Способ радиолокаций метеорных ионизаций

 

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 когерентноимпульсной радиолокационной станции. Путем цифрового некогерентного многопериодного 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 S 13/95

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4425160/09 (22) 13.05,88 (46) 30.09,91., Бюл. ЬЬ 36 (71) Казанский государственный университет им. В,И,Ульянова-Ленина (72) Н.С.Андрианов и В.А.Ганин (53) 621.396.96 (088.8) (56) Фиалко Е.И. Некоторые проблемы радиолокации метеоров, Томск: Изд-во Томского университета; 1961, с. 122 — 123.

Кащеев Б.Л. и др. Метеорная автоматизированная радиолокационная система.—

Метеорные исследования, 1977, М 4. М.;

Сов. радио, с. 11-61. (54) СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИИ МЕТЕОРНЫХ ИОНИЗАЦИЙ (57) 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 когерентноимпульсной радиолокационной станции.

Путем цифрового некогерентного многопериодного накопления производят обнаружение полезного сигнала на фоне помех.

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, „„Я „„1681285 Al

Одновременно производят распознавание отражений от метеорных иониэаций 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 ионизаций на стадии их формирования высокоскоростнымии 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 иониэации; 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 ионизаций. 1 ил.

Цель изобретения — повышение вероятности обнаружения метеорных радиоэхо.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для реализации способа.

1681285

Методом наименьших квадратов для(и — 1) измеренных межпериодных значений

А р1 вычисляется коэффициент линейной регрессии В, определяющий тангенс угла

5 наклона прямой — фазовременной характеристики метеорного отражения:

BI =(п$щ+ С1$ы1)Сз, 10 где

2Чг

F1I1tl = t, Ro

Здесь n — количество периодов повторения зондирующих импульсов, по которым происходит распознавание метеорных ионизаций;

Т вЂ” период их повторения;

i — номер периода повторения.

Вычисленное по уравнениям (6) значеЗ0 ние В1, как это следует из соотношения (4), однозначно связано со скоростью метеорной частицы: (2) /

4ЖТ

Значение разности фаэ, взятых в момент времени tI и tI+1, отстоящих на период З5

Т друг от друга (7) Ct о (8) 40

Обозначив

4xVг Т

AI = — — д — то а

4 1ГЧмин 1 г

Ц мин -д

I (4) а максимальное

50 (5) ЛР— — В tI+AI. 4ЖЧмакс Т г

В)макс

Измеренные цифровым фазометром межпериодные значения разностей фаз отраженного от метеорных иониэаций сигна- 55 ла Лф 1 до момента пролета "зеркальной точки" должны располагаться в соответствии с уравнением (5) с разбросом относительно эталонной прямой, вызванным помехами.

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

Сущность способа заключается в следующем.

Мгновенная частота сигнала, отраженного от метеорного иониэированного следа . на участке траектории до пролета ближайшей к радиолокационной станции точки, изменяется во времени по закону где V — скорость движения метеорной частицы;

R0 — дальность до "зеркальной" точки;

А — излучаемая длина волны; т — время (t = 0 в момент пролета "зеркальной" точки).

Фаза электромагнитный колебаний у в момент пролета "зеркальной точки" =-хл.-— — — л-.— "*" () 4пЧ Т 4лЧ Т

4лЧ Т и BI = — д,—, получим уравнение прямой линии

h и

$Щ = > I PI C1 X IT

1=1 1=1 и

ss, g Ap,, сг — f I. (6)

i — 1 с = $n), сз = п Сг — С1 где дальность до "эЕркальной" точки траектории причем здесь С вЂ” скорость света, поэтому для радиоотражений от метеорных ионизаций минимальное измеренное значение где Чмин = 11 км/с и Нмакс = 72 км/с — известные максимальное и минимальное значения скорости метеорных частиц, Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

1681285

Принятый сигнал поступает на вход цифрового некогерентного обнаружителя и одновременно на вход цифрового фазометра 2, измеряющего по переходам сигнала через нулевой уровень фазовый сдвиг относительного опорного сигнала. Измерение происходит синхронно с импульсами, вырабатываемыми блоком синхронизации и следующими с периодом дискретизации сигнала tq. Измеренные фаэометром цифровые значения фазы сигналов ф1 поступают в ОЗУ 3 с произвольной выборкой информации, где их запоминают по адресам i и j, определяемым состоянием счетчика 5 дальности и счетчика 4 периода.

