Однопунктная система местоопределения гроз в ближней зоне

 

: - км гзС г .! и з!

О и И-С -X- М-"-И- Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

oi)720384

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030278 (21) 2575838/18-09 (51)М. Кл.2

G 01 S 5/16 с присоединением заявки ¹

Государственный комнтет

СССР ло делам нзобретеннй н открытнй (23} Приоритет

Опубликовано 050380 Бюллетень № 9 (53) УДК621, 396 ° .96 (088.8) Дата опубликования описания 05.03.80 (72) Авторы изобретения

Н.A. Файзулин, Б,В. Семагин, Н.И, Крохин и А.В. Панюков (71) Заявитель (54) ОДНОПУНКТНАЯ СИСТЕМА МЕСТООПРЕцЕЛЕНИЯ

ГРОЗ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ

Изобретение относится к радиона-! вигации и может использоваться для определения местоположения источника грозовых разрядов иэ одной точки наблюдения.

Известна однопунктная система местоопределения гроз в ближней зоне, содержашая антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами, подключенными к пеленгатору и синхрониэатору, выход которого соединен с соответствующим входом пеленгатора и индикатора (1), Однако известная система имеет 15 недостаточную точность.

Бель изобретения — повышение точности местоопределения гроз, Лля этого в однопунктную систему местоопределения гроз в ближней зоне,20 содержащую антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами, подключенными к пеленгатору и синхронизатору, выход которого соединен с соответствуюшим входом пеленгатора и индикатора, введены решаюший блок и блок коррекции пеленга, причем выходы решаюшего блока подключены ко входам индикатора и блока коррекции 30 пеленга, два других входа которого соединены с выходами пеленгатора и синхронизатора, один из выходов которого подключен ко входу решаюшего блока; выход блока коррекции пеленга подключен к соответствуюшему входу индикатора, антенная система подключена к решающему блоку.

На Фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенной системы, на Фиг. 2 — диаграмма, поясняюшая ее работу.

Система содержит антенную систему с электрической 1 и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами 2 и 3, решающий блок 4,пеленгатор 5, синхронизатор 6, блок 7 коррекции пеленга и индикатор 8.

Система работает следуюшим образом.

На фиг, 2 показаны пространственное положение излучателя в точке И и положение горизонтальных составляющих магнитного поля ЙЕ, Йо и вертикальной составляюшей электрического поля Е в точке наблюдения П . B качестве исходной выбрана прямоугольная система координат XYK с центром О. Источник разряда характеризуется дипольным моментом Р, наклоненным под углом. Ge

I к оск 2 и, следовательно, имеюшим вертикальную Р и горизонтальную Рг составляюшие, Ориентация горизонтальной составляющей Р,. хаг>актериИсточни ряда находится на высоте h над плоскостью XOY и на расстоянии R от точки наблюдения П . Точка наблюдения П расположеиа В ПЛОсКОсти

XQY. Пеленг источника разряда относительно точки чаблидения П характеризуется углом 8. Вертикальная сОставлЯюшаЯ Рь источника РазРЯДBI возбуждает в точке наблюдения П вертикальную составляющую Е элек=трическОГО пОля и ГоркэОнтальную составляющую Нэ магнитнОГО поля которые описываютсл выражениями: Я (}=ф- соэ оь6,1Р (<)

P(1)3 „.1 ;

):я

Н ({}=,." C SV соэ8 Р{-;;)- Р (.).((2)

В" 2Й горизонталь;BH составляюшая Р-, и!"точякка разряда возбуждает в хочке наблюдения П соответственно

Pl

E„. и йр, которые опись-:.ются ьыраже кя.-.1к:

E (C,.-. — ео," ЬПЧ -,,:«if P Я" АР{С)-ЖР{)КМ

Н ®= — — ООь" Ы,м Рг д )Р((>МР{ }) {4)

Р 1 о : огде Р(() .- дкпольный момент источника; Ф -- С/R, "К вЂ” коэффкцкен z 35 пропорциональности; С вЂ” скорость света," С, — диэлектри- еская проницаемость. ь у г

Составляюшке Е и с; — направлены вдоль осн ь, а сосхавляишие

Йд и HII в прос ранстве ортогональнй, как показано на фиг„2. Суммарная составляюшая вертикального электрического поля в точке -.àáJIIoëåíHH имеет зид:

r K

F. Ж)=Е, E = — Соь2V ;e„«+1.)(P g

Й ЯЯ - - ю е о

{+5 х <+ Л +"t ),I,P Ю() Здесь =сонг р. .

