RU2599775C1 - Single-point system of positioning storms in close zone - Google Patents
Single-point system of positioning storms in close zone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599775C1 RU2599775C1 RU2015130959/07A RU2015130959A RU2599775C1 RU 2599775 C1 RU2599775 C1 RU 2599775C1 RU 2015130959/07 A RU2015130959/07 A RU 2015130959/07A RU 2015130959 A RU2015130959 A RU 2015130959A RU 2599775 C1 RU2599775 C1 RU 2599775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- amplifiers
- analog
- output
- selection
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S5/163—Determination of attitude
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения источников грозовых разрядов в системах сбора и обработки метеорологической информации.The invention relates to radio engineering and can be used in systems for determining the location of lightning discharge sources in systems for collecting and processing meteorological information.
Существующие методы [Кононов И.И., Юсупов И.Е., Кандарацков Н.В. Анализ однопунктовых методов пассивной локации грозового разряда // Известия вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, №11/12. С. 875-888] позволяют эффективно определять параметры разрядов, однако они не гарантируют достаточную устойчивость и быстродействие для обработки сигналов предгрозового излучения. Для решения этих задач предлагается использовать спектральный метод [Панюков А.В., Богушов А.К. Спектрально-статистический подход к проблеме идентификации параметров положения дипольного источника электромагнитного излучения // VII Российская конференция по атмосферному электричеству (Санкт-Петербург, 24-28 сентября 2012). Сборник трудов. СПб: ГГО им. А.И. Воейкова. С. 179-181.], он позволяет построить множество оценок положения и принимать окончательную оценку по результатам анализа всей совокупности измерений и достигая, таким образом, устойчивость для всевозможных вариаций параметров источника излучения. Спектральный метод позволяет получать более устойчивые решения по сравнению с другими методами при более низких требованиях к вычислительным ресурсам, кроме того, алгоритм обладает естественным параллелизмом и позволяет успешно перенести вычисления на гетерогенные системы.Existing methods [Kononov I.I., Yusupov I.E., Kandaratskov N.V. Analysis of single-point methods for passive location of a lightning discharge // News of universities. Radiophysics. 2013.Vol. 56, No. 11/12. S. 875-888] can effectively determine the parameters of the discharges, however, they do not guarantee sufficient stability and speed for processing signals of pre-lightning radiation. To solve these problems, it is proposed to use the spectral method [Panyukov A.V., Bogushov A.K. Spectral-statistical approach to the problem of identifying the position parameters of a dipole source of electromagnetic radiation // VII Russian Conference on Atmospheric Electricity (St. Petersburg, September 24-28, 2012). Collection of works. St. Petersburg: GGO them. A.I. Voeikova. P. 179-181.], It allows you to build a variety of position estimates and take the final assessment based on the results of the analysis of the entire set of measurements and thus achieving stability for all kinds of variations of the radiation source parameters. The spectral method allows one to obtain more stable solutions in comparison with other methods with lower requirements for computing resources, in addition, the algorithm has natural parallelism and allows one to successfully transfer calculations to heterogeneous systems.
Наиболее близким по технической сущности является однопунктовая система местоопределения гроз [Патент РФ 2230336, МПК G01S 5/16. «Однопунктовая система местоопределения гроз в ближней зоне», опубл. 10.03.04], которая содержит антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными рамочными антеннами, полосовые фильтры по числу антенн, блок предобработки сигналов с аналого-цифровыми преобразователями по числу антенн, канал связи и компьютер, выполняющий функции сбора и обработки полученных сигналов, фонового и целенаправленного тестирования системы и осуществляющий мониторинг и исследование грозовой активности, визуализацию и анализ накопленных данных, причем выходы антенн через полосовые фильтры соединены с входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей блока предобработки, который через канал связи соединен с компьютером.The closest in technical essence is a single-point system for determining thunderstorms [RF Patent 2230336, IPC G01S 5/16. "One-point location system of thunderstorms in the near zone", publ. 10.03.04], which contains an antenna system with electric and mutually perpendicular loop antennas, band-pass filters by the number of antennas, a signal preprocessing unit with analog-to-digital converters by the number of antennas, a communication channel and a computer that performs the functions of collecting and processing the received signals, background and purposeful system testing and monitoring and research of thunderstorm activity, visualization and analysis of accumulated data, and the antenna outputs through bandpass filters are connected to the inputs of Enikeev analog-to-digital converters preprocessing unit which is connected via a communication channel to a computer.
