RU2715994C1 - Способ измерения начальной скорости снаряда - Google Patents

Способ измерения начальной скорости снаряда Download PDF

Info

Publication number
RU2715994C1
RU2715994C1 RU2019127089A RU2019127089A RU2715994C1 RU 2715994 C1 RU2715994 C1 RU 2715994C1 RU 2019127089 A RU2019127089 A RU 2019127089A RU 2019127089 A RU2019127089 A RU 2019127089A RU 2715994 C1 RU2715994 C1 RU 2715994C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
projectile
radiation
initial velocity
doppler
velocity
Prior art date
Application number
RU2019127089A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Соловьев
Алексей Владимирович Федотов
Степан Степанович Ярощук
Иван Евгеньевич Конохов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва"
Priority to RU2019127089A priority Critical patent/RU2715994C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715994C1 publication Critical patent/RU2715994C1/ru

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
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/505—Systems of measurement based on relative movement of target using Doppler effect for determining closest range to a target or corresponding time, e.g. miss-distance indicator
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/585—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value
    • G01S13/586—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value using, or combined with, frequency tracking means
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/585—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value
    • G01S13/587—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems processing the video signal in order to evaluate or display the velocity value using optical means
    • 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
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement
    • 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
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения начальной скорости снаряда, являющейся одной из важнейших баллистических характеристик оружия, оказывающей влияние на его боевые свойства. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения начальной скорости снаряда. Способ основан на излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме отраженной от снаряда электромагнитной энергии и последующей обработке доплеровских эхо-сигналов, принятых двумя оптическими телескопическими системами с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2, причем угол α между их оптическими осями известен и неизменен, при этом излучения от каждой из телескопических систем суммируют с излучением лазера в двух оптических смесителях, а начальную скорость снаряда определяют по формуле:
Figure 00000030
где λ0 - длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0; (ƒ0-ƒd1) - разностная частота излучения после первого смесителя; (ƒ0-ƒd2) - разностная частота излучения после второго смесителя. Способ измерения начальной скорости снаряда, благодаря приему доплеровских эхо-сигналов двумя оптическими телескопическими системами с известным и неизмененным углом α между их оптическими осями, позволяет устранить погрешность измерения от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения. 9 ил.

