УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТРАЕКТОРНОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА Российский патент 2011 года по МПК G01S13/58 

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов, и могут быть использованы при измерении их скорости.

Известно, что при измерении скорости объектов широко применяются доплеровские радиолокаторы, осуществляющие наблюдение их на траектории, причем полученные данные для определения скорости относятся к участкам траектории, находящимся на значительном расстоянии от доплеровского радиолокатора.

Известно устройство для измерения траекторной скорости V - патент США «Метод измерения скорости доплеровским радиолокатором», в котором скорость вычисляется 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 траекторной скорости объекта от радиальной скорости, которое является следствием параллакса положения радиолокатора относительно оси движения объекта. Это ограничивает применение устройства при определении траекторной скорости объектов на малой дальности из-за увеличения погрешности.

Отличие радиальной скорости от траекторной скорости объекта учитывается в другом известном устройстве - патенте США «Хронограф скорости», в котором жестко зафиксировано положение радиолокатора относительно траектории движения 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.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в патенте Российской Федерации «Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления» [3]. Устройство содержит последовательно соединенные доплеровский радиолокатор, таймер, формирователь реализаций доплеровского сигнала, формирователь значений скорости, буферное запоминающее устройство, анализатор достоверности, формирователь данных для вычисления начальной скорости, измеритель суммарной длительности начальных реализаций сумматор и вычислитель, второй выход доплеровского радиолокатора подключен ко второму входу формирователя реализаций доплеровского сигнала, второй выход формирователя значений скорости подключен ко второму входу буферного запоминающего устройства и через счетчик к третьему входу буферного запоминающего устройства, ко второму входу таймера подключен выход формирователя фотозапуска, датчик времени начальной задержки соединен с третьим вводом таймера и вторым входом сумматора, второй выход формирователя для вычисления начальной скорости соединен со вторым входом вычислителя.

Недостатком данного решения является низкая точность определения длительностей реализаций доплеровского сигнала, так как они вычисляются по двум отсчетам, к тому же находящимся на значительном удалении.

Задачей изобретения является повышение точности измерения скорости объекта на малых расстояниях с помощью определения длительностей реализаций доплеровского сигнала учетом временного положения каждого нулевого уровня N периодов доплеровского сигнала.

Это достигается за счет того, что в устройство для измерения траекторной скорости объекта, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор и таймер, последовательно соединенные формирователь возможных значений скорости, первое буферное запоминающее устройство и анализатор достоверности возможных значений скорости, сумматор нулевых положений доплеровского сигнала, формирователь суммы длительностей реализаций доплеровского сигнала и вычислитель значения траекторной скорости, введены постоянное запоминающее устройство и второе буферное запоминающее устройство, последовательно соединенные доплеровский радиолокатор, сумматор нулевых положений доплеровского сигнала, формирователь суммы длительностей реализаций доплеровского сигнала, второе буферное запоминающее устройство и формирователь возможных значений скорости, выход таймера подключен ко второму входу сумматора нулевых положений доплеровского сигнала, выход постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом формирователя возможных значений скорости, а выход анализатора достоверности возможных значений скорости к вычислителю значения траекторной скорости.

Новая совокупность признаков позволяет при измерении радиальной составляющей скорости на малых расстояниях понизить в раз погрешность определения длительности между центрами временных участков, зафиксировав принадлежность их к определенным интервалам путей, что повышает точность определения траекторной скорости объекта.

Кроме этого, предложенная совокупность признаков позволяет существенно снизить энергетический потенциал доплеровского радиолокатора.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения траекторной скорости от скорости объекта, где

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - таймер;

3 - сумматор нулевых положений доплеровского сигнала;

4 - формирователь суммы длительностей реализации доплеровского сигнала;

5 - второе буферное запоминающее устройство;

6 - формирователь возможных значений скорости;

7 - первое буферное запоминающее устройство;

8 - анализатор достоверности возможных значений скорости;

9 - вычислитель значения траекторной скорости;

10 - постоянное запоминающее устройство.

На фиг.2 приведена схема взаимного расположения доплеровского радиолокатора, объекта и его траектории.

На фиг.3 показан график ошибки между двумя последовательностями обратных значений траекторных скоростей от дальности.

На фиг.4 приведено устройство формирования сигнала обнаружения и импульсов, положение которых совпадает с переходами доплеровского сигнала через нулевое напряжение, где

11 - доплеровский фильтр;

12 - первый компаратор напряжения с заданным порогом обнаружения;

13 - второй компаратор напряжения с нулевым порогом;

14 - логический инвертор (схема НЕ);

15 - первая дифференцирующая схема на RC элементах;

16 - вторая дифференцирующая схема на RC элементах;

17 - логический элемент ИЛИ-НЕ.

Предлагаемое устройство для измерения траекторной скорости (Фиг.1) содержит последовательно соединенные доплеровский радиолокатор 1, сумматор нулевых положений доплеровского сигнала 3, формирователь суммы длительностей реализаций доплеровского сигнала 4, второе буферное запоминающее устройство 5, формирователь возможных значений скорости 6, первое буферное запоминающее устройство 7, анализатор достоверности возможных значений скорости 8 и вычислитель значения траекторной скорости 9, первый выход доплеровского радиолокатора 1 через таймер 2 соединен со вторым входом сумматора нулевых положений доплеровского сигнала 3, выход постоянного запоминающего устройства 10 соединен со вторым входом формирователя возможных значений скорости 6.

Работа устройства происходит следующим образом.

