Рлс измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия

Авторы патента:

G01S13/58 - для определения скорости или траектории движения; для определения знака направления движения

Владельцы патента RU 2467349:

Семенов Виктор Леонидович (RU)

Изобретение относится к радиолокационной технике. Техническим результатом является повышение точности измерения начальной скорости снарядов. Поставленная цель достигается за счет переноса измеряемой базы на более близкое расстояние к срезу ствола орудия. РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, содержит приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно-спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно-спадающему закону, а выход - через фильтр разностных частот - к первому входу второго смесителя, а также последовательно соединенные широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени, вычислитель начальной скорости снаряда и генератор непрерывной частоты, а также триггер, второй генератор непрерывной частоты, аналоговый ключ, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - через триггер подключен к выходу формирователя импульса.

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано для измерения начальных скоростей снарядов.

В соответствии с теорией внешней баллистики определение начальной скорости снаряда производится следующим образом.

По линии, совпадающей с продольной осью ствола орудия, выбирают участок траектории (базу) фиксированной длины S, измеренной с высокой точностью. В начале D₁ и конце D₂ базы устанавливают датчики, реагирующие на пролет снаряда (раму-мишень, соленоид, фотоблокиратор и т.п.) Датчик, установленный в начале базы, располагается на расстоянии Do=D₁ от среза ствола орудия, которое также измеряется с высокой точностью. После выстрела с помощью прецизионного измерителя оценивают время tv пролета снарядом заданной базы и вычисляют на ней среднюю скорость снаряда по формуле:

Используя полученное Vcp, начальную скорость Vo снаряда вычисляют по формуле:

Vo=ΔV(D)+Vcp,

где ΔV(D)=10⁴id²x/2mΔD (V), снижение скорости снаряда при пролете им отрезка дальности от среза ствола орудия до середины базы (т.е. на отрезке длиной D=x=Do+S/2).

Здесь: i - коэффициент формы снаряда; d - калибр снаряда; m - масса снаряда;

m ΔD (V) - функция зависимости дальности от скорости снаряда, значения которой для закона Сиаччи находятся по специальным таблицам.

Запишем величину начальной скорости снаряда через зависимость снижения его линейной скорости от удаления от среза ствола орудия. Для чего определим значения линейных скоростей снаряда в начале и конце выбранной базы:

V_D1=Voi-ki D₁,

V_D2=Voi-ki D₂.

Тогда средняя скорость снаряда определится как:

Vcp=[2Voi-(ki D₁+ki D₂)]/2=Voi-0,5(ki D₁+ki D₂).

Откуда

Voi=0,5(ki D₁+ki D₂)+(D₂-D₁)/tv

или

Voi=0,5ki(2D₁+S)+S/tv.

Анализируя последнее выражение, можно утверждать, что начальная скорость Voi снаряда зависит от удаления D₁ базы S=D₂-D₁ от РЛС и от времени tv пролета ее снарядом.

Начиная с 70-х годов прошлого столетия, для определения начальной скорости боеприпаса стали применять простейшие доплеровские радиолокаторы, создавая на их основе артиллерийские баллистические станции (АБС), осуществляющие их наблюдение на траектории полета. Причем наблюдение начинают через задаваемое время после вылета снаряда из ствола орудия. Так, например, в изделии «Рампа» реализован способ экстраполяции, согласно которому предполагают известным вид «скоростной» траектории снаряда, а по дискретным значениям его текущей скорости определяют параметры этой «скоростной» траектории, необходимые для экстраполяции скорости снаряда от начала его радиолокационного наблюдения до момента вылета из ствола орудия [Патент RU, №2250476, 2002 г.].

При вылете снаряда из ствола орудия возникает ионизированное облако, экранирующее снаряд от радиолокатора АБС, которое, по утверждениям авторов патента, рассеивается, а движение снаряда становится более устойчивым только через примерно (0,05÷0,15) с. Поэтому в АБС устанавливается задержка начала формирования доплеровского эхо-сигнала снаряда, обработки этого сигнала и вычисления фактической начальной скорости снаряда, т.е. база S устанавливается на определенном удалении D₁ от АБС.

Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда с использованием способа определения моментов пролета снарядом начала и конца известного интервала расстояния [патент 2367975, RU, G01S 13/58], содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также последовательно соединенные генератор непрерывной частоты, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени и вычислитель начальной скорости снаряда, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а первый вход второго смесителя подключен к выходу фильтра разностных частот.

Из-за ионизированного облака, экранирующего снаряд от радиолокатора, в известной РЛС также базу S устанавливают на определенном удалении D₁ от нее.

Одним из основных требований, предъявляемых к измерителям начальной скорости снарядов, является обеспечение высокой точности определения скорости снаряда в момент его вылета из ствола орудия при минимальных массово-габаритных и стоимостных характеристиках изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения начальной скорости снаряда.

Поставленная цель достигается за счет переноса измеряемой базы на более близкое расстояние к срезу ствола орудия.

РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, выполнена в виде РЛС измерения начальной скорости снаряда по патенту №2367975, RU, G01S 13/58 с дополнительно введенными триггером, вторым генератором непрерывной частоты и аналоговым ключом. При этом выходы первого и второго генераторов непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового ключа, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - к выходу триггера, вход которого подключен к выходу формирователя импульса РЛС.

Проанализируем, в том числе на примерах работу РЛС измерения начальной скорости снаряда, устанавливаемую на ствол орудия.

Как уже отмечалось, при вылете снаряда из ствола орудия возникает ионизированное облако, экранирующее снаряд от радиолокатора, что приводит к необходимости устанавливать измерительную базу S на определенном удалении от РЛС и снижению точности измерения начальной скорости снаряда. Следует отметить, что при скоростях перемещения снарядов порядка 2000 м/с базу S из-за ионизированного облака, экранирующего снаряд, необходимо будет устанавливать на удалении от РЛС порядка 2000 м/с × (0,05÷0,15)c=(100÷300) м.

Рассмотрим, можно ли сделать РЛС измерения начальной скорости снаряда с минимально возможным удалением от нее базы S, для того чтобы повысить точность измерения начальной скорости снаряда. Для чего добавим в обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот РЛС измерения начальной скорости снаряда [патент №236775, RU, G01S 13/58] генератор непрерывного сигнала частотой, например, 500 кГц. При этом используемый (с частотой, например, 100 кГц) и вновь введенный генератор непрерывных частот к второму смесителю РЛС будем подключать через управляемый напряжением аналоговый ключ. А также пусть через приемно-передающую антенну РЛС в пространство излучают и принимают отраженные от удаляющегося от нее снаряда сигналы с, например, параметрами: fo=100 ГГц, Fm=50 кГц, dfm=200 мГц, удовлетворяющими, например, при расстоянии Do=1,5 м и Vo=150 м/с условию:

Do/Vo=fo/Fm dfm=1,5 м/150 (м/с)=100 ГГц/50 кГц 200 мГц = 0,01 с.

Тогда очевидно если при вылете снаряда из ствола орудия на второй смеситель РЛС будет поступать опорный сигнал частотой 100 кГц, то на выходе РЛС короткий импульс появится тогда, когда снаряд окажется на удалении в D_21,5=21,5 м от РЛС, т.е. когда на выходе СВЧ смесителя РЛС будет формироваться разностный сигнал частотой:

Fp_21,5-Ц=[(2D_21,5)Fm dfm/С]-(2V₂₀₀₀fo/С)=100 кГц -

- сигнал из отражений от снаряда, удаляющегося с радиальной скоростью 2000 м/с.

Первым коротким импульсом с выхода РЛС, например, триггер переводится в состояние с потенциалом на выходе, позволяющим через аналоговый ключ на второй смеситель пройти опорному сигналу частотой 500 кГц. При этом разностный сигнал частотой 100 кГц на выходе СВЧ смесителя РЛС перестанет формироваться, даже если, например, длинный снаряд еще полностью не пролетит точки пространства, отстоящей от антенны РЛС на 21,5 м. Так как эту точку пространства снаряд пролетит быстрее, чем ионизированное облако, и при этом произойдет смена опорной частоты на входе второго смесителя РЛС, то на выходе СВЧ смесителя РЛС разностного сигнала частотой 100 кГц от ионизированного облака сформировано не будет.

