРамочная антенна 3, ориентированная на запад вдоль оси У, принимает составляющие Н 5 и Н, являющиеся проек 151 Ямк Н и Й, на ось У. Эти составляишче равны соответственно1-Я,-К,) со 58 Н А)= НРЮ 51 л 6=ЛН ЮМи 6 (40)Тогда суммаоиая со"тавляюшая в антенОценка пеленга 8 источника разряда оп елеляется по соотношению Н /Н Из (9) и (11) получимл 51 п 8 Н (1) 91 п 6 ЛСО 58:дв- - , - -; - . (. 1)со 5 К Ю со 56 ф л 51 л 85.Выражение (12) показывает, что оценка пеленга 8 является функцией двух переменных - действительного пеленга 6 и параметра пространственной ориентации источника излучения Л Для вертикального диполя Величина Л равна нули, и поэтому б =О. Если же источник имеет горизонтальную составлЯишуи р то (О к ПОЯВПЯютсЯ так называемые ноляризационные погрешности пе.яенгованкя, которые могут достигать эчачктельной величины (до 20-30 ), Б соответствии с (12) эти погрев"ности можно исключить, решая(12) относительнол л 5 мЗ 518 ЛсО 58 ие 8 соД мпТаким образом, определяя с помощью пеленгатора 5 с рамочными магнитными антеннами 2 и 3 величину 4 к экая величину можно исключить погрешности пеленгования, обусловленныекаклоном источника разрядаРассмотрим далее составляюшие Ен,-) На(с), Нр(1) определяемые выражениями (5), (6) и (7) . Их можно записать в следуюшем виде:АРж.(=Л Н аЛ)Рассмотрим составляющие поля, пркнимаемые взаимно перпендикулярными 65 1= (ф)гс 5 Я)щ Р) ь-д, Р)1 1 ф) К =5 Рф)1 д О) 5)720384 Образуем Функционал 3=йх,Е И)+хДЮ+х Н И) ф х Н И.р Н (О 1 аА Я),30 Как следует иэ (21), 5 -0 только при п 1"- - в- (15)Таким образом, предлагаемая система позволяет определить координаты источника грозовых разрядов, причем .исключаются погрешности определения пеленга, обусловленные произвольной пространственной ориентацией ксточ 60 Н =ЬММРЮЫИР где1+Зл, КСад соь 8 соьЭ +ь) щ= - Ь= соьЧсоь 82 л. О + Ао Отметим, что Не (1) и Н(М отличаются только амплитуднйм множителем Я, изменяясь идентично во времени. Рассмотрим составляющие (14) и (15), В терминах поеобоазования Лапласа можно записать,(а)=аЮр" Р"4 Р 1 (В) Н (Р)=Ь Р(Р)Р+ю.Р 1 (18)Здесь р-оператор Лапласа,ОтсюдаЕ,(Р) Ъ 1 Р 1 фАРЗ=Ч (Р) аГРнвареьЧ (й)Во временной области получимЪИ(Цфй(Ц 3 аГН Юфан,НВ)фтюРНей)3 (20)ОтсюдаЪ Ье ма юК и Не Ь. Нв Р) Ь Ьо-; о о, - , х =- - , х =г х,= Учитывая, что подинтегоальное выражение (22) всегда положительно,получим 3 =о, Иэ (22) запишем условия 3 в.ю.й - :О; - :О, =О (,2 б)Ю , И а) а 3 40яхй Йх, ах,Полученную систему упоавлений (23)можно записать в виде: 45АХ = В, (24) Решая уравнение (24) относительно х 1, х, х, х, получим соответственно значения х,; х; х, х; Параметр х поопооционален дальности, так как Д: /( . Величина щ определяется из соотношения Учитывая что ги 1 ф",Р Отметим, что значения х; х не изменяются, если Н(1) в (20) подста вить Н , (1) кли Н. 4 (1); изменяют-" ся только значения х и хТаким образом, регистрируя в точке приема горизонтальную магнитную составляющую поля с помощью рамочных магнитных антенн 2 и 3 к вертикальную электрическую составляю- щую поля с помощью электрической штырьевой антенны 1, образуя из зарегистрированных составляющих систему уравнений (24), можно путем решения образованной системы уравнений определить параметры, характеризующие дальность Н, к параметр пространственной ориентации 1 источника разряда, Определив параметр можно в соответствии с (13) скорректировать показания пеленгатора 5 с целью исключения поляркэационных ошибок измерения пеленга.