Недостатком этой системы можно считать отсутствие возможности регистрации предгрозового излучения. Это связано с ограничениями на динамический диапазон принимаемых сигналов, недостаточно высокое быстродействие системы, отсутствие учета интерференции сигналов.The disadvantage of this system is the lack of registration of pre-lightning radiation. This is due to restrictions on the dynamic range of received signals, insufficiently high system performance, and lack of consideration for signal interference.
Технический результат изобретения заключается в расширении динамического диапазона, увеличении быстродействия и, как следствие, учете интерференции в принимаемых сигналах и получении возможности определять местоположение источника предгрозового излучения.The technical result of the invention is to expand the dynamic range, increase speed and, as a result, take into account interference in the received signals and gain the ability to determine the location of the source of pre-lightning radiation.
Технический результат достигается тем, что в однопунктовую систему местоопределения гроз в ближней зоне, содержащую антенную систему с электрической и взаимно перпендикулярными рамочными антеннами, согласно изобретению дополнительно введены три блока усилителей, количество аналого-цифровых преобразователей (далее АЦП) равно количеству усилителей, при этом выход каждой из антенн соединен с соответствующим блоком усилителей, выход каждого усилителя подсоединен к входу соответствующего АЦП. Блок предобработки содержит модуль селекции-синтеза, модуль пеленгации и обнаружения интерференции, модуль преобразования Фурье и оценок параметров положения для каждой гармоники, модуль определения окончательных оценок параметров положения источника ЭММИ, при этом модуль селекции-синтеза имеет количество входов, равное количеству элементарных усилителей и аттенюаторов в блоке усилителей, выход каждого модуля селекции-синтеза подключен к модулю пеленгации и обнаружения интерференции, выходы которого соединены с модулем преобразования Фурье и оценок параметров положения для каждой гармоники, выходы которых подключены к модулю определения окончательных оценок параметров положения источника ЭМИ.The technical result is achieved by the fact that in a one-point system for determining thunderstorms in the near zone, containing an antenna system with electric and mutually perpendicular loop antennas, according to the invention, three amplifier units are additionally introduced, the number of analog-to-digital converters (hereinafter ADC) is equal to the number of amplifiers, while the output each of the antennas is connected to the corresponding amplifier block, the output of each amplifier is connected to the input of the corresponding ADC. The pre-processing unit contains a selection-synthesis module, a direction-finding and interference detection module, a Fourier transform and position parameter estimates for each harmonic, a final-parameter determination module for the EMMI source, and the selection-synthesis module has a number of inputs equal to the number of elementary amplifiers and attenuators in the amplifier block, the output of each selection-synthesis module is connected to the direction finding and interference detection module, the outputs of which are connected to the conversion module Fourier transform and position parameter estimates for each harmonic, the outputs of which are connected to the module for determining the final estimates of the parameters of the position of the EMP source.
Введение блоков усилителей позволяет расширить динамический диапазон принимаемых системой сигналов и обеспечить их более точную регистрацию.The introduction of amplifier blocks allows you to expand the dynamic range of the signals received by the system and ensure their more accurate registration.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 показана функциональная схема системы;in FIG. 1 shows a functional diagram of a system;
на фиг. 2 показана функциональная схема блока предобработки сигналов;in FIG. 2 shows a functional diagram of a signal preprocessing unit;
на фиг. 3 показана схема функционирования программно-аппаратного комплекса.in FIG. 3 shows a functional diagram of a hardware-software complex.
