Устройство для определения дальности до грозовых разрядов

( 9) (13) 40 01 я 13/9 ТЕЛЬСТВУ дифференциате второйпервым выер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР Г 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ(56) Авторское свидетельство СССР У 673945, кл. С 01 Я 13/95, 1978.Авторское свидетельство СССР 11 316048, кл. О. О 1 Я 13/95, 1960. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну и широкополосный усилитель, а также блок выделения нулевых переходов и два триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения дальности до грозовых разрядов, в него введены узкополосный приемник, два инвертора, синхронизатор, элемент дифференцирования, два элемента И, третий инвертор, два элемента ИЛИ, делитель ча- стоты, первый и второй формирователи прямоугольного импульса, управляемый генератор импульсов и последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор, при этом выход широкополосного усилителя подключен к первому входу первого элемента ИЛИ непосредственно, а к второму - через первый инвертор, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно первым входам элемента ования и первого Формир рямоугольного импульса, ход которого соединен с ходом синхронизатора, а выход подключен к первому входу первого триггера, выход которого через последовательно соединенные первый элементИ и третий инвертор подключен к ивым входам второго элемента .ИЛИи второго формирователя прямоугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ,выход которого через последовательно соединенные второйинвертор ивторой, элемент И подключен к первому входу счетчика импульсов, второйвход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход электрической антенны подключен черезузкополосный приемник к входу блокавыделения нулевых переходов, первыйи второй выходы которого подключе:ны соответственно к второму входупервого триггера и первому входувторого триггера, второй вход которого соединен с выходом элементадифференцирования, а выход подключен к второму входу первого элемента И, выход второго инвертора черезуправляемый генератор импульсов подключен к первому входу делителя частоты, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора,а выход подключен к второму входувторого элемента И, 119032220 Устройство работает следующимобразом. Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационной метеорологии, и может быть использовано в радиотехнических системах для определения расстояния до 5 источников электромагнитного излучения в сверхдлинноволновом диапазоне, в частности для определения дальности до грозовых разрядов.Цель изобретения - повьппение точ О ности измерения дальности до грозовых разрядов.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на Фиг. 2 - структур ная электрическая схема синхрониза- тора; на фиг. 3 - структурная электрическая схема элемента дифференцирования; на фиг. 4 - структурная электрическая схема первого Формирователя прямоугольного импульсами на Фиг. 5 - структурная электрическая схема блокавыделения нулевых переходов; на фиг. 6 - зависимость Фазы от расстояния, 25Устройство содержит электрическую антенну 1, широкополосный усилитель 2, первый инвертор 3, зле мент 4 дифференцирования, синхронизатор 5, первый элемент ИЛИ 6,:пер- ЗО вый Формирователь 7 прямоугольного импульса, первый триггер 8, первый элемент И 9, узкополосный приемник 1 О, блок 11 выделения нулевых переходов, второй триггер 12, управляемый генератор 13 импульсов, второй формирователь 14 прямоугольного импульса, второй элемент ИЛИ 15, делитель 16 частоты, второй элемент И 17, второй инвертор 18, счетчик 19 импульсов, дешифратор 20, цифровой индикатор 21 и третий инвертор 22, при этом синхронизатор 5 содержит инвертор 23, .триггер 24 и управляемый генератор 25 импульсов,. а элемент 4 дифференцирования содержит дифференцирующую цепочку 26 и инвертор 27, Формирователь 7,прямоугольного импульса содержит триггер 28, счетчик 29 импульсов и управля О емый генератор 30, а блок 11 выделения нулевых переходов содержитусилитель-ограничитель 31, дифференцирующую цепочку 32 и два инвертора 33 и 34. 