Способ радиолокаций метеорных ионизаций Советский патент 1991 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к радиолокации и связи и может быть использовано при изучении распределения метеорного вещества в солнечной системе, при исследовании ветровых процессов в верхней атмосфере Земли, в метеорной связи.

Цель изобретения - повышение вероятности обнаружения метеорных радиоэхо.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для реализации способа.

Устройство для реализации способа содержит некогерентный обнаружитель 1, цифровой фазометр 2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, счетчик 4 периода, счетчик 5 дальности, цифровой компаратор 6, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 7, цифровой двухпорого- вый компаратор 8, блок 9 синхронизации, арифметический блок 10.

Сущность способа заключается в следу- ющем.

Мгновенная частота сигнала, отраженного от метеорного ионизированного следа на участке траектории до пролета ближайшей к радиолокационной станции точки, изменяется во времени по закону

(D

где V - скорость движения метеорной частицы;

Ro - дальность до зеркальной точки;

А- излучаемая длина волны;

t - время (t 0 в момент пролета зеркальной точки).

Фаза электромагнитный колебаний р в момент пролета зеркальной точки

23rV2(t-t0 р

(2)

Методом наименьших квадратов для- (п - 1) измеренных межпериодных значений Aipij вычисляется коэффициент линейной регрессии Bj, определяющий тангенс угла наклона прямой - фазовременной характеристики метеорного отражения:

Bj (nSiij + CtS5ij)C3,

Sii Ј i Дрц Ci J Т,

- 4

I 1

Ssij Ј Дрц , С - i i

I 1

I 1

(6)

20

Ca &T)2, Сз

i 1

n C2 - C2

Здесь n - количество периодов повторения зондирующих импульсов, по которым происходит распознавание метеорных ионизации;

Т - период их повторения;

I - номер периода повторения.

Вычисленное по уравнениям (6) значе- ние Bj, как это следует из соотношения (4), однозначно связано со скоростью метеорной частицы:

Изобретение относится к радиолокации и связи и может быть применено при изучении распределения метеорного вещества в солнечной системе, при исследовании ветровых параметров в верхней атмосфере, в метеорной связи. Цель изобретения - повышение вероятности обнаружения метеорных радиоэхо. Для этого отраженный от ионизированного метеорного следа радиосигнал принимают приемником когерентно- импульсной радиолокационной станции. Путем цифрового некогерентного многопе- риодного накопления производят обнаружение полезного сигнала на фоне помех. Одновременно производят распознавание отражений от метеорных ионизации по характеру изменения межпериодных значений фазы сигнала во времени. Для этого вычисляют оценку коэффициента линейной регрессии для последовательности измеренных межпериодных разностей фаз для текущего значения дальности, применив метод наименьших квадратов. После чего проверяют попадание оценки коэффициента линейной регрессии в интервал значений, характерный только для метеорных ионизации на стадии их формирования высокоскоростными метеорными частицами. В случае одновременного обнаружения сигнала по амплитуде огибающей и соответствия измеренной межпериодной зависимости разностей фаз с эталонной метеорной зависимостью, принимают решение о распознавании метеорной ионизации, при этом регистрируют значения дальности и скорости метеорной частицы. Предлагаемый способ позволяет распознавать метеорные ионизации, отражения от которых не имеют характерных дифракционных колебаний амплитуды, повысить вероятность правильного распознавания слабых радиометеоров в шумах и помехах, измерить скорость и дальность метеорных ионизации. 1 ил. со с о 00 ю 00 ел

Значение разности фаз, взятых в момент времени ti и ti-и, отстоящих на период 35 Т друг от друга

АЛ 4л:У2Т, 4л:У2Т, м. АР -ГЯГ- 0 - 3)

Обозначив

Aj Bj

АКо

4 л: V2 Т ARo

to

(4)

получим уравнение прямой линии Apij Bjti +Aj.

(5)

Измеренные цифровым фазометром межпериодные значения разностей фаз отраженного от метеорных ионизации сигна- ла до момента пролета зеркальной точки должны располагаться в соответствии с уравнением (5) с разбросом относительно эталонной прямой, вызванным помехами.

/-уЖЖнГ

v 4яТ

(7)

где дальность до зеркальной точки траектории

Roj

- Cj tg

2

(8)

45

причем здесь С - скорость света, поэтому для радиоотражений от метеорных ионизации минимальное измеренное значение

Bj

МИН

4 яг уЈин Т A ROJ

50

а максимальное

BjMaKc -

4яУЈаКСТ TFЈj

ГДе VMHH 11 КМ/С И Умакс 72 КМ/С - ИЗВ6;

стные максимальное и минимальное значения скорости метеорных частиц,

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Принятый сигнал поступает на вход цифрового некогерентного обнаружителя и одновременно на вход цифрового фазометра 2, измеряющего по переходам сигнала через нулевой уровень фазовый сдвиг отно- сительного опорного сигнала. Измерение происходит синхронно с импульсами, вырабатываемыми блоком синхронизации и следующими с периодом дискретизации сигнала tg. Измеренные фазометром цифре- вые значения фазы сигналов yij поступают в ОЗУ 3 с произвольной выборкой информации, где их запоминают по адресам i и , определяемым состоянием счетчика 5 дальности и счетчика 4 периода.