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения начальной скорости снаряда являющейся одной из важнейших баллистических характеристик оружия, оказывающей влияние на его боевые свойства.
Аналогом данного технического решения является способ измерения начальной скорости снаряда (патент RU 2351947 на изобретение заявка: 2007101922/09 МПК G01S 13/58 (2006.01) опубликован: 10.04.2009 Бюл. №10).
Сущность способа заключается в том, что по зарегистрированной группе длительностей временных участков с общим началом в доплеровском эхо-сигнале, где каждый последующий меньше предыдущего, и по ряду групп предполагаемых путей с общим началом формируют ряд групп значений, обратных возможным величинам текущей скорости, определяют ту группу ряда, где разница между каждым предыдущим и последующим значениями, обратными возможным величинам текущей скорости снаряда, минимальна, и разница между первым и вторым значениями положительна, и по ним вычисляют начальную скорость по удаленности и протяженности соответствующих им путей этой группы.
Алгоритм измерения начальной скорости снаряда по данному способу заключается в следующем. На одной из возможных дальностей (фиг. 1)
Figure 00000001
(при m=М) производится начало регистрации группы длительностей временных участков ti=Ti+αi, где i=1, 2, …, N+1, Ti - детерминированная длительность временного участка, αi - случайная составляющая. Окончание регистрации временных участков фиксируется моментом, при котором происходит изменение радиального расстояния на величину
Figure 00000002
Предполагаемые пути D, которые проходит снаряд в соответствии с обозначениями на фиг. 1, выражаются как
Figure 00000003
m=L, L+1, …, L+J.
Значения обратной величины возможной текущей скорости на этих предполагаемых путях определяются соответственно
Figure 00000004
Значение обратной величины начальной скорости вычисляется как
Figure 00000005
Значение начальной скорости V0 определяется с учетом расстояния между центрами первого D1,м и второго D2,м путей и их удаленности (хм-x0) от ствола.
Работа устройства по данному способу происходит следующим образом (фиг. 2). На некотором удалении от ствола после вылета снаряда из ствола орудия амплитуда доплеровского сигнала увеличивается до порогового уровня, при котором срабатывает обнаружитель доплеровского радиолокатора 1 и через второй выход запускает генератор временных импульсов 2. С выхода генератора временных импульсов 2 они начинают поступать на вторые входы N+1 регистраторов длительности временных участков 3, 4, 5, 6, на первые входы которых приходят доплеровские импульсы с первого выхода доплеровского радиолокатора 1. Регистраторы длительности временных участков 3, 4, 5, 6 считают количество временных импульсов с генератора временных импульсов 2 за фиксированное количество Кi, доплеровских импульсов, причем каждое следующее меньше предыдущего. Данные, из банка ряда предполагаемых групп обратных значений пути 18 поступают с его N+1 выходов на вторые входы соответствующих (N+1) умножителей 7, 8, 9, 10. По данным с выходов регистраторов длительностей временных участков 3, 4, 5, 6 соответственно, с помощью умножителей 7, 8, 9, 10 по зависимости (5) вычисляется группа из N+1 значений, обратных величинам возможной текущей скорости. Полученные данные с первых N умножителей 7, 8, 9 поступают на первые входы N вычитающих устройств 12, 13, 14, на другие входы которых поступают значения, обратные величинам возможной текущей скорости, соответственно с каждого следующего умножителя 8, 9, 10. С выходов N вычитающих устройств 12, 13, 14 полученные данные поступают на N входов сумматора 16, и результат суммирования поступает на первый вход сравнивающего устройства 17, на второй вход которого приходят данные с первого вычитающего устройства 12. Затем данные, из банка ряда предполагаемых групп обратных значений пути и удаленности 18, поступают с его N+1 выходов на вторые входы соответствующих N+1 умножителей 7, 8, 9, 10, и сравнивающее устройство 17 повторяет процесс формирования группы значений, обратных величинам возможных текущих скоростей, до тех пор, пока знак результата с сумматора 16 не изменится, при этом m=M, а на выходе первого умножителя 7 данные будут близки к величине обратной текущей скорости снаряда V. При этом разность значений обратных величин возможных текущих скоростей с первого вычитающего устройства 12, поступающая через второй вход сравнивающего устройства 17 на первый вход умножителя 11, должна быть положительной. На другой вход умножителя 17 поступает с (N+2)-го выхода банка ряда предполагаемых групп обратных значений пути и удаленности 18. Таким образом, с выхода (N+1)-го вычитающего устройства 15 по приходящим результатам на его входы с первого умножителя 7 и умножителя 11 имеем значение, обратное величине начальной скорости снаряда.
Недостатком данного описанного способа является зависимость точности измерения начальной скорости снаряда от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения.
Другим аналогом данного технического решения является способ измерения внешнебаллистических характеристик снаряда (патент RU 2515580 на изобретение заявка: 2013112556/07 МПК G01S 13/58 (2006.01) опубликован: 10.05.2014 Бюл. №13).
