Артиллерийский метеорологический комплекс

 

Использование: для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии. Артиллерийский метеорологический комплекс зондирования атмосферы содержит радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды. При этом параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой заданным соотношением. Радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с заданной частотой, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу. В электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством. Технический результат: уменьшение времени ветрового зондирования атмосферы при заданной точности определения скорости ветра с одновременным повышением надежности определения метеопараметров, получаемых с радиозонда.

Изобретение относится к артиллерийским метеорологическим комплексам, предназначенным для вооружения ракетно-артиллерийских соединений сухопутных войск, и может найти широкое применение для подготовки стрельбы наземной артиллерии.

Объект изобретения представляет собой артиллерийский метеорологический комплекс, предназначенный для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии.

В состав такого комплекса входят радиолокационная станция, электронно-вычислительная машина для расчета метеопараметров, технические средства автоматизации, запускаемые с земли, и радиозонды с измерительной и телеметрической аппаратурой, снабженные наполняемой водородной оболочкой. При подъеме радиозонда от земли до требуемой высоты радиолокатором фиксируются его текущие координаты, одновременно с радиозонда на землю передаются радиосигналы измерения температуры воздуха, давления, влажности и т.п.

Точность определения метеорологических условий атмосферы (метеопараметров) и быстрота их получения в процессе зондирования атмосферы существенно влияют на выполнение боевых задач, решаемых артиллерийскими подразделениями.

Полет артиллерийских снарядов проходит в широком диапазоне высот, который в части для снарядов реактивной артиллерии может достигать 0...20 км. Поэтому подъем радиозонда может занимать продолжительное время (до 2...3 часов).

Учитывая естественную изменчивость метеопараметров за такое время, процесс их определения в интересах точности и быстроты решения боевой задачи должен занимать минимальное время.

Поэтому при создании новых образцов артиллерийских метеорологических комплексов вопросу минимизации времени зондирования и повышению его точности уделяется главное внимание.

Так, известен артиллерийский метеокомплекс, обеспечивающий зондирование атмосферы (см. в книге Л.С. Савкина, Б.Д. Лебедева, Москва, Воениздат, 1974 г. , с. 132-140), принятый за аналог. Он содержит радиолокационную станцию, пункт управления и обработки результатов измерения метеопараметров, радиозонды. Для повышения точности определения ветра в данном комплексе радиозонд одновременно с радиолокатором сопровождают шаропилотным теодолитом, устанавливаемым в точке выпуска радиозонда. В то же время важнейшие технические характеристики функционально взаимосвязанных основных узлов и элементов комплекса не являются взаимозависимыми, а следовательно, оптимальными с точки зрения минимизации времени определения метеопараметров.

Общими признаками с предлагаемым авторами артиллерийским метеорологическим комплексом является наличие в составе комплекса-аналога радиолокационной станции, запускаемых радиозондов, технических средств автоматизации.

В то же время, для повышения эффективности зондирования атмосферы в метеорологических комплексах широко применяются электронно-вычислительные устройства и технические средства автоматизации, увязанные функционально в единую систему с радиолокационной станцией.

Поэтому наиболее близкой по технической сущности к достигаемому техническому эффекту к изобретению является радиолокационный метеорологический комплекс, описанный в книге А.Б.Рейфера, М.И.Алексеенко и др. "Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам", Ленинград, Гидрометиздат, 1971 г., с.283-285, принятый за прототип. Он содержит радиолокационную станцию и вычислительное устройство, увязанные функционально в единую систему, а также запускаемые радиозонды.

Комплекс, принятый за прототип, функционирует следующим образом. Осуществляется запуск радиозонда. Радиолокационная станция в автоматическом режиме осуществляет слежение за поднимающимся радиозондом с одновременным определением его текущих координат вычислительным устройством. По мере подъема радиозонда его измерительная аппаратура фиксирует текущие метеопараметры атмосферы, которые по радиокомандам передаются на наземное приемное устройство и затем в вычислительное устройство комплекса. Вычислительное устройство по полученной информации осуществляет определение скорости и направления ветра, температуры, давления и влажности в функции высоты.

Общими признаками с предлагаемым артиллерийским метеорологическим комплексом зондирования атмосферы является наличие в комплексе-прототипе радиолокационной станции вычислительного устройства и радиозонда.

