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

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и могут быть использованы 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 доплеровских импульсов первого временного участка [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, формирователь длительностей временного участка, формирователь значений скорости снаряда, фотодатчик выхода снаряда из ствола, генератор временных импульсов, счетчик временных участков, запоминающее устройство, вычитающее устройство, сравнивающее устройство, измеритель суммарной длительности временных участков и сумматор.

Способ заключается в том, что по последовательности длительностей временных участков, следующих друг за другом в доплеровском эхосигнале снаряда, формируют последовательность 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 доплеровское смещение вызвано радиальной составляющей 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.

Целью данного изобретения является повышение точности измерения обратной скорости снаряда с помощью обработки доплеровского эхосигнала снаряда на малом расстоянии.

Эта цель достигается за счет того, что в способе для измерения обратной скорости снаряда, в котором по регистрации временного положения каждого доплеровского импульса относительно первого в доплеровском эхосигнале снаряда создают последовательность пар длительностей временных участков с общим начальным доплеровским импульсом в каждой паре, причем длительность второго временного участка меньше первого и по паре предполагаемых обратных значений путей с общим началом и с учетом расположения траектории снаряда формируют последовательность пар обратных величин возможных скоростей, в которой определяют разницу в парах обратных величин возможных скоростей и за обратную скорость снаряда принимают первое значение обратных величин возможных скоростей в паре, где отличие минимально.

Предлагается устройство для измерения обратной скорости снаряда, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор и генератор временных импульсов, вычитающее устройство, соединенное с первым входом сравнивающего устройства, первый и второй формирователи длительностей временного участка, запоминающее устройство, банк пары предполагаемых обратных значений путей, два умножителя, выходы которых подключены к входам вычитающего устройства, выходы банка пары предполагаемых обратных значений путей подключены к первым входам умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей длительностей временных участков, второй выход доплеровского радиолокатора подключен к первому входу запоминающего устройства, ко второму входу которого подсоединен выход генератора временных импульсов, первый и второй выход запоминающего устройства соединены с первыми входами первого и второго формирователей длительностей временных участков соответственно, а их вторые входы подключены к третьему выходу запоминающего устройства, третий вход которого соединен с одним выходом сравнивающего устройства, к другому входу которого подключен выход первого умножителя.

Новая совокупность признаков позволяет при изменении радиальной составляющей скорости на малых расстояниях зафиксировать принадлежность длительностей временных участков к определенным интервалам путей, 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 для измерения обратной скорости снаряда, где

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - генератор временных импульсов;

3 - запоминающее устройство;

4 - первый формирователь длительностей временного участка;

5 - второй формирователь длительностей временного участка;

6 - первый умножитель;

7 - второй умножитель;

8 - банк пары предполагаемых групп обратных значений путей;

9 - сравнивающее устройство;

10 - вычитающее устройство.

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

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

Сущность измерения скорости снаряда по предлагаемому способу заключается в следующем.

На одной из возможных дальностей - при m=М начинается регистрация временного положения каждого доплеровского импульса t_i, где i=1, 2, ..., N, относительно первого t₁=0. Из временного положения каждого доплеровского импульса формируется последовательность пары длительностей временных участков

которым соответствуют изменения радиального расстояния на величины Δ₁=K1· и Δ₂=K2·, причем K1>K2. Предполагаемые пути D₁ и D₂, которые проходят снаряд в соответствии с обозначениями фиг.2 выражаются как

L>M.

Последовательность пар значений обратных величин возможной скорости при этих предполагаемых путях определяется соответственно

Графики зависимостей значений обратных величин возможной скорости от дальности приведены на фиг.3. Видно, что зависимости пересекаются только при одной дальности R_m=R_L, причем значения обратных величин возможных скоростей равны обратной скорости снаряда V^-1.

Таким образом при наличии шумов, в последовательности пар значений обратных величин возможных скоростей, в которой отличия между значениями в паре минимальны, значение обратной величины возможного значения скорости, соответствующее максимальной длительности временного участка, наиболее близко к обратной скорости снаряда.

Предлагается устройство, реализующее предлагаемый способ измерения скорости снаряда. Работа 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 первый выход запускает генератор временных импульсов 2. С выхода генератора временных импульсов 2 они начинают поступать на второй вход запоминающего устройства 3, на первый вход которого приходят доплеровские импульсы со второго выхода доплеровского радиолокатора 1. Запоминающее устройство 3 регистрирует временное положение каждого доплеровского импульса относительно первого, положение которого принимается нулевым. Данные о временном положении из запоминающего устройства 3 с третьего выхода для первого доплеровского импульса i=1 поступают на вторые входы первого и второго формирователей длительностей временных участков 4, 5. Также с первого и второго выхода запоминающего устройства 3 данные о временном положении (К1+1) и (К2+1) доплеровских импульсов поступают соответственно на первые входы первого и второго формирователей длительностей временных участков 4 и 5. По длительностям первого и второго временных участков в умножителях 6 и 7 с помощью данных с банка пары предполагаемых обратных значений путей 8 формируется пара обратных величин возможных скоростей. Данные с выходов умножителей 6 и 7 поступают на входы вычитающего устройства 10, с выхода которого полученный результат поступает на первый вход сравнивающего устройства 9. После этого сигнал с первого выхода сравнивающего устройства 9 поступает на третий вход запоминающего устройства 3. Далее длительности временных участков, определяемые выражением (2), формируются для следующего общего положения доплеровского импульса i=2, и процедура вычисления пар значений обратных величин возможной скорости по выражению (4) повторяется до тех пор, пока знак результата с вычитающего устройства 10 не изменится, при этом на другом выходе сравнивающего устройства 9 данные будут соответствовать обратной скорости снаряда 1/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. Сущность способа заключается в том, что по регистрации временного положения каждого доплеровского импульса относительно первого в доплеровском эхосигнале снаряда создают последовательность пар длительностей временных участков с общим начальным доплеровским импульсом в каждой паре, причем длительность второго временного участка меньше первого и по паре предполагаемых обратных значений путей с общим началом и с учетом расположения траектории снаряда формируют последовательность пар обратных величин возможных скоростей, в которой определяют разницу в парах обратных величин возможных скоростей и за обратную скорость снаряда принимают первое значение обратных величин возможных скоростей в паре, где отличие минимально. 3 ил.

Способ для измерения значения обратной скорости снаряда, включающий учет расположения траектории полета снаряда и определение длительностей временного участка каждого доплеровского импульса эхосигнала относительно первого, отличающийся тем, что по регистрации временного положения каждого доплеровского импульса относительно первого, положение которого принимается нулевым, формируют последовательность пар длительностей временных участков с общим начальным доплеровским импульсом в каждой паре, причем длительность второго временного участка меньше первого, и по паре предполагаемых обратных значений путей, которые проходит снаряд, с общим началом этих путей, формируют последовательность пар значений обратных величин возможных скоростей, в которой определяют разницу в парах обратных величин возможных скоростей, и за значение обратной величины скорости снаряда V принимают первое значение 1/V обратных величин возможных скоростей в паре, где отличие минимально.