SU1190322A1 - Устройство дл определени дальности до грозовых разр дов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну и широкополо сньтй усилитель, а также блок вьщелени  нулевых переходов и два триггера, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точное:ти измерени  дальности до грозовых . разр дов, в него введены узкополосныйприемник , два инвертора, синхронизатор , элемент дифференцировани , два элемента И, третий инвертор ., два элемента ИЛИ, делитель частоты , первый и второй формирователи пр моугольного импульса, управл емый генератор импульсов и последовательно соединенные счетчик импульсов , дешифратор и цифровой индикатор , при этом выход широкополосного усилител  подключен к первому входу первого элемента ИЛИ непосредственно , а к второму - через . первый инвертор, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу синхронизатора , первьй и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам элемента дифференцировани  и первого формировател  пр моугольного импульса, второйвход которого соединен с первым выходом синхронизатора, А выход подключен к первому входу первого триггера , выход которого через последовательно соединенные первый элемент - И и третий инвертор подключен к первым входам второго элемента .ИЛИ и второго формировател  пр моугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора , а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого через последователь (Л но соединенные второй инвертор и второй .элемент И подклточен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход электрической антенны подключен черезузкополосный приемник к входу блока выделени  нулевых переходов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу первого триггера и первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента дифференцировани , а выход подключен к второму ВХОДУ первого элемента И, выход второго инвертора через управл емый генератор импульсов подключен к первому входу делител  частоты , второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента И,

Description

1

Изобретение относитс  к радиолокации , в частности к радиолокахщонной ме георологии, и может быть использовано в радиотехнических системах дл  определени  рассто ни  до источников электромагнитного излучени  в сверхдлинноволновом диапазоне , в частности дл  определени  далности до грозовых разр дов.

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  дальности до грозовых разр дов.

На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурна  электрическа  схема синхронизатора-5 на фиг. 3 - структурна  электрическа  схема элемента дифференциpoвaни  на фиг. А - структурна  электрическа  схема первого формировател  пр моугольного импульсаJ на фиг. 5 - структурна  электрическа  схема блокавьщелени  нулевых переходов; на фиг. 6 - зависимость фазы от рассто ни .

Устройство содержит электрическую антенну I, широкополосный усилитель 2, первьй инвертор 3, эле мент 4 дифференцировани , синхронизатор 5, перйый элемент ИЛИ 6, первьй формирователь 7 пр моугольного импульса, первый триггер 8, первый элемент И 9, узкополосньй приемник Юз блок П вьщелени  нулевых переходов , второй триггер 12, управл емый генератор 13 импульсов, второй формирователь 14 пр моугольного импульса , второй элемент ИЛИ 15, делитель 16 частоты, второй элемент И 17, второй инвертор 18, счетчик 19 импульсов, дешифратор 20, цифровой индикатор 21 и третий инвертор 22, при этом синхронизатор 5 содержит инвертор 23, .триггер 24 и управл емьй генератор 25 импульсов, а элемент 4 дифференцировани  содержит дифференцирующую цепочку 26 и инвертор 27. Формирователь 7 .пр моугольного ш пульса содержит триггер 28, счетчик 29 импульсов и управл емый генератор 30, а 11 выделени  нулевьо переходов содержит усилитель-ограничитель 31, дифференцирующую цепочку 32 и два инвертора 33 и 34,

Устройство работает следующим образом.

2

Широкополосный сигнал с выхода Электрической антенны 1 поступает на входы широкополосного усилител  2 и узкополосного приемника 10, С выхода широкополосного усилител  2 сигнал подаетс  на вход первого инвертора 3 и на первьй вход первого элемента ИЛИ 6. Независимо от пол рности исходного широкополосного

сигнала на выходе первого элемента

ИЛИ 6 формируетс  импульс, который .поступает навход синхронизатора 5. .Входной сигнал синхронизатора 5 инвертором 23 инвертируетс  и поступает на С-вход триггера 24. G выхода триггера 24 сигнал, соответствующий уровню логической единицы, поступа-. ет на вход управл емого генератора 25 импульсов. С выхода последнего

сигнал поступает на / -вход триггера 24 и устанавливает его в исходное состо ние. При этом на обоих выходах формируютс  сигналы противоположной пол рности (парафазный

выход ,которые поступают на выходы синхронизатора 5. Сигнал логической ; единицы с второго выхода синхронизатора 5 подаетс  на первьй вход первого формировател  7 пр моугольного импульса, а уровень логического нул  передаетс  на входы элемента 4 дифференцировани j первого и второго формирователей 7 и 14 пр моугольного импульса, делител  16

частоты и счетчика 19 импульсов. Этими уровн ми синхронизируетс  работа перечисленных устройств. Таким образом, на выходах синхро-низатора 5 формируютс  импульсы,

передний фронт которых жестко св зан с передним фронтом.широкополосного сигнала на выходе широкополосного усилител  2.

