RU2018873C1

RU2018873C1 - Surface seaway meter

Info

Publication number: RU2018873C1
Application number: SU904881265A
Authority: RU
Inventors: И.Е. Ушаков
Original assignee: Ушаков Иван Елисеевич
Priority date: 1990-11-11
Filing date: 1990-11-11
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: oceanic radar monitoring. SUBSTANCE: surface seaway meter has turner, antenna, transceiver, synchronizer, antenna angular position indicator, electronic key, gate-pulse driver, integrating unit, delay network, pulse fall-time discriminator, azimuth selection unit, frequency divider, multichannel accumulator register, delay line, analyzer, recording unit, DC voltage source, comparator, pulse generator, AND gate array, programmable counters, electronic keys, AND gate, electronic key. EFFECT: increased measurement accuracy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиоокеанографии и предназначено для неконтактных измерений характеристик поверхностного волнения радиолокационными средствами. The invention relates to oceanography and is intended for non-contact measurements of surface wave characteristics by radar means.

Известно устройство, в которое входит импульсная РЛС с индикатором кругового обзора (ИКО) и фотоаппарат (Дремлюк В.В. Об определении некоторых элементов морских волн с помощью радиолокатора. - Труды Арктического и антарктического научно-исследовательского института, 1961, т. 210, вып. 1, с. 135-138). A device is known that includes a pulsed radar with a circular viewing indicator (IKO) and a camera (Dremlyuk VV On the determination of some elements of sea waves using a radar. - Transactions of the Arctic and Antarctic Research Institute, 1961, v. 210, vol. . 1, p. 135-138).

Надводная обстановка отображается на экране ИКО. Изображения на ИКО фотографируют и на основании анализа этих снимков определяют характеристики поверхностного волнения. Зона эхо сигналов от морской поверхности на ИКО имеет форму овала, причем наибольшая ее часть расположена с наветренной стороны. Генеральное направление распространения волн определяют по круговой шкале радиолокатора на фотографиях. Для определения длины волны производят измерение расстояния между гребнями волн непосредственно на фотоснимке экрана радиолокатора с учетом масштаба изображения. Период волн определяют путем фиксации промежутка времени, за который через одну и ту же точку экрана пройдут два последовательных импульса от подветренных склонов волн. The surface situation is displayed on the PPI screen. Images on the PPI are photographed and, based on the analysis of these images, the characteristics of surface waves are determined. The zone of the echo of signals from the sea surface on the IRF has an oval shape, with most of it located on the windward side. The general direction of wave propagation is determined by the radar dial in the photographs. To determine the wavelength, the distance between the wave crests is measured directly on the radar screen photograph taking into account the image scale. The wave period is determined by fixing the period of time during which two consecutive pulses from the leeward slopes of the waves pass through the same point on the screen.

Однако такое устройство может быть реализовано только на базе РЛС с высокой разрешающей способностью, обеспечивающей раздельное изображение на ИКО поверхностных волн, и не может быть реализовано при использовании РЛС с низкой разрешающей способностью. Кроме того, результата измерения и его точность в значительной степени зависят от квалификации и опыта оператора. However, such a device can only be implemented on the basis of a high-resolution radar providing a separate image on the surface-wave infrared spectrometer, and cannot be realized using a low-resolution radar. In addition, the measurement result and its accuracy largely depend on the qualifications and experience of the operator.

Указанный недостаток устраняется при использовании устройства для измерения характеристик поверхностного волнения, содержащего антенну, поворотное устройство антенны, датчик углового положения антенны, приемопередатчик, соединенный с антенной, синхронизатор, блок формирования стробирующих импульсов, соединенные последовательно детектор огибающей, нормализатор, интегратор и регистратор, в котором выход синхронизатора соединен с соответствующими входами приемопередатчика и блока формирования стробирующих импульсов, вход детектора огибающей - с выходом приемопередатчика, а выход блока формирования стробирующих импульсов - с управляющим входом детектора огибающей (Жилко Е.O., Поправко А.Ф., Шаронин В.М. Измерение волнения при помощи береговых РЛС. В сб. "Неконтактные методы измерения океанографических параметров". М.: Гидрометеоиздат, 1975, с. 91-96), которое по совокупности существенных признаков наиболее близко к заявленному и принято за прототип. This drawback is eliminated by using a device for measuring the characteristics of surface waves containing an antenna, an antenna rotary device, an antenna angular position sensor, a transceiver connected to the antenna, a synchronizer, a gate pulse generating unit, an envelope detector, a normalizer, an integrator, and a recorder connected in series, in which the synchronizer output is connected to the corresponding inputs of the transceiver and the gate pulse generating unit, the detector input and the envelope - with the output of the transceiver, and the output of the block generating the strobe pulses - with the control input of the envelope detector (Zhilko E.O., Popravko A.F., Sharonin V.M. Measurement of waves using coastal radars. In collection. measurements of oceanographic parameters ". M: Gidrometeoizdat, 1975, pp. 91-96), which, in terms of the set of essential features, is closest to the declared one and is taken as a prototype.

