Способ определения дальности до источника грозового разряда

 

Использование: пассивная радиолокация . Сущность изобретения: способ определения дальности источника грозового разряда включает прием сигнала атмосферика на магнитную и всенаправленную электрическую антенну на двух частотах. измерение отношений амплитуд огибающих сигналов, принятых каждой из антенн, и вычисление дальности по результатам измерений . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s )s G 01 S 13/95

ПАТЕНТУ ( ( ( (А ( (P

С л Ю 2 х

+ Q2 + 1

Г()СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

В ДОМСТЕО СССР (ОСПАТЕНТ СССР) 1)4950031/09

2) 28.06.91

6) 30.08,93. Бюл. ¹ 32

1) Институт радиотехники и электроники

СССР

2) B.А,Епанечников

3) Институт радиотехники и электроники

Н

6) Патент США ¹4672305, кл.601 $13/95, 87.

Изобретение относится к радиотехнич ским средствам местоопределения, в част ости к средствам однопунктовой д л ьнометрии источников электрома гнитн х сигналов, и может быть использовано д я измерения дальности до источников г озовых разрядов на близких расстояниях (т 5 до 70 км), в метеорологии для оперативн ro наблюдения и местоопределения гроз вых очагов и в гражданской авиации для и вышения безопасности полетов, Цель изобретения — повышение точнос и однопунктовой дальнометрии источник в грозовых разрядов за счет исключения в ияния на результат дальнометрии соотноения спектральных составляющих иэлуч нного электромагнитного сигнала г озорного разряда на выбранных частотах и тем использования для дальнометрии ами итуд как Н-составляющих, так и Е-составл ющих атмосферика на двух частотах.

Поставленная цель достигается тем, что и способу определения дальности до ист чника грозового разряда, включающему п ием магнитной составляющей электро Ж 1838799 АЗ (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ

ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РАЗРЯДА (57) Использование: пассивная радиолокация. Сущность изобретения: способ определения дальности источника грозового разряда включает прием сигнала атмосферика на магнитную и всенаправленную электрическую антенну на двух частотах, измерение отношений амплитуд огибающих сигналов, принятых каждой из антенн, и вычисление дальности по результатам измерений, 2 ил. магнитного сигнала от источника грозового разряда на двух частотах f1 и f2, f1 « f2, измерение отношения амплитуд он

= Ан2/Ан1 огибающих принятых сигналов с последующим вычислением дальности до источника грозового разряда. принимают электрическую составляющую электромаг- Б нитного сигнала на тех же частотах, измеряют отношение амплитуд це =Ае1 Aе огибающих принятых электрических состав- О ляющих, а вычисление дальности до источника грозового разряда производят по формуле где 0-qH . qE; С вЂ” скорость распространения электромагнитного сигнала.

Новым в предложенном способе, по сравнению с прототипом, является исполь1838799

30 йе

4ЛЕо 120йр (2zrf I х=—

С тора; тб = 1 кГц. ого Так как высота электрической антенны I выбирается порядка нескольких метров, нто зование для дальнометрии не только магнитного, но также электрического сигнала этмосферика, путем выделения узкополосных составляющих как магнитных, так и электрических сигналов на двух частотах, выделение огибающих указанных четырех узкополосных сигналов, деление величин огибающих магнитных сигналов один на другой, деление величин огибающих электрических сигналов один на другой, перемножение полученных при этом значений, на, основании полученного результата принятие решения о дальности до источника грозового разряда, На фиг.1 представлена зависи- 15 мость IQg — — Iog — от

AE Ан2

2Kf1 1

X = ïðè и - ЫГ1 - 100, тде f>. тт— соответственно средние частоты низкочастотного и высокочастотного фильтров;

АЕ1, AE2 — величины огибающих соответственно низкочастотного и высокочастотного электрических сигналов; Ан1, Ан2 — вели- 25 чины огибающих,.соответственно низкочастотного и высокочастотного магнитных сигналов.

На фиг. 2 представлена блок-схема однопунктового дальномера.

Предлагаемый способ включает следующую последовательность операций:

1. Принимают сигнал атмосферика нэ магнитную антенну и всенаправленную электрическую антенну, 35

2. Усиливают полученные сигналы в Широкой полосе частот.