За период tg для фиксированного канала дальности J в арифметическом блоке 10 вычисляют значение BI в соответствии с соотношением (6) по считываемым из ОЗУ 3 значениям у, после чего вычисленное значение- В сравнивают в цифровом двух пороговом компараторе 6 со значениями

BJMHH и В1 с, считываемыми из ПЗУ 7 по адресу j, задаваемому счетчиком 5 дальности. При попадании BI в интервал от В1мин до В1м>«цифровой компаратор 6 вырабатывает на выходе сигнал распознавания по фазовременной характеристике сигнала, который подается на вход цифрового двухпорогового компаратора 8 совместно с сигналом обнаружения с выхода некогерентного обнаружителя 1. При одновременном наличии сигналов на выходах некогерентного обнаружителя 1, цифрового компаратора 6 на выходе цифрового двухпорогового компаратора 8 вырабатывается сигнал распознавания метеорной ионизации, по которому производят регистрацию оценки коэффициента линейной регрессии

BI и номера канала дальности j, однозначно связанного со значением дальности RoI соотношением (5), по которым при последующей обработке экспериментальных данных (возможно в реальном времени), легко вычислить скорость метеорной частицы, используя соотношение (7). Синхронизацию работы узлов схемы осуществляют последовательностью тактовых импульсов, поданной на входы счетчика 4 периода, счетчика

5 дальности и блока 9 синхронизации, который вырабатывает последовательность синхронизирующих сигналов для управления цифровым фазометром 2, ОЗУ 3 и цифровым компаратором 6.

В устройстве, работающем по предлагаемому способу при длительности зондирующих импульсов г = 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 (! = 1...16), значения фазы на вы5 ходе цифрового фазометра представлены 8разрядным двоичным кодом, объем памяти полупроводникового ОЗУ 3 составляет 2 кбайта, а ПЗУ 7 — 128 байт;

10 Формула изобретения

Способ радиолокации метеорных ионизаций, заключающийся в том, что излучают когервнтные прямоугольные радиоимпуль15 сы в метровом диапазоне длин волн, принимают отраженные радиосигналы той же. частоты, осуществляют временное стробирование в N временных каналах принятых радиосигналов, в каждом из N временных

20 каналов производят накопление принятых радиосигналов и измеряют их мощность, величину которой затем сравнивают с определенным пороговым уровнем, по его превышению определяют наличие отража25 ющих радиоволны объектов и производят распознавание метеорного радиоэха по дальности, периодичности и длительности, характерным для.метеорного радиоэха. о тВ личающийся тем,что,с целью повыше30 ния вероятности обнаружения метеорных радиоэхо, одновременно с накоплением принятых сигналов в каждом из N временных каналов дополнительно измеряют межпериодную разность фаэ Ар принятого

35 радиосигнала(где1= 1,2,...,n — номер принимаемого радиосигнала, j = 1,2...„N — но14ер временного канала), по полученным значениям h pI определяют коэффициент линейной регрессии Bj фазовременной

40 зависимости межпериодной разности фаэ

Ьф1 J-го канала, по формуле

В1 = (nS1II + С4551ДСз, 45 где

Sq)= Q

I =1

S5i) = g Лфц, l =1

С1 =, . IT, 1=1

1681285

2 — 1 -1

В)макс- 4 г Чмвкс Т А R), где мин =

= 11 км с; Чмакс = 72 км c ; 1- длина волны измеряемых радиоимпульсов; R — длительность до точки отражения bj-м временном канале, определяют наличие накопленного сигнала, превышающего пороговый уровень в j-м временном канале, и, по совпаданию обоих критериев осущест10 вляют распознавание метеорного радиоэха в J-м временном канале, при этом скорость метеорной частицы определяют по величине коэффициента линейной регрессии Bl no формуле

Сз

1 п С2 — С

Т вЂ” период повторения излучаемых радиоимпульсов, после чего проверяют попадание значения

Bj в интервал, характерный для метеорного радИОЭХа, От В)мин = 4 Чмин Т 3, R) 1 дО баа1июд ивы

r рюгасглрю уйаРМ

gcmpadсп ВЦ

Составитель А.Кочин

Редактор М,Веселовская Техред М.Моргентал

Корректор Т.Палий

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 3311 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5