В данном устройстве видеосигнал с выхода приемопередатчика поступает на детектор огибающей, который запоминает амплитудное значение сигнала только в моменты поступления строб-импульсов на его управляющий выход. Блок формирования стробирующих импульсов синхронизируется импульсами, поступающими от синхронизатора. Частота следования строб-импульсов соответствует частоте следования зондирующих импульсов, а время задержки первых относительно последних определяет расстояние от РЛС до стробируемого участка морской поверхности. На выходе детектора огибающей выделяется огибающая видеоимпульсов, принятых с фиксированной дальности. Это напряжение подается на нормализатор, вырабатывающий нормированные по амплитуде и длительности импульсы в моменты пересечения огибающей среднего уровня. В результате интегрирования нормализованных импульсов за определенный интервал времени, задаваемый генератором тактовых импульсов, на выходе интегратора получается напряжение, пропорциональное средней частоте флуктуаций огибающей отраженных сигналов, которое измеряется регистрирующим прибором и значение которого связано с высотой поверхностных волн. Данное устройство позволяет измерять следующие характеристики волнения: высоту волн; генеральное направление распространения волн; групповую структуру волн. In this device, the video signal from the output of the transceiver enters the envelope detector, which remembers the amplitude value of the signal only when the strobe pulses arrive at its control output. The block generating strobe pulses is synchronized by pulses from the synchronizer. The repetition rate of strobe pulses corresponds to the repetition rate of probing pulses, and the delay time of the former relative to the latter determines the distance from the radar to the gated portion of the sea surface. At the output of the envelope detector, the envelope of the video pulses received from a fixed range is allocated. This voltage is supplied to the normalizer, which generates pulses normalized in amplitude and duration at the moments of crossing the envelope of the average level. As a result of the integration of normalized pulses over a certain time interval specified by the clock generator, the output of the integrator produces a voltage proportional to the average frequency of fluctuations of the envelope of the reflected signals, which is measured by a recording device and whose value is related to the height of the surface waves. This device allows you to measure the following characteristics of the waves: the height of the waves; general direction of wave propagation; group structure of waves.

Генеральное направление распространения волн определяют путем анализа азимутной зависимости средней частоты флуктуаций огибающей, полученной при вращении антенны РЛС, имеющей достаточно узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Максимальное значение средней частоты флуктуаций огибающей получается при облучении вдоль генерального направления распространения волн, а минимальное - при облучении вдоль гребней волн. The general direction of wave propagation is determined by analyzing the azimuthal dependence of the average frequency of envelope fluctuations obtained by rotating the radar antenna, which has a fairly narrow radiation pattern in the horizontal plane. The maximum value of the average frequency of envelope fluctuations is obtained upon irradiation along the general direction of wave propagation, and the minimum upon irradiation along the wave crests.

Высоту волн находят по полусумме максимального и минимального значений средней частоты флуктуаций огибающей в ее азимутальной зависимости. Групповую структуру морских волн исследуют путем анализа изменений во времени измеренных значений высоты волн. The wave height is found by half the maximum and minimum values of the average frequency of envelope fluctuations in its azimuthal dependence. The group structure of sea waves is investigated by analyzing the changes in time of the measured values of the height of the waves.

