Устройство для определения дальности до грозовых разрядов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну и широкополо сньтй усилитель, а также блок вьщеления нулевых переходов и два триггера, отличающееся тем, что, с целью повьшения точное:ти измерения дальности до грозовых . разрядов, в него введены узкополосныйприемник , два инвертора, синхронизатор , элемент дифференцирования , два элемента И, третий инвертор ., два элемента ИЛИ, делитель частоты , первый и второй формирователи прямоугольного импульса, управляемый генератор импульсов и последовательно соединенные счетчик импульсов , дешифратор и цифровой индикатор , при этом выход широкополосного усилителя подключен к первому входу первого элемента ИЛИ непосредственно , а к второму - через . первый инвертор, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу синхронизатора , первьй и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам элемента дифференцирования и первого формирователя прямоугольного импульса, второйвход которого соединен с первым выходом синхронизатора, А выход подключен к первому входу первого триггера , выход которого через последовательно соединенные первый элемент - И и третий инвертор подключен к первым входам второго элемента .ИЛИ и второго формирователя прямоугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора , а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого через последователь (Л но соединенные второй инвертор и второй .элемент И подклточен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход электрической антенны подключен черезузкополосный приемник к входу блока выделения нулевых переходов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу первого триггера и первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента дифференцирования, а выход подключен к второму ВХОДУ первого элемента И, выход второго инвертора через управляемый генератор импульсов подключен к первому входу делителя частоты , второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента И,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l9) (331 (51)4 G Ol S 13/95

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3760520/24-09 (22) 31.05.84 (46) 07.11.85. Бюл. ¹ 41 (.71) Главная геофизическая обсер.ватория им. А.И.Воейкова (72) В.С.Снегуров (53) 621.397.96(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 673945, кл. G 01 $ 13/95, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 316048, кл. G. 01 S 13/95, 1960. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДАЛЬНОСТИ ДО ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну и широкополосный усилитель, а также блок выделения нулевых переходов и два триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения дальности до грозовых разрядов, в него введены узкополосный приемник, два инвертора, синхронизатор, элемент дифференцирования, два элемента И, третий инвертор, два элемента ИЛИ, делитель частоты, первый и второй формирователи прямоугольного импульса, управляемый генератор импульсов и последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор и цифровой индикатор, при этом выход широкополосного усилителя подключен к первому входу первого элемента ИЛИ непосредственно, а к второму — через первый инвертор, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам элемента дифференцирования и первого формирователя прямоугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к первому входу первого триггера, выход которого через последовательно соединенные первый элемент

И и третий инвертор подключен к первым входам второго элемента .ИЛИ и второго формирователя прямоугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные второй инвертор и второй, элемент И подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход электрической антенны подключен через узкополосный приемник к входу блока выделения нулевых переходов, первый и второй выходы которого подключе:ны соответственно к второму входу первого триггера и первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента дифференцирования, а выход подключен к второму входу первого элемента И, выход второго инвертора через управляемый генератор импульсов под— ключен к первому входу делителя частоты, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента И.

1190322

Устройство работает следующим образом.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к радиолокационной метеорологии, и может быть использовано в радиотехнических системах для определения расстояния до 5 источников электромагнитного излучения в сверхдлинноволновом диапазоне, в частности для определения дальности до грозовых разрядов.

Цель изобретения — повьппение точ- 1О ности измерения дальности до грозовых разрядов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — структурная электрическая схема синхрониза тора; на фиг. 3 — структурная электрическая схема элемента дифференцирования; на фиг. 4 — структурная электрическая схема первого формирователя прямоугольного импульсами на фиг. 5 — структурная электрическая схема блока выделения нулевых переходов; на фиг. 6 — зависимость фазы от расстояния. 25

Устройство содержит электрическую антенну 1, широкополосный усилитель 2, первый инвертор 3, эле мент 4 дифференцирования, синхронизатор 5, первый элемент ИЛИ 6,:пер- ЗО вый формирователь 7 прямоугольного импульса, первый триггер 8, первый элемент И 9, узкополосный приемник

1О, блок 11 выделения нулевых переходов, второй триггер 12, управляемый генератор 13 импульсов, второй формирователь 14 прямоугольного импульса, второй элемент ИЛИ 15, делитель 16 частоты, второй элемент

И 17, второй инвертор 18, счетчик

19 импульсов, дешифратор 20, цифровой индикатор 21 и третий инвертор

22, при этом синхронизатор 5 содержит инвертор 23, триггер 24 и управляемый генератор 25 импульсов,. а элемент 4 дифференцирования содержит дифференцирующую цепочку 26 и инвертор 27, Формирователь 7,прямоугольного ю пульса содержит триггер

