АЭРОСТАТНОЕ УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЗОРА МЕСТНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК B64B1/50 H01Q1/28 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при создании радиолокационных станций, а также в устройствах управления установками преобразования энергии нетрадиционных источников (ветротурбин, фотоэлектрических генераторов и т.п.) в электрическую энергию, располагаемых на борту привязных аэростатов.

Известна ветроэлектрическая установка, содержащая аэростат, соединенный тросом с генератором, расположенным на земной поверхности, последовательно закрепленные на тросе ветроколеса, расположенную на грунте стойку с дуговой направляющей и цилиндрическими шарнирами (см. АС СССР 1382990, F 03 D 11/00).

Его работа недостаточно эффективна из-за влияния внешних разрядов напряжения и внутренних коммутационных помех на стабильность вырабатываемой генератором электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство радиолокационного обзора местности, содержащее привязной аэростат с молниеприемниками, датчиками состояния и исполнительными элементами привязного аэростата, в нижней части аэростат через узел привязи соединен с тросом кабель-троса, помещенного в молниеотвод, в верхней части соединенный с молниеприемниками а в нижней - заземленный, радиосистему, бортовая часть которой, содержащая соединенные последовательно задающий генератор, приемо-передатчик, антенну, расположена на грузовой ферме, подвешенной к нижней части аэростата, расположенное на земной поверхности устройство аэростатное удерживающее, включающее в себя лебедку аэростатную, датчики и исполнительные элементы устройства аэростатного удерживающего, пульт управления, выход которого соединен с управляющим входом лебедки аэростатной, соединенной с тросом нижнего конца кабеля-троса, электрический кабель которого соединен с установкой электропитания, входящей в наземную часть радиосистемы, включающей в себя также наземную управляющую вычислительную сеть (см. АС СССР 1803343, В 64 В 1/50).

В этом устройстве кабель-трос является каналом связи для передачи информации от источника до получателя. От канала связи требуется по возможности полная передача информации. Потери информации могут вызываться искажениями сигналов из-за помех. Помехи возникают во всех элементах канала связи, как в среде, используемой для передачи сигнала от передатчика к приемнику - внутренние помехи, так и в технических устройствах, выполняющих необходимые преобразования сигналов - внешние помехи.

Внешние помехи образуются за счет различного рода атмосферных явлений (молниевые разряды, электризация частиц за счет трения их друг о друга и об антенну и т.д.) и шумов космического происхождения (радиоизлучение Солнца и звезд) или являются индустриальными (искрение в токосъемных механизмах, при включении и выключении агрегатов и сетей и т.д.).

Внутренние помехи образуются при работе радиотехнических устройств (мощных генераторов, усилителей и т.д.). В силу случайного характера помех однозначное соответствие принятого сигнала и посланного сообщения нарушается, уменьшается достоверность принятого сообщения, прием становится ненадежным. Поэтому одной из важнейших характеристик канала связи является его помехоустойчивость.

Эффективность работы известного устройства недостаточна, т.к. в условиях внешних и внутренних помех не обеспечивается оптимальность эксплуатационных характеристик:
- помехоустойчивость, включающая в себя достоверность информации и надежность управления;
- надежность.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности устройства путем улучшения его эксплуатационных характеристик, в том числе:
- помехоустойчивости, включающей в себя достоверность информации и надежность управления;
- надежности.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство радиолокационного обзора местности, содержащее привязной аэростат с молниеприемниками, датчиками состояния и исполнительными элементами привязного аэростата, в нижней части через узел привязи соединенного с тросом кабель-троса, помещенного в молниеотвод, в верхней части соединенный с молниеприемниками, а в нижней заземленный, радиосистему, бортовая часть которой, содержащая соединенные последовательно задающий генератор, приемо-передатчик и антенну, расположена на грузовой ферме, подвешенной к нижней части аэростата, расположенное на земной поверхности устройство аэростатное удерживающее, включающее в себя лебедку аэростатную, датчики и исполнительные элементы устройства аэростатного удерживающего, пульт управления, выход которого соединен с управляющим входом лебедки аэростатной, соединенной с тросом нижнего конца кабеля-троса, электрический кабель которого соединен с установкой электропитания, входящей в наземную часть радиосистемы, включающей в себя также наземную управляющую вычислительную сеть, снабжено дополнительными: определителем коммутационных пиков напряжения, датчиком атмосферных разрядов, логическим элементом ИЛИ, первым и вторым коммутаторами, бортовой управляющей вычислительной сетью, двунаправленной магистралью, имеющей бортовую и наземную части, бортовым источником питания, соединенными между собой и с указанными выше элементами таким образом, что в условиях внешних и внутренних помех на время действия помехи от электрического кабеля отключаются информационно-управляющие входы-выходы аппаратуры бортовой и наземной частей радиосистемы, что обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик и повышение эффективности работы устройства радиолокационного обзора местности.