При использовании данного устройства необходимо обеспечить отсутствие ограничения отраженных сигналов по амплитуде в приемном тракте РЛС, что рекомендуется делать путем установки перед измерениями с помощью ручек, имеющихся на пульте управления РЛС, соответствующих коэффициентов усиления УПЧ (ручка "Усиление") и временной автоматической регулировки усиления (ручка "ВАРУ") и выбора расстояния до стробируемого участка морской поверхности. Однако в ряде судовых навигационных РЛС (например, типа "Миус"; "Кивач", "Нянда") данные ручки на пульте управления РЛС отсутствуют, а изменение указанных коэффициентов при работе РЛС невозможно. Кроме того, изменения уровня радиолокационных отражений от стробируемого участка морской поверхности, обусловленные групповой структурой волн и качкой судна, могут достигать 20 дБ и более. В этом случае обеспечить отсутствие ограничения отраженных сигналов по амплитуде не представляется возможным даже при наличии возможности регулировки указанных выше коэффициентов, поскольку динамический диапазон приемных трактов судовых навигационных РЛС не превышает 20 дБ. Таким образом обеспечить отсутствие ограничения отраженных от стробируемого участка морской поверхности сигналов в приемном тракте судовой навигационной РЛС в большинстве реальных случаев не представляется возможным. При наличии ограничений средняя частота флуктуаций огибающей, определенная по числу пересечений огибающей среднего уровня за определенный интервал времени, будет меньше истинного значения, что ведет к занижению результатов измерений высоты морских волн, то есть к появлению систематической погрешности измерений. В результате наличие ограничений по амплитуде отраженных сигналов в приемном тракте РЛС приводит к увеличению суммарной погрешности измерений высоты волн. When using this device, it is necessary to ensure that the reflected signals are not limited in amplitude in the receiving path of the radar, which is recommended by setting the corresponding gain of the amplifier (gain knob) and temporary automatic gain control (using the knobs on the radar control panel) before measuring it ( handle "VARU") and the choice of the distance to the gated section of the sea surface. However, in a number of ship navigation radars (for example, such as Mius, Kivach, Nyanda) these handles are absent on the radar control panel, and it is impossible to change the indicated coefficients during radar operation. In addition, changes in the level of radar reflections from the gated portion of the sea surface, due to the group structure of waves and rocking of the vessel, can reach 20 dB or more. In this case, it is not possible to ensure that the reflected signals are not limited in amplitude even if the above coefficients can be adjusted, since the dynamic range of the receiving paths of shipborne navigation radars does not exceed 20 dB. Thus, in most real cases, it is not possible to ensure that there are no restrictions on the signals reflected from the gated portion of the sea surface in the receiving path of the ship's navigation radar. If there are restrictions, the average frequency of envelope fluctuations, determined by the number of intersections of the average level envelope for a certain time interval, will be less than the true value, which leads to underestimation of the results of measurements of the height of sea waves, that is, to the appearance of a systematic measurement error. As a result, the presence of restrictions on the amplitude of the reflected signals in the receiving path of the radar leads to an increase in the total error of measurements of wave height.

При использовании известного устройства, кроме того, имеет место погрешность, обусловленная влиянием относительных размеров облучаемой площадки b_o/Λ , где b_o - размер облучаемой площадки; Λ - длина поверхностной волны. Относительное значение этой составляющей погрешности можно оценить по формуле δ_o = -eхр (-b_o/ Λ). Например, при Λ = b_o/2 получается δ_o ≈ - 14%, а при Λ = b_o возрастает до δ_o ≈ - 37%. Таким образом при усилении волнения (или при увеличении разрешающей способности РЛС), когда длина поверхностных волн соизмерима с размером облучаемой площадки, результаты измерений оказываются также существенно заниженными. При реализации известного устройства на базе, например, судовых навигационных РЛС, для которых скорость вращения антенны в штатном режиме составляет приблизительно 15-20 об/мин, имеет место, кроме того, погрешность, обусловленная существенным поворотом антенны за время, необходимое для измерения средней частоты флуктуаций огибающей. Так при измерении средней высоты волн в диапазоне 0,1-10,0 м с помощью устройства-прототипа средний период флуктуаций огибающей составляет Т_ср ≈ 10-100 мс. Для определения среднего значения случайной величины - частоты флуктуаций огибающей необходимо в каждом азимутальном направлении получить реализацию отраженного сигнала длительностью t_p ≥ 10 Т_cр, т.е. t_p ≥ 100-1000 мс. Однако при круговом обзоре со скоростью 15-20 об/мин за время t_p азимутальное положение диаграммы направленности антенны изменится на 9-120^o.When using the known device, in addition, there is an error due to the influence of the relative dimensions of the irradiated area b _o / Λ, where b _o is the size of the irradiated area; Λ is the surface wavelength. The relative value of this error component can be estimated by the formula δ _o = -exp (-b _o / Λ). For example, when Λ = b _o / 2 it turns out δ _o ≈ - 14%, and when Λ = b _{o it} increases to δ _o ≈ - 37%. Thus, when waves are amplified (or when the radar resolution increases), when the surface wavelength is commensurate with the size of the irradiated area, the measurement results are also significantly underestimated. When implementing the known device based on, for example, ship's navigation radars, for which the antenna rotation speed in the normal mode is approximately 15-20 rpm, there is, in addition, an error due to the significant rotation of the antenna during the time required to measure the average frequency envelope fluctuations. So when measuring the average wave height in the range of 0.1-10.0 m using the prototype device, the average period of fluctuation of the envelope is T _cp ≈ 10-100 ms. To determine the average value of a random variable - the frequency of envelope fluctuations, it is necessary in each azimuthal direction to obtain the implementation of the reflected signal of duration t _p ≥ 10 T _cp , i.e. t _p ≥ 100-1000 ms. However, in a circular view with a speed of 15-20 rpm for a time t _{p, the} azimuthal position of the antenna pattern will change by 9-120 ^o .

