СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ СНАРЯДА Российский патент 2022 года по МПК G01S13/00 

Предлагаемое изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда.

Известен способ для измерения начальной скорости - патент «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 [1]. Обнаружение объекта на этом участке осуществляется амплитудным методом, что требует высокой стабильности энергетических характеристик радиолокатора и отражающей способности объекта.

Известно также устройство и способ для измерения скорости снаряда - патент Российской Федерации «Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления» [2]. Способ измерения начальной скорости снарядов, по которому по длительностям участков доплеровских импульсов в эхо-сигнале формируют группу возможных значений скорости и вычисляют по ним начальную скорость снаряда с учетом установленной задержки начала его наблюдения относительно момента вылета из ствола орудия, для каждой позиции в полученной группе возможных значений текущей скорости снаряда оценивают достоверность содержащихся в них данных и с учетом полученных результатов выделяют в этой группе участок, содержащий преимущественно достоверные данные, по которым определяют начальную скорость снаряда, при этом при оценке достоверности данных о скорости снаряда используют критерии, учитывающие задаваемые требования по точности измерения начальной скорости снаряда при формировании участка упомянутой группы для вычисления начальной скорости снаряда начало этого участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец -по наличию двух и более позиций с недостоверными данными.

Недостатком аналога является высокая погрешность измерения скорости непосредственно при вылете из ствола из-за отсутствия учета угла наблюдения и используются данные от радиолокатора на значительном удалении от ствола. Это снижает быстродействие выдачи данных о скорости и ограничивает его применение при высокой скорострельности, а также существенно увеличивает требования к энергетическому потенциалу и коэффициенту усиления антенн доплеровского радиолокатора.

Наиболее близким к заявляемому является патент РФ "Способ для измерения скорости снаряда" [3]. Способ для измерения скорости снаряда, включающий регистрацию группы длительностей участков доплеровских импульсов в эхо-сигнале, по группе зарегистрированных длительностей участков доплеровских импульсов с общим началом в эхо-сигнале, где первый участок имеет максимальную длительность, и по ряду предполагаемых групп значений путей, которые проходит снаряд после вылета из ствола орудия, с общим началом этих путей, формируют ряд групп возможных скоростей и за скорость снаряда принимают величину первого значения у группы возможных скоростей, в которой отличие между этими значениями минимально.

К недостаткам прототипа следует отнести снижение точности оценки начальной скорости при неравномерном движении, которое возникает когда при вылете снарядов из ствола со сверхзвуковой скоростью на него воздействуют пороховые газы и он продолжает ускорятся на расстоянии последействия, пока давление от пороховых газов не сравняется е атмосферным.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение погрешности измерения начальной скорости снаряда.

Эта задача решается за счет того, что в способе измерения начальной скорости снаряда, включающим обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале, и по группе предполагаемых значений путей формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности, и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем.

В предложенном способе необходимость использования ряда не требуется, в отличие от прототипа, где используется ряд групп предполагаемых путей и каждая группа имеет свое начало.

В предложенном способе определяется только группа значений возможных скоростей, что сокращает потребность в вычислительных мощностях с соответствующими последствиями, в отличие от прототипа, где формируется ряд групп значений возможных скоростей.

В предложенном способе производится анализ отличий между соседними значениями возможных скоростей и отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности, и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей. Это позволяет снизить время регистрации и определить скорость непосредственно после окончания действия пороховых газов и соответственно уменьшить влияние пассивных и активных помех, а так же снизить энергетический потенциал доплеровского радиолокатора. В прототипе предполагается, что значения возможных скоростей получены при хороших отношениях сигнал/шум и не учитывается неравномерность движения из-за действия пороховых газов.

Сущность измерения начальной скорости снаряда по предлагаемому способу заключается в следующем.

При вылете снаряда из ствола начинается формирование группы длительностей временных участков t_i=T_i+α_i, где i=1, 2, …, T_i - детерминированная длительность временного участка, α_i - случайная составляющая. Длительность временных участков фиксируется моментом, при котором происходит изменение радиального расстояния от предыдущего на величину

где λ - длина волны радиолокатора, К - число доплеровских импульсов.

Предполагаемые пути D_i,, которые проходит снаряд в соответствии с обозначениями фиг. 1, выражаются как

где Н - параллакс положения радиолокатора относительно оси движения снаряда.