55 Широкополосный сигнал с выхода электрической антенны 1 поступает на входы широкополосного усилителя 2 и узкополосного приемника 10. С выхода широкополосного усилителя 2 сигнал подается на вход первого инвертора 3 и на первый вход первого элемента ИЛИ 6. Независимо от полярности исходного широкополосного сигнала на выходе первого элемента ИЛИ б формируется импульс, который поступает на вход синхронизатора 5. Входной сигнал синхронизатора 5 инвертором 23 инвертируется и поступает на С-вход триггера 24. С выхода триггера 24 сигнал, соответствующийуровню логической единицы, поступа-. ет на вход управляемого генератора 25 импульсов. С выхода последнего сигнал поступает на Р-вход триггера 24 и устанавливает его в исходное состояние, При этом на обоих выходах формируются сигналы противоположной полярности (парафазный выход ),которые поступают на выходы синхронизатора 5. Сигнал логической единицы с второго выхода синхронизатора 5 подается на первый вход первого Формирователя 7 прямоугольного импульса, а уровень логического нуля передается на входы элемента 4 дифференцирования, первого и второго формирователей 7 и 14 прямоугольного импульса, делителя 16 частоты и счетчика 19 импульсов.Зткчи уровнями синхронизируется работа перечисленных устройств, Таким образом, на выходах синхронизатора 5 формируются импульсы, передний фронт которых жестко связан с передним фронтом.широкополосного сигнала на выходе широкополосного усилителя 2.Для формирования узкополосного сигнала используется узкополосный приелник 10, вход .которого подключен к выходу электрической антенны 1. С выхода узкополосного приемника 10 сигнал поступает на вход блока 11 выделения нулевых переходов, на выходе последнего Формируются парафазные сигналы, которые поступают на соответствующие входы первого и второго триггеров. 8 и 12.Передним фронтом импульса, жестко связанного с передним Фронтом импульса широкополосного сигнала, с второго выхода синхронизатора 5 триг15 гер 28 в первом формирователе 7прямоугольного импульса (Фиг. 4 )устанавливается в состояние логической единицы. Этим уровнем даетсяразрешение на работу управляемому 5генератору 30, с выхода которогоимпульсы поступают на вход счетчика29 импульсов, работу которого синхронизирует сигнал с выхода синхронизатора 5,. ОПри переполнении счетчика 29 импульсов на его выходе формируетсясигнал, который поступает на Р -входтриггера 28 и устанавливает его висходное состояние. С инверсноговыхода триггера 28 импульс поступает на выход первого формирователя7 прямоугольного импульса и далеена первый вход первого триггера 8.Задним фронтом этого импульса лервый триггер 8 опрокидывается и наего выходе устанавливается уровеньлогической единицы. Ближайший импульс, соответствующий нулевому переходу узкополосного сигнала с выхода блока 11 выделения нулевых переходов, устанавливает первый триггер 8 в исходное состояние. Такимобразом на выходе первого триггера8 формируется прямоугольный импульс 30с длительностью, равной фазовомусдвигу между задним фронтом прямоугольного импульса на выходе первогоформирователя 7 прямоугольного им. пульса и ближайшим импульсом нуле 5вого перехода на выходе блока 11 выделения нулевых переходов,Поскольку первый формирователь7 прямоугольного импульса формируетсигнал с достаточно высокой стабильностью и передний. фронт этих импульсов жестко связан с переднимфронтом синхронизирующего импульсас второго выхода синхронизатора 5,а последний формируется переднимфронтом широкополосного сигнала излучения молний, принятого электрической антенной 1 и усиленного широкополосным усилителем 2, то можно считать, что измеряется фазовый 50сдвиг между задержанным на интервал времени С д передним фронтомширокополосного сигнала и нулевымпереходом узкополосного сигнала нарабочей частоте приемника Г. Второй триггер 12 контролирует сигнална выходе блока 1 выделения нулевых переходов. При отсутствии на первом входе импульсов второй триггер 12 остается в исходном состоянии, а на.его выходе сигнал соответствует уровню логического нуля. Этот уровень запрещает прохождение импульса с выхода первого триггера 8 через последовательно соединенные первый элемент И 9 и третий инвертор 22 на вход второго элементаИЛИ 15 и второй Формирователь )4 прямоугольного импульса, В другом случае, когда уровень узкополосного сигнала достаточен для обработки, то на выходе второго триггера 12 устанавливается уровень логической единицы и тем самым обеспечивается дальнейшая обработка импульса, соответствующего Фаэовому сдвигу узкополосного сигнала относительно переднего фронта широкополосного сигнала.