Цель изобретения - повышение точности измерения характеристик морского волнения. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the characteristics of sea waves.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее антенну, поворотное устройство антенны, датчик углового положения антенны, приемопередатик, соединенный с антенной, синхронизатор, блок формирования стробирующих импульсов, интегратор и регистратор, в котором выход синхронизатора соединен с соответствующими входами приемопередатчика и блока формирования стробирующих импульсов, введены электронный ключ, блок выделения заднего фронта, делитель частоты, многоканальный накопитель, две линии задержки, анализатор, блок азимутальной селекции, содержащий N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник постоянного напряжения, компаратор, генератор импульсов, элемент И и программируемый счетчик, а также электронный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, информационные входы ключей всех каналов объединены и соединены с выходом интегратора, а выход каждого электронного ключа - с соответствующим входом многоканального накопителя, элемент ИЛИ на N входов и второй электронный ключ блока азимутальной селекции, выход программируемого счетчика каждого из N каналов соединен с одним из входов элемента ИЛИ, вход сброса программируемого счетчика - с выходом генератора импульсов последующего канала, выход элемента ИЛИ - с управляющим входом электронного ключа блока азимутальной селекции, информационный вход которого является входом блока азимутальной селекции и подключен к выходу блока выделения заднего фронта, а выход этого ключа подключен к объединенным вторым входам элементов И всех каналов, выход генератора импульсов N-го канала является выходом блока азимутальной селекции и соединен с входом делителя частоты, а объединенные вторые входы компараторов всех каналов блока азимутальной селекции соединены с датчиком углового положения антенны, при этом электронный ключ включен между выходом приемопередатика и входом интегратора, а его управляющий вход соединен с блоком формирования стробирующих импульсов непосредственно и через блок выделения заднего фронта и первую линию задержки - с входом сброса интегратора, выход делителя частоты соединен с управляющими входами анализатора и регистратора непосредственно, а через вторую линию задержки - с входом сброса многоканального накопителя, каждый выход которого подключен к соответствующему входу анализатора, первый и второй входы регистратора соединены с соответствующими выходами анализатора. The goal is achieved by the fact that in the known device containing the antenna, the rotary device of the antenna, the sensor of the angular position of the antenna, a transceiver connected to the antenna, a synchronizer, a gate pulse generation unit, an integrator and a recorder in which the synchronizer output is connected to the corresponding inputs of the transceiver and the formation block gating pulses, an electronic key, a trailing edge allocation unit, a frequency divider, a multi-channel storage device, two delay lines, an analyzer, an azimuthal block are introduced selection channel, containing N channels, each of which contains a DC voltage source, a comparator, a pulse generator, an AND element and a programmable counter, as well as an electronic key whose control input is connected to the output of the And element, the information inputs of the keys of all channels are combined and connected with the output of the integrator, and the output of each electronic key with the corresponding input of a multichannel drive, an OR element for N inputs and a second electronic key of an azimuthal selection unit, the output is the programmable counter of each of the N channels is connected to one of the inputs of the OR element, the reset input of the programmable counter to the output of the pulse generator of the subsequent channel, the output of the OR element to the control input of the electronic key of the azimuth selection block, the information input of which is the input of the azimuth selection block and connected to the output of the trailing edge allocation block, and the output of this key is connected to the combined second inputs of the AND elements of all channels, the output of the N-channel pulse generator is the output of the block zymuthal selection and connected to the input of the frequency divider, and the combined second inputs of the comparators of all channels of the azimuthal selection unit are connected to the sensor of the angular position of the antenna, while the electronic key is connected between the output of the transceiver and the input of the integrator, and its control input is connected to the block for generating strobe pulses directly and through the trailing edge allocation unit and the first delay line - with the reset input of the integrator, the output of the frequency divider is connected to the control inputs of the analyzer and of the tractor directly, and through the second delay line with the reset input of the multi-channel drive, each output of which is connected to the corresponding input of the analyzer, the first and second inputs of the recorder are connected to the corresponding outputs of the analyzer.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 - структурная электрическая схема блока азимутальной селекции; на фиг.3 показаны эпюры напряжений на выходе блоков 3,7,10,9,8. Figure 1 shows the structural electrical diagram of the device; figure 2 is a structural electrical diagram of an azimuthal selection unit; figure 3 shows a plot of the voltage at the output of blocks 3,7,10,9,8.

