СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КУРСОВОЙ СКОРОСТИ ОБЪЕКТА Российский патент 2016 года по МПК G01S13/58 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации для измерения курсовой скорости объекта, из точки пространства, вынесенной с его курса, по двум последовательно измеренным значениям его радиальной скорости.

Известен способ измерения радиальной скорости движущегося объекта, основанный на эффекте Доплера - трансформации частоты подвижным объектом (Теоретические основы радиолокации, под редакцией Ширмана Я.Д, М., «Советское радио», 1970 г., стр. 51).

Измеряют трансформацию несущей частоты радиосигнала подвижным объектом по формуле: F_д=2f_ov_r/c=2v_r/λ_o,

где F_д - допплеровская поправка частоты (частота Доплера);

f_o - несущая частота измерителя скорости;

v_r - радиальная скорость движущегося объекта (в направлении на измеритель);

с - скорость света;

λ_o - рабочая длина волны измерителя скорости.

Из этого уравнения, решенного относительно радиальной скорости объекта, определяем ее по формуле:

Общим признаком аналога и изобретения является способ измерения радиальной скорости объекта.

Недостатком аналога является невозможность измерения курсовой скорости объекта при визировании объекта к его курсу под углами больше нуля.

Известен «Способ измерения радиальной скорости объекта и устройство для его осуществления», принятое за прототип изобретения (Патент РФ №2535487, МПК G01S 13/58, 2013 г.). Устройство содержит: генератор одиночного прямоугольного импульса высокой частоты (ВЧ), передающую и приемную антенны, выключатель принимаемого радиосигнала, таймер и измеритель фазы. Выход генератора ВЧ соединен с входом передающей антенны и входом опорного радиосигнала измерителя фазы. Выход приемной антенны соединен с входом выключателя принимаемого радиосигнала, а его выход с сигнальным входом измерителя фазы. Выход таймера соединен с входом управляющего сигнала выключателя принимаемого радиосигнала.

Общим признаком прототипа и изобретения является способ измерения радиальной скорости объекта.

Недостатком прототипа является невозможность измерения курсовой скорости объекта при визировании объекта к его курсу под углом больше нуля.

Техническим результатом изобретения является устранение недостатков аналогов - измерение курсовой скорости объекта при угле визирования к курсу больше нуля.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой представлена схема измерения курсовой скорости объекта и введены обозначения.

Горизонтальная линия со стрелкой обозначает направление движения объекта, курс;

И - точка пространства, вынесенная с курса объекта, где находится измеритель радиальной скорости;

t₁ - момент время первого измерения радиальной скорости объекта и расстояния от точки И до объекта;

t₂ - момент время второго измерения радиальной скорости объекта и расстояния от точки И до объекта;

t - время между первым t₁ и вторым t₂ измерениями значений радиальной скорости объекта;

а - расстояние от точки И до объекта при первом измерении радиальной скорости объекта Vr₁;

b - расстояние от точки И до объекта при втором измерении радиальной скорости объекта Vr₂;

с - расстояние, пройденное объектом по курсу, за время t;

abc - треугольник, образованный расстояниями a, b и c.

А - тупой угол треугольника abc;

D - острый угол между направлением второго визирования объекта и его курсом (90°>D>0), который равен π-А;

V - курсовая скорость объекта.

Из построений фиг. 1 следует, что:

Из формулы (1) следует, что курсовая скорость объекта V, определяется по формуле:

Средняя радиальная скорость объекта Vrcp за время измерения t определяется по формуле:

где Vr₁ - радиальная скорость объекта при первом измерении;

Vr₂ - радиальная скорость объекта при втором измерении.

Расстояние с, пройденное объектом по курсу за время t, равно:

где t - время между первым t₁ и вторым t₂ измерениями значений радиальной скорости объекта.

Для определения курсовой скорости объекта V по формуле (2) определяют значение угла А треугольника abc по измеренным длинам его сторон a, b и с (фиг. 1) (Бронштейн И.Н. и Семендяев К.А. «Справочник по математике», М., ГИТТЛ, 1954 г., стр. 187).

Буквой r обозначают математическое выражение, необходимое для определения угла А:

Буквой p обозначают полупериметр треугольника abc, который равен 0,5(a+b+c).

Тангенс угла А/2 определяют по формуле (6):

Курсовую скорость V объекта, по результатам измерения двух значений радиальной скорости, определяют по формуле (2), из равенства (6) угол А равен 2arctg[r/(p-а)]:

Способ измерения скорости объекта состоит в следующем.

Из точки пространства, вынесенной с курса объекта, производят измерение радиальной скорости объекта Vr₁ и расстояния а от вынесенной точки до объекта. Через промежуток времени t больше двух секунд производят второе измерение радиальной скорости Vr₂ и расстояния b от вынесенной точки до объекта. После чего определяют расстояние, пройденное объектом по курсу за время между первым и вторым измерениями, по формуле (4):

где с - расстояние, пройденное объектом за время t; t - время между измерениями значений первой Vr₁ и второй Vr₂ радиальной скорости объекта.

Определяют полупериметр треугольника abc p, который равен 0,5(a+b+с);

Далее по формуле (6):

где r=√(p-a)·(p-b)·(p-c)/p;

а - расстояние от объекта до вынесенной точки, при первом измерении радиальной скорости объекта;

b - расстояние от объекта до вынесенной точки измерения, при втором измерении радиальной скорости объекта;

с - расстояние, пройденное объектом за время t,

определяют значение тупого угла А треугольника abc, которое равно 2arctg[r/(p-а)].

