АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2001 года по МПК G01W1/08 

Изобретение относится к артиллерийским метеорологическим комплексам, предназначенным для вооружения ракетно-артиллерийских соединений сухопутных войск, и может найти широкое применение для подготовки стрельбы наземной артиллерии.

Объект изобретения представляет собой артиллерийский метеорологический комплекс, предназначенный для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии.

В состав такого комплекса входят радиолокационная станция, электронно-вычислительная машина для расчета метеопараметров, технические средства автоматизации, запускаемые с земли, и радиозонды с измерительной и телеметрической аппаратурой, снабженные наполняемой водородной оболочкой. При подъеме радиозонда от земли до требуемой высоты радиолокатором фиксируются его текущие координаты, одновременно с радиозонда на землю передаются радиосигналы измерения температуры воздуха, давления, влажности и т.п.

Точность определения метеорологических условий атмосферы (метеопараметров) и быстрота их получения в процессе зондирования атмосферы существенно влияют на выполнение боевых задач, решаемых артиллерийскими подразделениями.

Полет артиллерийских снарядов проходит в широком диапазоне высот, который в части для снарядов реактивной артиллерии может достигать 0...20 км. Поэтому подъем радиозонда может занимать продолжительное время (до 2...3 часов).

Учитывая естественную изменчивость метеопараметров за такое время, процесс их определения в интересах точности и быстроты решения боевой задачи должен занимать минимальное время.

Поэтому при создании новых образцов артиллерийских метеорологических комплексов вопросу минимизации времени зондирования и повышению его точности уделяется главное внимание.

Так, известен артиллерийский метеокомплекс, обеспечивающий зондирование атмосферы (см. в книге Л.С. Савкина, Б.Д. Лебедева, Москва, Воениздат, 1974 г. , с. 132-140), принятый за аналог. Он содержит радиолокационную станцию, пункт управления и обработки результатов измерения метеопараметров, радиозонды. Для повышения точности определения ветра в данном комплексе радиозонд одновременно с радиолокатором сопровождают шаропилотным теодолитом, устанавливаемым в точке выпуска радиозонда. В то же время важнейшие технические характеристики функционально взаимосвязанных основных узлов и элементов комплекса не являются взаимозависимыми, а следовательно, оптимальными с точки зрения минимизации времени определения метеопараметров.

Общими признаками с предлагаемым авторами артиллерийским метеорологическим комплексом является наличие в составе комплекса-аналога радиолокационной станции, запускаемых радиозондов, технических средств автоматизации.

В то же время, для повышения эффективности зондирования атмосферы в метеорологических комплексах широко применяются электронно-вычислительные устройства и технические средства автоматизации, увязанные функционально в единую систему с радиолокационной станцией.

Поэтому наиболее близкой по технической сущности к достигаемому техническому эффекту к изобретению является радиолокационный метеорологический комплекс, описанный в книге А.Б.Рейфера, М.И.Алексеенко и др. "Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам", Ленинград, Гидрометиздат, 1971 г., с.283-285, принятый за прототип. Он содержит радиолокационную станцию и вычислительное устройство, увязанные функционально в единую систему, а также запускаемые радиозонды.

Комплекс, принятый за прототип, функционирует следующим образом. Осуществляется запуск радиозонда. Радиолокационная станция в автоматическом режиме осуществляет слежение за поднимающимся радиозондом с одновременным определением его текущих координат вычислительным устройством. По мере подъема радиозонда его измерительная аппаратура фиксирует текущие метеопараметры атмосферы, которые по радиокомандам передаются на наземное приемное устройство и затем в вычислительное устройство комплекса. Вычислительное устройство по полученной информации осуществляет определение скорости и направления ветра, температуры, давления и влажности в функции высоты.

Общими признаками с предлагаемым артиллерийским метеорологическим комплексом зондирования атмосферы является наличие в комплексе-прототипе радиолокационной станции вычислительного устройства и радиозонда.