Устройство содержит поворотное устройство 1 антенны, антенну 2, приемопередатчик 3, синхронизатор 4, датчик 5 углового положения антенны, электронный ключ 6, блок 7 формирования стробирующих импульсов, интегратор 8, первую линию 9 задержки, блок 10 выделения заднего фронта, блок 11 азимутальной селекции, делитель 12 частоты, многоканальный накопитель 13, вторую линию 14 задержки, анализатор 15, регистратор 16. Блок 11 азимутальной селекции содержит N каналов, содержащих источники 17 постоянного напряжения, компараторы 18,генераторы 19 импульсов, элементы И 20, программируемые счетчики 21 и электронные ключи 22, элемент ИЛИ 23 на N входов и электронный ключ 24 блока азимутальной селекции. Приемопередатчик 3 подключен к антенне 2, выход синхронизатора 4 соединен с выходом блока 7 формирования стробирующих импульсов и с входом синхронизации приемопередатчика 3, в каждом канале блока 11 азимутальной селекции источники 17 постоянного напряжения, компараторы 18, генераторы 19 импульсов, элементы И 20 и программируемые счетчики 21 соединены последовательно, управляющие входы электронных ключей 22 соединены с выходами элементов И 20, информационные входы электронных ключей 22 объединены и соединены с выходом интегратора 8, а выходы электронных ключей 22 подключены к соответствующим входам многоканального накопителя 13, выход каждого программируемого счетчика 21 соединен с одним из входов элемента ИЛИ 23, а сбрасывающий вход - с выходом генератора 19 импульсов последующего канала, выход элемента ИЛИ 23 - с управляющим входом электронного ключа 24 блока азимутальной селекции, информационный вход которого подключен к выходу блока 10 выделения заднего фронта, а выход - к объединенным вторым входам элементов И 20, выход генератора 19 импульсов N-го канала соединен с входом делителя 12 частоты, объединенные вторые входы компараторов 18 подключены к выходу датчика 5 углового положения антенны, электронный ключ 6 включен между выходом приемопередатчика 3 и входом интегратора 8, а его управляющий вход соединен с выходом блока 7 формирования стробирующих импульсов непосредственно и через блок 10 выделения заднего фронта и первую линию 9 задержки - с входом сброса интегратора 8, выход делителя 12 частоты соединен с управляющими входами анализатора 15 и регистратора 16 непосредственно, а через вторую линию 14 задержки - с входом сброса многоканального накопителя 13, каждый выход которого подключен к соответствующему входу анализатора 15, первый и второй входы регистратора 16 соединены с соответствующими выходами анализатора 15. The device includes a rotary device 1 of the antenna, antenna 2, transceiver 3, synchronizer 4, sensor 5 of the angular position of the antenna, electronic key 6, block 7 generating strobe pulses, integrator 8, first delay line 9, block for selecting a trailing edge, block 11 azimuth selection , frequency divider 12, multi-channel storage 13, second delay line 14, analyzer 15, recorder 16. The azimuthal selection unit 11 contains N channels containing DC voltage sources 17, comparators 18, pulse generators 19, elements 20, programmable counter 21 and the electronic key 22, an OR gate 23 on N inputs 24 and an electronic key selection unit azimuth. The transceiver 3 is connected to the antenna 2, the output of the synchronizer 4 is connected to the output of the strobe pulse generating unit 7 and to the synchronization input of the transceiver 3, in each channel of the azimuthal selection unit 11, DC voltage sources 17, comparators 18, pulse generators 19, elements I 20 and programmable counters 21 are connected in series, the control inputs of the electronic keys 22 are connected to the outputs of the elements And 20, the information inputs of the electronic keys 22 are combined and connected to the output of the integrator 8, and the outputs of the electronic The keys 22 are connected to the corresponding inputs of the multi-channel drive 13, the output of each programmable counter 21 is connected to one of the inputs of the OR element 23, and the reset input is connected to the output of the pulse generator 19 of the subsequent channel, the output of the OR element 23 is connected to the control input of the electronic key 24 of the azimuth block selection, the information input of which is connected to the output of the trailing edge allocation unit 10, and the output to the combined second inputs of the And 20 elements, the output of the N-channel pulse generator 19 is connected to the input of the divider 12 hours the hots combined by the second inputs of the comparators 18 are connected to the output of the antenna angular position sensor 5, an electronic key 6 is connected between the output of the transceiver 3 and the input of the integrator 8, and its control input is connected to the output of the gate generating unit 7 directly and through the trailing edge allocation unit 10 and the first delay line 9 is with the reset input of the integrator 8, the output of the frequency divider 12 is connected directly to the control inputs of the analyzer 15 and the recorder 16, and through the second delay line 14 is connected with the reset input m ogokanalnogo storage 13, each output of which is connected to the corresponding input of the analyzer 15, first and second inputs recorder 16 are connected to respective outputs of the analyzer 15.