Способ основан на излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме электромагнитной энергии отраженной от снаряда, преобразовании аналогового сигнала в цифровой вид, записи сигналов в блок памяти, формировании последовательности дискретных значений его текущей скорости по реализациям доплеровского эхо-сигнала снаряда, вычислении по текущей скорости начальной скорости снаряда с учетом установленной задержки начала его наблюдения относительно момента вылета из ствола орудия, оценивании достоверности дискретных значений текущей скорости снаряда для каждой позиции в полученной последовательности содержащихся в них данных, выделении с учетом полученных результатов в этой последовательности участка, содержащего преимущественно достоверные данные, по которым определяют начальную скорость снаряда, при этом при оценке достоверности данных о текущей скорости снаряда используют критерии, учитывающие задаваемые требования по точности измерения начальной скорости снаряда, при формировании участка упомянутой последовательности для вычисления начальной скорости снаряда начало этого участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец - по наличию двух и более позиций с недостоверными данными; используемое при вычислении начальной скорости снаряда время задержки начала наблюдения представляют суммой установленной задержки и суммарной длительности реализации доплеровского эхо-сигнала, предшествующей первой позиции в участке данных, сформированном для вычисления начальной скорости снаряда; при наличии одиночных позиций с недостоверными данными в выделенном участке последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда данные, содержащиеся в таких одиночных позициях, заменяют средним значением достоверных данных из двух непосредственно примыкающих к ним позиций этого участка, достоверность данных о текущей скорости снаряда проверяют по превышению фактическим отношением сигнал/шум того его значения, которое необходимо для обеспечения заданной точности определения начальной скорости снаряда, достоверность данных о текущей скорости снаряда оценивают по изменениям значений текущей скорости снаряда, представленным на смежных позициях в полученной последовательности, при этом сначала по величине этих изменений обнаруживают зоны, содержащие недостоверные данные, а затем по достоверным данным, получаемым из позиций, непосредственно примыкающим к этим зонам, определяют для каждой позиции в обнаруженной зоне ожидаемые значения скорости и локализуют каждую позицию с недостоверными данными, причем достоверными считают те позиции, для которых анализируемые изменения значений текущей скорости снаряда не превышают величину задаваемой погрешности измерения начальной скорости снаряда, определяют ширину спектра доплеровского эхо сигнала, определяют по ширине спектра площадь максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда, по изменению данной площади на каждой позиции судят о величине нутации снаряда, дополнительно в спектре доплеровского эхо-сигнала определяют частоты гармоник вторичной модуляции эхо-сигнала, вызванной асимметрией распределения массы снаряда относительно его продольной оси, вычисляют по формуле
Figure 00000006
угловую скорость вращения снаряда вокруг продольной оси, где
fвp=(f1-f2)/2,
f1 и f2 - частоты, соответствующие максимумам первых парных гармоник вторичной модуляции доплеровского эхо-сигнала.
Работа устройства для измерения внешнебаллистических характеристик снаряда функционирует следующим образом (фиг. 3).
При нажатии на боевую кнопку происходит одновременный запуск устройства 1 для измерения внешнебаллистических характеристик и срабатывание метательного устройства 2, при этом в момент выхода снаряда 4 из канала ствола срабатывает индукционный датчик 3.
Доплеровский радиолокатор 5 осуществляет излучение электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, отраженный от снаряда сигнал поступает на первый вход ключа 6, на второй вход которого поступает сигнал с выхода линии 7 задержки, на вход которой поступает сигнал с выхода индукционного датчика 3 (фиг. 4). Выбор времени задержки обусловлен необходимостью измерения начальной скорости снаряда, так как именно в момент выстрела наблюдается момент, когда скорость снаряда достигает максимального значения. Сигнал с выхода ключа 6 через аналого-цифровой преобразователь 8 поступает на вход блока 9 памяти, где осуществляется его запись. Обработка полученных данных осуществляется в блоке 10 обработки данных, при этом осуществляется анализ достоверности данных в анализаторе 14 достоверности данных (фиг. 5).
Анализатор 14 достоверности данных осуществляет выделение участка, содержащего повышенные достоверные данные, при этом начало участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец - по наличию двух и более позиций с недостоверными данными, по которым определяют начальную скорость снаряда.
Вычисления начальной скорости снаряда осуществляют в момент времени t0=tзад+t1, где tзад - установленная задержка, tΣ - суммарная длительность реализации доплеровского эхо-сигнала, предшествующей первой позиции в участке данных, сформированном для вычисления начальной скорости снаряда (фиг. 6). При наличии одиночных позиций с недостоверными данными в выделенном участке последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда данные, содержащиеся в таких одиночных позициях, заменяют средним значением достоверных данных из двух непосредственно примыкающих к ним позиций этого участка. Таким образом, анализатор 10 достоверности (фиг. 5) данных обеспечивает выборку участка повышенной достоверности данных и обеспечивает проверку достоверности текущей скорости, при этом скорость определяется в соответствии с выражением
Figure 00000007
где Δf - частота Доплера, λ - длина волны, Δϕ - угол наблюдения.
С выхода анализатора 14 достоверности данных сигналы поступают на входы блока 15 определения ширины спектра и блока 16 определения угловой скорости вращения снаряда.
Кроме того, сигнал с выхода анализатора 14 достоверности данных поступает на вход индикатора 11 скорости движения снаряда. Блок 15 определения ширины спектра обеспечивает:
- вычисление модуля быстрого преобразования Фурье (БПФ):
Figure 00000008
где уk=у(k/Fd) оцифрованный аналого-цифровым преобразователем входной сигнал у(t), Fd - частота дискретизации исходного сигнала, N - число отсчетов БПФ, Sn - действительная амплитуда n-ой спектральной гармоники, частоту которой можно определить как:
Figure 00000009
- определение величины порога:
Figure 00000010
где Рлт - вероятность ложной тревоги, которая на практике обычно принимается равной 10-5,
Figure 00000011
- дисперсия шума, значение которой можно вычислить, проанализировав БПФ выходного сигнал радиолокатора при отсутствии движущихся объектов в его зоне видимости на соответствие закону распределения Релея;