28, счетчик 29 импульсов и управля- у емый генератор 30, а блок 11 выделения нулевых переходов содержит усилитель-ограничитель 31, дифференцирующую цепочку 32 и два инвертора 33 и 34. 55

Широкополосный сигнал с выхода электрической антенны 1 поступает на входы широкополосного усилителя

2 и узкополосного приемника 10. С выхода широкополосного усилителя 2 сигнал подается на вход первого инвертора 3 и на первый вход первого элемента ИЛИ 6. Независимо от полярности исходного широкополосного сигнала на выходе первого элемента

ИЛИ б формируется импульс, который поступает на вход синхронизатора 5.

Входной сигнал синхронизатора 5 инвертором 23 инвертируется и поступает на С-вход триггера 24. С выхода триггера 24 сигнал, соответствующий

Ф уровню логической единицы, поступа-. ет на вход управляемого генератора

25 импульсов. С выхода последнего сигнал поступает на Р-вход триггера 24 и устанавливает его в исходное состояние, При этом на обоих выходах формируются сигналы противоположной полярности (парафазный выход ),которые поступают на выходы синхронизатора 5. Сигнал логической единицы с второго выхода синхронизатора 5 подается на первый вход первого формирователя 7 прямоугольного импульса, а уровень логического нуля передается на входы элемента 4 дифференцирования, первого и второго формирователей 7 и 14 прямоугольного импульса, делителя 16 частоты и счетчика 19 импульсов.

Эттли уровнями синхронизируется работа перечисленных устройств.

Таким образом, на выходах синхронизатора 5 формируются импульсы, передний фронт которых жестко связан с передним фронтом.широкополосного сигнала на выходе широкополосного усилителя 2.

Для формирования узкополосного сигнала используется узкополосный приелник 10, вход которого подключен к выходу электрической антенны

1. С выхода узкополосного приемника 10 сигнал поступает на вход блока 11 выделения нулевых переходов, на выходе последнего формируются парафазные сигналы, которые поступают на соответствующие входы первого и второго триггеров. 8 и 12.

Передним фронтом импульса, жестко связанного с передним фронтом импульса широкополосного сигнала, с второго выхода синхронизатора 5 триг!

190322

rep 28 в первом формирователе 7 прямоугольного импульса (фиг. 4 ) устанавливается в состояние логической единицы. Этим уровнем дается разрешение на работу управляемому генератору 30, с выхода которого импульсы поступают на вход счетчика

29 импульсов, работу которого синхронизирует сигнал с выхода синхронизатора 5. . !0

При переполнении счетчика 29 импульсов на его выходе формируется сигнал, который поступает на Р -вход триггера 28 и устанавливает его в исходное состояние. С инверсного выхода триггера 28 импульс поступает на выход первого формирователя

7 прямоугольного импульса и далее на первый вход первого триггера 8.

Задним фронтом этого импульса лер- 20 вый триггер 8 опрокидывается и на его выходе устанавливается уровень логической единицы. Ближайший импульс, соответствующий нулевому переходу узкополосного сигнала с выхода блока 11 выделения нулевых переходов, устанавливает первый триггер 8 в исходное состояние. Таким образом на выходе первого триггера

8 формируется прямоугольный импульс 30 с длительностью, равной фазовому сдвигу между задним фронтом прямоугольного импульса на выходе первого формирователя 7 прямоугольного им, пульса и ближайшим импульсом нуле5 вого перехода на выходе блока Il выделения нулевых переходов.

Поскольку первый формирователь

7 прямоугольного импульса формирует сигнал с достаточно высокой ста- 40 бильностью и передний фронт этих импульсов жестко связан с передним фронтом синхронизирующего импульса с второго выхода синхронизатора 5, а последний формируется передним фронтом широкополосного сигнала излучения молний, принятого электрической антенной 1 и усиленного широкополосным усилителем 2, то можно считать, что измеряется фазовый 50 сдвиг между задержанным на интервал времени С,„д передним фронтом широкополосного сигнала и нулевым переходом узкополосного сигнала иа рабочей частоте приемника f. Вто- 55 рой триггер 12 контролирует сигнал на выходе блока ll выделения нулевых переходов. При отсутствии на первом входе импульсов второй триггер 12 остается в исходном состоянии, а на.его выходе сигнал соответствует уровню логического нуля. Этот уровень запрещает прохождение импульса с выхода первого триггера 8 через последовательно соединенные первый элемент И 9 и третий инвертор 22 на вход второго элемента

ИЛИ 15 и второй формирователь

l4 прямоугольного импульса. В другом случае, когда уровень узкополосного сигнала достаточен для обработки, то на выходе второго триггера 12 устанавливается уровень логической единицы и тем самым обеспечивается дальнейшая обработка импульса, соответствующего фаэовому сдвигу узкополосного сигнала относительно переднего фронта широкополосного сигнала.