Устройство работает следующим образом. Видеосигнал с выхода приемопередатчика 3 проходит через электронный ключ 6 на интегратор 8 только при наличии на управляющем входе электронного ключа 6 разрешающего сигнала, поступающего в виде прямоугольного импульса с выхода блока 7 формирования стробирующих импульсов, который синхронизируется импульсами, поступающими от синхронизатора 4. Видеосигнал на выходе приемопередатчика 3 представляет собой последовательность, состоящую из прямоугольного импульса, обусловленного просачиванием сигнала в приемный тракт РЛС при излучении зондирующего импульса, и сигнала сложной формы, обусловленного отражениями от морской поверхности (см.фиг.3). Время t_c задержки импульса на выходе блока 7 формирования стробирующих импульсов относительно зондирующих импульсов должно быть τ_и < t_c ≅ τ_и + t_м где τ_и - длительность зондирующего импульса; t_м - время, соответствующее "мертвой зоне" после окончания зондирующего импульса. Блок 10 выделения заднего фронта вырабатывает прямоугольный импульс длительностью τ₁₀ передний фронт которого совпадает по времени с задним фронтом стробирующего импульса на выходе блока 7. Этот импульс, задержанный на время t₉ в первой линии 9 задержки, устанавливает в исходное (нулевое) состояние интегратор 8. Время задержки должно быть τ₁₀ ≅ t₉ ≅ T_п - ( τ_c + t_c + + τ₁₀ ), где Т_п - период повторения зондирующих импульсов; τ_c - длительность стробирующих импульсов. Стробирующий импульс должен перекрывать всю область отражений от морской поверхности, следовательно, его длительность должна определяться из условия t_c + τ_c ≥ 2 D_макс/с, где D_макс - максимальная дистанция от РЛС, с которой наблюдаются отражения от морской поверхности; с - скорость света. Дистанция D_макс зависит от типа РЛС и высоты H_А подъема антенны над уровнем моря. Так, например, для судовых навигационных РЛС D_макс ≈ 4 мили при H_A = 15-16 м и D_макс ≈ 7 миль при Н_А = 30 м (см., например: Дремлюг В.В. Об определении некоторых элементов морских волн с помощью радиолокатора. - Труды Арктического и антарктического научно-исследовательского института, 1961, т. 210, вып.1, с. 135-138). После интегрирования видеосигнала, обусловленного отражениями от морской поверхности, на выходе интегратора 8 получается напряжение, соответствующее энергии w_ij радиолокационных отражений от морской поверхности при j-м зондировании в i-м азимутальном направлении, что справедливо для РЛС как с низкой, так и с высокой разрешающей способностью. За время t₉ осуществляется передача сигнала от интегратора 8 через блок 11 азимутальной селекции в соответствующий азимутальный канал многоканального накопителя 13. Сигнал с выхода датчика 5 углового положения антенны поступает на один из входов компараторов 18 всех каналов блока 11 азимутальной селекции. На второй вход каждого из компараторов 18 подается от источника 17постоянного напряжения сигнал, соответствующий определенному азимутальному направлению, при этом напряжение V_i на выходе источника 17i постоянного напряжения должно соответствовать азимутальному направлению α_i= (i-1)

. Количество каналов в блоке 11 азимутальной селекции определяется из условия обеспечения требуемой точности, учитывая, что погрешность Δ_α измерения генерального направления распространения волн определяется формулой Δ_α = π/N. Компараторы 18 вырабатывают сигналы только в моменты совпадения напряжений на двух входах. Эти сигналы запускают генераторы 19 импульсов, вырабатывающие прямоугольные импульсы с одинаковой длительностью
2T_п≅ τ₁₉<

- угловая скорость вращения антенны), которые, поступая на программируемые счетчики 21 предыдущих каналов, передним фронтом устанавливают их в исходное (нулевое) положение, а также поступают на один из входов элементов И 20, на вторые входы которых через электронный ключ 24 блока азимутальной селекции поступают прямоугольные импульсы от схемы 10 выделения заднего фронта. Эти импульсы проходят через один из элементов И 20, на втором входе которого есть сигнал от генератора 19 импульсов, соответствующий азимутальному положению антенны, и открывают электронный ключ 22 соответствующего канала, через который сигнал от интегратора 8 поступает в соответствующий канал многоканального накопителя 13. Электронный ключ 24 закрывается сигналом с выхода схемы ИЛИ 23 при поступлении на один из ее входов сигнала от программируемого счетчика 21, который позволяет после того, как на вход программируемого счетчика 21 поступит N₂₁ импульсов. Значение N₂₁≅