Дл  формировани  узкопОлосного

сигнала используетс  узкополосньй прие..шик 10, вход которого подключен к выходу электрической антенны 1. С выхода, уз кополосного приемника 10 сигнал постзшает на вход блока 11 выделени  нулевых переходов, на вькоде последнего формируютс  парафазные сигналы, которые поступают на соответствующие входы первого и второго триггеров В и 12.

Передним фронтом импульса, жестко св занного с передним фронтом импульса широкополосного сигнала, с второго выхода синхронизатора 5 триг3

rep 28 в первом формирователе 7 пр моугольного импульса (фиг. 4) устанавливаетс  в состо ние логической единицы. Этим уровнем даетс  разрешение на работу управл емому генератору 30, с выхода которого импульсы поступают на вход счетчика 29 импульсов, работу которого синхронизирует сигнал с выхода синхронизатора 5..

При переполнении счетчика 29 импульсов на его выходе формируетс  сигнал, который поступает на R-вход триггера 28 и устанавливает его в исходное состо ние. С инверсного выхода триггера 28 импульс поступает на выход первого формировател 

7пр моугольного импульса и далее на первьм вход первого триггера 8. Задним фронтом этого импульса первый триггер 8 опрокидь1ваетс  и на его выходе устанавливаетс  уровень логической единицы. Ближайший импульс , соответствующий нулевому переходу узкополосного сигнала с выхода блока 11 вьщелени  нулевых переходов , устанавливает первый триггер 8 в исходное состо ние. Таким образом на выходе первого триггера

8формируетс  пр моугольный импульс с длительностью, равной фазовому сдвигу между задним фронтом пр моугольного импульса на выходе первог формировател  7 пр моугольного импульса и ближайшим импульсом нулевого перехода на выходе блока 11 выделени  нулевых переходов..

Поскольку первый формирователь 7 пр моугольного импульса формирует сигнал с достаточно высокой стабильностью и передний. фронт этих импульсов жестко св зан с передним фронтом синхронизирующего импульса с второго выхода синхронизатора 5, а последний формируетс  передним фронтом широкополосного сигнала излучени  молний, прин того электрической антенной 1 и усиленного широкополосным усилителем 2, то можно считать, что измер етс  фазовый сдвиг между задержанным на интервал времени t, передним фронтом широкополосного сигнала и нулевым переходом узкополосного сигнала ва pa6o4ei1; частоте приемника f. Второй триггер 12 контролирует сигнал на выходе блока вьщелени  нулевых переходов. При отсутствии на

3224

первом входе импульсов второй триггер 2 остаетс  в исходном состо нии , а на.его выходе сигнал соответствует уровню логического нул . Этот уровень запрещает прохождение импульса с выхода первого триггера 8 через пос.ттедовательно соединенные первьт элемент И 9 и третий инвертор 22 на вход второго элемента НГШ 15 и второй формирователь 14 пр моугольного импульса. В другом случае, когда уровень узкополосного сигнала достаточен дл  обработки, то на выходе второго триггера 12 устанавливаетс  уровень логической единицы и тем самым обеспечиваетс  дальнейша  обработка импульса, соответствующего фазово- му сдвигу узкополосного сигнала относительно переднего фронта широкополосного сигнала.

В исходное состо ние второй триггер 12 устанавливаетс  коротким импульсом с выхода элемента 4 дифферейцировани , соответствующим заднему фронту синхронизирующего импульса, т.е. после завершени  полной обработки сигналов и индикации показаний (фиг. 3). Передним фронтом импульса с выхода третьего инвертора 22 включаетс  второй формирователь 14 пр моугольного импульса, на выходе которого формируетс  пр моугольный импульс длительноетью , равной половине периода рабочей частоты узкополосного приемника 10. С выхода второго формировател  14 пр моугольного импульса сигнал поступает на вход

второго элемента ИЛИ 15, на первый вход которого поступает сигнал с выхода третьего инвертора 22, равньй фазовому сдвигу Ф. На выходе второго элемента ИЛИ 15 формируетс  сигнал, равный разности между входными сигналами. С выхода второго элемента ИЛИ I5 сигнал через второй инвертор I8 поступает на первый вход второго элемента И 17

