РЛС ИЗМЕРЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ СНАРЯДА, УСТАНОВЛЕННАЯ НА СТВОЛЕ ОРУДИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01S13/58 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для измерения начальных скоростей снарядов.

В соответствии с теорией внешней баллистики определение начальной скорости снаряда производится следующим образом.

По линии, совпадающей с продольной осью ствола орудия, выбирают участок траектории (базу) фиксированной длины S, измеренной с высокой точностью. В начале D₁ и конце D₂ базы устанавливают датчики, реагирующие на пролет снаряда (раму-мишень, соленоид, фотоблокиратор и т.п.) Датчик, установленный в начале базы, располагается на расстоянии Do=D₁ от среза ствола орудия, которое также измеряется с высокой точностью. После выстрела с помощью прецизионного измерителя оценивают время tv пролета снарядом заданной базы и вычисляют на ней среднюю скорость снаряда по формуле:

Используя полученное Vcp, начальную скорость Vo снаряда вычисляют по формуле:

Vo=ΔV(D)+Vcp,

где ΔV(D)=10⁴id²x/2mΔD (V), снижение скорости снаряда при пролете им отрезка дальности от среза ствола орудия до середины базы (т.е. на отрезке длиной D=x=Do+S/2).

Здесь: i - коэффициент формы снаряда; d - калибр снаряда; m - масса снаряда;

m ΔD (V) - функция зависимости дальности от скорости снаряда, значения которой для закона Сиаччи находятся по специальным таблицам.

Запишем величину начальной скорости снаряда через зависимость снижения его линейной скорости от удаления от среза ствола орудия. Для чего определим значения линейных скоростей снаряда в начале и конце выбранной базы:

V_D1=Voi-ki D₁,

V_D2=Voi-ki D₂.

Тогда средняя скорость снаряда определится как:

Vcp=[2Voi-(ki D₁+ki D₂)]/2=Voi-0,5(ki D₁+ki D₂).

Откуда

Voi=0,5(ki D₁+ki D₂)+(D₂-D₁)/tv

или

Voi=0,5ki(2D₁+S)+S/tv.

Анализируя последнее выражение, можно утверждать, что начальная скорость Voi снаряда зависит от удаления D₁ базы S=D₂-D₁ от РЛС и от времени tv пролета ее снарядом.

Начиная с 70-х годов прошлого столетия, для определения начальной скорости боеприпаса стали применять простейшие доплеровские радиолокаторы, создавая на их основе артиллерийские баллистические станции (АБС), осуществляющие их наблюдение на траектории полета. Причем наблюдение начинают через задаваемое время после вылета снаряда из ствола орудия. Так, например, в изделии «Рампа» реализован способ экстраполяции, согласно которому предполагают известным вид «скоростной» траектории снаряда, а по дискретным значениям его текущей скорости определяют параметры этой «скоростной» траектории, необходимые для экстраполяции скорости снаряда от начала его радиолокационного наблюдения до момента вылета из ствола орудия [Патент RU, №2250476, 2002 г.].

При вылете снаряда из ствола орудия возникает ионизированное облако, экранирующее снаряд от радиолокатора АБС, которое, по утверждениям авторов патента, рассеивается, а движение снаряда становится более устойчивым только через примерно (0,05÷0,15) с. Поэтому в АБС устанавливается задержка начала формирования доплеровского эхо-сигнала снаряда, обработки этого сигнала и вычисления фактической начальной скорости снаряда, т.е. база S устанавливается на определенном удалении D₁ от АБС.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда с использованием способа определения моментов пролета снарядом начала и конца известного интервала расстояния [патент 2367975, RU, G01S 13/58], содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также последовательно соединенные генератор непрерывной частоты, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени и вычислитель начальной скорости снаряда, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а первый вход второго смесителя подключен к выходу фильтра разностных частот.

Из-за ионизированного облака, экранирующего снаряд от радиолокатора, в известной РЛС также базу S устанавливают на определенном удалении D₁ от нее.

Одним из основных требований, предъявляемых к измерителям начальной скорости снарядов, является обеспечение высокой точности определения скорости снаряда в момент его вылета из ствола орудия при минимальных массово-габаритных и стоимостных характеристиках изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения начальной скорости снаряда.

Поставленная цель достигается за счет переноса измеряемой базы на более близкое расстояние к срезу ствола орудия.

РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, выполнена в виде РЛС измерения начальной скорости снаряда по патенту №2367975, RU, G01S 13/58 с дополнительно введенными триггером, вторым генератором непрерывной частоты и аналоговым ключом. При этом выходы первого и второго генераторов непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового ключа, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - к выходу триггера, вход которого подключен к выходу формирователя импульса РЛС.

Проанализируем, в том числе на примерах работу РЛС измерения начальной скорости снаряда, устанавливаемую на ствол орудия.

