Когерентно-импульсное устройство для измерения высоты морских волн Советский патент 1979 года по МПК G01S9/00 

гетеродина, второй выход которого полключен к первому входу фазового детектора выделения косинусной квадратурной составляющей, который йклкзчен между вторым выходом усилиТОЛЯ промежуточной частоты и ВТОРЬ 1 1 :Вх6дом блока выделения напряжения поправки , третий выход усилителя промежуточной частоты подключен к второму входу фазового детектора вВДеления синусной квадратурной сЪставляющей, выходы обоих фильтров нижних частот подключены к входам делительного блока, выход которого подключён к второму входу блока введения напряжения поправки, выход Дополнительного квадраfopa подключен к индикатору. На чертеже приведена структурная электрическая схема предложенного Устройства. Когерентно-импульсное устройство содержит импульсныйпередатчик 1, айтенный коммутатор 2, антенну 3, усилитё пь высокой частоты 4, генера тор строба 5, блок эадер жки б, преобразователь частоты 7, усилитель промежуточной, частоты 8, блок выделения Огибающей 9, кварфатор 10 оги бающей, фильтр нижних частот 11, блок вычитания 12, квалратор 13, второй фильтр нижних частот 14, делительяый блок 1Ь, блок введения напряжения поправки 16, когерентный гетеродин 17, фазовый детектор 18 наделения косинусной квадратурной составляющей, фазовращатель 19, фазовый детектор 20 выделения синусной квадратурной составляющей, блок выделения напряжения поправки 21, дополнительньзй квадратор 22 и инди катор 23. Устройство работает следующим образом. Сформированные в импульсном пер датчике 1 радиоимпульсы через анте ный коммутатор 2 поступают в антен 3 и изл учаются. Отраженный от морс кой поверхности радиосигнал принимается антенной.3и через антенный комваутатор 2 поступает на вход уси лителя высокой частоты 4. Последни заперт постоянным смещением и откр вается стробирующим импульсом, выр батываемым генератором строба 5 и задержанным с помощью блока задерж ки б относительно переднего фронта зондирующего импульса на время, ра ное его длительности. Стробировани усилителя высокой частоты 4 исключает прохождение в приемнь1й тракт зондирующего импульса, просачивающегося через антенный коммутатор 2 на вход усилителя высокой частоты После усиления в усилителевысокой частоты 4 и преббраэбвания в преобразователе частоты 7 напряжение промежуточной частоты усиливается усилителем промежуточной частоты 8 и подается на блок выделения огибающей 9, а затем на квадратор 10, где напряжение огибающей возводится в квадрат. С выхода квадратора 10 огибающей нaпpяжetшe подается на ва канала: канал выделения среднего значения квадрата огибающей и канал выделения среднеквадратическогр отклонения квадрата огибающей от ее среднего значения.Выделение среднего значенияквадрата огибающей производится с помощью фильтра нижних частот 11. В канале выделения средйеквадратического отклонения квадрата огибающей с помощью блока вычитания 12 производится вычитание, из мгновенных значений квадрата огибающей ее среднего значения, выделяемого с помощью фильтра нижних частот 11, а затем с целью исключения операции извлечения квадратного корня из полученных значег НИИ флюктуации квадрата огибающей возведение полученного напряжения в квадрат квадратором 13 и усреднение с помощью фильтра нижних частот 14. С выходов фильтров нижних частот 11 и 14 обоих каналов полученные напряжения подаются на входы делительного блока 15, навыходе -которого получаем напряжение, пропорциональное возведенному в квадрат коэффициентувариации квадрата огибающей принятого сигнала ( ), где (5g - среднеквадратическое отклонение огибающей, т - среднее значение огибающей, подаваемое затем на вход блока введения напряжения поправки 16. Напряжение, пропорциональное квадрату поправки вырабатывается только в случае, если огибающая радиосигнала, отраженного от поверхности моря, подчинена распределению, отличному от закона Раиса. С этой целью колебания когерентного гетеродина 17 синхронизируются по фазе зондирующим Импульсом импульсного передатчика 1 на промежуточной частоте. Когерентный гетеродин 17 запоминает фазу этих колебаний и начинает работать в автоколебательном режиме. Синхронизированные по фазе колебания когерентного гетеродина17 подаются йа первый вход фазовогЪ детектора 18 выделения косинусной квадратурной составляющей и через фазовращатель 19, сдвигающий t|ra3y колебаний когерентного гетеродина 17 на 90°, на . первый вход фазового детектора 20 ввделёния синусной квадратурной составляющей принятого сигнала. С приходом отраженного радиосигнала на вторые входы обоих фазовых детекторов 18 и 20 подаются радиоимпульсы с промежуточной частотой заполнения с выхода усилителя промезкуточной частоты 8. На выходах фазовых детекторов 18 и 20 получаем напряжения, соответствующие косинусной и синусной квадратурным составляющим принятого сигнала, С момента окончания действия отраженного радиоимпульса колебания когерентного гетеродина 17 срываются и возобновляются с началом излучения следующего зондирующего импульса. Синхронизация по фазе колебаний когерентного гетеродина 17 таким образом осуществляется каждым последующим радиоимпульсом импульсного передатчика 1. С выходов фазовых детекторов 18 и 20 напряжения, соответствующие квадратурным составляющим принятого сигнала, подаются на блок выделения напряжения поправки 21, пропорциональ ного поправке ± ду ..