В исходное состояние второй триггер 12 устанавливается коротким импульсом с выхода элемента 4 дифферейцирования, соответствующим заднему Фронту синхроннзирующего импульса, т.е. после завершения полной обработки сигналов и индикации показаний (фиг. 31. Передним Фронтом импульса с выкода третьего ннвертора 22 включается второй формирователь 14 прямоугольного имлульса., на выходе которого фор мируется прямоугольный импульс длительностью, равной половине периода рабочей частоты узкополосного приемника 1 О. С выхода второго Формирователя 14 прямоугольного импульса сигнал поступает на вход второго элемента ИЛИ 15, на первый вход которого поступает сигнал с выхода третьего инвертора 22, равный фазовому сдвигу ф. Ка выходе второго элемента ИЛИ 15 формируется сигнал, равный разности между входными сигналами. С выхода второго элемента ИЛИ 15 сигнал через второй инвертор 8 поступает на первый вход второго элемента И П и на вход управляемого генератора 13 импульсов. При наличии управляющего сигнала с выхода второго инвертора 8 управляемый генератор 13 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы. С выхода управляемого генератора 13 импульсов импульсы через делитель 16 частоты и второй элемент И 17 поступают насчетчик 19 импульсов, Количество импульсов на счетчике 19 импульсов, с помощью дешифратора 20 выводится на цифровой индикатор 21.Таким образом, на выходе первого триггера 8 формируется прямоугольный импульс, пропорциональный Фазовому сдвигу ф и равный где С+ - время между моментом устан.лковки первого триггера 8 в состояние логической единицы и моментом прихода ближайшего импульса нулевого перехода, которым первый триггер 8 устанавливается в состояние логическогонуля.В рамках дипольной модели источника излучения фаза Ф электрической составляющей определяется соотношением: 35 45 ф ассЗ )где ы 2 РЕюГ - рабочая частота, Гц;В - расстояние, м;С - скорость света, м/с.Соотношение (3 ) можно преобразовать к виду 50 где Г - рабочая частота узкополос-.ного приемника, Гц;С - время задержки переднегофронта широкополосногосигнала, равное длительности прямоугольного импульса на выходе первого формирователя 7 прямоугольногоимпульса;С - время появления ближайшегон.лимпульса нулевого переходаотклика фильтра узкополосного приемника 10, мкс;ф - фаза, рад,Если отсчет времени вести от заднего фронта импульса на выходе первого формирователя 7 прямоугольного импульса, то фазовый сдвиг равен где Г - частота, кГц; В - расстояние, км,На Фиг. б приведен график зависимости фазы от расстояния на частоте 1 кГц кривая а ) и график зависимости 3- ф (кривая 6), вычисленные по формуле (4 ), График зависимости фазы от расстояния показывает, что фаза и пропорциональный ей временной сдвиг, равныйдлительности прямоугольного импульса на выходе первого триггера 8, помере увеличения расстояния уменьшается. График о показывает обратную зависимость, по мере увеличения расстояния фазовый сдвиг ф ,а следовательно, и пропорциональный ему по длительности прямоугольный импульс, сформированный на выходе второго элемента ИЛИ 5, уменьшаются. Такое соотношение между длительностью прямоугольного импульса на выходе второго элемента ИЛИ 15 и расстоянием удобно для преобразования Фазового (временного ) сдвига в расстояние, выраженное в км, Из графика б (Фиг. 6 ) следует, что на удалениях 0-80 км фазовый сдвиг составляет 140 градусов или 390 мкс Так как на этом участке шкалы зависимость фазового сдвига от расстояния близка к линейной, то на временной интервал в 390 мкс должно приходиться 80 импульсов, что соответствует интервалу расстояния в 80 км. Тогда на выходе делителя .16 частоты интервал следования импульсов должен составлять 4,9 мкс, что соответствует частоте 200 кГц. При рабочей частоте генератора 1 мГц, коэффициент деления ранен 5. На удалениях более 80 км зависимость фазового сдвига от расстояния становится нелинейной и применение такой схемы преобразования временного интервала в расстояние нецелесообразно.Предлагаемое устройство обладает более высокими точностными характеристиками.1 90322 Фе, иаэс фе, 8,0яп оо 167 у И 7 оставитель Е.Прозоровскаяехред О, Неце Корректор охман дактор Н.Яцол Патент од, ул. Проектна Филиал каз 697 б/49 Тираж 747 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская на