Устройство однопунктового определения дальности до источника грозового разряда

ЗОБРЕТКНИЯ АН ТЕН 2(4) УСТРОЙСТВО ОДНОПУНКТОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РА ЗРЯДА(57) Использование; в пассивной локации для опреКомитет Российской Федераци по патентам и товарным знака(Я) 1 И 00 деления дальности до источника электромагнитного излучения Сущность изобретения: устройство однопунктового определения дальности до источника грозового разряда содержит электрическую антенну, широкополосный усилитель, лопосовой фильтр, блок задержки, пороговый блок блок синхронизации, каналы обработки, блок определения номера канала обработки с максимальным выходным сигналом, индикатор дальности. 4 ип.Изобретение относится к радиотехническим средствам пассивной локации, в частности к устройствам для определения дальности до источников электромагнитного излучения. и может быть использовано для оперативного измерения дальносги до источников грозовых разрядов на расстояниях б 00-1800 км в метеорологии и в гражданской авиации - для повышения безопасности пеФтетов.Изввстно устройство для однопунктового определения дальности до источника электромагнитного излучения грозовых разрядов.Работа этого устройства основана нэ различной зависимости изменения фаэ электрической и магнитной составляющих электромаг ит ного сигнала от дальности до источика излучения и состоит в следующем: сигнал грозового разряда поступает нэ яерикальную электрическую антенну и горзотальнуо магнитную антенну, в каждом канале гринятый сигнал усиливается и фиьтруется в одной и той же узкой полосе частот, сравниваются фазы сигналов на выходах;казанных каналов и по полученной разнести фэз определяется дальность до источника грозового разряда.Наиболее близким к заявленному техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство однопунктового определения дальности до источника грозово о разряда, основанное на использовании соотношения временной задержки между земным и первым ионосферным лучами,Устройство (прототип) состоит из всенаправленной вертикальной электрической антенны, усилителя, полосового фильтра, порогового блок, генератора пилообразного напряжения и индикатора дальности нэ электронно-лучевой трубке.Указанные блоки соединены следующим образом: выход электрической антенны соединен последовательно с усилителем, полосовым фильтром, блоком задержки и первым входом индикатора (вертикальное отклонение луча), при этом выход полосового фильтра соединен также с входом порогового блока, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом индикатора (горизонтальное отклонение луча).Работа укаэанного устройства заключается в следующем: сигнал грозового разряда, состоящий из земного и первого ионосферного лучей, принятый вертикальной электрической антенной, поступает последов; ельно на усилитель и полосовой 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 фильтр, где усиливается и фильтруется в полосе частот 0.1-10 кГц, а затем поступает параллельно на первый вход индикатора дальности и на пороговый блок, на выходе которого при превышении входным сигналом установленного порогового уровня вырабатывается короткий импульс, поступающий на вход генератора однократного импульса пилообразного напряжения, напряжение с выхода которого осуществляет развертку луча на экране электронно-лучевой трубки, шкала Х которой отградуирована в единицах дальности до источника грозового разряда, изображение сигнала на экране трубки используется для визуального определения дальност; о источника излучения по времени задержки ионосферного луча относительно земного луча,Недостатком данного устройства является низкая точность (около 20 от истинной дальности) и большое время измерения (более 10 секунд), связанные с визуальными оценками дальности по изобретению на экране электронно-лучевой трубки.Целью изобретения является повышение точности измерения дальности и уменьшение времени измерения,- эа счет использования для дэльнометрии земного и нескольких ионосферных лучей,- за счет обеспечения возможности автоматизации процесса измерения путем параллельной обработки принятого сигнала грозового разряда, состоящего из земного и нескольких ионосферных лучей, параллельно в п-каналах, каждый из которых настроен на фиксированную дальность до грозового разряда. и определения канала (градации дальности), обладающей максимальным выходным сигналом. Гоставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения дальности до источника грозового разряда, включающем электрическую антенну, усилитель, полосовой фильтр, блок задержки, индикатор дальности и пороговый блок, согласно изобретению дополнительно добавлен вычислитель дальности, имеющий два входа и один выход, причем первый вход подключен к выходу блока задержки, управляющий вход - к выходу порогового блока, а выход соединен с входом индикатора дальности, при этом вычислитель содержит блок синхронизации, и-каналов обработки и блок определения канала, имеющего наибольший выходной сигнал, причем входблока синхронизации является управляющим входом вычислителя дальности, и-выходовблока синхронизации соединены с управляющими входами соответствующих каналов обработки, первые входы которых обьединены и являются входом вычислителя дальности, выходы и-каналов обработки подключены к соответствующим входамблока определения канала. имеющего наибольший выходной сигнал, выход этого блока является выходом вычислителя дальности, при этом каждый входящий в вычислитель дальности канал обработки содержит последовательно соединенные второй блок задержки, второй ключ, второйусилитель. первый сумматор, первый квадратор, первый интегратор, последовательно соединенные первый ключ, третий блок задержки, третий ключ, третий усилитель, второй сумматор (третий вход), второй квадратор, второй интегратор, а также блок деления и четвертый усилитель, вход которогоподключен к выходу второго усилителя, а выход - к первому входу второго сумматора, вторые входы первого и второго сумматоров объединены и подключены к выходу первого ключа, третьи входы первого и второго сумматоров обьединены между собой, вход первого ключа и соединенный с мимвход второго блока задержки являются первым входом канала обработки, управляющие входы первого, второго и третьегоключей объединены между собой и являются управляющим входом канала обработки, выход первого интегратора соединен с входом делимого, а выход второго интегратора - с входом делителя блока деления, выход которого является выходом канала обработки, каждый из и-каналов обработки настроен на одну из дальностей иэ заданного диапазона определяемых дальностей, для чего время задержки второго блока задержки равно расчетному времени задержки между земным лучом сигнала грозового разряда и вторым ионосферным лучом при дальности до источника, равной дальности настройки канала, время задержки третьего блока задержки равно расчетному времеми задержки между земным лучом и первым ионосферным лучом, коэффициент усиления второго усилителя равен расчетному отношению амплитуды второго ионосферного луча к амплитуде земного луча, коэффициент усиления третьего усилителя равен расчетному отношению аммитуды первого ионосферного луча к амплитуде земного луча при заданной дальности настройки канала обработки, а коэффициент усиления четвертого усилителя равен минус единице, при этом на выходе вычислителя образуется постоянное напряжение, пропорциональное дальности до грозового разряда, 10 15 20 30 35 40 45 50 55 Новым в предложенном устройстве по сравнению с прототипом является добавление вычислителя дальности, содержащего блок синхронизации, и-каналов обработки и блок определения номера канала обработки, обладающего максимальным выходным сигналом, причем каждый канал обработки содержит двэ блока задержки, три ключевых блока, три усилителя, двэ сумматора, деа квадратора, два интегратора и один делитель, что позволяет повысить точность измерения дальности до грозового разряда и уменьшить время измерения,Нр фиг. 1 приведена структурная схема устройства однопунктового определения дальности до источника грозового разряда; на фиг, 2 - структурная схема одного канала обработки; нв фиг. 3 - форма атмосферика с расстояния 1000 км; на фиг. 4 - зависимость выходных напряжений каналов обработки вычислителя от дальности, на которую настроен каждый канал (для наглядности соседние ординаты соединены непрерывной линией).Устройство однопунктоеого определения дальности до источника грозового разряда (фиг. 1) содержит следующие блоки; 1 - электрическая антенна, 2 - широкополосный усилитель, 3 - полосовой фильтр, 4 - блок задержки, 5 - пороговый блок, 6 - блок синхронизации, 7-9 каналы обработки, 10 - блок определения номера начала обработки с максимальным выходным сигналом, 11 - индикатор дальности, (блоки 6-10 входят в состав вычислителя),Указанные блоки соединены следующим образом: выход электрической антенны 1 соединен последовательно с усилителем 2, полосовым фильтром 3 и блоком задержки 4, выход которой соединен параллельно с первыми входами (1-и) каналов обработки 7-9, имеющих по два входа и по одному выходу каждый, выход полосового фильтра 3 соединен также последовательно с пороговым блоком 5 и блоком синхронизации 6, имеющим один вход и и- выходов, соединенных с соответствующими вторыми входами и-каналов обработки, входы которых соединены соответственно с входами блока определения канала обработки с максимальным выходным сигналом 1 О, имеющего и-аходов и один выход, соединенный с входом индикатора дальности 11.На фиг. 2 приведена структурная схема одного иэ каналов обработки, где обозначено:12 - второй блок задержки, 13 - первый ключ, 14 - второй ключ, 15 - второй усилитель, 16 - третий блок задержки, 17 - третий ключ, 1 В - третий усилитель, 19 - четвертый усилитель, 20 - пераый сумматор, 21 - пер 001416вый квадратор, 22 - первый интегратор, 23 - второй сумматор, 24 - второй квадратор, 25 - второй интегратор, 26 - делитель,В каждом канале обработки первый вход соединен параллельно с входом второго блока задержки 12 и с первым входом первого ключевого блока 13, имеющего два охода и один выход, выход второй линии задержки соединен последовательно с вторым ключевым блоком 14, имеющим два входа и один выход, вторым усилителем 15 и первым сумматором 20, имеющим три входа и один выход, выход второго усилителя соединен также последовательно с четвертым усилителем 19 и вторым сумматором 23, имеющим три входа и один выход, выход первого ключевого блока соединен параллельно с вторыми входами первого и второго сумматоров, а также соединен последовательно с третьим блоком задержки 16. имеющим два входа и один выход, третьим ключевым блоком 27 и третьим усилителем 18, выход которого соединен параллельно с третьими входами первого и второо сумматоров, выход первого сумматора соединен последовательно с первым кеадрэтором 21, первым интегратором 22 и первым входом делителя 26 (делимое), выход второго сумматора соединен последовательно с вторым квадратором 24, вторым интегратором 25 и вторым входом делителя (делитель), выход которого является выходом канала обработки, вторые входы первого, второго и третьего ключевых блоков обьединены и являются вторым управляющим входом канала обработки,Устройство работает следующим образом: сигнал грозового разряда, содержащий земной луч, а также первый и второй атмосферные лучи (пример формы зарегистрированного синала, пришедшего с расстояния 3 = 10000 км, приведен на фиг, 3), подают на вертикальную электрическую антенну, усиливают, фильтруют в широкой полосе частот, задерживают во времени и подают в вычислитель дальности, с выхода фильтра сигнал подают также на пороговый блок, где при превышении входным сигналом установленного порогового уровня вырабатывается короткий импульс в момент первого превышения порогового уровня, который подается на управляющий вход вычислителя дальности, вычислитель дальности содержит и параллельных каналов обработки, каждый из которых настроен на фиксированную дальность до грозового разряда в принятом диапазоне дальностей так, что относительное расхождение дальностей, на которые настроены соседние каналы обработки, составляет " 5;, блок синхрониэа 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ции и блок определения номера канала, обладающего по окончании обработки максимальным выходным сигналом, при этом сигнал грозового разряда с первого входа вычислителя дальности поступает параллельно на первые входы и-каналов обработки и анализируется на соответствие формы атмосферика дальности. на которую настроен соответствующий канал, сигнал с управляющего входа вычислителя дальности поступает на вход блока синхронизации, на и-выходах которого вырабатываются задержанные прямоугольные импульсы, которые поступают на вторые входы и-каналов обработки для синхронизации их работы, на выходе блока определения номера канала обработки с максимальным выходным сигналом в момент окончания обработки принятого сигнала грозового разряда вырабатывается постоянное напряжение, пропорциональное дальности до грозового разряда, которое поступает с выхода вычислителя на вход индикатора дальности; в вычислителе дальности в каждом )-ом канале обработки исходный сигнал дважды задерживается по времени, домножается и суммируется таким образом, что е случае, когда анализируемый сигнал принят с расстояния= иэ второго ионосферного луча синтезируется сигнал. совпадающий по формуле и по времени с суперпозицией земного и первого ионосферного лучей е исходном сигнале, при этом используется такая особенность второго ионосферного луча, что он мало перекрывается по времени с первым ионосферным лучом, затем полученный синтезированный сигнал вычитается из исходного сигнала, возводится в квадрат и интегрируется на интервале времени существования земного и первого ионосферного лучей и подается на второй вход делителя делитель), для нормировки выходного напряжения и исключения зависимости выходного напряжения делителя от амплитуды исходного сигнала атмосферика образуется также сумма синтезированного и исходного сигнала, которая возводится е квадрат и интегрируется на том же интервале времени и подается на первый входделителя (делимое), при этом в случае, когда атмосферик принят с расстояния 1, е 1-ом канале неувязка между синтезированным и исходным сигналами оказывается малой, и следовагельно, выходной сигнал делителя - малым, в тех каналах К 1, которые настроены на дальность Ь, не совпадающую с Е, компенсации земного и первого ионосфер- ного лучей вторым ионосферным лучом не происходит и выходное напряжение делителя оказывается меньше, чем в -ом канале,2001416 5Экспериментальные измерения дальности до источников грозовых разрядов показали, что на расстояниях до 1000 км погрешность оценки дальности не превышает 10.",ь. Время измерения не превышает 10 0,1 с,тор, а также блок деления и четвертый усилитель, вход которого подключен к выходу второго усилителя. а выход - к первому входу второго сумматора, вторые входы первого и второго сумматоров обьединены и подключены к выходу первого ключа, третьи входы первого и второго сумматоров объединены между собой, вход первого ключа и соединенный с ним вход второго блока задержки являются первым входом канала обработки, управляющие входы первого, второо и третьего ключей обьединены между собой и являются управляющим входом канала обработки, выход первого интегратора соединен с входом делимого, а выход второго интегратора - с входом делителя блока деления. выход которого является выходом канала обработки, каждый из и каналов обработки настроен на одну иэ п дальностей из заданного диапазона определяемых дальностей, для чего время задержки второго блока задержки равно расчетному времени задержки, между земным лучом сигнала грозового разряда и вторым ионосферным лучом при дальности до источника, равной дальности настройки данного канала, время задержки третьего блока задержки равно расчетному времени задержки между земным лучом и первым ионосферным лучом, коэффициент усиления второго усилителя равен расчетному отношению амплитуды второго ионосферного луча к амплитуде земноо луча, коэффициент усиления третьего усилителя равен расчетному отношению амплитуды первого ионосферного луча к амплитуде земного луча при заданной дальности настройки канала обработки, а коэффициент усиления четвертого усилителя равен 1,В качестве используемых е предлагаемом устройстве блоков взяты стандартные блоки с использованием операционных усилителей и интегральных микросхем. Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ОДНОПУНКТОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ 15 ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РАЗРЯ. ДА. содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, усилитель, полосовой фильтр и блок задержки, а также пороговый блок, подключенный входом 20 к выходу полосового фильтра, и индикатор дальности. отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности действия и повышения точности, в него введен вычислитель дальности, первый вход которого подклю чен к выходу линии задержки, управляющий вход - к выходу порогового блока, а выход соединен с входом индикатора дальности, при этом вычислитель содержит блок синхронизации, и каналов обработки 30 и блок определения канала, имеющего наибольший выходной сигнал, при этом вход блока синхронизации является управляющим входом вычислителя дальности, Й выходов синхронизатора соединены с 35 управляющими входами соответствующих каналов обработки, первые входы которых объединены и являются первым входом вычислителя дальности, выходы и каналов40 дальности подключены к соответствующим входам блока определения канала, имеющего наибольший выходной сигнал, а выход этого блока является выходом вычислителя дальности, причем каждый входящий в вычислитель дальности канал обработки содержит последовательно сое- диненные второй блок задержки, второй ключ, второй усилитель, первый сумматор, первый кеадратор, первый интегратор, 50 последовательно соединенные первый ключ, третий блок задержки, третий ключ, третий усилитель, второй сумматор (третий вход), второй кеадратор, второй интегра 55 На фиг. 4 приведен пример зависимости выходных напряжений каналов обработки от дальности, на которую настроен каждый канал, для сигнала, приведенного на фиг, 3, причем для наглядности соседние ординаты соединены непрерывной линией. Максимум выходных напряжений каналов соответствовал дальности= 1060 км