3. Интегрируют сигнал в магнитном канале.

4. Сигнал с выхода интегратора подают 40 для обработки параллельно в первый и второй каналы.

5. Сигнал с выхода усилителя в электрическом канале подают для обработки аналогично, в третий и четвертый каналы. 45

6. В первом и третьих каналах производят усиление и узкополосную фильтрацию сигнала в высокочастотной части рабочего диапазона частот сигнала.

7. Во втором и четвертом каналах про- 50 изводят усиление и узкополосную фильтрацию сигнала в низкочастотной части рабочего диапазона частот сигнала.

8. На выходе каждого из четырех узкополосных фильтров выделяют огибающую 55 сигнала.

9. Делят величину огибающей высокочастотного магнитного сигнала на величину огибающей низкочастотного магнитн сигнала.

10. Делят величину огибающей низкочастотного электрического сигнала на величину огибающей высокочастотного электрического сигнала, 11. Перемножают сигналы, полученные в результате операций 9 и 10.

12. Полученное значение используют для расчета дальности до источника грозового разряда.

13. Сигнал с выхода электрической антенны после широкополосного усиления подают также параллельно в канал синхронизации, где при превышении входным электрическим сигналом установленного порогового уровня образуют сигнал, включающий подсветку индикатора дальности.

Сущность предлагаемого способа однопунктовой дальнометрии до источника грозового разряда основана на использовании зависимости соотношения огибающих узкопопоснь х электрического и магнитного сигналов как от дальности, так и от частоты.

Значения огибающих принятых электрического и магнитного сигналов вертикального дипольного источника получаем с использованием соотношений Ei и Н составляющих поля;

Он(к,p) кн к)ф — p(f)x 1+х

Ан где об -электрическая постоянная воздуха;

P(f)-дипольный момент излучателя, зависящий от частоты f;

E)E(f) — действующая высота электрической антенны на частоте f;

Ке(т) — коэффициент усиления усилителя электрического канала, включая выделение огибающей, 0H(f; р) — действующая высота магнитной антенны на частоте f с учетом диаграммы направленности;

KH(f)- коэффициент усиления магнитного канала, включая выделение огибающей:

fo

Р— — коэффициент передачи интеграf

1838799 где f>, fq — выбранные средние значения частот узкополосных фильтров, n = fz/ft > 1.

2af1L

С

5 При п» 1 зависимость 0(x) монотонная и однозначная при /2 /и < х < 1/ V2, откуда потенциальный динамический диапазон измерения дальности при использовании предложенного способа дальнометрии со10 ставляет n/2.

Выбирая и достаточно большим, получаем, что в правой части соотношения для

0 вторая дробь близка к 1 во всем рабочем диапазоне дальностей, откуда имеем:

0 (Х), (2)

1 Х2+ Х4 х «7+х

Значения f> и f2 выбирают такими, что20 бы обеспечить требуемый диапазон дальностей L = 5 — 70 км. Для определения fi

2 f1 1 макс выбирают значения Хмакс = соответствующее LMeKe = 70 км, равное мак25 симально допустимому значению Х в интервале однозначности О. Так как Х ма с=1/ 2, то получим fi—

С

0,5 хезf макс кГц, значение fz = nfl выбираем из условия максимальной допустимой относительной погрешности оценки дальности, равной 2 и достигаемой при Х = Хмии, соответствующем Ь и < = 5 км. При этом необходимо выполнение условия n XM» 5. Откуда

35 получаем:

8пг х

4 xr,, 12.0л

27, (50кГц, 5с

2К (мин

Х2 +Х4 ч(х) е =д . х «1 х ! 60л ,тде д — — -— .в — не зависит от L u f. Для определения дальности до электри;ческого вертикального дипольного источни ка, согласно изобретению, предлагается. образовать величину Q(x), не зависящую от действующих высот электрической и маг- .50

;нитной антенн и дипольного момента источника и равную,0(Х) — Ч Х

q пХ) ущественно меньше максимальной длиы волны в выбранном. диапазоне частот макс < 100 КГЦ, Х MvH > 3 КМ), тО ДЕйСтВУЮая высота электрической антенны практически не зависит от частоты и равна 1/2.