В отличие от прототипа в предлагаемом артиллерийском метеорологическом комплексе параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением V_п = (0,9...1,0)σ_W/α, где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с; α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад; σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с, при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), , где К₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия где K₂ - опытный коэффициент, равный 1% м/с; П₁ - текущее значение метеопараметра; П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра,
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Задачей изобретения является создание артиллерийского метеорологического комплекса, обеспечивающего за счет рационального выбора его основных параметров и введения дополнительных технических устройств достижение минимального времени ветрового зондирования атмосферы при заданной точности определения скорости ветра с одновременным повышением надежности определения метеопараметров, получаемых с радиозонда.

Это достигается тем, что в артиллерийском метеорологическом комплексе, содержащем радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды, согласно изобретению параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с;
α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад;
σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с, при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), , где К₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия

где K₂ - опытный коэффициент, равный 1% м/с;
П₁ - текущее значение метеопараметра;
П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра,
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.

Предлагаемый комплекс функционирует следующим образом. После запуска радиозонда радиолокационная станция осуществляет прием его текущих координат и вводит их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу. Одновременно с этим радиолокационная станция осуществляет прием метеоданных с радиозонда и ввод их в вычислительное устройство по селекторному каналу через пороговое устройство и устройство экстраполяции. При превышении разницей между двумя последовательными значениями метеопараметра заданного критического значения текущее значение метеопараметра отбраковывается пороговым устройством и одновременно заменяется предыдущим значением посредством его экстраполяции с помощью устройства.

Выполнение комплекса согласно изобретению позволит:
- за счет выполнения соотношения между скоростью подъема радиозонда V_П (м/с) и шириной диаграммы направленности антенны радиолокационной станции α (гар) равным
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с,
обеспечить минимальное время ветрового зондирования атмосферы и тем самым повысить эффективность комплекса.

При V_П меньше 0.9 σ_W/α время зондирования возрастает, что приводит к старению получаемой информации и снижает эффективность комплекса. При V_П больше 1.0 σ_W/α резко возрастают ошибки радиолокационного определения текущих координат радиозонда, снижая эффективность комплекса;
- за счет приема координат радиозонда по мультиплексному каналу с частотой
φ = K₁×(V_п/α),
где K₁ - опытный коэффициент, равный (0.1...0.12) Гц/м/с, обеспечить максимальное значение частоты приема при установленных значениях скорости подъема радиозонда V_П и ширины диаграммы направленности антенны радиолокационной станции α. При частоте приема φ, меньшей, чем 0.1V_п/α ухудшается точность определения скорости ветра из-за низкой эффективности сглаживания получаемых координат радиозонда. При частоте приема φ, большей, чем 0.12 V_п/α, возникает риск "подчеркивания" случайных радиолокационных ошибок измерения координат радиозонда, что при их дифференцировании отрицательно влияет на точность определения скорости ветра;
- за счет приема метеоданных с радиозонда по селекторному каналу через пороговое устройство и устройство экстраполяции обеспечить для каждого из регистрируемых метеопараметров - абонентов отбраковку аномальных значении, т. е. измеренных с погрешностью, превышающую уровень определяемый скоростью подъема радиозонда K₂V_П, с последующей экстраполяцией текущего значения метеопараметра по предыдущему его значению, и тем самым, повысить точность определения метеопараметров.

Указанный положительный эффект подтвержден результатами натурных испытаний опытного образца артиллерийского метеорологического комплекса, запланировано его серийное производство.

Формула изобретения

Артиллерийский метеорологический комплекс зондирования атмосферы, включающий радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета метеоданных и радиозонды, отличающийся тем, что в нем параметры радиолокационной станции и радиозонда связаны между собой соотношением
V_п = (0,9...1,0)σ_W/α,
где V_п - скорость вертикального подъема радиозонда, м/с;
α - ширина диаграммы направленности антенны радиолокационной станции, рад;
σ_W - среднеквадратическая ошибка определения скорости ветра, м/с,
при этом радиолокационная станция и вычислительное устройство взаимно связаны между собой электрически, с возможностью получения координат радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по мультиплексному каналу с частотой φ = K₁(V_п/α), где К₁ - опытный коэффициент, равный 0,1-0,12 Гц/м/с, а также приема метеоданных с радиозонда и ввода их в вычислительное устройство по селекторному каналу, причем в электрическую цепь селекторного канала дополнительно включены пороговое устройство, срабатывающее при выполнении условия

где К₂ - опытный коэффициент, равный 1%/м/с;
П_i - текущее значение метеопараметра;
П_i-1 - предыдущее значение метеопараметра;
и устройство экстраполяции текущего значения метеопараметра, срабатывающее одновременно с пороговым устройством.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 21-2004

Извещение опубликовано: 27.07.2004        

---