Тогда составляюшке H и Н мож9 но записать в следуишем виде . 55 {, 4=2 - ОьЧсоьд 1.РH) d Р()) (6)

211 о @@0 0%+ @ ÐÐ )

КС

69 рамо нымк антеннами 2 и 3, Ориенткрованнымк на север к запад. Рамочная антенна 2, ориентированная на север вдоль оси Х, принимает составляюшие Н и Н, являюшкеся проекциями

Йв и Й,р на ось Х. Эхи составляющие равны соответственно1

Н,(4)=H {с) SIIIBi) Н Ю"-{ {р(+)СОИ ХН {f)qOSB (®

Тогда суммарная составляюшая в антенне 2 (}=Я -q Н (g(Size-ЛСОФ) (9) :-Кэ"" 1 2 8

Рамочная антенна 3, Ориентированная на запад вдоль оси Y принимает составляишк- Н и Н, являюшиеся проек=,кямк Нв и Й>, на ось Y. Эти составляюш å равны соответственно

1Р"-".,((,) еоэ8; )-(А)" НРЮ& в=лН (вэиа ({О) огда суммаоиая cocòàâëÿþøàH в антен:1е

I,,Þ= H-, (.,=)4,({)(cas8 М8 (Н)

Оценка пеленга 8 источника разряда

Оп e :Iå.Hяехся по соотношению Н /Н г{з (9) и (11) .получим л э1п8 Н (1) 91п6 il.co58.4- 8= — = - ж: — 4n e H (Ф) eosB+> >in&

3-Ц

Выражение (1„2) показывает, что Оценка пеленга 8 является функцией двух .":-:еремечных — действительного пеленга 6 и параметра пространственной ориентацк" источника излучения Л. Для вертикального диполя величина >{ равна нули, и поэ:ому б =О. Если же источник имеет горизонтальную составляишуи, то >1 = - О,к появляются так называемые ноляризационные погрешности пеленгованкя, которые могут достигать эч, IIòåJII НО1 величины (до

20-30 ), Б соответствии с (12) эти погрешности можно исключить, решая (1.2) относительно л л

ЬмЬ Бюд МСОЭЭ ссе8 соьФ=м1п

Таким образом, определяя с помощью пеленгатора 5 с рамочными магнитными антеннами 2 и 3 величину 4 к экая величину,,можно исключить погрешпеленгования, Обусловленные каклоном ис-очника разряда

Рассмотрим далее составляюши . ({-) На (с), F> (t) „определяемые выражениями (5), (6) и (7) . Их можно записать в следунлаем виде:

АРФ=Я Н Ю Л) Рассмотрим составляющие поля, пркнкмаемые взаимно перпендикулярными г (g)C{jpg)I. .(p(g)sIIIg1p(-I)> (1(.) К { }„$PP"(()ñ., P(1)> ({5) 720384

Образуем Функционал

3= f fx,Е (4)+x>E й,) х Н () х Н (() Н (О1 Ы Q2), 30

Как следует иэ (21), S 0 только при п1- — в- (15) (x„) 3 получим. Ф

Таким образом, предлагаемая система позволяет определить координаты источника грозовых разрядов, причем .исключаются погрешности определения пеленга, обусловленные произвольной пространственной ориентацией источ60

Н ()=лЬ Р"(а) *Р (М1,((И

P где +Зл, KC

a= cos tcos8(+a) = - Ь=- соьЧсоь8 .

2л . О E+ л о Отметим, что Не(1) и Н,(1) отличаются только амплитуднйм множителем Я, изменяясь идентично Во времени. Рассмотрим составляющие (14) и (l5), B терминах преобоазования

Лапласа можно записать . Е,(а)= Р(Р) ГР" Р 4Р) (47) Н,(Р)=Ь Р(Р)(РМ 4.Р1 C S)

Здесь р-оператор Лапласа.

Отсюда

E,(Ð) Ы Р1оАР)=Нв(Р) а Г Р мзмР еАЧ .(49)

Во временной области получим

Щ 8) а (Ц)-а(Н Ю,Н (Ц РН (Ц) (20)

Отсюда

Ъ „Ь е(И а(М" z® „, х)4е®, Нв® Ю

Ь Ь о»; о,, о — х =-„—,- х =-„- . х,=—

Учитывая, что подинтегоальное выражение (22) всегда положительно, получим 3,, =в Иэ (22) запишем условия 3м;.ю — =О, -=О; — =О =О (25)

И, 3 . B3 а3 40 я „ dg Bx xaxE.