и на вход управл емого генератора 13 импульсов. При наличии управл ющего сигнала с выхода второго инвертора 18 управл  емый генератор 13 импульсов вырабатывает пр моугольные импульсы. С выхода управл емого генератора 13 импульсов импульсы через делитель 16 частоты и второй элемент И I7 поступают на счетчик 19 импульсов. Количество импульсов на счетчике I9 импульсов, с помощью дешифратора 20 вьшодитс  на. цифровой индикатор 21. Таким образом, на выходе первого триггера 8 формируетс  пр моугольньй импульс, прюпорциональный фазовому сдвигу. Ф и равный ) где f - рабоча  частота узкополосного приемника, Гц; з«А врем  задержки переднего фронта широкополо.сного сигнала, равное длительности пр моугольного импул са на выходе первого форми ровател  7 пр моугольного импульса; tj, - врем  по влени  ближайшего импульса нулевого перехода отклика фильтра узкополосного приемника 10, мкс; te фаза, рад. Если отсчет времени вести от заднего фронта .импульса на выходе первого формировател  7 пр моугольного импульса, то фазовый сдвиг равен Ф ( 2) где t - врем  между моментом уста новки первого триггера 8 в состо ние логической единицы и моментом прихода ближайше1о импульса нулевого перехода, которым первый триггер 8 устанавливаетс  в состо ние логического нул . В рамках дипольной модели источника излучени  фаза ФЕ электрической составл ющей определ етс  соотношением: Ф olrctf 3 где f - рабоча  частота, Гц-, R - рассто ние, м-, С - скорость света, м/с. Соотношение (3 ) можно преобразовать к виду ф,, . С) .(fR)(H7) где f - частота, кГц; R - рассто ние, км. На фиг. 6 приведен график зависимости фазы от рассто ни  на частоте I кГц (крива  а ) и график зависимости F- Фр (крива  5), вычисленные по формуле (4 ). График oi зависимости фазы от рассто ни  показывает , что фаза и пропорциональный ей временной сдвиг, равный длительности пр моугольного импульса на выходе первого триггера 8, помере увеличени  рассто ни  уменьшаетс . График 6 показывает обратнуго зависимостьj по мере увеличеки  рассто ни  фазовый сдвиг ф, а следовательно, и пропорциональный ему по длительности пр моугольный импульс, сформированный на выходе второго элемента ИЛИ 15, уменьшаютс . Такое соотношение между длительностью пр моугольного импульса на выходе второго элемента ИЛИ 15 и рассто нием удобно дл  преобразовани  фазового (временного ) сдвига в рассто ние, выраженное в км. Из графика 5 (фиг. 6 ) следует, что на удалени х 10-80 км фазовый сдвиг составл ет 140 градусов или 390 мкс Так как на этом участке шкалы зависимость фазового сдвига от рассто ни  близка к линейной, то на временной интервал в 390 мкс должно приходитьс  80 импульсов, что соответствует интервалу рассто ни  в 80 км. Тогда на выходе делител  16 частоты интервал следовани  импульсов должен составл ть 4,9 мкс, что соответствует частоте 200 кГц. При рабочей частоте генератора 1 мГц, коэффициент делени  равен 5. На удалени х более 80 км зависимость фазового сдвига от рассто ни  становитс  нелинейной и применение такой схемы преобразовани  временкого интервала в рассто ние нецелесообразно . Предлагаемое устройство обладает более высокими точностными характеристиками .

фиг. 1

Вход

L.JJ

Фиг .

ФигЛ

,,град

500

т

по

100

60

X

20

оо 20 0 во 80 100

:LJ

Фиг.5

/

V

/

Лкм

фиг.6

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну и широкополосный усилитель, а также блок выделения нулевых переходов й два триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения точносг ти измерения дальности до грозовых разрядов, в него введены узкополосный ' приемник, два инвертора, синхронизатор, элемент дифференцирования, два элемента И, третий инвертор., два элемента ИЛИ, делитель частоты, первый и второй формирователи прямоугольного импульса, управляемый генератор импульсов и последовательно соединенные счетчик импульсов , дешифратор и цифровой индикатор, при этом выход широкополосного усилителя подключен к первому входу первого элемента ИЛИ непосредственно, а к второму - через первый инвертор, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу синхронизатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам элемента дифференцирования и первого формирователя прямоугольного импульса, второйвход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к первому входу первого триггера, выход которого через последовательно соединенные первый элемент

   - И и третий инвертор подключен к первым входам второго элемента ИЛИ и второго формирователя прямоугольного импульса, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные второй инвертор и второй .элемент И подключен к первому входу счетчика импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, выход электри'ческой антенны подключен через узкополосный приемник к входу блока выделения нулевых переходов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к второму входу первого триггера и первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента дифференцирования, а выход подключен к второму входу первого элемента И, выход второго инвертора через управляемый генератор импульсов подключен к первому входу делителя частоты, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу второго элемента И.

   SU „„ 1190322 >