- обнуление гармоник, не превысивших значение порога Sпор и находящихся в области ожидаемых частот Доплера:
Figure 00000012
где fож.min, fож.max - нижняя и верхняя границы области ожидаемых частот Доплера соответственно,
- определение ширины спектра сигнала:
Figure 00000013
где fc.min - нижняя граница спектра сигнала, fc.max - верхняя граница спектра сигнала, Δf - ширина спектра сигнала (фиг. 7);
- определение по ширине спектра площади максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда,
- определение величины нутации снаряда по изменению данной площади на каждой позиции.
Сигнал с выхода блока 15 определения ширины спектра поступает на вход индикатора 12 ширины спектра. Блок 16 определения угловой скорости вращения снаряда обеспечивает определение угловой скорости вращения снаряда относительно продольной оси для выбранного участка измерения. Недостатком данного способа является зависимость точности измерения начальной скорости снаряда от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения.
Наиболее близким (прототип) способом измерения скорости снаряда является (патент RU 2338220 на изобретение заявка: 2007107577/09 МПК G01S 13/58 (2006.01) опубликован: 10.11.2008 Бюл. №31).
В данном способе по реализациям доплеровского эхо-сигнала снаряда формируют последовательность дискретных значений его текущей скорости и вычисляют по ним начальную скорость снаряда с учетом установленной задержки начала его наблюдения относительно момента вылета из ствола орудия, для каждой позиции в полученной последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда оценивают достоверность содержащихся в них данных и с учетом полученных результатов выделяют в этой последовательности участок, содержащий преимущественно достоверные данные, по которым определяют начальную скорость снаряда, при этом при оценке достоверности данных о текущей скорости снаряда используют критерии, учитывающие задаваемые требования по точности измерения начальной скорости снаряда; при формировании участка упомянутой последовательности для вычисления начальной скорости снаряда начало этого участка определяют по наличию не менее трех следующих подряд позиций с достоверными данными, а его конец - по наличию двух и более позиций с недостоверными данными; используемое при вычислении начальной скорости снаряда время задержки начала наблюдения представляют суммой установленной задержки и суммарной длительности реализации доплеровского эхо-сигнала, предшествующей первой позиции в участке данных, сформированном для вычисления начальной скорости снаряда,; при наличии одиночных позиций с недостоверными данными в выделенном участке последовательности дискретных значений текущей скорости снаряда данные, содержащиеся в таких одиночных позициях, заменяют средним значением достоверных данных из двух, непосредственно примыкающих к ним позиций этого участка, достоверность данных о текущей скорости снаряда проверяют по превышению фактическим отношением сигнал/шум того его значения, которое необходимо для обеспечения заданной точности определения начальной скорости снаряда, достоверность данных о текущей скорости снаряда оценивают по изменениям значений текущей скорости снаряда, представленным на смежных позициях в полученной последовательности, при этом сначала по величине этих изменений обнаруживают зоны, содержащие недостоверные данные, а затем по достоверным данным, получаемым из позиций, непосредственно примыкающим к этим зонам, определяют для каждой позиции обнаруженной зоне ожидаемые значения скорости и локализуют каждую позицию с недостоверными данными, причем достоверными считают те позиции, для которых анализируемые изменения значений текущей скорости снаряда не превышают величину задаваемой погрешности измерения начальной скорости снаряда, дополнительно формируют в направлении заданной траектории полета снаряда равнодоплеровское направление, за счет установки двух измерителей на равных расстояниях от заданной траектории полета снаряда, максимумы диаграмм направленностей которых составляют острый угол с траекторией полета снаряда, измеряют скорость снаряда каждым измерителем, результаты измерений сравнивают и по результатам сравнения судят о нахождении снаряда на заданной траектории полета.
Устройство для измерения скорости снаряда функционирует следующим образом. Измерение скорости снаряда производится одновременно первым 7 и вторым 14 доплеровскими радиолокаторами, расположенными на одинаковых расстояниях от заданной траектории полета снаряда и максимумы диаграмм, направленности которых составляют с ней острые углы (фиг. 8). Выходной сигнал первого 7 и второго 14 доплеровских радиолокаторов определяется скоростью движения снаряда и углами между траекторией полета снаряда и его линией визирования каждым доплеровским радиолокатором. При полете снаряда по заданной траектории данные углы равны, а, следовательно, равны и доплеровские частоты сигналов, принимаемых первым 7 и вторым 14 доплеровскими радиолокаторами. Данное направление можно назвать равно доплеровским. При отклонении от заданной траектории полета указанное равенство нарушается. Принцип измерения скорости снаряда осуществляется следующим образом. Сигналы с выходов первого 7 и второго 14 доплеровских радиолокаторов поступают соответственно через первый 2 и второй 15 формирователи реализаций доплеровского сигнала, на входы первого 3 и второго 16 формирователей дискретных значений текущей скорости снаряда, выходные сигналы которых сохраняются в первом 9 и втором 18 буферных запоминающих устройствах. Под действием сигналов с выходов первого 8 и второго 17 счетчиков реализаций первое 9 и второе 18 буферные запоминающие устройства, выдают сигналы на первый 10 и второй 19 анализаторы достоверности реализаций, где они анализируются и поступают на входы первого 11 и второго 20 формирователей данных для вычисления начальной скорости. Сигналы с выходов первого 11 и второго 20 формирователей данных для вычисления начальной скорости поступают на входы первого 1 и второго 23 вычислителей, с выходов которых поступают на входы устройства 24 сравнения. На выходе устройства 24 сравнения формируется сигнал, информирующий о нахождении снаряда на заданной траектории. Недостатком прототипа также явлется зависимость точности измерения начальной скорости снаряда от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения.
