РЛС ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ ПУЛИ Российский патент 2013 года по МПК G01S13/58 

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании измерителей скорости движения цели.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда (РЛС) [патент RU 2 367 975, 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 (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - через фильтр разностных частот, обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, измеритель интервала времени и вычислитель начальной скорости снаряда к выходной шине.

Данную РЛС можно использовать в качестве измерителя мгновенной скорости (Vм) пули, если за мгновенную скоростью принять среднюю скорость цели на интервале расстояния 2До=2Vofн/Fмfд, где

Vo и До - соответственно минимально возможная величина скорости цели и базовое расстояние, выбираемое из условия До/Vo=fн/Fмfд,

fн, fд, Fм - соответственно средняя частота, девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала. При этом время (t) измерения мгновенной скорости (Мм) пули будет равно t=2До/Vм.

Целью изобретения является сокращение времени измерения мгновенной скорости пули.

Поставленная цель достигается за счет измерения мгновенной скорости пули на интервале расстояния меньше 2До.

РЛС измерения мгновенной скорости пули содержит приемно-передающую антенну 2, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 1 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему или возрастающему законам (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 3, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика 1 НЛЧМ сигнала, а выход - через последовательно соединенные фильтр 4 разностных частот, второй смеситель 6, широкополосный фильтр 8, усилитель-ограничитель 9 и узкополосный полосовой фильтр 10 - к входу амплитудного детектора 11, выход узкополосного полосового фильтра 10 подключен также к входу компаратора 12, выход которого подключен к входу счетчика 14 импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента 13 задержки, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 11, а выходы генераторов 5, 5-i, 5-N непрерывных частот через аналоговый сумматор 7 подключены к второму входу второго смесителя 6.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу РЛС измерения мгновенной скорости пули (фиг.1).

Пусть РЛС в пространство излучает и принимает отраженные от неподвижных объектов и перемещающейся пули со скоростью, например, V₁₀₀₀=1000 м/с НЛЧМ сигнал с, например, параметрами:

f_н=100 ГГц, Fм=50 кГц и fд=50 МГц - соответственно средняя частота, частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбранные при базовом расстоянии Do=6 м и минимально возможной скорости цели Vo=150 м/с,

а также при непрерывном сигнале частотой 21Fдо=21(2Vofн)/С=2100 кГц, поступающим на второй смеситель 6, через аналоговый сумматор 7, например, с генератора 5 непрерывных частот.

В результате смешивания в смесителе 3 отраженного и излученного сигналов на его выходе будут формироваться разностные сигналы частотой:

Fp_153,97=[(2Д_153,97)Fмfд/С]-(2V₁₀₀₀fн/С)=1899,5 кГц - разностный сигнал от пули, находящейся на удалении в Д_153,97=153,97 м от антенны РЛС, в момент пролета пулей точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (Дo/Vo)(Vi+NVo)-S₁/2, где N=19 и, например, S₁=6 cм;

Fp_154,03=[(2Д_154,03)Fмfд/С]-(2V₁₀₀₀fн/С)=1900,5 кГц - разностный сигнал от пули, находящейся на удалении в Д_154,03=154,03 м от антенны РЛС, в момент пролета пулей точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (Дo/Vo)(Vi+NVo)+S₁/2;

Fp_177,97=[(2Д_177,97)Fмfд/С]-(2V₁₀₀₀fн/С)=2299,5 кГц - разностный сигнал от пули, находящейся на удалении в Д_177,97=177,97 м от антенны РЛС, в момент пролета пулей точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]-S₂/2 и например S₂=6 см;

Fp_178,03=[(2Д_178,03)Fмfд/С]-(2V₁₀₀₀fн/С)=2300,5 кГц - разностный сигнал от пули, находящейся на удалении в Д_178,03=178,03 м от антенны РЛС, в момент пролета пулей точки пространства, соответствующей дальности, вычисляемой по формуле (Дo/Vo)[Vi+(N+4)Vo)]+S₂/2.

Очевидно, что если 4До намного больше S₁ и S₂, то пуля интервал - расстояния

Д_178,03-Д_153,97=(178,03-153,97) м=24,06 м=4До

пролетит со средней скоростью

Vср=4До/t₂,

где t₂ - интервал времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов с частотами Fp_173,97 и Fр_153,03.