_1 устанавливается одинаковым по всех каналах. В результате при каждом обороте антенны в каналы многоканального накопителя 13, каждый из которых соответствует определенному азимутальному положению антенны, поступает одинаковое количество импульсов одинаковой длительности, амплитуда которых соответствует энергии w_ij радиолокационных отражений от морской поверхности. Значением N₂₁ определяется сектор Δ α усреднения для каждого азимутального направления Δ α = N₂₁T_п ω.The device operates as follows. The video signal from the output of the transceiver 3 passes through the electronic key 6 to the integrator 8 only if there is an enable signal at the control input of the electronic key 6, which comes in the form of a rectangular pulse from the output of the gate generating unit 7, which is synchronized by pulses from the synchronizer 4. The video signal at the output transceiver 3 is a sequence consisting of a rectangular pulse due to leakage of the signal into the receiving path of the radar when the probe is radiated ruyuschego pulse signal and complex shapes, caused by reflections from the sea surface (sm.fig.3). The pulse delay time t _c at the output of the gate pulse generating unit 7 relative to the probe pulses should be τ _and <t _c ≅ τ _and + t _m where τ _and is the duration of the probe pulse; t _m - time corresponding to the "dead zone" after the end of the probe pulse. The trailing edge extraction unit 10 generates a rectangular pulse with a duration of τ ₁₀ whose leading edge coincides in time with the trailing edge of the strobe pulse at the output of block 7. This pulse, delayed by time t ₉ in the first delay line 9, sets the integrator 8 to its initial (zero) state The delay time should be τ ₁₀ ≅ t ₉ ≅ T _p - (τ _c + t _c + + τ ₁₀ ), where T _p is the repetition period of the probe pulses; τ _c is the duration of the strobe pulses. The gating pulse should cover the entire area of reflections from the sea surface, therefore, its duration should be determined from the condition t _c + τ _c ≥ 2 D _max / s, where D _max is the maximum distance from the radar, with which reflections from the sea surface are observed; c is the speed of light. The distance D _max depends on the type of radar and the height H _A of the antenna rise above sea level. So, for example, for ship navigation radars D _max ≈ 4 miles at H _A = 15-16 m and D _max ≈ 7 miles at H _A = 30 m (see, for example: Dremlyug V.V. On the determination of some elements of sea waves using radar - Proceedings of the Arctic and Antarctic Research Institute, 1961, v. 210, issue 1, pp. 135-138). After integrating the video signal due to reflections from the sea surface, the voltage corresponding to the energy w _{ij of} radar reflections from the sea surface during the jth probing in the i-th azimuth direction is obtained at the output of the integrator 8, which is true for radars with both low and high resolving power. During time t ₉ , a signal is transmitted from the integrator 8 through the azimuthal selection unit 11 to the corresponding azimuthal channel of the multi-channel storage 13. The signal from the output of the antenna angular position sensor 5 is fed to one of the inputs of the comparators 18 of all channels of the azimuthal selection unit 11. A signal corresponding to a certain azimuthal direction is supplied to the second input of each of the comparators 18 from a constant voltage source 17, while the voltage V _i at the output of the constant voltage source 17i must correspond to the azimuthal direction α _i = (i-1)

. The number of channels in block 11 of the azimuthal selection is determined from the condition for ensuring the required accuracy, given that the error Δ _{α of the} measurement of the general direction of wave propagation is determined by the formula Δ _α = π / N. Comparators 18 generate signals only at the moments of coincidence of the voltages at the two inputs. These signals are triggered by pulse generators 19 that produce rectangular pulses of equal duration
2T _n ≅ τ ₁₉ <

- the angular velocity of rotation of the antenna), which, arriving at the programmable counters 21 of the previous channels, set them to the initial (zero) position by the leading edge, and also go to one of the inputs of the I 20 elements, to the second inputs of which through the electronic key 24 of the azimuthal selection unit rectangular pulses are received from the trailing edge allocation circuit 10. These pulses pass through one of the And 20 elements, at the second input of which there is a signal from the pulse generator 19, corresponding to the azimuthal position of the antenna, and open the electronic key 22 of the corresponding channel, through which the signal from the integrator 8 enters the corresponding channel of the multichannel drive 13. Electronic key 24 locked signal outputted from the OR circuit 23 when entering into one of its inputs the signal from the programmable counter 21 which allows, after the input of the programmable counter 21 go N ₂₁ mpulsov. Value N ₂₁ ≅

_1 is set the same across all channels. As a result, at each revolution of the antenna, the channels of the multichannel drive 13, each of which corresponds to a certain azimuthal position of the antenna, receive the same number of pulses of the same duration, the amplitude of which corresponds to the energy w _{ij of} radar reflections from the sea surface. The value of N ₂₁ determines the averaging sector Δ α for each azimuthal direction Δ α = N ₂₁ T _p ω.

Делитель 12 частоты пропускает на выход только каждый k-й импульс из поступающих на его вход (k - коэффициент деления). Импульс с выхода делителя 12 частоты задним своим фронтом запускает анализатор 15 и регистратор 16, а после задержки на время t₁₄ во второй линии 14 задержки также задним фронтом устанавливает в исходное (нулевое) положение все каналы многоканального накопителя 13. Таким образом, в каждом канале многоканального накопителя 13 осуществляется накопление (суммирование) сигналов, соответствующих энергии радиолокационных отражений с определенного азимутального направления за k оборотов антенны. Следовательно, время измерения t_изм=

