СПОСОБ ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОБРАТНОЙ 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 фиксации скорости снаряда.

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

Известен способ для фиксации 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.

Известны также устройство и способ для фиксации скорости снаряда (патент Российской Федерации «Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления») [3]. Устройство содержит доплеровский радиолокатор, подключенный к генератору временных импульсов, формирователь дискретных значений временного участка, формирователь значений скорости снаряда, фотодатчик выхода снаряда из ствола, счетчик временных участков, запоминающее устройство, последовательно соединенные вычитающее устройство и сравнивающее устройство, измеритель суммарной длительности временных участков и сумматор.

Способ заключается в том, что по последовательности дискретных значений временного участка следующих друг за другом в доплеровском эхосигнале снаряда формируют последовательность скоростей. В сформированной группе оценивают достоверность каждого значения 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 фиксации скорости зависит от многих факторов и в общем случае является суммой случайной ошибки определения длительности временного участка T, случайной ошибки определения пройденного пути D и методической ошибки δV_MET. 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 фиксации скорости желательно: увеличивать длительность временного участка и протяженность пройденного пути, снижать методическую ошибку δV_MET, минимизировать ошибку измерения длительности временного участка, которая уменьшается на малых расстояниях.

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

Эта цель достигается за счет того, что в способе для фиксации обратной скорости снаряда по доплеровскому эхосигналу из пары предполагаемых значений путей с общим началом и учетом положения траектории, причем первый больше второго, регистрируют пары положений каждого доплеровского импульса относительно первого, создают последовательность пар дискретных значений временных участков с общим начальным положением доплеровского импульса, определяют разницу в каждой паре между дискретными значениями временных участков и за обратную скорость снаряда принимают первое значение в паре дискретных значений временных участков, в котором отличие минимально.

Предлагается устройство для фиксации обратной скорости снаряда, содержащее доплеровский радиолокатор, вычитающее устройство, соединенное с первым входом сравнивающего устройства, первое и второе запоминающие устройства, первый и второй формирователи дискретных значений временных участков, первый и второй генераторы временных импульсов, входы которых подключены к первому выходу доплеровского радиолокатора, второй выход которого соединен с первыми входами первого и второго запоминающих устройств, вторые входы которых соответственно подсоединены к выходам первого и второго генераторов временных импульсов, выходы первого и второго запоминающих устройств соответственно через первый и второй формирователи дискретных значений временного участка подключены к первому и второму входам вычитающего устройства, а выход первого формирователя дискретных значений временного участка соединен со вторым входом сравнивающего устройства, первый выход которого подключен к третьим входам первого и второго запоминающих устройств.

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 фиксации обратной скорости снаряда, где

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - первый генератор временных импульсов;

3 - второй генератор временных импульсов;

4 - первое запоминающее устройство;

5 - второе запоминающее устройство;

6 - первый формирователь дискретных значений временного участка;

7 - второй формирователь дискретных значений временного участка;

8 - вычитающее устройство;

9 - сравнивающее устройство.

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

На фиг.3 показаны графики зависимостей дискретных значений временных участков от дальности.

Сущность фиксации 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 (i=1, 2, …, N) относительно первого t₁=0, формированием пары последовательностей значений положения

Значения определяются парой предполагаемых значений путей с общим началом, которым соответствуют изменения радиального расстояния на величины

причем K1>K2.

Предполагаемые пути D₁ и D₂, которые проходит снаряд в соответствии с обозначениями фиг.2, выражаются как

Из пары последовательностей значений положения каждого доплеровского импульса формируется последовательность пар дискретных значений временных участков

Графики зависимостей дискретных значений временных участков от дальности приведены на фиг.3. Видно, что зависимости пересекаются только при одной дальности R_m=R_L, причем дискретные значения временных участков равны обратной скорости снаряда V^-1.

Таким образом, при наличии шумов в последовательности пар дискретных значений временных участков, в которой отличия между значениями в паре минимальны, дискретное значение временного участка, соответствующее максимальному предполагаемому пути, наиболее близко к обратной скорости снаряда.

Предлагается устройство, реализующее предлагаемый способ фиксации 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 запускают генераторы временных импульсов 2, 3. С выходов генераторов временных импульсов 2, 3 они начинают поступать на вторые входы запоминающих устройств 4, 5, на первые входы которых приходят доплеровские импульсы со второго выхода доплеровского радиолокатора 1. Запоминающие устройства 4, 5 регистрируют положения каждого доплеровского импульса относительно первого, положение которого принимается нулевым. Данные о положении из первого запоминающего устройства 4 для первого и (К1+1) доплеровских импульсов (i=1, К1+1) поступают на вход первого формирователя дискретного значения временного участка 6. Также данные о положении из второго запоминающего устройства 5 для первого и (К2+1) доплеровских импульсов (i=1, К2+1) поступают на вход второго формирователя дискретного значения временного участка 7. Полученные результаты о величинах временных участков с выходов формирователей дискретных значений временных участков 6 и 7 поступают на первый и второй входы вычитающего устройства 8, с выхода которого полученный результат поступает на первый вход сравнивающего устройства 9. После этого сигнал с первого выхода сравнивающего устройства 9 поступает на третьи входы запоминающих устройств 4, 5. Далее величины временных участков, определяемые выражением (4), формируются для следующих положений доплеровских импульсов i=2, К1+2 из запоминающего устройства 4 и i=2, К2+2 из запоминающего устройства 5, и процедура формирования пар дискретных значений временных участков (4) повторяется до тех пор, пока знак результата с вычитающего устройства 9 не изменится, при этом на выходе формирователя дискретного значения временного участка 6 и 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 парах дискретных значений временных участков.

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

По предлагаемому способу и устройству был изготовлен макетный образец измерителя обратной скорости снаряда. Моделирование, а также натурные испытания макета показали его возможность измерять обратную 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 фиксации скорости снаряда. Достигаемый технический результат заключается в повышении точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок. Сущность способа заключается в том, что по доплеровскому эхосигналу из пары предполагаемых значений путей с общим началом и учетом положения траектории, причем первый больше второго, регистрируют пары положений каждого доплеровского импульса относительно первого, создают последовательность пар дискретных значений временных участков с общим начальным положением доплеровского импульса, определяют разницу в каждой паре между дискретными значениями временных участков и за обратную скорость снаряда принимают первое значение в паре дискретных значений временных участков, в которой отличие минимально. 3 ил.

Способ для фиксации обратного значения скорости снаряда, включающий учет положения траектории полета снаряда и определение дискретных значений последовательных временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале, отличающийся тем, что по паре предполагаемых значений путей, которые проходит снаряд, с общим началом этих путей, причем первое значение пути больше второго, регистрируют пары положений каждого доплеровского импульса эхо-сигнала относительно импульса, положение которого принимается нулевым, формируют соответствующую им последовательность пар дискретных значений временных участков с общим начальным положением доплеровского импульса, определяют разницу в каждой паре между сформированными дискретными значениями временных участков и за обратное значение скорости снаряда V принимают первое значение 1/V в паре дискретных значений временных участков, в которой отличие этого значения минимально.