Вся совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемых изобретением технических результатов:
- повышения помехоустойчивости, включающей в себя повышение достоверности информации и надежности управления,
- повышения надежности.

На чертеже показана схема аэростатного устройства радиолокационного обзора местности, состоящего из привязного аэростата 1 с размещенными на нем молниеприемниками 2, датчиками 3 состояния аэростата, исполнительными элементами 4. В нижней части привязного аэростата 1 закреплен узел 5 привязи, соединенный с верхним концом троса 6 кабель-троса 7. Молниеприемники 2 соединены через молниеотвод 8 кабель-троса 7 с нулевым потенциалом земли. К аэростату 1 прикреплена грузовая ферма 9, на которой расположена бортовая радиосистема 10, состоящая из бортового источника 11 питания, выходы которого соединены с входами питания бортовой аппаратуры, а вход - с верхним концом электрического кабеля 12 кабель-троса 7. Бортовая радиосистема 10 содержит также последовательно соединенные задающий генератор 13, приемо-передатчик 14, антенну 15. Выход задающего генератора 13 соединен с первым входом логического элемента 16 ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом датчика 17 атмосферных разрядов. Выход логического элемента 16 ИЛИ соединен с управляющим входом коммутатора 18, соединяющего с верхним концом электрического кабеля 12 кабель-троса 7 двунаправленную магистраль 19, соединенную с двунаправленными информационно-управляющими выводами бортовой управляющей вычислительной сети 20, приемо-передатчика 14, антенны 15, датчика 17 атмосферных разрядов, датчиков 3 состояния аэростата, исполнительных элементов 4. Наземная часть устройства радиолокационного обзора местности состоит из устройства 21 аэростатного удерживающего и наземной радиосистемы 22. Устройство 21 аэростатное удерживающее состоит из лебедки 23 аэростатной, соединенной с тросом 6 кабель-троса 7 и управляющим входом - с выходом пульта 24 управления. Двунаправленная магистраль 25 наземной радиосистемы 22 подключена через второй коммутатор 26 к электрическому кабелю 12 нижнего конца кабель-троса 7. Электрический кабель 12 соединен с выходом установки 27 электропитания, к другим выходам которого подключены входы питания наземной аппаратуры. Электрический кабель 12 бесконтактным образом соединен с определителем 28 коммутационных пиков напряжения, соединенным выходом с управляющим входом второго коммутатора 26. К информационно-управляющим выводам двунаправленной магистрали 25 подключены соответствующие двунаправленные выводы наземной управляющей вычислительной сети 29, пульта 24 управления, исполнительных элементов 30 и датчиков 31 устройства 21 аэростатного удерживающего.

Аэростатное устройство радиолокационного обзора местности работает следующим образом.

Привязной аэростат 1 представляет собой подъемный аппарат, который всплывает в воздушной среде за счет аэростатической силы, обусловленной наполнением внутренних отсеков аэростата газом, удельный вес которого меньше удельного веса воздуха (гелием или водородом). Всплывная аэростатическая сила расходуется на подъем носителя и полезной нагрузки. В массу носителя входят массы оболочки и хвостового оперения привязного аэростата 1 и расположенных на нем молниеприемников 2, датчиков 3 состояния аэростата, исполнительных элементов 4, узла 5 привязи с тросом 6 и молниеотводом 8 кабель-троса 7 и грузовой платформы 9. В массу полезной нагрузки входит бортовая радиосистема 10 и электрический кабель 12 кабель-троса 7. Электрический кабель 12 в предлагаемом устройстве служит для передачи первичной электроэнергии для преобразования ее с помощью бортового источника 11 питания в напряжение питания бортовой аппаратуры.