Как уже отмечалось, при вылете снаряда из ствола орудия возникает ионизированное облако, экранирующее снаряд от радиолокатора, что приводит к необходимости устанавливать измерительную базу S на определенном удалении от РЛС и снижению точности измерения начальной скорости снаряда. Следует отметить, что при скоростях перемещения снарядов порядка 2000 м/с базу S из-за ионизированного облака, экранирующего снаряд, необходимо будет устанавливать на удалении от РЛС порядка 2000 м/с × (0,05÷0,15)c=(100÷300) м.

Рассмотрим, можно ли сделать РЛС измерения начальной скорости снаряда с минимально возможным удалением от нее базы S, для того чтобы повысить точность измерения начальной скорости снаряда. Для чего добавим в обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот РЛС измерения начальной скорости снаряда [патент №236775, RU, G01S 13/58] генератор непрерывного сигнала частотой, например, 500 кГц. При этом используемый (с частотой, например, 100 кГц) и вновь введенный генератор непрерывных частот к второму смесителю РЛС будем подключать через управляемый напряжением аналоговый ключ. А также пусть через приемно-передающую антенну РЛС в пространство излучают и принимают отраженные от удаляющегося от нее снаряда сигналы с, например, параметрами: fo=100 ГГц, Fm=50 кГц, dfm=200 мГц, удовлетворяющими, например, при расстоянии Do=1,5 м и Vo=150 м/с условию:

Do/Vo=fo/Fm dfm=1,5 м/150 (м/с)=100 ГГц/50 кГц 200 мГц = 0,01 с.

Тогда очевидно если при вылете снаряда из ствола орудия на второй смеситель РЛС будет поступать опорный сигнал частотой 100 кГц, то на выходе РЛС короткий импульс появится тогда, когда снаряд окажется на удалении в D_21,5=21,5 м от РЛС, т.е. когда на выходе СВЧ смесителя РЛС будет формироваться разностный сигнал частотой:

Fp_21,5-Ц=[(2D_21,5)Fm dfm/С]-(2V₂₀₀₀fo/С)=100 кГц -

- сигнал из отражений от снаряда, удаляющегося с радиальной скоростью 2000 м/с.

Первым коротким импульсом с выхода РЛС, например, триггер переводится в состояние с потенциалом на выходе, позволяющим через аналоговый ключ на второй смеситель пройти опорному сигналу частотой 500 кГц. При этом разностный сигнал частотой 100 кГц на выходе СВЧ смесителя РЛС перестанет формироваться, даже если, например, длинный снаряд еще полностью не пролетит точки пространства, отстоящей от антенны РЛС на 21,5 м. Так как эту точку пространства снаряд пролетит быстрее, чем ионизированное облако, и при этом произойдет смена опорной частоты на входе второго смесителя РЛС, то на выходе СВЧ смесителя РЛС разностного сигнала частотой 100 кГц от ионизированного облака сформировано не будет.

Второй короткий импульс на выходе РЛС появится тогда, когда снаряд окажется на удалении в D_24,5=24,5 м от РЛС, т.е. когда на выходе СВЧ смесителя РЛС будет формироваться разностный сигнал частотой:

Fp_24,5-Ц=[(2D_24,5)Fm dfm/С]-(2V₂₀₀₀ fo/С)=300 кГц.

Вторым коротким импульсом с выхода РЛС регистр сдвига переведется в состояние с потенциалом на выходе, позволяющим через аналоговый ключ на НЧ смеситель пройти опорному сигналу частотой 100 кГц. При этом разностный сигнал частотой 300 кГц на выходе СВЧ смесителя РЛС перестанет формироваться, даже если снаряд полностью не пролетит точки пространства, отстоящей от антенны РЛС на 24,5 м. То есть на выходе СВЧ смесителя РЛС разностного сигнала частотой 300 кГц от ионизированного облака сформировано также не будет.

Очевидно, как следует из вышесказанного, при предложенном методе измерения начальной скорости снаряда база S=(24,5-21,5)=3 м располагается на расстоянии 21,5 м от антенны РЛС. В известной же РЛС измерения начальной скорости снаряда базу S необходимо было бы устанавливать на удалении, как уже отмечалось, (100÷300) м от радиолокатора.

Изобретение относится к радиолокационной технике. Техническим результатом является повышение точности измерения начальной скорости снарядов. Поставленная цель достигается за счет переноса измеряемой базы на более близкое расстояние к срезу ствола орудия. РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, содержит приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно-спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно-спадающему закону, а выход - через фильтр разностных частот - к первому входу второго смесителя, а также последовательно соединенные широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени, вычислитель начальной скорости снаряда и генератор непрерывной частоты, а также триггер, второй генератор непрерывной частоты, аналоговый ключ, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - через триггер подключен к выходу формирователя импульса.

РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высоко мощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также последовательно соединенные второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени, вычислитель начальной скорости снаряда и генератор непрерывной частоты, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а первый вход второго смесителя подключен к выходу фильтра разностных частот, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены триггер, второй генератор непрерывной частоты и аналоговый ключ, при этом выходы первого и второго генераторов непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового ключа, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - к выходу триггера, вход которого подключен к выходу формирователя импульса.