Устройство содержит антенную систему с электрической 1 и взаимно перпендикулярными 2, 3 рамочными антеннами, блок предобработки сигналов 4, канал связи 5 и сервер 6 (фиг. 1).The device comprises an antenna system with an electric 1 and mutually perpendicular 2, 3 frame antennas, a signal preprocessing
Блок предобработки 4 представляет специализированный компьютер, содержащий блоки усилителей 7, 8, 9, системную шину 16 и подключенные к ней выходы аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 12, центральный процессор 14, блок памяти 15, коммуникационное устройство 13 (фиг. 2).The preprocessing
Выходы антенн 1, 2, 3 соединены с блоками усилителей 7, 8, 9, выходы которых соединены с входами аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 12 блока предобработки 4. Коммуникационное устройство 13 блока предобработки 4 посредством канала связи 5 соединено с сервером 6 (фиг. 1).The outputs of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Молниевый разряд наводит в точке наблюдения электромагнитное поле. Вертикальная составляющая электрического поля e(t) и ортогональные проекции горизонтальной составляющей магнитного поля hx(t), hy(t) улавливаются антеннами 1, 2, 3 соответственно. Сигналы e(t), hx(t), hy(t) через блоки усилителей 7, 8, 9 соответственно поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 12 блока предобработки сигналов 4. После преобразования в цифровую форму сигналы представлены отсчетами мгновенных значений в дискретные моменты времени. Процессор 14 выполняет загруженное в него программное обеспечение [Программное обеспечение задачи идентификации местоположения дипольного источника электромагнитного излучения «Lightning Detector» http://wwwl.fips.ru/Archive/EVM/2014/2014.02.20/DOC/RUNW/000/002/014/610/201/document.pdf], функциональная диаграмма которого представлена на фиг. 3. Программное обеспечение содержит модули 17, 18, 19 селекции-синтеза, модуль 20 пеленгации и обнаружения интерференции, модуль 21 спектрального анализа, модуль 22 статистического анализа и расчета параметров положения источника излучения. A lightning strike induces an electromagnetic field at the observation point. The vertical component of the electric field e (t) and the orthogonal projections of the horizontal component of the magnetic field h x (t), h y (t) are captured by
Функциональное назначение отдельных модулей состоит в следующем.The functional purpose of the individual modules is as follows.
1. Модули селекции-синтеза 17, 18, 19 осуществляют выбор в блоке памяти 15 кадров с оцифрованными сигналами e(t), hx(t), hy(t) максимальной амплитуды и без переполнения. Это обеспечивает максимальное отношение «сигнал/шум».1. The selection-
2. Модуль 20 пеленгации и обнаружения интерференции осуществляет решение задачи о наличии интерференции сигналов от нескольких источников [Богушов А.К., Панюков А.В. Пеленгование грозовых разрядов в условиях интерференции сигналов // Наука ЮУрГУ: материалы 62-й научной конференции. Секция экономики, управления и права. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. - Т. 3. - С. 171-173.], а также определения пеленга на источник излучения.2. The direction finding and
3. В случае отсутствия интерференции модуль 21 осуществляет преобразования Фурье сигналов e(t), h(t) и для каждой гармоники вычисляет интервальные оценки параметров положения [Кононов И.И., Юсупов И.Е., Кандарацков Н.В. Анализ однопунктовых методов пассивной локации грозового разряда // Известия вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, №11/12. С. 875-888].3. In the absence of interference,
4. Модуль 21 определяет окончательные оценки параметров положения источника ЭМИ на основе статистического анализа отношения «сигнал/шум» и оценок положения, полученных для каждой гармоники [Панюков А.В., Богушов А.К. Спектрально-статистический метод идентификации параметров положения дипольного источника электромагнитного поля // XII Всероссийское совещание по проблемам управления (ВСПУ-2014). Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. 2014. С. 3115-3128.], которые передаются по каналу связи 5 на сервер 6.4.
Программное обеспечение сервера 6 обеспечивает прием данных по каналу связи 5 и сохранение их в базе данных. Кроме того, данное программное обеспечение осуществляет решение задач мониторинга и исследования грозовой активности, визуализацию и анализ накопленных данных.
Блоки 7, 8, 9 усилителей состоят из нескольких аттенюаторов и элементарных усилителей с различными характеристиками. Количество выходов каждого блока соответствует количеству используемых аттенюаторов и элементарных усилителей.
Блок предобработки 4 технически может быть реализован с помощью платформы Zynq-7000 компании Xilinx [http://www.xilinx.com/products/silicon-devices/soc/zynq-7000.html1. Однокристальное решение обеспечивает низкое энергопотребление при высокой производительности процессорной системы ARM Cortex А9 и программируемой логики Artix/Kintex7. Платформа имеет встроенные АЦП с 17 внешними мультиплексируемыми каналами с частотой выборки до 1 МГц [http://www.xilinx.com/products/technology/analog-mixed-signal.html]. Такое решение гарантирует до 5 выходов каждому блоку усилителей. Кроме того, платформа обладает всеми необходимыми устройствами для коммуникации с сервером 6.The preprocessing
Сервер 6 имеет стандартную архитектуру. В частности, он снабжен коммуникационным устройством, аналогичным коммуникационному устройству 13 блока предобработки 4 (фиг. 2), а также блоками ввода/вывода пользовательской информации (не показаны). Сервер 6 может быть реализован с помощью IBM PC компьютера, который имеет сетевую карту стандарта Ethernet.