Технической задачей изобретения является устранение зависимости точности измерения начальной скорости снаряда от угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения.
Сущность предлагаемого изобретения основана на излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме отраженной от снаряда электромагнитной энергии и последующей обработке доплеровских эхо-сигналов, принятых двумя оптическими телескопическими системами с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2, причем угол α между их оптическими осями известен и неизменен, затем излучения от каждой из телескопических систем суммируют с излучением лазера в двух оптических смесителях, а начальную скорость снаряда определяют по формуле:
Figure 00000014
где λ0 - длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0;
(ƒ0-ƒd1) - разностная частота излучения после первого смесителя;
(ƒ0-ƒd2) - разностная частота излучения после второго смесителя.
Данное положение поясняется следующим. Частота отраженного от снаряда излучения при использовании эффекта Доплера зависит от скорости движущегося снаряда и углом ϕ между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения. При этом доплеровский сдвиг частоты излучения ƒD, связан с начальной скоростью снаряда соотношением:
Figure 00000015
где λ0 - длина волны электромагнитного излучения лазера; ϕ - угол между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения.
Погрешность измерения скорости, обусловленную погрешностью установки угла Δϕ между осью ствола и направлением наблюдения ϕ можно найти, дифференцируя соотношение (1) по ϕ.
Figure 00000016
Разделив ΔV на V из формулы (1), получим относительную погрешность:
Figure 00000017
Как следует из формулы (3) относительная погрешность измерения начальной скоростью снаряда определяется углом между вектором скорости снаряда V и направлением наблюдения. При углах наблюдения ~90° погрешность стремится к бесконечности. В полевых условиях эта погрешность может быть значительной. Так при ϕ=10° и абсолютной погрешности установки угла между осью ствола и направлением наблюдения Δϕ=1°, относительная погрешность измерения начальной скорости снаряда будет составлять 17,6%. Для исключения этой составляющей погрешности предлагается рассеянное и отраженное снарядом излучение, принимать двумя телескопическими оптическими системами, с известным и неизменным углом α между их оптическими осями.
В этом случае доплеровский сдвиг частот излучения будет составлять:
Figure 00000018
После оптического смешения излучения лазера с частотой ƒ0 соответствующей длине волны λ, с излучениями соответствующих доплеровским сдвигам частот ƒd1 и ƒd2 получим:
Figure 00000019
Подставляя (4) в (5) получим систему двух уравнений (6) и (7):
Figure 00000020
В этих уравнениях величины ƒ0, α известны, a Δƒ1 и Δƒ2 измерены.
Исключим из этих уравнений параметр ϕ. Для этого и соотношений (6) и (7) найдем:
Figure 00000021
Перепишем (9) в виде:
Figure 00000022
Запишем (10) с учетом зависимости (8)
Figure 00000023
Перепишем соотношение (11) в виде:
Figure 00000024
Преобразуем соотношение (12) к виду:
Figure 00000025
Как следует из выражения (13) начальная скорость снаряда не зависит от угла ϕ, а угол α можно конструктивно можно установить с любой наперед заданной точностью.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий:
1. Отраженное движущимся снарядом излучение принимается двумя оптическими телескопическими системами с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2, причем угол α между их оптическими осями известен и неизменен;
2. Излучения от каждой из телескопических систем суммируют с излучением лазера в двух оптических смесителях;
3. Начальную скорость снаряда определяют по формуле:
Figure 00000026
где λ - длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0;
(ƒ0-ƒd1) - разностная частота излучения после первого смесителя;
(ƒ0-d2) - разностная частота излучения после второго смесителя.
Заявляемый способ являются результатом научно исследовательской и экспериментальной работы.
На фигуре 9 приведена схема проведения экспериментов, где:
1 - одночастотный лазер;
2, 3 - приемные телескопические системы;
4 - оптические смесители;
5 - фотоприемники;
6 - блок обработки доплеровских эхо-сигналов.
Устройство измерения начальной скорости снаряда содержит одночастотный лазер 1, излучение которого направлено на траекторию движения снаряда. Отраженное от снаряда излучение лазера с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2 принимается двумя оптическими телескопическими системами 2 и 3. Принятые излучения подают в оптические смесители 4. Одновременно с этим в оптические смесители приходит излучение лазера 1 с частотой ƒ0. После смесителей 4 оптические сигналы с разностной частотой направляются в фотоприемники 5, которые связаны с блоком обработки доплеровских эхо-сигналов 6.
Устройство измерения начальной скорости снаряда функционирует следующим образом. Отраженное от снаряда излучение лазера с частотами Доплера
Figure 00000027
принимается двумя оптическими телескопическими системами 2 и 3 угол между оптическими осями, которых равен α. Принятые излучения подают в оптические смесители - фотоприемники 4 вместе с излучением лазера 1 с частотой ƒ0. После смесителей 4 сигналы с разностной частотой
Δƒ1=ƒ0-ƒd1 и Δƒ2=ƒ0-ƒd2
направляются в блок обработки доплеровских эхо-сигналов 5, который производит обработку сигналов и вычисление начальной скорости снаряда по формуле:
Figure 00000028
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет исключить влияние угла между траекторией движения снаряда и направлением наблюдения на точность измерения начальной скорости снаряда.