Эти же электрические цепи являются каналами двунаправленной передачи информационно-управляющих данных между бортовой радиосистемой 10 и наземной радиосистемой 22, а также устройства аэростатного удерживающего 21.

Сигналом с пульта 24 управления лебедка 23 аэростатная освобождает кабель-трос 7 и привязной аэростат 1 начинает подниматься вверх до достижения рабочей высоты, после чего подается электропитание с установки 27 электропитания на кабель 12 нижнего конца кабель-троса 7. Через кабель-трос 7 электропитание поступает на бортовой источник 11 питания, включающий в работу аппаратуру привязного аэростата 1 и бортовой радиосистемы 10. Задающий генератор 13, приемо-передатчик 14 и антенна 15 осуществляют обзор и передачу информации относительно обстановки на местности. Сигналы управления на приемо-передатчик 14 и антенну 15 поступают от наземной управляющей вычислительной системы 29 через двунаправленную магистраль 25, второй коммутатор 26 при наличии разрешающего сигнала на управляющем входе, кабель-трос 7, первый коммутатор 18 при наличии разрешающего сигнала на управляющем входе, двунаправленную магистраль 19. Данные о состоянии привязного аэростата 1, такие как давление воздуха и газа в отсеках, температура внутри привязного аэростата 1 и снаружи, ориентация на местности, скорость ветра и др., поступают от датчиков 3 состояния аэростата на двунаправленную магистраль 19, где адаптируются к виду, необходимому для передачи на наземную часть радиосистемы 22. Двунаправленная магистраль представляет собой "совокупность соединительных линий и схем, обеспечивающих требуемые параметры передаваемых по линиям электрических сигналов, по которым информация передается от одного или одного из нескольких источников информации к одному из нескольких или к нескольким приемникам. Сигналы по линиям связи могут передаваться в любом направлении, но не одновременно" (см. Справочник "Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных схем". /Под ред. В.А. Шахнова, М.: Радио и связь, 1988, т.1, с.8, 13-й абзац сверху).

Данные от бортовой части двунаправленной магистрали 19 поступают на кабель-трос 7 через первый коммутатор 18 при наличии разрешающего сигнала на его управляющем входе. Запрещающий сигнал на управляющий вход первого коммутатора 18 выдает логический элемент 16 ИЛИ. Запрещающий сигнал может появиться в случае электростатического или грозового атмосферных разрядов, которые определяет датчик 17 атмосферных разрядов, при включении и выключении задающего генератора 13 бортовой радиосистемы 10, а также от коммутационных помех, возникающих от включения мощных потребителей электроэнергии.

Датчик 17 атмосферных разрядов может быть выполнен на основе датчика Холла, охватывающего кабель-трос 7 в верхнем его конце до точки отделения троса 6 от электрического кабеля 12, с формирователем на выходе.

Датчик 17 атмосферных разрядов, находящийся на рабочей высоте привязного аэростата 1, фиксирует грозовой фронт на расстоянии до 250 км, определяемом дальностью радиолокационной станции. Данные на выходе датчика 17 атмосферных разрядов читает бортовая управляющая вычислительная сеть 20 и отправляет сигнал на наземную управляющую вычислительную сеть 29 о приближении грозы за 1,5 ÷ 2 часа до его прохождения по местности обзора. Наземная служба устройства аэростатного удерживающего 21 подготавливает устройство радиолокационного обзора местности к возможности аварийного режима. Радиолокационная станция отправляет соответствующий сигнал на местную метеостанцию.

В случае несоответствия параметров состояния привязного аэростата 1 оптимальным наземная управляющая вычислительная сеть 29 дает команды на включение исполнительных элементов 4 привязного аэростата 1 (вентиляторов, газовых и воздушных клапанов и др.). Эти команды в наземной части двунаправленной магистрали 25 адаптируются к виду, необходимому для передачи по кабель-тросу 1, и при наличии разрешающего сигнала на управляющем входе второго коммутатора 26 передаются по кабель-тросу 7 на бортовую радиосистему 10. Запрещающий сигнал на управляющем входе второго коммутатора 26 появляется при прохождении через кабель-трос 7 высокопотенциальных бросков напряжения, наличие которых фиксирует определитель коммутационных пиков напряжения 28. Высокопотенциальные броски напряжения в кабеле 12 появляются при прохождении разряда молнии через молниеприемник 2 и молниеотвод 8, а также при включении и выключении наземной и бортовой мощной аппаратуры и силовых элементов лебедки 23 аэростатной.