В случае, есл случайный процесс на входе устройства будет таким, что огибающая отраже ного радиосигнала окажется распределенной по закону Раиса, то напряжение поправки на выходе блока выделения напряжения поправки 21 окажется, равным нулю. В этом случае напряжение с выхода делительного блока 15 через, блок введения напряжения попра ки 16 и квадратор 22 подается на индикатор 23 регистрации измеряемых значений высот морских волн. Так как градуировка индикатора 23 выполнена в соответствии с зависимостью3(др (где Нзо/j- высота морской волны трехпроцентной обеспеченности; Л-длина облучающей волны, непосредственно в значениях высот морских волн ив предположении,что огибающая отраженного радиос игвала подчинена распределению Раиса, то ошибки измерений, связанные с использованием числовых характеристик вероятностной модели, недостаточно полно описывающей распр деление огибающей;, в этом случае будут отсутствовать. Если случайный процесс на входе устройства будет та ким, что огибающая отраженного радио сигнала окажете: подчиненной обобщен ной вероятности модели,то ошибки измеренных значений высот морских .волн будут максимальными, еслинапряжение с выхода делительного блока 15 будет подано на индикатор 23без учета напряжения поправки, вырабатываемого блоком выделения напряжения поправ. ки 21. При одной и той же высоте морских волнзначение коэффициента вариации квадрата огибающей может оказаться больше или меньше коэффициента вариации квадрата огибающей принятого сигнала, огибающая которого распределена по закону Раиса, а также равным этому значению, в случае, если измеренная величина коэффициента вариации окажется большей, то большей окажется и величина напряжения на выходе делительного блока 15. В этом случае на выходе блока выделения напряжения поправки 21 вырабатывается напряжение поправки, которое в блоке введения напряжения поправки 16 вычитается из напряжения, снимаемого с выхода делительного блока 15. CKOppeKTHpOBaftHoe таким образом напряжение будет пропорционально коэффициенту вариацииЗ р а погрешности измерений высот морских волн при этом исключаются. Если для одних и тех же значений высот морских волн измеренная величина коэффициента вариации oкaжeъcfI меньшей, чем значение коэффициента вариации огибающей принятого сигнала, огибающая которого распредел.ена иа закону Раиса, то соответственно меньшей окажется и величина напряжения на выходе делительного блока 15. В этом случае на выходе блока выделения напряжения поправки 21 вырабатывается напряжение поправки, которое в блоке введения напряжения поправки 16 суммируется с напряжением, снимаемым с выхода делительного блока 15. Скорректированное напряжение и в этом случае окажется пропорциональным величине коэффициента вариации Тер которое через квадратор 22, включенный в схему устройства с целью исключения операции извлечения квадратного корня go-Vjfl t u-J-l/ подается на индикато.р 23 регистрации измеряемых значений высот морских волн. Таки.м образом, погрешности определения высот морских волн по измеренным значениям коэффициента вариации квадрата огибающей отраженного раидиосигнала,связанные с использованием при измерениях числовых характеристик вероятностей модели,недостаточно полно описывающей огибающую принятого сигнала, исключаются. Формула изобретения Когерентно-импульсное устройстводля измерения высотыМорских волн, содержащее антён-ну, подключенную через антенный коммутатор к импульсному передатчику и к усилителю.высокой частоты, последовательно.соединенные усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, блок выделения огибающей,, квадратор огибающей, блок вычитания, второй вход которого соединен с вторым, выходом квадратора огибающей через фильтр нижних частот, квадратор и второй фильтр нижних часто, второй выход импульсного передатчика через последовательно соединенные блок задержки и генератор строба подключен к второму входу усилителя высокой ча.стоты, и индикатор, отличающееся ем, что, с целью уменьшений погрешностей измерения высот морских волн, него введены последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазоращатель, фазовый детектор выделеия синусной квадратурной составляющей, блок выделения напряжения поправки, блок введения напряжения поправки и дополнительный квадратор, делиЛ-ельный блок и фазовый детектор выделения косинусной квадратурной сотавляющей, причем третий выход импульного передатчика соединен с входом когерентного гетеродина, второй выход которого подключен к первому входу фазового детектора выделения косинусной квадратурной составляющей, который включен между вторым вых:Ьдбм усилителя прслчежуточной частоти и вторым входом блока выделения напряжения поправки, третий выход , усилителя промежуточной частоты подключ к второму входу фазового

8

детектора выделения синусной квадратурной составляющей, выходы обоих фильтров нижних частот подключены к входам делительного блока, выход которого подключен к второму входу блока введения напряжения поправки, выход дополнительного квадратора подключен к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. А.А.Гарнакерьян и др. К вопросу измерения высоты морских волн радиолокационным методом. Сборник докладов Всесоюзного семинара Неконтактные методы измерения океанографических параметров , М., 1975.