Второй короткий импульс на выходе РЛС появится тогда, когда снаряд окажется на удалении в D_24,5=24,5 м от РЛС, т.е. когда на выходе СВЧ смесителя РЛС будет формироваться разностный сигнал частотой:

Fp_24,5-Ц=[(2D_24,5)Fm dfm/С]-(2V₂₀₀₀ fo/С)=300 кГц.

Вторым коротким импульсом с выхода РЛС регистр сдвига переведется в состояние с потенциалом на выходе, позволяющим через аналоговый ключ на НЧ смеситель пройти опорному сигналу частотой 100 кГц. При этом разностный сигнал частотой 300 кГц на выходе СВЧ смесителя РЛС перестанет формироваться, даже если снаряд полностью не пролетит точки пространства, отстоящей от антенны РЛС на 24,5 м. То есть на выходе СВЧ смесителя РЛС разностного сигнала частотой 300 кГц от ионизированного облака сформировано также не будет.

Очевидно, как следует из вышесказанного, при предложенном методе измерения начальной скорости снаряда база S=(24,5-21,5)=3 м располагается на расстоянии 21,5 м от антенны РЛС. В известной же РЛС измерения начальной скорости снаряда базу S необходимо было бы устанавливать на удалении, как уже отмечалось, (100÷300) м от радиолокатора.

РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, содержащая приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высоко мощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также последовательно соединенные второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени, вычислитель начальной скорости снаряда и генератор непрерывной частоты, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а первый вход второго смесителя подключен к выходу фильтра разностных частот, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены триггер, второй генератор непрерывной частоты и аналоговый ключ, при этом выходы первого и второго генераторов непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового ключа, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, а вход управления - к выходу триггера, вход которого подключен к выходу формирователя импульса.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к обнаружению, определению местоположения и сопровождению малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта.

Способ определения скорости сверхзвукового низколетящего объекта по следу на морской поверхности при сближении для встречи с объектом // 2466424

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к определению скорости движения малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) со сверхзвуковой скоростью объекта в случае сближения морского подвижного носителя радиолокатора и объекта в «точку» встречи.

Способ сопровождения траектории цели // 2463622

Устройство радиолокационного контроля заполнения путей сортировочного парка // 2431865

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, в частности к устройствам радиолокационного сопровождения движущихся единиц (вагонов) по всей территории сортировочного парка от момента въезда до момента вытяжки сформированного состава из парка и определения положения всех транспортных единиц подвижного состава в реальном масштабе времени.

Способ измерения радиальной скорости воздушного объекта в режиме хаотичной поимпульсной перестройки несущей частоты при ограниченном количестве используемых частот // 2427003

Изобретение относится к области радиолокационных измерений. .

Способ обнаружения траектории объекта // 2427002

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при обнаружении траекторий объектов в обзорных радиолокационных станциях (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР).

Устройство для измерения траекторной скорости объекта // 2421752

Изобретение относится к средствам радиолокационного определения параметров движущихся объектов и может быть использовано при измерении его скорости. .

Способ определения скорости сверхзвукового низколетящего объекта по следу на морской поверхности при сближении для встречи с объектом // 2419108

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к определению скорости движения и сопровождению сверхзвукового малозаметного низколетящего над морской поверхностью (МП) объекта в случае сближения морского подвижного носителя радиолокатора и объекта в «точку» встречи.

Способ зеркальной радиолокации в рлс ни // 2414722

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в РЛС НИ для определения дальности с "разрешением" на основе линейно-частотной модуляции (ЛЧМ) излучаемых сигналов.

Доплеровский датчик приращений пути с устройством проверки // 2399068

Изобретение относится к области техники навигации наземных транспортных средств и представляет собой систему контроля исправности доплеровского датчика скорости (ДДС) или путевой системы (ПС) при его изготовлении, входном контроле, техобслуживании ЗИП-Г и эксплуатации.