Claims (5)

  1. Способ определения начальной скорости снаряда, заключающийся в излучении электромагнитной энергии в направлении движения снаряда, приеме отраженной от снаряда электромагнитной энергии и последующей обработке доплеровских эхо-сигналов, отличающийся тем, что отраженное движущимся снарядом излучение принимается двумя оптическими телескопическими системами с частотами Доплера ƒd1 и ƒd2, причем угол α между их оптическими осями известен и неизменен, затем излучения от каждой из телескопических систем суммируют с излучением лазера в двух оптических смесителях, а начальную скорость снаряда определяют по формуле:
  2. Figure 00000029
  3. где λ - длина волны лазера и соответствующая ей частота ƒ0;
  4. (ƒ0-ƒd1) - разностная частота излучения после первого смесителя;
  5. (ƒ0-ƒd2) - разностная частота излучения после второго смесителя.
RU2019127089A 2019-08-27 2019-08-27 Способ измерения начальной скорости снаряда RU2715994C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127089A RU2715994C1 (ru) 2019-08-27 2019-08-27 Способ измерения начальной скорости снаряда

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127089A RU2715994C1 (ru) 2019-08-27 2019-08-27 Способ измерения начальной скорости снаряда

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715994C1 true RU2715994C1 (ru) 2020-03-05