Курсовую скорость объекта рассчитывают по формуле (2):

В качестве устройства для измерений радиальной скорости объекта и расстояния до него может быть использовано устройство по изобретению авт.св. №590687, МПК G01S 13/58, 1976 г. Оно содержит: приемную антенну и последовательно соединенные генератор высокой частоты, фазовый детектор, усилитель постоянного тока и блок управления, выход которого соединен с входом генератора высокой частоты, соединенного с передающей антенной; выход усилителя постоянного тока соединен с входом блока измерения частоты. Устройство также содержит частотно-сдвигающий блок, датчик величины опорной частоты и блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока измерения частоты.

Для этих же целей может быть использован способ измерения радиальной скорости движущегося объекта и расстояния до него (Изобретение патент РФ №2535487 G01S 3/58, 2013). Способ состоит в облучении объекта сигналом и одновременном приеме в обратном направлении принимаемого сигнала, отраженного от объекта; принятый сигнал фильтруют с помощью фильтра несущей частоты, за отрезок времени (t₂-t₁) измеряют набег фазы ϕ в принятом сигнале, а радиальную скорость объекта определяют по формуле: V=ϕ·λ/4π(t₂-t₁),

где ϕ - набег фазы в принимаемом сигнале за время измерения радиальной скорости, который пропорционален расстоянию до объекта; расстояние до объекта L определяют по формуле: L=ϕ·λ/4π;

λ - длина волны сигнала, облучающего объект;

t₁ и t₂ - моменты времени начала и конца измерения набега фазы.

Пример реализации изобретения по заданному значению t=10 с и измеренным значениям величин: Vr₁=0,18 км/с (648 км/ч); Vr₂=0,14 км/сек (504 км/ч); Vrcp=0,16 км/с (576 км/ч); а=5,5 км; b=4,5 км; с=t·Vrcp=1,6 км; p=0,5(a+b+c)=5,8 км; r=√(p-а)·(p-b)·(p-с)/р=0,53

Подставим в формулу (6) значения известных величин, после расчета получим:

V=Vr₂/cos(π-2/3π)=Vr₂/0,5=2Vr₂=0,28 км/с (1008 км/ч)

Курсовая скорость объекта V равна 1008 км/ч, в два раза больше второй радиальной скорости Vr₂, равной 504 км/ч.

Отличительные признаки изобретения.

Через промежуток времени больше двух секунд производят второе измерение радиальной скорости объекта и расстояния от вынесенной точки до объекта, после чего по формуле (4) определяют расстояние, пройденное объектом по курсу за время между первым и вторым измерениями, по формуле (4):

где с - расстояние, пройденное объектом за время t; t - время между измерениями значений первой Vr₁ и второй Vr₂ радиальной скорости объекта, затем определяют полупериметр p треугольника abc, который равен 0,5(a+b+с), далее по формуле (5):

где r=√(p-a)·(p-b)·(p-c)/p;

а - расстояние от объекта до вынесенной точки, при первом измерении радиальной скорости объекта;

b - расстояние от объекта до вынесенной точки измерения, при втором измерении радиальной скорости объекта;

с - расстояние, пройденное объектом за время t,

определяют значение тупого угла А треугольника abc, которое равно 2arctg[r/(p-а)], курсовую скорость объекта рассчитывают по формуле (2):

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах ближней радиолокации для измерения курсовой скорости объекта. Достигаемый технический результат - измерение курсовой скорости объекта при угле визирования к курсу больше нуля. Указанный результат достигается за счет того, что в способе измерения курсовой скорости объекта из точки пространства, вынесенной с курса объекта, производят измерение радиальной скорости объекта Vr₁ и расстояния а от вынесенной точки до объекта, через промежуток времени t больше двух секунд производят второе измерение радиальной скорости объекта Vr₂ и расстояния от вынесенной точки до объекта b, после чего определяют расстояние с, пройденное объектом по курсу за время между первым и вторым измерениями, по формуле:

c=t·(Vr₁+Vr₂)/2,

определяют полупериметр p треугольника abc, который равен 0,5(a+b+c), далее по формуле: определяют tgA/2=r/(р-а),

где r=√(p-a)·(p-b)·(р-c)/р,

определяют значение тупого угла А треугольника abc, которое равно 2arctg[r/(p-а)]}, затем

курсовую скорость объекта рассчитывают по формуле:

V=Vr₂/cos(π-А) = Vr₂/cos{π-2arctg[r/(p-а)]}. 1 ил.

Способ измерения курсовой скорости объекта, состоящий в том, что из точки пространства, вынесенной с курса объекта, производят измерение радиальной скорости объекта и расстояния от вынесенной точки до объекта, отличающийся тем, что через промежуток времени больше двух секунд производят второе измерение его радиальной скорости и расстояния от вынесенной точки до объекта, после чего определяют расстояние, пройденное объектом по курсу за время между первым и вторым измерениями, по формуле:
c=t·(Vr₁+Vr₂)/2,
где с - расстояние, пройденное объектом за время t; t - время между измерениями значений первой Vr₁ и второй Vr₂ радиальной скорости объекта, затем определяют полупериметр p треугольника abc, который равен 0,5(a+b+c), далее по формуле:
tgA/2=r/(p-a),
где r=√(p-a)·(p-b)·(p-c)/p;
a - расстояние от объекта до вынесенной точки, при первом измерении радиальной скорости объекта;
b - расстояние от объекта до вынесенной точки измерения, при втором измерении радиальной скорости объекта;
c - расстояние, пройденное объектом за время t,
определяют значение тупого угла А треугольника abc, которое равно 2arctg[r/(p-a)], курсовую скорость объекта V рассчитывают по формуле:
V=Vr₂/cos(π-А)=Vr₂/cos{π-2arctg[r/(p-a)]}.