Способ определения величины и направления перемещения контролируемого объекта // 2471202

Изобретение относится к измерительной технике

Рлс измерения мгновенной скорости пули // 2474843

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели // 2485542

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели // 2485543

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели // 2486542

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным методам определения скорости движущегося объекта, и может быть использовано в радиолокации, для прогнозирования положения движущейся цели или для селекции движущихся целей

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели // 2492504

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта, и может быть использовано в радиолокации для прогнозирования положения движущейся цели или селекции движущихся целей

Рлс измерения начальной скорости снаряда установленная на стволе орудия // 2501033

Изобретения относятся к радиолокационной технике. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения начальной скорости снарядов. Указанный результат достигается за счет переноса измеряемой базы на более близкое расстояние к срезу ствола орудия. РЛС измерения начальной скорости снаряда, установленная на стволе орудия, содержит приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, через элемент задержки подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно спадающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход, через фильтр разностных частот, к второму входу второго смесителя, а также первый генератор непрерывной частоты, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор, формирователь импульса, измеритель интервала времени, вычислитель начальной скорости снаряда и, при необходимости, второй генератор непрерывной частоты, аналоговый ключ и триггер.

Локатор для гибдд // 2501034

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании локаторов для государственной инспекции безопасности дорожного движения (ГИБДД). Заявлены четыре варианта локаторов для ГИБДД, выполненных определенным образом. Достигаемый технический результат изобретений - повышение вероятности правильного измерения скорости приближения автомобиля к радиолокационной станции (РЛС) и уменьшение массогабаритных и стоимостных характеристик локаторов для ГИБДД. Указанный результат достигается за счет реализации локаторов с использованием более низкочастотного сигнала, излучаемого РЛС, и проведения измерения скорости приближения автомобиля к РЛС на более коротком и заранее известном интервале расстояния. Локатор для ГИБДД содержит РЛС измерения начальной скорости снаряда, приемно-передающую антенну, которую устанавливают, при необходимости, на автомобиле ГИБДД и которая излучает непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону и имеет преобразователь скорости перемещения автомобиля ГИБДД, выходы которого, так же как и выходы вычислителя скорости РЛС, подключены, соответственно, к первым и вторым входам схемы вычитания. 4 н.п. ф-лы.

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели // 2506607

Изобретение относится к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта и может быть использовано в измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - возможность определения нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов. Для этого цель одновременно облучают с помощью двух разнесенных в пространстве антенн зондирующими сигналами двух различных частот, принимают отраженные целью сигналы, определяют разность частот принимаемых сигналов и по значению разности частот принимаемых сигналов определяют нерадиальную проекцию вектора скорости цели, при этом используют две дополнительные антенны для облучения цели двумя вспомогательными монохроматическими сигналами различающихся частот. Отраженные от цели вспомогательные сигналы принимают и по формуле определяют проекцию скорости цели на направление вектора D, определяемого по формуле где с - скорость света; f1 и f2 - частоты первого и второго зондирующих сигналов; f3 и f4 - частоты первого и второго вспомогательных сигналов; F1 и F2 - смещенные относительно f1 и f2 частоты первого и второго принимаемых сигналов; F3 и F4 - смещенные относительно f3 и f4 частоты принимаемых дополнительных монохроматических сигналов; и - единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответственно первой и второй передающих антенн; и - единичные векторы, направленные на цель из точек расположения соответствующих дополнительных передающих антенн; - единичный вектор, направленный на цель из точки расположения приемной антенны. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Обнаружитель-измеритель когерентно-импульсных сигналов // 2507536

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для обнаружения когерентно-импульсных периодических радиосигналов и измерения радиальной скорости объекта; может быть использовано в радиолокационных системах управления воздушным движением для обнаружения и измерения скорости летательных аппаратов. Обнаружитель-измеритель когерентно-импульсных сигналов содержит блок задержки, блок комплексного сопряжения, блок комплексного умножения, блок усреднения, блок вычисления фазы, умножитель, ключ, первый блок памяти, блок вычисления модуля, пороговый блок, второй блок памяти, синхрогенератор, дополнительный блок задержки, дополнительный блок комплексного сопряжения и дополнительный блок комплексного умножения, осуществляющие междупериодную обработку исходных отсчетов с целью обнаружения движущегося объекта и однозначного измерения его доплеровской (радиальной) скорости. Достигаемый технический результат -повышение эффективности обнаружения и точности измерения за счет меньшего числа функциональных преобразований при применении дополнительной обработки когерентно-импульсных сигналов. 10 ил.