Способ однопунктового определения дальности до источника грозового разряда

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых дальностей на область, где имеется наложение земного и ионосферного лучей, а также повышение точности измерения дальности. Сигнал грозового разряда, принятый антенной 1, сначала усиливается, затем фильтруется и поступает параллельно на линию 4 задержки, где задерживается на время, равное половине длительности земного луча, и на пороговый блок 5, который вырабатывает короткий импульс в момент первого превышения принятым сигналом установленного порогового уровня. Этот импульс потупает на управляющий вход вычислителя 6, который для всего заданного диапазона возможных дальностей вычисляет по ф-ле отношение Q. При вычислении учитывается как задержка ионосферного луча относительно земного, так и соотношение их амплитуд. Это увеличивает точность поределения дпльности. Далее вычислитель 6 определяет задержку и, соответственно, дальность, при которых обеспечивается минимальное значение величины Q, и выдает эту дальность на регистратор 7 в виде оценки дальности до источника грозового разряда. Особенностью данного способа определения дальности является измерение мгновенных значений принятого сигнала и определение величины задержки, соответствующей минимуму ф-ции Q. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехническим средствам измерения расстояния, в частности к системам для определения дальности, и может быть использовано для оперативного наблюдения за грозовой деятельностью на расстояниях 300-1500 км в метеорологии и в гражданской авиации для повышения безопасности полетов. Цель изобретения расширение диапазона измеряемых дальностей на область, где имеется наложение земного и ионосферного лучей, а также повышение точности измерения дальности. На фиг. 1 представлена схема распространения земного и ионосферного лучей; на фиг.2 приведены расчетные графики отношения амплитуд ионосферной и земной составляющих; на фиг.3 примерный вид функции K(L), обратной функции Q(L); на фиг.4 функциональная схема устройства, реализующего способ. Способ заключается в следующем. Принимают сигнал грозового разряда, представляющий собой совокупность земной и ионосферной составляющих сигнала. Прием ведут в полосе частот 5-20 кГц, содержащий основную энергию сигнала. Берут отсчеты мгновенных значений принятого сигнала. Далее для всего заданного диапазона возможных дальностей вычисляют задержки между двумя составляющими и отношение Q(τ) α(τ,-K)/ α(τ,K), (1) где α(τ,-K) [Z(t-iτ)·(-K)ⁱ]²dt К отношение амплитуды (с учетом знака) ионосферной составляющей к амплитуде земной составляющей, соответствующее задержке τ); Z мгновенные значения принятого сигнала; Т длительность принятого сигнала; М целая часть выражения (Т/(Т/ τ+1). Значение задержки τ, при котором достигается минимум величины Q, принимают за оценку задержки ионосферной составляющей относительно земной. Связь между дальностью L до источника разряда и задержкой τ ионосферной составляющей относительно земной получают из геометрического представления (фиг.1) как τ 2 -L где R 6370 км радиус Земли; с ≈ 3˙10⁵ км/ч скорость света; h эффективная высота отражения ионосферы, равная 67 км для дневных условий распространения сигналов и 87 км для ночных. График соотношения амплитуд К ионосферной и земной составляющих для средней частоты f 15 кГц спектра грозового сигнала приведен на фиг.2. Дальность, соответствующая полученной оценке задержки, принимают за оценку расстояния до источника грозового разряда. На фиг.3 приведен примерный вид функции K(L), обратной функции Q(L). Функциональная схема устройства, реализующего данный способ, приведена на фиг.4. Устройство содержит последовательно соединенные антенну 1, усилитель 2, полосовой фильтр 3, а также линию 4 задержки, пороговый блок 5, вычислитель 6 и регистратор 7. Входы линии 4 задержки и порогового блока 5 подключены к выходу полосового фильтра 3, выход линии задержки соединен с информационным входом вычислителя 6, а выход порогового блока 5 с его управляющим входом. Выход вычислителя подключен к входу регистратора 7. Устройство работает следующим образом. Сигнал грозового разряда, принятый электрической вертикальной антенной 1 с круговой диаграммой направленности, поступает на линейный усилитель (переменного тока) 2 с коэффициентом усиления 10-100 и затем фильтруется полосовым фильтром 3 в полосе частот 5-20 кГц. Сигнал с фильтра поступает параллельно на линию 4 задержки, где задерживается на 50 мкс время, равное половине длительности земного луча, и на пороговый блок 5 с пороговым уровнем 1-5 В, вырабатывающий на выходе короткий импульс в момент первого превышения принятым сигналом установленного порогового уровня. Управляющий импульс с порогового блока 5, поступающий на управляющий вход вычислителя 6, обеспечивает запуск работы вычислителя. Вычислитель 6 вычисляет отношение Q для всего заданного диапазона возможных дальностей по формуле (1). Как видно из (1), при вычислении учитывают как задержку ионосферного луча относительно земного, так и соотношение их амплитуд, что позволяет повысить точность определения дальности. Далее вычислитель 6 определяет задержку и, соответственно, дальность, при которых обеспечивается минимальное значение Q, и выдает эту дальность на регистратор 7 в качестве оценки дальности до источника грозового разряда.

Формула изобретения

СПОСОБ ОДНОПУНКТОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РАЗРЯДА, заключающийся в том, что принимают совокупность сигнала грозового разряда и того же сигнала, отраженного от ионосферы, определяют задержку между ее составляющими и по этой задержке вычисляют дальность до источника разряда, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых дальностей и повышения точности определения дальности, измеряют мгновенные значения принятого сигнала и определяют задержку как величину, соответствующую минимуму функции
Q(ε) = α(τ,-K)/α(τ,K) ,

τ задержка ионосферной составляющей относительно земной;
K расчетное отношение амплитуды ионосферной составляющей к амплитуде земной (с учетом знака), соответствующее заданной задержке t и соответственно дальности;
Z мгновенные значения принятого сигнала;
T длительность принятого сигнала;
M целая часть выражения T/τ+1

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4