Таким образом, злект омагнитная волна, созданная грозовым разрядом, воспринимается антенной системой. Если величины сигналов с выхода электокческой 1 и любой из рамочных антенн 2 и 3 превышают заданный пороговый уровень, то срабатывает скнхронизатор б к разрешает работу решающего блока 4 и пеленгатора 5, В решающем блоке 4 производится выбор наибольшего (по амплитуде) сигнала магнитных антенн 2, 3 и с выбранным сигналом и сигналом электрической антенны 1 производятся все необходимы" огерации для образования системй уравнений (24). Далее полученная система уравнений решается относительно х и х к затем по алгоритмам (25) к (2 б) определяется величина Л. Полученное значение Я поступает в блок 7 коррекции пеленга. Синхрониза:ор б разрешает также работу пеленгатора 5 Пеленгатор 5 производит определение пеленга го соотношению амплитуд сигналов, принятых антеннами 2 и 3, Значение оценки пеленга поступает также в блок 7 коррекции пеленга. После тогол как закончены вычисления в,Л и Е, на блок 7 коррекции пеленга поступает разрешающий сигнал синхронизатора б, В блоке 7 коррекции пеленга производится вычисление действительного пеленга в соответствии с алгоритмом (13), После окончания вычисления Э на индикатор 8 с синхронизатора б поступает разрешающий сигнал для отображения полученных координат разряда. На информационные входы индикатора 8 поступают значения 8 с блока 7 коррекции пеленга к значение й = С - Х с решающего блока 4, 72038410 Жника разряда за счет определения параметра Х,характеризующего эту ориентацию. При этом определение параметра Я производится одновременно с определением дальности путем решения системы алгебраических уравнений, полученной из диференциального уравнения, связывающего зарегистрированные в точке наблюдения вертикальную электрическую и горизонтальную магнитную составляющие элек" тромагнчтного поля. Для определения дальности в близней зоне (до 100- 150 км) используется различная зависимость от расстояния электрической и магнитной составляющих поля, так как в этой зоне практически неприменим принцип волновода Земля-ионосФера. Учитывая, что молниевый раз" ряд с большой степенью точности мовет быть представлен в виде электрического диполя, предлагаемая система позволит определить координаты разряда с погрешностью, обусловленной только аппаоатурными погрешностями вычисления Р и В, которые нетрудно получить не превюаюшимн 1-2.по пеленгу и 0,05-0,1 Н по дальности. Формула изобретенияОднопунктная система местоопреде"ления гроз в бликней зоне, содержащая антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами, подключенными к пеленгатору и синхронизатору, выход которого соединен с соответствующим входом пеленгатора ииндикатора, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения точностиместоопределения гроз, введены решающий блок и блок коррекции пеленга,причем выходы решающего блока подключены ко входам индикатора и блокакоррекции пеленга, два других входакоторого соединены с выходами пеленгатора и синхронизатора, один иэвыходов которого подключен ко входурешающего блока, выход блока коррекции пеленга подключен к соответствующему входу индикатора, антенная система подключена к решающемублОку, Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 365434, кл, С 01 Я 5/16, 19711 прототип),Тираж б 49ИИПИ Государственногпо делам изобретени5, Москва, жЭ 5 р Рауш Подписноекомитета СССи открытийкан наб., д.