K , а сигналы на каждом из выходов многоканального накопителя 13 соответствуют средней энергии w_ср1, w_cp2,...,w_cpi...,w_срN радиолокационных отражений с определенного азимутального направления α₁ , α₂ , ... , α_i , ... , α_N. Требуемое время t_изм измерения задают, устанавливая соответствующее значение коэффициента k деления в делителе 12. За время t₁₄ задержки импульса во второй линии 14 задержки должна обеспечиваться передача массива {w_cp} из многоканального накопителя 13 в анализатор 15. Далее анализатор 15 на основании сравнения между собой элементов массива w_сp1,...,w_cpi,...,w_cpN выбирает максимальный из них w_cp.макс. = w_cpi(где i - номер канала; i = 1,2,...N). Сигнал с выхода анализатора 15, соответствующий w_cp.макс, значение которого связано с высотой поверхностных волн (см., например, Тверской Г.Н., Терентьев Г. К. , Харченко И. П. Имитаторы эхо-сигналов судовых радиолокационных станций. Л. Судостроение, 1973, с. 122-123), измеряется регистратором 16. Кроме того, на регистратор передается от анализатора 15 номер i канала, определяющий генеральное направление α_г распространения поверхностных волн α_г = α_i + π.The frequency divider 12 passes to the output only every k-th pulse from those arriving at its input (k is the division coefficient). The pulse from the output of the frequency divider 12 with its trailing edge starts the analyzer 15 and the recorder 16, and after a delay of time t ₁₄ in the second delay line 14 also sets all the channels of the multichannel drive 13 to the initial (zero) position. Thus, in each channel multi-channel drive 13 is the accumulation (summation) of signals corresponding to the energy of radar reflections from a certain azimuthal direction for k revolutions of the antenna. Therefore, the measurement time t _ISM =

K, and the signals at each of the outputs of the multichannel storage device 13 correspond to the average energy w _cp1 , w _cp2 , ..., w _cpi ..., w _{cpN of} radar reflections from a certain azimuthal direction α ₁ , α ₂ , ..., α _i , ..., α _N. The required time t _edited measurement set by setting an appropriate value of the coefficient k division in the divider 12. During the time t _14, the pulse delay in the second delay line 14 must be capable of transmitting array {w _cp} from the storage 13 in the multi-channel analyzer 15. Further, analyzer 15 based on the comparison among themselves the elements of the array w _cp1 , ..., w _cpi , ..., w _cpN selects the maximum of them w _cp.max. = w _cpi (where i is the channel number; i = 1,2, ... N). The signal from the output of the analyzer 15, corresponding to w _cp.max , whose value is related to the height of surface waves (see, for example, Tverskoy G.N., Terentyev G.K., Kharchenko I.P. Simulators of echo signals of ship radar stations. L. Shipbuilding, 1973, pp. 122-123), measured by the recorder 16. In addition, the channel number i, which determines the general direction α _{g of the} propagation of surface waves α _g = α _i + π, is transmitted to the recorder 15 from the analyzer.

Claims

DEVICE FOR MEASURING SURFACE WAVE CHARACTERISTICS, comprising an antenna, an antenna rotator, an angular position sensor of the antenna, a transceiver connected to the antenna, a synchronizer, a gate pulse generating unit, an integrator and a recorder, a synchronizer output connected to the corresponding inputs of the transceiver and gate pulse generating unit, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring the characteristics of sea waves, an electronic key, a selection unit, are introduced into it trailing edge, frequency divider, multi-channel drive, two delay lines, analyzer, azimuth selection unit containing N channels, each of which contains a DC voltage source, comparator, pulse generator, AND element and programmable counter, as well as an electronic key that controls the input of which is connected to the output of the And element, the information inputs of the keys of all channels are combined and connected to the output of the integrator, and the output of each electronic key is connected to the corresponding input drive, OR element to N inputs and a second electronic key of an azimuthal selection unit, the output of the programmable counter of each of the N channels is connected to one of the inputs of the OR element, the reset input of the programmable counter to the output of the pulse generator of the subsequent channel, the output of the OR element to the control input an electronic key of the azimuthal selection unit, the information input of which is the input of the azimuthal selection unit and is connected to the output of the trailing edge selection unit, and the output of this key is connected to to the second inputs of the AND elements of all channels, the output of the N-channel pulse generator is the output of the azimuthal selection unit and is connected to the input of the frequency divider, and the combined second inputs of the comparators of all channels of the azimuthal selection unit are connected to the antenna angle sensor, while the electronic key is connected between the output of the transceiver and the integrator’s input, and its control input is connected to the gate pulse generating unit directly and through the trailing edge allocation unit and the first delay line Ki with the reset input of the integrator, the output of the frequency divider is connected to the control inputs of the analyzer and the recorder itself, and through the second delay line to the reset input of the multichannel storage, each output of which is connected to the corresponding input of the analyzer, first and second inputs connected to the respective logger analyzer outputs.