Таким образом, поставленная техническая задача решается тем, что в устройство добавлены блоки усилителей, которые позволяют расширить динамический диапазон принимаемых сигналов, а специализированное программное обеспечение дает возможность обрабатывать сигналы предгрозового излучения.Thus, the stated technical problem is solved by the fact that amplifier units are added to the device that allow expanding the dynamic range of the received signals, and specialized software makes it possible to process pre-lightning radiation signals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130959/07A RU2599775C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Single-point system of positioning storms in close zone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130959/07A RU2599775C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Single-point system of positioning storms in close zone |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599775C1 true RU2599775C1 (en) | 2016-10-20 |
Family
ID=57138399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015130959/07A RU2599775C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Single-point system of positioning storms in close zone |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599775C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5444451A (en) * | 1992-06-29 | 1995-08-22 | Southwest Research Institute | Passive means for single site radio location |
US5539409A (en) * | 1994-06-30 | 1996-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus and method for windshear data processing |
US6246367B1 (en) * | 1995-07-26 | 2001-06-12 | Airborne Research Associates, Inc. | Lightning locating system |
RU2200963C2 (en) * | 2000-07-17 | 2003-03-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Airborne thunderstorm direction and range finder |
RU2230336C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Южно-Уральский государственный университет | Single-point system for location of thunderstorms in close zone |
RU2306578C1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-09-20 | Институт радиотехники и электроники РАН | Method for determining electromagnetic signal source position |
-
2015
- 2015-07-24 RU RU2015130959/07A patent/RU2599775C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5444451A (en) * | 1992-06-29 | 1995-08-22 | Southwest Research Institute | Passive means for single site radio location |
US5539409A (en) * | 1994-06-30 | 1996-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus and method for windshear data processing |
US6246367B1 (en) * | 1995-07-26 | 2001-06-12 | Airborne Research Associates, Inc. | Lightning locating system |
RU2200963C2 (en) * | 2000-07-17 | 2003-03-20 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" | Airborne thunderstorm direction and range finder |
RU2230336C2 (en) * | 2002-08-07 | 2004-06-10 | Южно-Уральский государственный университет | Single-point system for location of thunderstorms in close zone |
RU2306578C1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-09-20 | Институт радиотехники и электроники РАН | Method for determining electromagnetic signal source position |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220252712A1 (en) | Human Detection Method and Device, Electronic Apparatus and Storage Medium | |
CN102288838B (en) | VHF frequency-range intracloud lightning detecting and positioning system | |
CN110031729A (en) | Detection method, system and the data fusion analytical unit in local discharge signal source | |
CN102435978B (en) | Direction finding device for phase interferometer and phase spectrum interferometer based on multiple baselines | |
CN111142102B (en) | Respiratory data calculation method and related equipment | |
CN103969635A (en) | Meteorologic signal processing IP core of low-altitude monitoring radar and real-time data sorting method thereof | |
CN105974207A (en) | Three dimensional full-lightning detection positioning system based on very-low frequency/low frequency | |
CN105158735B (en) | Null tone Two-Dimensional Spectral Estimation method based on compression sampling array | |
CN107729916A (en) | A kind of interference source classification and identification algorithm and device based on ISODATA | |
CN110570874B (en) | System and method for monitoring sound intensity and distribution of wild birds | |
CN107870316B (en) | It is a kind of based on the time difference calculate TDOA localization method, apparatus and system | |
CN104678364B (en) | S-band passive radar interception receiver and signal processing method thereof based on FPGA (Field Programmable Gate Array) | |
CN207965126U (en) | A kind of portable passive Radar Electromagnetic Environment test device | |
CN109617631A (en) | Reconnaissance system adaptive reception method based on the measurement of digital channelizing instantaneous parameters | |
RU2439603C1 (en) | Method of detecting and recognising source of electromagnetic radiation | |
CN104950282B (en) | Sparse reconstruct is realized in continuous domain broadband signal super-resolution direction-finding method and device | |
RU2599775C1 (en) | Single-point system of positioning storms in close zone | |
CN110991378B (en) | Individual identification method and device for power amplifier | |
CN111835427B (en) | Signal frequency measurement implementation system and method for single photon sampling | |
CN203643597U (en) | Mobile shortwave scouting and direction finding device | |
Zhao et al. | Compressed sensing based fingerprint identification for wireless transmitters | |
CN109254273A (en) | The treating method and apparatus of wind profile radar echo-signal | |
CN106814350B (en) | Compressed sensing based external illuminators-based radar reference signal signal to noise ratio estimation method | |
CN205880195U (en) | Radio direction finding system | |
CN201788276U (en) | Very-low-frequency full lightning positioning system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170725 |