В результате смешивания сигналов во втором смесителе 6 на его выходе будут формироваться разностные сигналы, приблизительно, частотой 2Fдо:

Fp_153,97-21Fдо=1899,5 кГц-2100 кГц=200,5 кГц,

Fp_154,03-21Fдо=1900,5 кГц-2100 кГц=199,5 кГц,

Fp_178,03-21Fдо=2300,5 кГц-2100 кГц=200,5 кГц,

Fp_177,97-21Fдо=2299,5 кГц-2100 кГц=199,5 кГц,

а на выходе узкополосного полосового фильтра 10, после выделения им, например, 21^х гармоник сигналов, поступающих с усилителя - ограничителя 9, синусоидальные сигналы с частотами

от 199,5 кГц×21=4189,5 кГц до 200,5 кГц×21=4210,5 кГц, которые:

- компаратор 12 преобразует в прямоугольные импульсы (при переходе синусоидальных сигналов через ноль), которые подсчитываются счетчиком 14 импульсов;

- амплитудный детектор 11 преобразует в постоянное напряжение, которым, через время задержки элемента 13 задержки, счетчик 14 импульсов устанавливается в исходное состояние.

Тогда, при пролете пулей длиной L=1 см расстояний S₁=S₂=6 см, на выходе компаратора 12 будет сформировано порядка

[(L+S₁=)/V₁₀₀₀]{1/[(4189,5 кГц+4210,5 кГц)/2]}=294 импульсов,

которые будут подсчитаны счетчиком 14 импульсов и количеству которых будет соответствовать мгновенная скорость пули в точках пространства, отстоящих на удалениях 154 м и 178 м от приемно-передающей антенны РЛС.

Очевидно, что счетчиком 14 импульсов будут подсчитаны те же 294 импульсов и при других значениях непрерывных сигналов, формируемых генераторами 5-i, …, 5-N, но при пролете пулей точек пространства, отстоящих на других удалениях от приемно-передающей антенны РЛС. Однако это справедливо, если скорость пули при ее полете не затухает, что при сопротивлении полету пули воздухом и т.п. невозможно. Поэтому и количество импульсов, подсчитываемых счетчиком 14, будет всегда различным и соответствовать той или иной мгновенной скорости пули. При этом выигрыш во времени измерения мгновенной скорости пули, в том числе и в нашем случае, определится величиной отношения

4До/Si=24 м/6 см=400 раз.

Изобретения относятся к радиолокационной технике. Достигаемый технический результат - сокращение времени измерения мгновенной скорости пули. Радиолокационная станция (РЛС) измерения мгновенной скорости пули по первому варианту 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 (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала, а выход, через последовательно соединенные фильтр разностных частот, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и узкополосный полосовой фильтр - к входу амплитудного детектора, а выход узкополосного полосового фильтра подключен к входу компаратора, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выходы N генераторов непрерывных сигналов через аналоговый сумматор подключены к второму входу второго смесителя. По второму варианту РЛС выполнена аналогичным образом, но при этом излучает непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Радиолокационная станция измерения мгновенной скорости пули, 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 (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала, а выход через последовательно соединенные фильтр разностных частот, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и узкополосный полосовой фильтр - к входу амплитудного детектора, а также компаратор и генератор непрерывного сигнала, отличающаяся тем, что введены N-1 генераторов непрерывного сигнала, счетчик импульсов, элемент задержки, при этом выход узкополосного полосового фильтра подключен к входу компаратора, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выходы N генераторов непрерывных сигналов через аналоговый сумматор подключены к второму входу второго смесителя, при этом количество импульсов, подсчитанных счетчиком импульсов, соответствует мгновенной скорости пули.

2. Радиолокационная станция измерения мгновенной скорости пули, содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика НЛЧМ сигнала, а выход через последовательно соединенные фильтр разностных частот, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель и узкополосный полосовой фильтр - к входу амплитудного детектора, а также компаратор и генератор непрерывного сигнала, отличающаяся тем, что введены N генераторов непрерывных сигналов, счетчик импульсов, элемент задержки, при этом выход узкополосного полосового фильтра подключен к входу компаратора, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выходы N генераторов непрерывных сигналов через аналоговый сумматор подключены к второму входу второго смесителя, при этом количество импульсов, подсчитанных счетчиком импульсов, соответствует мгновенной скорости пули.