СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СНАРЯДА Российский патент 2009 года по МПК G01S13/58 

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении скорости снаряда.

Известно, что при измерении скорости снаряда широко применяются доплеровские радиолокаторы, осуществляющие наблюдение их на траектории, причем полученные данные для определения скорости относятся к участкам траектории, находящимся на некотором расстоянии от среза ствола.

Известен способ для измерения скорости - патент США «Метод измерения скорости доплеровским радиолокатором», в котором скорость определяется по группе равноотстоящих временных участков в доплеровском эхосигнале, причем длительность временных участков выбирается автоматически по регистрации количества импульсов первого временного участка доплеровского сигнала [1]. В вычислении скорости не учитывается отличие скорости снаряда от радиальной скорости, которое является следствием параллакса положения радиолокатора относительно оси движения снаряда. Это ограничивает точность применяемого способа определения скорости высокоскоростных объектов на малой дальности.

Отличие радиальной скорости от скорости объекта учитывается в другом известном устройстве-патенте США «Хронограф скорости», который жестко прикреплен к стволу и временной участок в доплеровском эхосигнале привязан к известному участку траектории движения объекта, который определяется с помощью угловой разрешающей способности радиолокатора [2]. Обнаружение объекта на этом участке осуществляется амплитудным методом, что требует высокой стабильности энергетических характеристик радиолокатора и отражающей способности объекта.

Известно также устройство и способ для измерения скорости снаряда - патент Российской Федерации «Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления» [3]. Устройство содержит доплеровский радиолокатор, регистратор длительности временных участков доплеровского сигнала, формирователь возможных значений скорости снаряда, фотодатчик выхода снаряда из ствола, генератор временных импульсов, счетчик временных участков, буферное запоминающее устройство, решающее устройство, измеритель суммарной длительности временных участков и сумматор.

Способ заключается в том, что по группе длительностей следующих друг за другом временных участков в доплеровском эхосигнале снаряда формируют группу возможных скоростей. В сформированной группе оценивают достоверность каждого значения возможной скорости снаряда. Достоверность значений скорости проверяют по обеспечению требуемой точности измерения, что приводит к ограничению использования способа на малых расстояниях, на которых возрастает методическая ошибка, связанная с тем, что доплеровский радиолокатор фиксирует радиальную составляющую скорости движущегося снаряда.

Погрешность измерения скорости зависит от многих факторов и в общем случае является суммой случайной ошибки определения длительности временного участка Т, случайной ошибки определения пройденного пути D и методической ошибки δV_МЕТ. Относительную погрешность измерения скорости можно представить так:

где σ_D - ошибка пройденного пути, σ_T - ошибка измерения длительности временного участка.

Из анализа выражения (1) видно, что для повышения точности измерения скорости желательно увеличивать длительность временного участка и протяженность пройденного пути, снижать методическую ошибку δV_МЕТ, минимизировать ошибку измерения длительности временного участка, которая уменьшается на малых расстояниях. Величина ошибки пройденного пути σ_D может быть уменьшена измерениями дальности до движущегося снаряда.

Целью данного изобретения является повышение точности измерения начальной скорости снаряда с помощью определения дальности по изменениям радиальной скорости.

Эта цель достигается за счет того, что в способе измерения скорости снаряда, в котором по группе длительностей временных участков с общим началом в доплеровском эхосигнале, где первый временной участок имеет максимальную длительность, и по ряду предполагаемых групп значений путей с общим началом формируют ряд групп возможных скоростей; определяют разницу между значениями в каждой группе ряда возможных скоростей и за скорость снаряда принимают величину первого значения у группы возможных скоростей, в которой отличие между значениями минимально.

Предлагается устройство для измерения скорости снаряда, содержащее доплеровский радиолокатор, генератор временных импульсов, решающее устройство, сумматор, соединенные последовательно регистратор длительности первого временного участка и первый формирователь возможных скоростей, выход которого подключен к первому входу решающего устройства, банк ряда предполагаемых групп значений пути, N каналов из соединенных последовательно регистратора длительности временного участка, формирователя возможных скоростей и вычитающего устройства, их выходы подключены к N входам сумматора, а его выход соединен со вторым входом решающего устройства, один выход которого подсоединен к входу банка ряда предполагаемых групп значений пути, а его каждый из (N+1) выходов подключены соответственно ко вторым входам (N+1) формирователей возможной скорости, первый выход доплеровского радиолокатора подсоединен к первым входам (N+1) регистраторов временного участка, ко вторым входам которых через генератор временных импульсов подключен второй выход доплеровского радиолокатора.

Новая совокупность признаков позволяет зафиксировать принадлежность группы длительностей временных участков к определенному интервалу пути, что повышает точность определения скорости снаряда.

Кроме этого, предложенная совокупность признаков не требует высокой стабильности энергетических характеристик радиолокатора и отражающей способности объекта, а также делает необязательным применение датчиков, которые определяют момент вылета снаряда из ствола, что расширяет возможности использования предлагаемого способа там, где установка этих датчиков невозможна или не была предусмотрена.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства измерения скорости снаряда, где

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - генератор временных импульсов;

3 - регистратор длительности первого временного участка;

4 - регистратор длительности второго временного участка;

5 - регистратор длительности (N+1)-го временного участка;

6 - первый формирователь возможной скорости;

7 - второй формирователь возможной скорости;

8 - (N+1)-й формирователь возможной скорости;

9 - банк ряда предполагаемых групп значений пути;

10 - первое вычитающее устройство;

11 - N-е вычитающее устройство;

12 - решающее устройство;

13 - сумматор.