Значения возможной скорости на этих предполагаемых путях определяются, соответственно

По получаемым значениям возможных скоростей ν_i определяется группа разностей поступившего и предыдущего значения возможной скорости δ_i=ν_i+1-ν_i. Так как при увеличении дальности происходит уменьшение действия пороховых газов и соответственно снижение δ_i, то при ее снижении меньше заданной погрешности, начальную скорость ν₀ можно определить как среднее значение этих двух значений возможной скорости.

На фиг. 1 приведена схема расположения доплеровского радиолокатора и траектории движения снаряда, где D_i - предполагаемые пути, Н - параллакс положения радиолокатора относительно оси движения снаряда, расстояние от доплеровского радиолокатора до конца ствола.

На фиг. 2 приведена структурная схема такого устройства измерения скорости снаряда, где:

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - обнаружитель доплеровского сигнала;

3 - формирователь длительностей участков;

4 - запоминающее устройство предполагаемых путей;

5 - формирователь значений возможных скоростей;

6 - формирователь разности значений возможных скоростей;

7 - вычислитель начальной скорости.

На фиг. 3 приведена экспериментальная зависимость изменения возможных значений скорости.

На фиг. 4 представлена зависимость разности значений возможных скоростей.

Предложенный способ иллюстрируется устройством измерения начальной скорости снаряда, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор, обнаружитель доплеровского сигнала, формирователь длительностей участков, запоминающее устройство предполагаемых путей формирователь возможных значений скорости, формирователь разности возможных значений скорости, вычислитель начальной скорости, второй выход доплеровского радиолокатора через формирователь длительностей участков подключен ко второму входу формирователя возможных значений скорости, выход которого подключен ко второму входу вычислителя начальной скорости, выход формирователя разности возможных значений скорости соединен со вторым входом обнаружителя доплеровского сигнала.

Работа устройства с использованием предложенного способа происходит следующим образом. При вылете снаряда из ствола орудия на первом выходе доплеровского радиолокатора 1 появляется доплеровский сигнал, по которому обнаружитель доплеровского сигнала 2 запускает формирователь длительностей участков 3. Со второго выхода доплеровского радиолокатора 1 на второй вход формирователя длительностей участков 3 поступают доплеровские импульсы. При поступлении К (например К = 10) импульсов с его первого выхода передается сигнал о том, что со второго его выхода формирование значения длительности первого участка окончено. Соответственно с этим значение первого предполагаемого пути с запоминающего устройства 4 поступают на формирователь значений возможных скоростей 5. Откуда значение возможной скорости поступают на вычислитель начальной скорости 7 и формирователь разности значений возможных скоростей 6. При поступлении следующих К импульсов процесс формирования соответствующего значения возможной скорости продолжается, при этом производится формирование первого и последующих разностей соседних в группе значений возможных скоростей в формирователе разности значений возможных скоростей 6. Если она меньше заданной погрешности (например 1 м/с), то в вычислителе начальной скорости 7 производится определение среднего значения этих двух значений возможной скорости, которая принимается за начальную скорость снаряда. В противном случае процесс определения следующей разности значений возможных скоростей до тех пор пока она не станет меньше заданной погрешности и по которым будет определена начальная скорость. При этом с выхода формирователя разности значений возможной скоростей 6 сигнал с его выхода поступает на обнаружитель доплеровского сигнала 2 и устройство подготавливается для измерения начальной скорости следующего снаряда.

Результаты обработки данных экспериментального исследования по предложенному способу и описанным устройством приведены в таблице и на фиг. 3 и фиг. 4.

Реализация предлагаемого способа осуществлена на разработанных и изготовленных образцах. Проведенные натурные испытания показали их возможность измерять скорость снаряда с высокой точностью не хуже 0,1% 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 автоматически определять скорость каждого снаряда в очереди от орудий с большой скорострельностью.

Источники информации

1. Патент США №4030097.

2. Патент Российской Федерации №2250476.

3. Патент Российской Федерации №2348946 - прототип.

Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении начальной скорости снаряда. Способ измерения начальной скорости снаряда заключается в том, что производят обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрируют группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале. По группе предполагаемых значений путей формируют группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей. Отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности и за начальную скорость принимают среднее этих двух соседних значений возможных скоростей. Достигается повышение точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок из-за воздействия пороховых газов. 4 ил., 1 табл.

Способ измерения начальной скорости снаряда, включающий обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов в доплеровском эхо-сигнале и по группе предполагаемых значений путей формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что отсутствие действия пороховых газов определяют по величине разности между соседними значениями в группе возможных скоростей при ее снижении до заданной погрешности и за начальную скорость принимается среднее этих двух соседних значений возможных скоростей.