Так как диаграмма направленности

p(p) магнитной антенны практически не ависит от частоты f, э обычно выбираемая езонансная частота 1раа много больше макимальной частоты рабочего диапазона чатот (fpea > тмакс) и магнитная 8HTQHH8 существляет дифференцирование магнитого сигнала, то получаем:

Он(.p) =Он(р) а—

f де a — действующая высота магнитной антенны на частоте fo = 1 кГц.

При использовании в электрическом и агнитном каналах попарно одинаковых ильтров и блоков выделения огибающих олучаем кн(1) = m KE(f), где m — соотноение коэффициентов широкополосного усиления магнитного и электрического каналов, Откуда получаем:

AH(f) =а 3m х PLffX 1 + X т

При этом соотношение AE/Ан не зави,сит от дипол ьного момента излучателя P(f) и равно:

1 — х +X е .х f+ff х х f+X з — е х +е х,что соответствует n "— 100.

Нормированная зависимость Он = Q/n от Х при n = 100 иллюстрируется фиг,1, где для наглядности значение Q/и дано в логарифмическом масштабе.

Предлагаемый способ дальнометрии состоит в том, что принимают сигнал грозового разряда на горизонтальную магнитную антенну и всенаправленную электрическую антенну, усиливают каждый из принятых компонентов сигнала грозового разряда в широкой полосе частот, интегрируют сигнал в канале магнитной антенны, усиливают и фильтруют магнитный и электрический сигналы в высокочастотной и в низкочастотной частях спектра в узких полосах частот каждый, выделяют огибающие полученных четырех узкополосных сигналов, делят величину огибающей высокочастотного магнитного сигнала на величину огибающей низко1838799 частотного магнитного сигнала, делят величину огибающей низкочастотного электрического сигнала Hà величину огибающей высокочастотного электрического сигнала, умножают первое из полученных значений на второе и по полученной величине с использованием соотношения (1) определяют дальность до источника грозового разряда.

Устройство для осуществления предложенного способа однопунктовой дальнометрии (фиг.2) содержит магнитную антенну

1, электрическую антенну 2, широкополосные усилители 3, 4,.интегратор 5, узкополос ные усилители-фильтры верхних частот 6, 8, узкополосные усилители-фильтры нижних частот 7, 9, блоки выделения огибающих 1013, делители 14, 15, умножитель 16, решающий блок 17, индикатор дальности 18, пороговый блок 19, блок синхронизации 20.

Решающий блок осуществляет вычисление ЦО) по формуле (1).

Способ осуществляется следующим образом. Принимают широкополосный электромагнитный сигнал грозового разряда на вертикальную электрическую и горизонтальную магнитную антенны, усиливают их, интегрируют магнитный сигнал и выделяют по две узкополосные составляющие этих сигналов в диапазоне НЧ и СНЧ, выделяют огибающие соответствующих четырех узкополосных сигналов, делят огибающую НЧ электрического сигнала на огибающую СНЧ электрического сигнала, делят огибающую

СНЧ магнитного сигнала на огибающую НЧ магнитного сигнала, взаимно перемножают полученные при этом значения, получая на выходе умножителя.выходной сигнал О, используя зависимость указанных огибающих от дальности L до грозового разряда, в решающем блоке по сигналу 0 на его входе определяют дальность до грозового разря5 да по формуле (1).

Формула изобретения

Способ определения дальности до источника грозового разряда. включающий прием магнитной составляющем электро10 магнитного сигнала от источника грозового разряда на двух частотах f> и fg, f> « fg, измеAqz рение отношения амплитуд он - гибаН1 ющих принятых сигналов с последующим вычислением дальности до источника грозового разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения дальности, принимают электрическую составляющую электромагнитного

20 сигнала на тех же частотах, измеряют отАЕ1 ношение амплитуд qE огибающих

Аег принятых электрических составляющих, а

25 вычисление дальности до источника грозового разряда производят по формуле

С х

Ы 72

30 где G он цк;

35 С вЂ” скорость распространения электромагнитного сигнала.

1838799

Составитель 8,Епанечников.

Техред M.Моргентал Корректор И.Шлакова

Редактор

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

3 з 2925 Тираж аказ, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК СС осудар и ГК..Т СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушсйая наб., 4/5