Family

ID=69768169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019127089A RU2715994C1 (ru) 2019-08-27 2019-08-27 Способ измерения начальной скорости снаряда

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715994C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757929C1 (ru) * 2020-11-25 2021-10-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Способ измерения начальной скорости снаряда лазерной волоконно-оптической системой
RU2766535C1 (ru) * 2020-11-25 2022-03-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Лазерный волоконно-оптический измеритель начальной скорости снаряда
RU2782478C1 (ru) * 2022-05-24 2022-10-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Способ измерения начальной скорости снаряда

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0277772A2 (en) * 1987-02-05 1988-08-10 Lear Astronics Corporation Doppler radar method and apparatus for measuring a projectile muzzle velocity
RU2250476C2 (ru) * 2002-09-30 2005-04-20 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления
RU2338220C1 (ru) * 2007-02-28 2008-11-10 Сергей Михайлович Мужичек Способ измерения скорости снаряда
RU2351947C2 (ru) * 2007-01-19 2009-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2395102C1 (ru) * 2009-07-06 2010-07-20 Владимир Иванович Винокуров Способ измерения скорости снаряда и устройство для его осуществления
WO2015143243A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Houston Radar Llc Robust dual-radar-beam systems and methods for traffic monitoring
RU2014146420A (ru) * 2014-11-19 2016-06-10 Общество с ограниченной ответственностью Конструкторское бюро "ИНТРОСКАН" Способ измерения скорости снаряда и устройство для его осуществления
US9470786B2 (en) * 2011-03-01 2016-10-18 Eads Deutschland Gmbh Methods for detecting the flight path of projectiles

