Когерентно-импульсное устройство для измерения высоты морских волн

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (5))м (л 2 (22) Заявлено 030277 (21) 2450907/18-09 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет Опубликовано 1505.79 Бюллетень ¹18

Дата опубликования описания 1505,79

G 01 S 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621. 396. 967:

:621. 396.669.. 8 (088. 8) К.Л.Афанасьев, О.Н.Денисов, В.А.Мелитицкий, А.С.Сосунов и P,Н.Троилин (7.2) Авторы изобретения (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (54) КОГЕРЕНТНО-ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

В61СРТ61 МОРСКИХ ВОЛН

Изобретение относится к радиотех.нике и может использоваться для измерений высот морских волн с борта летательного аппарата при нормальном облучении морской поверхности.

Известно когеретно-импульсное устройство для измерения высоты морских волн, содержащее антенну, подклю- ченную через антенный коммутатор к импульсному передатчику и к усилителю высокой частоты, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, пребраэователь частоты, усилитель промежуточной частоты, блок выделения огибающей, квадратор огибающей, блок вычитания, второй вход которого соединен с вторым выходом квадратора огибающей через фильтр нижних частот, квадратор и второй фильтр нижних частот, второй выход импульсного пере- 2О датчика через последовательно соединенные блок задержки и генератор строба подключен к второму входу усилителя высокой частоты, и индикатор (1) .

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения.

Цель изобретения — уменьшение погрешностей измерения высот морских волн.

Для этого в когерентно-импульсное устройство для измерения высоты морских волн, содержащее антенну, подключенную через антенный коммутатор к импульсному передатчику и к усилителю высокой частоты, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, блок выделения огибающей, квадратор огибающей, блок вычитания, второй вход которого соединен с вторым выходом квадратора огибающей через фильтр нижних частот, квадратор и второй фильтр нижних частот, второй выход мпульсного передатчика через последовательно соединенные блок задержки и генератор строба подключен к второму входу усилителя высокой частоты, и индикатор, введены последовательно соединенные коге рентный гетеродин, фазовращатель, фазовый детектор выделения синусной квадратурной составляющей, блок выделения напряжения поправки, блок введения напряжения поправки и дополнительный квадратор, делительный блок и фазовый детектор выделения косинусной квадратурной составляющей, причем третий выход импульсного передатчика соединен с входом когеретного

66288 поторопила, второй выход которого подключен к первому входу фазового детектора выделения косинусной квадратурной составляющей, который включен между вторым выходом усили теля промежуточной частоты и вторы входом блока выделения напряжения поправни,третий выход усилителя промежуточной частоты подключен к второму входу фазового детектора выделения синусной квадратурной составляющей, выходы обоих фильт- 30 ров нижних частот подключены к входам делительного блока, выход которого подключен к второму входу, блока введения напряжения поправ ки выход дополнительного квадратора подключен к индикатору.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предложейного -устройства.

Когерентно-импульсное устройство содержит импульсный передатчик 1, антенный коммутатор 2, антенну 3, усилитель высокой частоты 4, генера-. тор строба 5, блок задержки 6, преобразователь частоты 7, усилитель промежуточной, частоты 8, блок выделения огибающей 9, квадратор 10 огибающей, фильтр нижних частот 11, блок вычитания 12, квадратор 13, второй фильтр нижних частот 14, делительный блок 15, блок введения напряжения поправки 16, когерентный гетеродин 17, фазовый детектор 18 выделения косинусной квадратурной составляющей, фазовращатель 19, фазовый детектор 20 выделения синусной квадратурной составляющей, блок

Выделения напряжения поправки 21, дополнительный квадратор 22 и индикатор 23.

Устройство работает следующим 40 образом.

Сформированные в импульсном пере- датчике 1 радиоимпульсы через антенный когжутатор 2 поступают в антенну

3 и излучаются. Отраженный от морской поверхности радиосигнал принимается антенной 3 и через антенный коммутатор 2 поступает на вход усилителя высокой частоты 4. Последний заперт постоянным смещением и открывается стробирующим импульсом, вырабатываемыМ генератором строба 5 и задержанным с помощью блока задержки 6 относительно переднего фронта зондирующего импульса на время, равное его длительности. Стробирование усилителя высокой частоты 4 исключает прохождение в приемный тракт зондирующего импульса, просачиваю- . щегося через антенный коммутатор 2 на вход усилителя высокой частоты 4..