В отличие от прототипа в предлагаемом артиллерийском метеорологическом комплексе параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с;
α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад;
σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с,
при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), , где К₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия

где K₂ - опытный коэффициент, равный 1% м/с;
П₁ - текущее значение метеопараметра;
П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра,
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Задачей изобретения является создание артиллерийского метеорологического комплекса, обеспечивающего за счет рационального выбора его основных параметров и введения дополнительных технических устройств достижение минимального времени ветрового зондирования атмосферы при заданной точности определения скорости ветра с одновременным повышением надежности определения метеопараметров, получаемых с радиозонда.

Это достигается тем, что в артиллерийском метеорологическом комплексе, содержащем радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды, согласно изобретению параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с;
α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад;
σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с, при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), , где К₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия

где K₂ - опытный коэффициент, равный 1% м/с;
П₁ - текущее значение метеопараметра;
П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра,
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.

Предлагаемый комплекс функционирует следующим образом. После запуска радиозонда радиолокационная станция осуществляет прием его текущих координат и вводит их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу. Одновременно с этим радиолокационная станция осуществляет прием метеоданных с радиозонда и ввод их в вычислительное устройство по селекторному каналу через пороговое устройство и устройство экстраполяции. При превышении разницей между двумя последовательными значениями метеопараметра заданного критического значения текущее значение метеопараметра отбраковывается пороговым устройством и одновременно заменяется предыдущим значением посредством его экстраполяции с помощью устройства.

Выполнение комплекса согласно изобретению позволит:
- за счет выполнения соотношения между скоростью подъема радиозонда V_П (м/с) и шириной диаграммы направленности антенны радиолокационной станции α (гар) равным
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с,
обеспечить минимальное время ветрового зондирования атмосферы и тем самым повысить эффективность комплекса.

При V_П меньше 0.9 σ_W/α время зондирования возрастает, что приводит к старению получаемой информации и снижает эффективность комплекса. При V_П больше 1.0 σ_W/α резко возрастают ошибки радиолокационного определения текущих координат радиозонда, снижая эффективность комплекса;
- за счет приема координат радиозонда по мультиплексному каналу с частотой
φ = K₁×(V_п/α),
где K₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, обеспечить максимальное значение частоты приема при установленных значениях скорости подъема радиозонда V_П и ширины диаграммы направленности антенны радиолокационной станции α. При частоте приема φ, меньшей, чем 0.1V_п/α ухудшается точность определения скорости ветра из-за низкой эффективности сглаживания получаемых координат радиозонда. При частоте приема φ, большей, чем 0.12 V_п/α, возникает риск "подчеркивания" случайных радиолокационных ошибок измерения координат радиозонда, что при их дифференцировании отрицательно влияет на точность определения скорости ветра;
- за счет приема метеоданных с радиозонда по селекторному каналу через пороговое устройство и устройство экстраполяции обеспечить для каждого из регистрируемых метеопараметров - абонентов отбраковку аномальных значении, т. е. измеренных с погрешностью, превышающую уровень определяемый скоростью подъема радиозонда K₂V_П, с последующей экстраполяцией текущего значения метеопараметра по предыдущему его значению, и тем самым, повысить точность определения метеопараметров.

Указанный положительный эффект подтвержден результатами натурных испытаний опытного образца артиллерийского метеорологического комплекса, запланировано его серийное производство.

Использование: для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии. Артиллерийский метеорологический комплекс зондирования атмосферы содержит радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды. При этом параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой заданным соотношением. Радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с заданной частотой, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу. В электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством. Технический результат: уменьшение времени ветрового зондирования атмосферы при заданной точности определения скорости ветра с одновременным повышением надежности определения метеопараметров, получаемых с радиозонда.

Артиллерийский метеорологический комплекс зондирования атмосферы, включающий радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды, отличающийся тем, что в нем параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с;
α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад;
σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с,
при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), где К₁ - опытный коэффициент, равный 0,1-0,12 Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия

где К₂ - опытный коэффициент, равный 1%/м/с;
П_i - текущее значение метеопараметра;
П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра;
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.