За период tg для фиксированного канала дальности J в арифметическом блоке 10 вычисляют значение Bj в соответствии с соотношением (6) по считываемым из ОЗУ 3 значениям ,р , после чего вычисленное значение Bj сравнивают в цифровом двух- пороговом компараторе 6 со значениями BJMHH и В)макс, считываемыми из ПЗУ 7 по адресу J, задаваемому счетчиком 5 дальности. При попадании Bj в интервал от BJMHH до В)макс цифровой компаратор 6 вырабатывает на выходе сигнал распознавания по фазовременной характеристике сигнала, который подается на вход цифрового двух- порогового компаратора 8 совместно с сиг- налом обнаружения с выхода некогерентного обнаружителя 1. При одновременном наличии сигналов на выходах некогерентного обнаружителя 1, цифрового компаратора 6 на выходе цифрового двух- порогового компаратора 8 вырабатывается сигнал распознавания метеорной ионизации, по которому производят регистрацию оценки коэффициента линейной регрессии BJ и номера канала дальности J, однозначно связанного со значением дальности R0j соотношением (5), по которым при последующей обработке экспериментальных данных (возможно в реальном времени), легко вычислить скорость метеорной частицы, ис- пользуя соотношение (7). Синхронизацию работы узлов схемы осуществляют последовательностью тактовых импульсов, поданной на входы счетчика 4 периода, счетчика 5 дальности и блока 9 синхронизации, кото- рый вырабатывает последовательность синхронизирующих сигналов для управления цифровым фазометром 2, ОЗУ 3 и цифровым компаратором 6.

В устройстве, работающем по предлага- емому способу при длительности зондирующих импульсов т 100 мкс, периоде их повторения Т 2,5 мс, выбран период дискретизации амплитуды и фазы tg 19,5 мкс,

обнаружение и распознавание осуществляют в 128 каналах дальности (j 1...128) по 16-ти периодам повторения зондирующих импульсов (i 1...16), значения фазы на выходе цифрового фазометра представлены 8- разрядным двоичным кодом, объем памяти полупроводникового ОЗУ 3 составляет 2 кбайта, а ПЗУ 7-128 байт.

Формула изобретения

Способ радиолокации метеорных ионизации, заключающийся в том, что излучают когерентные прямоугольные радиоимпульсы в метровом диапазоне длин волн, принимают отраженные радиосигналы той же частоты, осуществляют временное строби- рование в N временных каналах принятых радиосигналов, в каждом из N временных каналов производят накопление принятых радиосигналов и измеряют их мощность, величину которой затем сравнивают с определенным пороговым уровнем, по его превышению определяют наличие отражающих радиоволны обьектов и производят распознавание метеорного радиоэха по дальности, периодичности и длительности, характерным для.метеорного радиоэха, о т- личающийся тем,что,с целью повышения вероятности обнаружения метеорных радиоэхо, одновременно с накоплением принятых сигналов в каждом из N временных каналов дополнительно измеряют меж- периодную разность фаз принятого радиосигнала (где i 1.2п - номер принимаемого радиосигнала, j 1,2N - номер

временного канала), по полученным значениям определяют коэффициент линейной регрессии В фазовременной зависимости межпериодной разности фаз Дэд J-ro канала, по формуле

Bj(nSllJ + C4S5lj)C3.

где

Stij

Ј

i 1

Ssij Ј ,

Ci 2 IT,

i 1

С2 &Т)2:

Сз

n C2 - d

С4 - ll;

Т - период повторения излучаемых радиоимпульсов,

после чего проверяют попадание значения Bj в интервал, характерный для метеорного

радиоэха, от 4я Умин2 Т Я 1 до

С 1

В

синтезатора когерен- тныхиастат

LJ.

М AZ /

10

Vf V2 О 5

ш

JT

Выходной сигнал распознавания

.,., л

-1

0

5

В макс-4Я Vwaxc Т Я 1 RJ , где VMHH 11 км- с ; VMSKC 72 км Я- длина волны измеряемых радиоимпульсов; RJ - длительность до точки отражения bj-м временном канале, определяют наличие накоп- ленного сигнала, превышающего пороговый уровень в j-м временном канале, и, по совпадению обоих критериев осуществляют распознавание метеорного радиоэха в J-м временном канале, при этом скорость метеорной частицы определяют по величине коэффициента линейной регрессии Bj по формуле

Vj2 - Я BjRj/я 4 Т.

Тактовые

и А

импульсы

А

7