На фиг.2 приведена схема взаимного расположения доплеровского радиолокатора, ствола и снаряда на траектории.

На фиг.3 показаны графики зависимостей возможных скоростей от дальности.

Сущность измерения скорости снаряда по предлагаемому способу заключается в следующем.

На одной из возможных дальностей (при m=М) производится начало регистрации группы длительностей временных участков t_i=T_i+α_i, где i=1, 2, ..., N+1, T_i - детерминированная длительность временного участка, α_i - случайная составляющая. Окончание регистрации временных участков фиксируется моментом, при котором происходит изменение радиального расстояния на величину . Предполагаемые пути D_i,m, которое проходит снаряд в соответствии с обозначениями фиг.2, выражаются как

m=L, L+1, ..., L+J.

Значения возможной скорости на этих предполагаемых путях определяются соответственно

В случае отсутствия шума графики зависимостей возможной скорости для группы из трех временных участков от дальности предполагаемых путей приведены на фиг.3. Видно, что зависимости пересекаются только при одной дальности R_M, причем значения возможных скоростей равны скорости снаряда V.

Таким образом, в присутствии шумов из-за флюктуации отраженного сигнала и многолучевого распространения электромагнитной энергии из m рядов N+1 групп возможных значений скоростей имеется одна группа, в которой отличия минимальны, и возможное значение скорости, которое соответствует максимальной длительности временного участка, наиболее близко к значению скорости снаряда. Для получения значения скорости при большом значении отношения сигнал-шум достаточно иметь всего два члена в группе.

Заявляется устройство, реализующее предлагаемый способ измерения скорости снаряда. Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

На некотором удалении от ствола после вылета снаряда из ствола орудия амплитуда доплеровского сигнала увеличивается до порогового уровня, при котором срабатывает обнаружитель доплеровского радиолокатора 1 и через второй выход запускает генератор временных импульсов 2. С выхода генератора временных импульсов 2 они начинают поступать на вторые входы N+1 регистраторов длительности временных участков 3, 4, 5, на первые входы которых приходят доплеровские импульсы с первого выхода доплеровского радиолокатора 1. Регистраторы длительности временных участков 3, 4, 5 считают количество временных импульсов с генератора временных импульсов 2 за фиксированное количество К_i доплеровских импульсов, причем K₁ больше остальных. Данные, определяемые выражением (2) для m=L, из банка ряда предполагаемых групп значений пути 9 поступают с его N+1 выходов на вторые входы соответствующих N+1 формирователей возможной скорости 6, 7, 8. Также по данным с выходов регистраторов длительностей временных участков 3, 4, 5 соответственно с помощью формирователей возможной скорости 6, 7, 8 по зависимости (3) вычисляется группа из N+1 значений возможной скорости. Значение с первого формирователя возможной скорости 6 поступает на первый вход решающего устройства и вторые входы N вычитающих устройств 10, 11, на первые входы которых поступают значения возможной скорости соответственно с остальных N формирователей возможной скорости 7, 8. С выходов N вычитающих устройств 10, 11 полученные данные поступают на N входов сумматора 13 и результат суммирования поступает на второй вход решающего устройства 12. Затем данные, определяемые выражением (2) для m=L+1, из банка ряда предполагаемых групп значений пути 9 поступают с его N+1 выходов на вторые входы соответствующих N+1 формирователей возможной скорости 6, 7, 8, и решающее устройство 12 повторяет процесс формирования группы значений возможных скоростей до тех пор, пока знак результата суммирования с сумматора 13 не изменится, при этом m=М, и на другом выходе решающего устройства 12 данные будут соответствовать скорости снаряда V.

В предлагаемой структуре устройства может быть использована и другая процедура поиска минимального отличия значений в группе рядов возможных значений скорости снаряда.

Техническая реализация предлагаемого устройства возможна с применением дискретных цифровых элементов и средств вычислительной техники.

По предлагаемому способу и устройству был изготовлен макетный образец измерителя скорости снарядов. Моделирование, а также натурные испытания макета показали его возможность измерять скорость снаряда на малых удалениях от ствола при наблюдении снаряда под углами к траектории, когда отличие радиальной скорости от скорости снаряда значительно превышает требуемую точность измерения, что позволяет измерять скорость каждого снаряда в очереди от орудий с большой скорострельностью.

Источники информации

1. Патент США №3918061.

2. Патент США №4030097.

3. Патент Российской Федерации №2250476 - прототип.

Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении скорости снаряда. Достигаемый технический результат заключается в повышении точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок. Способ заключается в том, что по группе длительностей временных участков с общим началом в доплеровском эхосигнале, где первый временной участок имеет максимальную длительность, и по ряду предполагаемых групп значений путей с общим началом формируют ряд групп возможных скоростей; определяют разницу между значениями в каждой группе ряда возможных скоростей и за скорость снаряда принимают величину первого значения у группы возможных скоростей, в которой отличие между значениями минимально. 3 ил.

Способ для измерения скорости снаряда, включающий регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале, отличающийся тем, что по группе зарегистрированных длительностей временных участков доплеровских импульсов с общим началом в доплеровском эхосигнале, где первый временной участок имеет максимальную длительность, и по ряду предполагаемых групп значений путей, которые проходит снаряд после вылета из ствола орудия, с общим началом этих путей, формируют ряд групп возможных скоростей и за скорость снаряда принимают величину первого значения у группы возможных скоростей, в которой отличие между этими значениями минимально.