После усиления в усилителе высокой частоты 4 и преобразования в преобразователе частоты 7 напряжение промежуточной частоты усиливается усилителем промежуточной частоты 65

8 4

8 и подается на блок выделения огибающей 9, а затем на квадратор 10, где напряжение огибающей возводится в квадрат. С выхс,ча квадратора 10 огибающей напряжение подается на два канала: канал выделения среднего значения квадрата огибающей и канал выделения среднеквадратического отклонения квадрата огибающей от ее среднеro значения.Вьщеление среднего значения квадрата огибающей производится с помощью фильтра нижних частот 11. В канале выделения среднеквадратического отклонения квадрата огибающей с помощью блока вычитания 12 производится вычитание из мгновенных значений квадрата огибающей ее среднего значения, выделяемого с помощью фильтра нижних частот 11, а затем с целью исключения операции извлечения квадратного корня из полученных значе-. ний флюктуаций квадрата огибающей возведение полученного напряжения в квадрат квадратором 13 и усреднение с помощью фильтра нижних частот 14. С выходов фильтров нижних частот 11 и 14 обоих каналов полученные напряжения подаются на входы делительного блока 15, на выходе ,которого получаем напряжение, пропорциональное возведенному в квадрат коэффициенту вариации квадрата огибающей принятого сигнала = (— ) где В - среднеквадратическое отклонение огибающей, ш — среднее значение огибающей, подаваемое затем на вход блока введения напряжения поправки

16. Напряжение, пропорциональное квадрату поправки +Ь у вырабатывает2 ся только в случае, если огибающая радиосигнала, отраженного от поверхности моря, подчинена распределению, отличному от закона Райса. С этой целью колебания когерентного гетеродина 17 синхронизируются по фазе зондирующим импульсом импульсного передатчика 1 на промежуточной частоте.

Когерентный гетеродин 17 запоминает фазу этих колебаний и начинает работать в автоколебательном режиме.

Синхронизированные по фазе колебания когерентнаго гетеродина 17 подаются на первый вход фазового детектора

18 выделения косинусной квадратурной составляющей и через фазовращатель

19, сдвигающий фазу колебаний когерентного гетеродина 17 на 90 г, на первый вход фазового детектора 20 вьщеления синусной квадратурной составляющей принятого сигнала. С приходом отраженного радиосигнала на вторые входы обоих фазовых детекторов 18 и 20 подаются радиоимпульсы с промежуточной частотой заполнейия с выхода усилителя промежуточной частоты 8. На выходах фазовых детекторов 18 и 20 получаем напряжения, соответствующие косинусной и синус662888 ной квадратурным составляющим принятого сигнала. С момента окончания действия отраженного радиоимпульса колебания когерентного гетеродина

17 срываются и возобновляются с началом излучения следующего зондирующего импульса. Синхронизация по фазе колебаний когерентного гетеродина

17 таким образом осуществляется каждым последующим радиоимпульсом импульсного передатчика 1. С выходов фазовых детекторов 18 и 20 напряже- 10 ния, соответствующие квадратурным составляющим принятого сигнала, подаются на блок выделения напряжения поправки 21, пропорционального поправке + Ь у . В случае, если)5 случайный процесс на входе устройства будет таким, что огибающая отраженного радиосигнала окажется распределенной по закону Райса, то напряже-. ние поправки на выходе блока выделения напряжения поправки 21 окажется равным нулю. В этом случае напряжение с выхода делительного блока 15 через, блок введения напряжения поправки 16 и квадратор 22 подается на индикатор 23 регистрации измеряемых значений высот морских волн. Так как градуировка индикатора 23 выполнена в соответствии с зависимостьюII>ð= (-"4Ъ) где Н3о - высота морской волны трехпроцентной обеспеченности; Л -длина облучающей волны, непосредственно в значениях высот морских волн и в предположении,что огибающая отраженного радиосигнала подчинена распределению Райса, то ошибки измерений, связанные с использованием числовых характеристик вероятностной модели, недостаточно полно описывающей расйределение огибающей,. в этом случае будут отсутствовать. Если случайный 40 процесс на входе устройства будет таким, что огибающая отраженного радиосигнала окажется подчиненной обобщенной вероятности модели,то ошибки измеренных значений высот морских волн 45 будут максимальными, если напряжение с выхода делительного блока 15 будет подано на индикатор 23 без учета напряжения поправки, вырабатываемого блоком выделения напряжения поправ,ки 21.