На некотором расстоянии R₀ от доплеровского радиолокатора 1 от движущегося объекта при известном параллаксе траектории его движения амплитуда доплеровского сигнала на выходе доплеровского фильтра 11 (фиг.4) увеличивается до порогового уровня, при котором на выходе первого компаратора напряжения с заданным порогом обнаружения 12 появляются импульсы, которые запускают таймер 2 (фиг.1). Выход первого компаратора напряжения с заданным порогом обнаружения 12 является первым выходом доплеровского радиолокатора 1. Доплеровский сигнал с выхода доплеровского фильтра 11 приводит к появлению на выходе второго компаратора напряжения с нулевым порогом 13 прямоугольных импульсов, причем временное положение переднего и заднего фронтов совпадает с моментами перехода доплеровского сигнала через нулевое напряжение. С выхода второго компаратора напряжения с нулевым порогом 13 импульсов поступают на первую дифференцирующую схему на RC элементах 15 и через логический инвертор 14 на вторую дифференцирующую схему на RC элементах 16. С выходов первой и второй дифференцирующих схем на 15 и 16 отклики положительной полярности образуют на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 17 последовательность импульсов, временное положение которых отражает положение нулевого напряжения доплеровского сигнала с доплеровского фильтра 11. Выход логического элемента ИЛИ-НЕ 17 является вторым выходом доплеровского радиолокатора 1, импульсы которого поступают на первый вход сумматора нулевых положений доплеровского сигнала 3 и определяют значения таймера 2 для суммирования в сумматоре нулевых положений доплеровского сигнала 3.

Сумматор нулевых положений доплеровского сигнала 3 последовательно образует J сумм 2N нулевых положений t_i (i=1, 2,…, 2N·J) доплеровского сигнала . Получаемые суммы положений Θ_j поступают на формирователь суммы длительностей реализаций доплеровского сигнала 4, на котором образуется последовательность (J-1) сумм длительностей реализаций доплеровского сигнала T_j=Θ_j+1-Θ_j. Эта последовательность сохраняется во втором буферном запоминающем устройстве 5. Данные T_j поступают на первый вход формирователя возможных значений скорости 6, где они перемножаются на группы последовательностей обратной суммы предполагаемых путей где k=1, 2, 3, …, 2N(J-1); j=1, 2, 3, …,J-1; M=4(R₀-R_H)/λ, λ - длина волны доплеровского радиолокатора 1, R_H - расстояние от доплеровского радиолокатора 1 до начала отсчета предполагаемых путей. Предполагаемый путь d_m, которое проходит объект в течение одной длительности реализации доплеровского сигнала в соответствии с обозначениями фиг.2 выражается как

,

где , . Данные по группе последовательностей обратной суммы предполагаемых путей хранятся в постоянном запоминающем устройстве 10, и в соответствующей последовательности поступают на второй вход формирователя возможных значений скорости 6, где после перемножения формируется группа последовательностей обратных значений возможных траекторных скоростей , которая поступает на вход первого буферного запоминающего устройства 7. Данные по группам последовательностей обратных значений возможных траекторных скоростей из первого буферного устройства 7 поступают на анализатор достоверности возможных значений скорости 8, который определяет разницу и сравнивает ее с допустимой погрешностью ε. На фиг.3 приведен график разницы δ_j,k для М=10, J=3, т.е. для пары последовательностей обратных возможных скоростей, штриховой линией условно показано нормированная допустимая погрешность Vε. Все данные по обратным значениям возможных траекторных скоростей, имеющих разницу δ_j,k<ε, поступают на вычислитель значения траекторной скорости 9, который вычисляет среднее значение этих данных и определяет от полученного значения обратную величину, которая и является траекторной скоростью объекта V.

По предлагаемому способу и устройству был изготовлен макетный образец измерителя скорости. Моделирование, а также натурные испытания макета показали его возможность измерять скорость объекта на малых удалениях при наблюдении объекта под углами к траектории, когда отличие радиальной скорости от скорости объекта значительно превышает требуемую точность измерения, что позволяет уменьшить мощность излучаемую доплеровским радиолокатором и улучшить электромагнитную совместимость нескольких радиолокаторов, осуществляющих наблюдение разных движущихся объектов.

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 его скорости. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения скорости за счет снижения ошибок. Указанный результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство содержит доплеровский радиолокатор, таймер, формирователь возможных значений скорости, первое буферное запоминающее устройство, анализатор достоверности возможных значений скорости, сумматор, последовательно фиксирующий суммы положений положительных и отрицательных фронтов доплеровских импульсов, формирователь последовательности сумм длительностей временных участков доплеровских импульсов, вычислитель значения траекторной скорости, постоянное запоминающее устройство и второе буферное запоминающее устройство, определенным образом соединенные между собой. 4 ил.

Устройство для измерения траекторной скорости объекта, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор и таймер, последовательно соединенные формирователь возможных значений скорости, первое буферное запоминающее устройство и анализатор достоверности возможных значений скорости, сумматор, последовательно фиксирующий суммы положений положительных и отрицательных фронтов доплеровских импульсов, формирователь последовательности сумм длительностей временных участков доплеровских импульсов и вычислитель значения траекторной скорости, отличающееся тем, что введены постоянное запоминающее устройство и второе буферное запоминающее устройство, при этом последовательно соединены доплеровский радиолокатор, сумматор, последовательно фиксирующий суммы положений положительных и отрицательных фронтов доплеровских импульсов, формирователь последовательности сумм длительностей временных участков доплеровских импульсов, второе буферное запоминающее устройство и формирователь возможных значений скорости, выход таймера подключен ко второму входу сумматора, последовательно фиксирующего суммы положений положительных и отрицательных фронтов доплеровских импульсов, выход постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом формирователя возможных значений скорости, а выход анализатора достоверности возможных значений скорости подключен к вычислителю значения траекторной скорости.