Устройство для однопунктового определения дальности до источника грозового разряда

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения расширение диапазона определяемых дальностей до источника грозового разряда. Устройство содержит антенну 1, усилитель 2, полосовой фильтр 3, линию задержки 4, пороговый блок 5, синхронизатор 6, N параллельных каналов обработки сигнала 7, блок выбора минимума 8, вычислитель дальности 9, регистратор 10. Цель достигается за счет обработки с учетом нескольких ионосферных лучей сигнала грозового разряда. 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения расширение диапазона определяемых дальностей до источника грозового разряда. Цель изобретения достигается за счет обработки с учетом нескольких ионосферных лучей сигнала грозового разряда. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 функциональная схема одного канала обработки сигнала; на фиг.3 геометрия распространения земного и ионосферных лучей сигнала грозового разряда; на фиг.4 графики теоретических зависимостей ожидаемых задержек τ_i(L)(i1,2), соответственно первого (кривые 1 и 2) и второго (кривые 3 и 4) ионосферных лучей по сравнению с земным лучом для дневных (кривые 1 и 3) и ночных (кривые 2 и 4) условий распространения; на фиг.5 зависимости ожидаемых отношений К амплитуд первого (кривые 1 и 2) и второго (кривые 3 и 4) ионосферных лучей к амплитуде земного луча для дневных (кривые 1 и 3) и ночных (кривые 2 и 4) условий распространения. Устройство содержит электрическую антенну 1, усилитель 2, полосовой фильтр 3, линию задержки 4, пороговый блок 5, синхронизатор 6, N каналов обработки сигнала 7, блок выбора минимума 8, вычислитель дальности 9, регистратор 10. Каждый канал обработки сигнала содержит сумматоры 12 и 22, ключи 13 и 23, квадраторы 14 и 24, линии задержки 16-18, 26-27, усилители 19-21, 29-31, интеграторы 15 и 25, делитель напряжений 32. Устройство работает следующим образом. Сигнал грозового разряда, принятый антенной 1 с круговой диаграммой направленности, поступает на усилитель 2 и затем на полосовой фильтр 3, в котором он фильтруется в полосе частот 5-20 кГц. Сигнал с выхода полосового фильтра поступает параллельно на линию задержки 4, где задерживается на время ≈50 мкс, равное половине ожидаемой длительности земного луча, и на пороговый блок 5. Сигнал с порогового блока 5 запускает синхронизатор 6, который вырабатывает на первом выходе импульс, замыкающий на время существования сигнала газового разряда ключи 13 и 23 в каналах обработки сигнала 7. На втором выходе синхронизатор 6 вырабатывает импульс, который запрещает обнуление интеграторов 15 и 25 и разрешает интегрирование на ожидаемое время существования сигнала грозового разряда. С выхода линии задержки 4 сигнал поступает параллельно на N блоков обработки сигнала, каждый из которых настроен на свою ожидаемую дальность L_i до источника грозового разряда. Сигналы с выходов N каналов обработки сигнала поступают на N входов блока выбора минимума 8, который определяет минимальный из N входных сигналов и, соответственно, номер канала, в котором наблюдается этот минимальный сигнал. Вычислитель дальности 9 в соответствии с номером канала вырабатывает оценку дальности до источника грозового разряда. В качестве оценки принимается дальность, на которую настроен канал обработки сигнала с минимальным сигналом на выходе. Оценка дальности поступает на регистратор 10. В каждом канале обработки принятый сигнал газового разряда поступает параллельно на две ветви обработки. В первой ветви сигнал поступает на первый вход сумматора 12, с его выхода полученный после суммирования сигнал поступает на ключ 13, открываемый на время существования сигнала грозового разряда, с выхода ключа сигнал поступает на квадратор и на М цепей обратной связи, каждая из которых соответствует одному из ионосферных лучей. Каждая цепь обратной связи содержит последовательно соединенные усилитель 19-21 с коэффициентами усиления K_ji и линию задержки 16-18 на время τji 2i где j 1-N номер канала обработки сигнала; i 1-М номер цепи обратной связи; М число учитываемых ионосферных лучей сигнала грозового разряда; L_i дальность до источника грозового разряда, на которую настроен j-й канал обработки сигнала; с 3˙10⁸ м/с скорость распространения электромагнитных волн R 6,37˙10^-6 м радиус Земли, _{h =} хйия эффективная высота нижней отражающей границы ионосферы. Коэффициенты усиления K_ji определяются расчетными отношениями K_ji амплитуды i-го ионосферного луча к амплитуде земного при распространении на расстояние L_j. Графики зависимостей τ_i(L_j) и K_i(L_j) приведены на фиг.4 и 5. Сигналы с линии задержки поступают на второй (М+1)-й входы сумматора. Во второй ветви сигнал обрабатывается аналогично, за исключением того, что коэффициенты усиления усилителей 29-31 имеют противоположные знаки, т.е. K_ji. Проинтегрированные сигналы с первой и второй ветвей обработки поступают на делитель напряжений, который вырабатывает отношение сигнала первой ветви к сигналу второй. Выходное напряжение делителя напряжений является выходным напряжением канала обработки сигнала и подается на один из входов блока выбора минимума 8 для анализа.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОПУНКТОВОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РАЗРЯДА, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, усилитель, полосовой фильтр и линию задержки, N параллельных каналов обработки сигнала, подключенных входами к линии задержки, блок выбора минимума, N входов которого соединены с соответствующими N выходами каналов обработки сигнала, вычислитель дальности, вход которого соединен с выходом блока выбора минимума, регистратор, соединенный входом с выходом вычислителя дальности, и пороговый блок, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, причем каждый канал обработки настроен на одну из фиксированных дальностей, лежащих в диапазоне определяемых дальностей, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых дальностей, в него введен синхронизатор, вход которого соединен с выходом порогового блока, а первый и второй выходы соответственно с первым и вторым управляющими входами N каналов обработки сигнала, а каждый канал обработки сигнала содержит делитель напряжений и две ветви обработки, каждая из которых содержит последовательно соединенные (М + 1)-входовой сумматор, ключ, квадратор и интегратор, а также М цепей обратной связи, каждая из которых содержит усилитель и линию задержки на время τ_ji, причем

где j (1 N) номер канала обработки сигнала;
i (1 M) номер цепи обратной связи;
M число учитываемых ионосферных лучей сигнала грозового разряда;
L_j дальность до источника грозового разряда, на которую настроен j-й канал обработки сигнала;
c 3 · 10⁸ м/с скорость распространения электромагнитных волн;
R 6,37 · 10⁶ м радиус Земли;
h 67 · 10³ м для дневных условий распространения;
h 87 · 10³ м для ночных условий распространения - эффективная высота нижней отражающей границы ионосферы,
входы цепей обратной связи подключены к выходу ключа, а выходы к второму (M + 1)-му входам сумматора, первые входы сумматоров первой и второй ветви объединены и являются информационным входом канала обработки сигнала, управляющие входы ключей первой и второй ветви объединены между собой и являются первым управляющим входом канала обработки сигнала, входы обнуления интеграторов двух ветвей объединены между собой и являются вторым управляющим входом канала обработки сигнала, выход интегратора первой ветви соединен с входом делимого делителя напряжений, а выход интегратора второй ветви с входом делителя напряжений, выход делителя напряжений является выходом канала обработки сигнала, причем коэффициенты усиления усилителей в цепях обратной связи первой и второй ветвей обратной связи имеют противоположные знаки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5