В исходное состояние второй триггер 12 устанавливается коротким импульсом с выхода элемента 4 дифферейцирования, соответствующим заднему фронту синхроннзирующего импульса, т.е. после завершения полной обработки сигналов и индикации показаний (фиг. 3!. Передним фронтом импульса с выкода третьего ннвертора 22 включается второй формирователь 14 прямоугольного имлульса, на выходе которого фор мируется прямоугольный импульс длительностью, равной половине периода рабочей частоты узкополосного приемника 10. С выхода второго формирователя 14 прямоугольного импульса сигнал поступает на вход второго элемента ИЛИ 15, на первый вход которого поступает сигнал с выхода третьего инвертора 22, равный фазовому сдвигу ФE. На выходе второго элемента ИЛИ 15 формируется сигнал, равный разности между входными сигналами. С выхода второго элемента ИЛИ 15 сигнал через второй инвертор 18 поступает на первый вход второго элемента И 17 и на вход управляемого генератора

13 импульсов. При наличии управляющего сигнала с выхода второго инвертора !8 управляемый генератор !

3 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы. С выхода управляемого генератора 13 импульсов импульсы через делитель 16 частоты и второй элемент И 17 поступают на

1190322

50 счетчик 19 импульсов. Количество импульсов на счетчике 19 импульсов, с помощью дешифратора 20 выводится на цифровой индикатор 21.

Таким образом, на выходе первого триггера 8 формируется прямоугольный импульс, пропорциональный фазовому сдвигу Ф и равный где f — рабочая частота узкополос-. ного приемника, Гц;

t — время задержки переднего фронта широкополосного сигнала, равное длительности прямоугольного импульса на выходе первого формирователя 7 прямоугольного импульса;

t — время появления ближайшего н.п импульса нулевого перехода отклика фильтра узкополосного приемника 10, мкс, ф — фаза, рад.

Если отсчет времени вести от заднего фронта импульса на выходе первого формирователя 7 прямоугольного импульса, то фазовый сдвиг равен где 1+ — время между моментом устан.л ковки первого триггера 8 в состояние логической единицы и моментом прихода ближайшего импульса нулевого перехода, которым первый триггер

8 устанавливается в состояние логического нуля.

В рамках дипольной модели источника излучения фаза Ф электрической составляющей определяется соотношением: где u 2TРf

f — рабочая частота, Гц;

R — - расстояние, м;

С вЂ” скорость света, м/с.

Соотношение (3 ) можно преобразовать к виду где à — частота, кГц;

R — - расстояние, км, На фиг. б приведен график зависимости фазы от расстояния на частоте l кГц (кривая а ) и график зависимости ) - ф (кривая о ), вычисленные по формуле (4 ). График зависимости фазы от расстояния показывает, что фаза и пропорциональный ей временной сдвиг, равный длительности прямоугольного импульса на выходе первого триггера 8, по. мере увеличения расстояния уменьшается. График F показывает обратную зависимость, по мере увеличения расстояния фазовый сдвиг ф, а следовательно, и пропорциональный ему по длительности прямоугольный импульс, сформированный на выходе второго элемента ИЛИ 15, уменьшаются. Такое соотношение между длительностью прямоугольного импульса на выходе второго элемента ИЛИ 15 и расстоянием удобно для преобразования фазового (временного ) сдвига в расстояние, выраженное в км. Из графика б (фиг. 6 ) следует, что на удалениях 10-80 км фазовый сдвиг составляет 140 градусов или 390 мкс

Так как на этом участке шкалы зависимость фазового сдвига от расстояния близка к линейной, то на временной интервал в 390 мкс должно приходиться 80 импульсов, что соответствует интервалу расстояния в 80 км. Тогда на выходе делителя .16 частоты интервал следования импульсов должен составлять 4,9 мкс, .что соответствует частоте 200 кГц. При рабочей частоте генератора 1 мГц, коэффициент деления ранен 5. На удалениях более 80 км зависимость фазового сдвига от расстояния становится нелинейной и применение такой схемы преобразования временного интервала в расстояние нецелесообразно.

Предлагаемое устройство обладает более высокими точностными характеристиками.

j)90322

Фиг. f

1! 90322

Фе нкс ©», град

И а оо

_#_ 46 _#_ g0 100

Щиг. Е

Заказ 6976/49 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Е.Прозоровская

Редактор Н.Яцола Техред О.Неце Корректор Е. Сирохман