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0277772A2 (en) * 1987-02-05 1988-08-10 Lear Astronics Corporation Doppler radar method and apparatus for measuring a projectile muzzle velocity
RU2250476C2 (ru) * 2002-09-30 2005-04-20 ОАО "Научно-исследовательский институт "Стрела" Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления
RU2351947C2 (ru) * 2007-01-19 2009-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2338220C1 (ru) * 2007-02-28 2008-11-10 Сергей Михайлович Мужичек Способ измерения скорости снаряда
RU2395102C1 (ru) * 2009-07-06 2010-07-20 Владимир Иванович Винокуров Способ измерения скорости снаряда и устройство для его осуществления
US9470786B2 (en) * 2011-03-01 2016-10-18 Eads Deutschland Gmbh Methods for detecting the flight path of projectiles
WO2015143243A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Houston Radar Llc Robust dual-radar-beam systems and methods for traffic monitoring
RU2014146420A (ru) * 2014-11-19 2016-06-10 Общество с ограниченной ответственностью Конструкторское бюро "ИНТРОСКАН" Способ измерения скорости снаряда и устройство для его осуществления

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757929C1 (ru) * 2020-11-25 2021-10-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Способ измерения начальной скорости снаряда лазерной волоконно-оптической системой
RU2766535C1 (ru) * 2020-11-25 2022-03-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Лазерный волоконно-оптический измеритель начальной скорости снаряда
RU2793829C2 (ru) * 2021-05-04 2023-04-06 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" Способ измерения параметров движения снаряда на этапе внутренней баллистики
RU2790640C1 (ru) * 2022-02-11 2023-02-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Способ измерения начальной скорости высокоскоростных снарядов лазерной волоконно-оптической системой
RU2782478C1 (ru) * 2022-05-24 2022-10-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2782477C1 (ru) * 2022-05-24 2022-10-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2798441C1 (ru) * 2022-07-12 2023-06-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулёва" Поляризационный способ определения начальной скорости снаряда нарезного артиллерийского орудия

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4837718A (en) Doppler radar method and apparatus for measuring a projectile's muzzle velocity
KR100982900B1 (ko) 목표 시그니처 계산 및 인식을 위한 시스템 및 방법
RU2715994C1 (ru) Способ измерения начальной скорости снаряда
GB2462148A (en) Automotive FMCW radar with multiple frequency chirps
CA2325697A1 (en) Method and system for measuring radar reflectivity and doppler shift by means of a pulse radar
RU2515580C1 (ru) Способ измерения внешнебаллистических характеристик снаряда и устройство для его осуществления
CN113253301B (zh) 多频脉冲激光雷达信号处理方法及测风雷达系统
RU2395102C1 (ru) Способ измерения скорости снаряда и устройство для его осуществления
RU2667485C1 (ru) Способ радиолокационного обзора пространства и многопозиционный комплекс для его осуществления
RU2710894C1 (ru) Способ классификации и бланкирования дискретных помех
RU2392639C1 (ru) Способ измерения начальной скорости снаряда и устройство для его осуществления
RU2790640C1 (ru) Способ измерения начальной скорости высокоскоростных снарядов лазерной волоконно-оптической системой
RU2757929C1 (ru) Способ измерения начальной скорости снаряда лазерной волоконно-оптической системой
RU2351947C2 (ru) Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2407033C1 (ru) Устройство распознавания воздушных целей двухчастотным способом
RU2650419C1 (ru) Гидролокационный способ классификации подводных объектов в контролируемой акватории
RU2765137C2 (ru) Способ испытаний лазерной баллистической измерительной системы
RU2338220C1 (ru) Способ измерения скорости снаряда
RU2612201C1 (ru) Способ определения дистанции гидролокатором
RU2714884C1 (ru) Способ определения курса объекта на линейной траектории с использованием измерений его радиальной скорости
RU2335785C1 (ru) Лазерный доплеровский локатор
RU2515419C1 (ru) Способ измерения изменения курсового угла движения источника зондирующих сигналов
RU2782478C1 (ru) Способ измерения начальной скорости снаряда
RU2553419C1 (ru) Способ распознавания калибра стреляющего артиллерийского орудия по параметрам спектральных составляющих прецессий и нутаций
RU2427001C1 (ru) Устройство идентификации воздушного радиолокационного объекта наблюдения с выбором интервала максимизации угловой скорости его поворота при траекторных нестабильностях движения