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 вне ствола на расстоянии последействия, пока давление от пороховых газов не сравняется с 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 с общим началом в доплеровском эхо-сигнале, и по группе предполагаемых значений путей с общим началом формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что расстояние до общего начала группы предполагаемых путей и общего начала формирования группы длительностей участков производится после обнаружения и прохождения расстояния последействия, определяемое по количеству доплеровских импульсов, а за начальную скорость снаряда принимается значение в группе возможных скоростей, после которого в группе разностей между соседними значениями возможных скоростей превышает заданную погрешность.

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

В предлагаемом способе регистрация начинается заведомо после участка последействия, в отличие от прототипа, где начало регистрации находится на неизвестном расстоянии и определяется им. Если регистрация начинается сразу после вылета снаряда из ствола, то для сверхзвуковых скоростей регистрация включает участок последействия, где скорость неравномерна, с чем и связана ошибка измерения.

В предложенном способе необходимость использования ряда не требуется, в отличие от прототипа используется ряд групп предполагаемых путей, где 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 за начальную скорость принимается значение возможной скорости с максимальной длительностью после которой превышается необходимая погрешность измерения скорости, это позволяет снизить время регистрации и соответственно уменьшить влияние пассивных и активных помех или снизить энергетический потенциал доплеровского радиолокатора, а в прототипе предполагается, что значения возможных скоростей получены при хороших отношениях сигнал/шум.

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

Расстояние последействия, при котором оканчивается действие пороховых газов

где R₀ - расстояние от доплеровского радиолокатора до конца ствола фиг. 1, λ - длина волны радиолокатора, М - число доплеровских импульсов, после которого перестают действовать пороховые газы, соответствует общему началу формированию 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 t_i временных участков фиксируется моментом, при котором происходит изменение радиального расстояния от предыдущего на величину

где K - число доплеровских импульсов в приращении расстояний.

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

где H - 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 мощности отраженного сигнала и соответственно увеличение ошибки определения скорости, то при превышении величины δ_i больше заданного значения за скорость ν₀ снаряда принимается предыдущее значение 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, R₀ - расстояние от доплеровского радиолокатора до конца ствола, R_м - расстояние последействия, где перестают действовать пороховые газы.

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

1 - доплеровский радиолокатор;

2 - формирователь длительностей участков

3 - формирователь возможных значений скорости;

4 - анализатор достоверности значений скорости;

5 - запоминающее устройство предполагаемых путей;

6 - счетчик участков;

7 - счетчик доплеровских импульсов.

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

На фиг. 4 представлена зависимость разностей значений возможных скоростей.

Предложенный способ иллюстрируется устройством измерения начальной скорости снаряда, содержащее последовательно соединенные доплеровский радиолокатор, формирователь длительностей участков, формирователь возможных значений скорости, анализатор достоверности значений скорости, ко второму входу формирователя возможных значений скорости подключено запоминающее устройство предполагаемых путей, счетчик участков подсоединенный ко входу запоминающего устройства предполагаемых путей и второму входу анализатора достоверности значений скорости, первый выход которого является выходом устройства, счетчик доплеровских импульсов, включенный между вторым выходом доплеровского радиолокатора и вторым входом формирователя длительностей участков и первым входом счетчика участков, второй выход анализатора достоверности значений скорости соединен со вторым входом счетчика доплеровских импульсов, второй выход формирователя длительностей участков подключен ко второму входу счетчика участков.

Работа устройства с использованием предложенного способа происходит следующим образом. При вылете снаряда из ствола орудия на втором выходе доплеровского радиолокатора 1 появляются с выхода обнаружителя доплеровские импульсы, которые начинают поступать на счетчик доплеровских импульсов 7. При поступлении М (например М=35) доплеровских импульсов (соответствующих увеличению расстояния от доплеровского радиолокатора 1 до снаряда на ) счетчик доплеровских импульсов 7 запускает формирователь длительности участка 2 через его второй вход, на первый вход которого приходят доплеровские импульсы с первого выхода доплеровского радиолокатора 1 (импульсы с компаратора с нулевым порогом). Когда поступит K (например K=10) доплеровских импульсов, с первого выхода формирователя 2 длительность участка из K доплеровских импульсов t₁ поступает на формирователь возможных значений скорости 3. В это же время со второго его выхода поступает сигнал на второй вход счетчика участков 6 о завершении формирования длительности первого участка. В этом случае из запоминающего устройства предполагаемых путей 5 его первое значение поступает на второй вход формирователя возможного значения скорости, откуда данные о скорости поступают на первый вход анализатора достоверности значений скорости. С поступлением следующих K (=10) доплеровских импульсов с первого выхода доплеровского радиолокатора 1 на первый вход формирователя длительностей участков 2 данные о длительности второго участка опять соответственно поступают на первый вход формирователя возможных значений скорости 3, на второй вход которого приходят данные о втором предполагаемом пути из запоминающего устройства предполагаемых путей 5, на вход которого поступает через счетчик участков 6 сигнал о готовности данных о втором значении длительности второго участка со второго выхода формирователя длительностей участков 2. Полученные данные о второй скорости с формирователя возможных значений скорости поступают на первый вход анализатора достоверности значений скорости 4, также с выхода счетчика 6 сигнал о номере второго возможного значения скорости приходит на второй вход анализатора достоверности значений скорости 4, в котором определяется разность между предыдущим и поступившим значениями скорости. Если полученная разность больше установленной величины (например 1 м/с), то на втором выходе анализатора достоверности 4 появляется сигнал, который через счетчик доплеровских импульсов 7, приводит формирователь длительностей участков 2 и счетчик участков 6 в исходное состояние. Если полученная разность меньше установленной величины (например 1 м/с), то работа устройства по определению значений возможной скорости и разности между предыдущим и поступившим значениями скорости продолжается до тех пор пока разность между соседними значениями скорости не станет больше установленной величины (например 1 м/с), и на втором выходе анализатора достоверности 4 появится сигнал о приведении устройства в исходное состояние, а на его первом выходе появятся данные предыдущего значения возможной скорости, соответствующего скорости 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 формируют группы длительностей участков доплеровских импульсов с общим началом. По группе предполагаемых путей вычисляют группу возможных скоростей и группу разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей. Расстояние до общего начала группы предполагаемых путей и общего начала формирования группы длительностей участков производят после обнаружения через заданное число доплеровских импульсов, а за начальную скорость принимают значение в группе возможных скоростей, после которого в группе разность между соседними значениями возможных скоростей превышает заданную погрешность. Достигается повышение точности измерения скорости снаряда за счет снижения ошибок. 4 ил., 1 табл.

Способ измерения начальной скорости снаряда, включающий обнаружение доплеровского эхо-сигнала, регистрацию группы длительностей временных участков доплеровских импульсов с общим началом в доплеровском эхо-сигнале, и по группе предполагаемых значений путей с общим началом формирование группы возможных скоростей и группы разностей между соседними значениями в группе возможных скоростей, отличающийся тем, что расстояние до общего начала группы предполагаемых путей и общего начала формирования группы длительностей участков производится после обнаружения и прохождения расстояния последействия, определяемого по количеству доплеровских импульсов, а за начальную скорость снаряда принимается значение в группе возможных скоростей, после которого в группе разностей между соседними значениями возможных скоростей превышает заданную погрешность.