Полученную систему упоавлений (23) можно записать в виде: 45

АХ = В. (24) Решая уравнение (24) относительно х1, х, х, х„, получим соответственно значения х, ; x ; хэ, х,,;

Параметр х „ поопооционален дальности, так как Д = /g . Величина m определяется из соотношения

Учитывая что rn ", I

Отметим, что значения x ; x „не изменяются, если Нв(t) в (20) подста- 65 вить He„, (t) или Н„. 4 (t): изменяются только значения х и х

Таким образом, регистрируя в точке приема горизонтальную магнитную составляющую поля с помощью рамочных магнитных антенн 2 и 3 и вертикальную электрическую составляющую поля с помощью электрической штырьевой антенны 1, образуя из зарегистрированных составляющих систему уравнений (24), можно путем решения образованной системы уравнений определить параметры, характеризующие дальность R, и параметр пространственной ориентации 1 источника разряда. Определив параметр можно в соответствии с (13) скорректировать показания пеленгатора 5 с целью исключения поляриэацио ных ошибок измерения пеленга.

Таким образом, злект омагнитная волна, созданная грозовым разрядом, воспринимается антенной системой.

Если величины сигналов с выхода электрической 1 и любой из рамочных антенн 2 и 3 превышают заданный пороговый уровень, то срабатывает синхронизатор б и разрешает работу решающего блока 4 и пеленгатора 5, В решающем блоке 4 производится выбор наибольшего (по амплитуде) сигнала магнитных антенн 2, " и с выбранным сигналом и сигналом электрической антенны 1 производятся все необходимы" огерации для образования системй уравнений (24). Далее полученная система уравнений решается относительно х и х и затем по алгоритмам (25) и !26) определяется величина Л. Полученное значение Я поступает в блок 7 коррекции пеленга. Синхрониза:ор б разрешает также работу пеленгатора 5„ Пеленгатор 5 производит определение пеленга го соотношению амплитуд сигналов, принятых антеннами 2 и 3. Значение оценки пеленга поступает также в блок 7 коррекции пеленга. После того л как закончены вычисления в,Л и на блок 7 коррекции пеленга поступает разрешающий сигнал синхронизатора б. B блоке 7 коррекции пеленга производится вычисление действительного пеленга в соответствии с алгоритмом (13) . После окончания вычисления 8 на индикатор 8 с синхронизатора б поступает разрешающий сигнал для отображения полученных координат разряда. На информационные входы индикатора 8 поступают значения 8 с блока 7 коррекции пеленга и значение R = С вЂ” Х с решающего блока 4.

720384

10 ника разряда за счет определения параметра 1,характеризующего эту ориентацию. При этом определение параметра Я производится одновременно с определением дальности путем решения системы алгебраических уравнений, полученной из дифференциального уравнения, связывающего зарегистрированные в точке наблюдения вертикальную электрическую и горизонтальную магнитную составляющие электромагнчтного поля. Для определения дальности в ближней зоне (до 100150 км) используется различная зависимость от расстояния электрической и магнитной составляющих поля, так как в этой зоне практически неприменим принцип волновода Земля-ионосфера. Учитывая, что молниевый pasряд с большой степенью точности может быть представлен в виде электрического диполя, предлагаемая система позволит ощмделить координаты разряда с погрешностью, обусловленной только аппаоатурными погрешностями вычисления Р и R которые нетрудно получить не превьыаюшимн

1-2.по пеленгу и 0,05-0,1 R по дальности, формула изобретения

Однопунктная система местоопределения гроз в бликней зоне, содержащая антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными магнитными рамочными антеннами, подключенными к пеленгатору и синхронизатору, выход которого соединен с соответствующим входом пеленгатора и индикатора, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности местоопределения гроз, введены решающий блок и блок коррекции пеленга, причем выходы решающего блока подключены ко входам индикатора и блока коррекции пеленга, два других входа которого соединены с выходами пеленгатора и синхронизатора, один иэ выходсв которого подключен ко входу решающего блока, выход блока коррекции пеленга подключен к соответствующему входу индикатора, антенная система подключена к ьешающему блоку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

9 365434, кл. G Ol S 5/16, 1971 (прототип).

72ОЗ84

Составитель Е. Погиблов

Редактор Е. Федотов Техред О.Легеза Корректор Ю. Макаренко.

Заказ 10214/33 Тираж б49 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ЖЭ5р Раушская наб ° g д 4/5

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