Информационно-управляющие данные не передаются в двунаправленную магистраль и не принимаются абонентами из двунаправленной магистрали в моменты наличия в кабеле 12 помех, помехоустойчивость канала связи повышается, поэтому улучшаются характеристики:
достоверность данных;
надежность управления, т.к. исключается возможность ложного срабатывания исполнительных элементов 4 привязного аэростата 1 и радиосистемы из-за порчи управляющих команд;
надежность устройства, т.к. исключается возможность выхода из строя входов-выходов приборов, подключаемых к кабелю 12.

Определитель коммутационных пиков напряжения может быть выполнен на основе датчика Холла, охватывающего освобожденный от троса электрический кабель 12 нижнего конца кабель-троса 7, к выходу которого в случае необходимости может быть подключен формирователь сигнала.

Высокопотенциальные броски напряжения в электрическом кабеле 12 не воздействуют на входы-выходы аппаратуры, подключаемой к электрическому кабелю 12, и не выводят их из строя, поэтому повышается надежность устройства.

Изобретение относится к области авиации и радиолокационной технике. Устройство содержит привязной аэростат с молниеприемниками, датчиками состояния и исполнительные элементы. В нижней части аэростат через узел привязи соединен с тросом кабель-троса, помещенного в молниеотводы, который в верхней части соединен с молниеприемниками, а в нижней заземлен. Предусмотрена радиосистема, бортовая часть которой имеет соединенные последовательно задающий генератор, приемопередатчик и антенну и расположена на грузовой ферме, подвешенной к нижней части аэростата. Расположенное на земной поверхности устройство аэростатное удерживающее включает в себя лебедку аэростатную, пульт управления, выход которого соединен с управляющим входом лебедки аэростатной, на которой закреплен трос нижнего конца кабеля-троса, электрический кабель которого соединен с установкой электропитания, входящей в наземную часть радиосистемы. Также имеется наземная управляющая вычислительная сеть, определитель коммутационных пиков напряжения, датчик атмосферных разрядов. Изобретение направлено на повышение помехоустойчивости и надежности. 1 ил.

Аэростатное устройство радиолокационного обзора местности, содержащее привязной аэростат с молниеприемниками, датчиками состояния и исполнительными элементами привязного аэростата, в нижней части аэростат через узел привязи соединен с тросом кабель-троса, помещенного в молниеотвод, в верхней части соединенный с молниеприемниками, а в нижней заземленный, радиосистему, бортовая часть которой, содержащая соединенные последовательно задающий генератор, приемопередатчик, антенну, расположена на грузовой ферме, подвешенной к нижней части аэростата, расположенное на земной поверхности устройство аэростатное удерживающее, включающее в себя лебедку аэростатную, датчики и исполнительные элементы устройства аэростатного удерживающего, пульт управления, выход которого соединен с управляющим входом лебедки аэростатной, соединенной с тросом нижнего конца кабеля-троса, электрический кабель которого соединен с установкой электропитания, входящей в наземную часть радиосистемы, включающей в себя также наземную управляющую вычислительную сеть, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными: определителем коммутационных пиков напряжения, датчиком атмосферных разрядов, логическим элементом ИЛИ, первым и вторым коммутаторами, бортовой управляющей вычислительной сетью, двунаправленной магистралью, имеющей бортовую и наземную части, бортовым источником питания, причем выход датчика атмосферных электрических разрядов и выход задающего генератора подключены к входам логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, двунаправленные информационно-управляющие выводы бортовой управляющей вычислительной сети, датчиков и исполнительных элементов привязного аэростата, приемопередатчика, антенны соединены с соответствующими выводами бортовой части двунаправленной магистрали, подключенной через первый коммутатор к бортовому источнику питания и к электрическому кабелю верхнего конца кабеля-троса, электрический кабель нижнего конца которого соединен с входом определителя коммутационных пиков напряжения и с наземной частью двунаправленной магистрали, соответствующие выводы которой соединены через второй коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу определителя коммутационных пиков напряжения, с двунаправленными информационно-управляющими выводами наземной управляющей вычислительной сети, пульта управления, датчиков и исполнительных элементов устройства аэростатного удерживающего.