При одной и той же высоте морских волн значение коэффициента вариации квадрата огибающей может оказаться больше или меньше коэффициента вариа- 5 ции квадрата огибающей принятого сигнала, огибающая которого распределена по закону Райса, а также равным этоМу значению. В случае, если измеренная величина коэффициента вариации окажется большей, то большей окажется и величина напряжения на ныходе делительного блока 15. В этом случае на выходе блока выделения напряжения поправки 21 вырабатывается напряжение поправки, которое в блоке введения 65 напряжения поправки 16 вычитается из напряжения, снимаемого с выхода делительного блока 15. Скорректированное таким образом напряженИе будет пропорционально коэффициенту вариации)

К а погрешности измерений высот морских волн при этом исключаются. Если для одних и тех же значений высот морских волн измеренная величина коэффициента вариации окажется меньшей, чем значение коэффициента вариации огибающей принятого сигнала, огибающая которого распределена на закону Райса, то соответственно меньшей окажется и величина напряжения на выходе делительного блока 15. В этом случае на выходе блока выделения напряжения поправки 21 вырабатывается напряжение поправки, которое в блоке введения напряжения поправки 16 суммируется с напряжением, снимаемым с выхода делительного блока 15. Скорректированное напряжение и в этом случае окажется пропорциональным величине коэффициента вариации ",зр, которое через квадратор 22, включенный в схему устройства с целью исключения операции извлечения квадратного корНЯ ЗР= 4 гz - дyz подается на индикатор 23 регистрации измеряемых значений высот морских нолн.

Таким образом, погрешности определения высот морских волн по измеренным значениям коэффициента вариации квадрата огибающей отраженного радиосигнала, связанные с использованием при измерениях числовых характеристик вероятностей модели, недостаточно полно описывающей огибающую принятого сигнала, исключаются..Формула изобретения

Когерентно-импульсное устройство для измерения высоты морских волн, содержащее антенну, подключенную через антенный коммутатор к импульсному передатчику и к усилителю высокой частоты, последовательно соединенi ные усилитель высокой частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, блок выделения огибающей,.квадратор огибающей, блок вычитания, второй вход которого соединен с вторым выходом квадратора огибающей через фильтр нижних частот, квадратор и второй фильтр. нижних частот, второй ныход импульсного передатчика через последовательно соединенные блок задержки и генератор строба подключен к второму входу усилителя высокой частоты, и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерения высот морских волн, в него введены последовательно соединенные когерентный гетеродин, фазовращатель, фазовый детектор выделения синусной квадратурной составляю888

Составитель A. Меньшикова

Редактор К.Щадилова Техред С.Мигай Корректор Г.Назарова

Эакаэ 2696/49 Тираж 696 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент,, r.Óæropîä, ул, Проектная, 4

7 662 щей, блок выделения напряжения поправки, блок введения напряжения поправки и дополнительный квадратор, делительный блок и фазовый детектор выделения косинусной квадратурной составляющей,причем третий выход импульсного передатчика соединен с входом когерентного гетеродина, второй выход которого подключен к первому входу фазового детектора выделения косинусной квадратурной составляю- . щей, который включен между вторым !О выходом усилителя промежуточной час- тоты и вторым входом блока выделения напряжения поправки, третий выход усилителя промежуточной частоты подключей к второму входу фазового 18 ! детектора выделения синусной квадратурной составляющей, выходы обоих фильтров нижних частот подключены к входам делительного блока, выход которого подключен к второму входу блока введения напряжения поправки, выход дополнительного квадратора подключен к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. A.À.Ãàðíàêåðüÿí и др. К вопрогу измерения высоты морских волн радиолокационным методом. Сборник докладов Всесоюзного семинара Неконтактные методы измерения океанографических параметров, М., 1975.