SU756973A1

SU756973A1 - Рациолокационное устройство для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета

Info

Publication number: SU756973A1
Application number: SU782591050A
Authority: SU
Inventors: Yu V Melnichuk; A A Chernikov; V M Vostrenkov; V A Kapitanov
Original assignee: Ts Aerologicheskaya Observator
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1978-03-17
Publication date: 1984-05-15

Description

Изобретение Относится к радиолокации и может использоваться для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета.

Известно радиолокационное устройство для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета, содержащее последовательно соединенные блок запуска, модулятор, передатчик, делитель мощности, переключатель прием-передача и антенну, последовательно соединенные стабильный гетеродин, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, усилитель-ограничитель, фазовый детектор и первый селектор, последовательно соединенные второй смеситель, когерентный гетеродин и преобразователь частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, последовательно соединенные логарифмический усилитель промежуточной частоты, первый блок коррекции и второй селектор, а также N идентичных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первого интегратора, частотомера и умножителя, N вторых интеграторов и регистратора, причем второй вход первого смесителя соединен с вторым выходом переключателя прием-передача, первый и второй входы второго смесителя соединены соответственно со вторыми выходами стабильного гетеродина и делителя мощности, вход логарифми- , ческого усилителя промежуточной частоты соединен с выходом первого смесителя, входы первых интеграторов соединены с соответствующими выходами первого селектора, а входы и выходы вторых интеграторов соединены соответственно с соответствующими выходами второго селектора и входами регистратора Γΐ3.

Однако известное устройство обладает низкой точностью измерений ско2

ростей метеочастиц при собственных перемещениях устройства во время измерений, а также не позволяет производить замера скоростей воздушных по 5 .токов.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функцио нальных возможностей устройства.

10 Цель достигается тем, что в радио локационное устройство для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета, содержащее последовательно соединенные блок заи пуска, модулятор, передатчик, делитель мощности, переключатель приемпередача и антенну, последовательно соединенные стабильный гетеродин, первый смеситель, усилитель промежу20 точной частоты, усилитель-ограничитель, фазовый детектор и первый селектор, последовательно соединенные второй смеситель, когерентный гетеродин, и преобразователь частоты,

25 выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, последовательно соединенные логарифмический усилитель промежуточной частоты, пер вый блок коррекции и второй селек30 тор, а также N идентичных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первого интегратора, частотомера и умножителя, N вторых интеграторов и регистратора, причем второй вход первого сме35 сителя соединен с вторым выходом переключателя прием-передача, первый и второй входы второго смесителя соеди йены соответственно со вторыми выходами стабильного гетеродина и дели теля мощности, вход логарифмического усилителя промежуточной частоты соединен с выходом первого смесителя, входы первых интеграторов соединены с соответствующими выходами первого селектора, а входы и выходы вторых интеграторов соединены соответствен756973

но с соответствующими выходами второго селектора, и входами регистратора, введены последовательно соединенные блок слежения по дальности и первый блок управления, первый и 5

второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго селекторов, последовательно соединенные третий селектор, третий интегратор, второй 10 частотомер и второй блок управления, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя частоты, и N идентичных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соеди-15 ненных второго блока коррекции и блока вычитания, причем второй вход и выход каждого блока вычитания соединены соответственно с выходом соответствующего умножителя и соответст- 20 вующим входом регистратора, первый вход блока слежения по дальности соединен с выходом логарифмического усилителя промежуточной частоты, второй и третий выходы блока запуска соеди- 25 йены соответственно с вторыми входами первого блока управления и блока слежения по дальности, вход и управляющий вход третьего селектора соединены соответственно с выходом фазового зо детектора и третьим выходом первого блока управления, а входы вторых блоков коррекции соединены с выходами соответствующих вторых интеграторов.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Радиолокационное устройство для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета содержит блок 1 запуска, модулятор 2, передатчик 3, делитель 4 мощности, переключатель 5 прием-передача, антенну 6, стабильный гетеродин 7, первый смеситель 8, усилитель 9 промежуточной частоты, усилитель-ограничитель 10·, фазовый детектор 11, второй смеситель 12, когерентный гетеродин 13, преобразователь 14 частоты, первый селектор 15,N идентичных цепочек, состоящих из первого интегратора 16, частотомера 17 и умножителя 18, второй частотомер 19, логарифмический усилитель 20 промежуточной частоты, первый блок 21.коррекции, второй селектор 22,Л вторых интеграторов 23, блок 24 слежения по дальности, первый блок 25 управления,

третий селектор 26, второй блок 27 управления, регистратор 28, третий интегратор 29 и идентичных цепочек, состоящих из второго блока 30 коррекции и блока 31 вычитания.

Радиолокационное устройство для измерения скоростей воздушных потоков в облаках и осадках с самолета работает следующим образом. Импульс запуска с блока 1 поступает на модулятор 2, управляющий передатчиком 3. Высокочастотный импульс с передатчика 3 через делитель 4 и переключатель 5 поступает в антенну 6 и излучается в пространство. При этом происходит запоминание фазы излученного сигнала на промежуточной частоте с помощью делителя 4, стабильного гетеродина 7, второго смесителя 12 и когерентного гетеродина 13. Сигнал с выхода когерентного гетеродина 13, сдвинутый по частоте в преобразователе 14, непрерывно поступает на второй вход фазового детектора 11. Сигнал, отраженный последовательно от метеоцели и Земли через переключатель 5, преобразованный на промежуточную частоту с помощью стабильного гетеродина 7 и первого смесителя 8 с сохранением информации об амплитуде и фазе отраженного сигнала с каждой дальности, поступает на входы усилителя 9 и логарифмического усилителя 20. С выхода усилителя 9 через усилитель-ограничитель .10 сигнал, содержащий информацию о фазе отраженных сигналов с каждой дальности, поступает на первый вход фазового детектора 11. В фазовом детекторе 11 происходит сравнение фазы сигнала, отраженного от метеообразования на определенной дальности, с фазой излученного передатчиком импульса, приведенной к этому расстоянию. При этом на выходе фазового детектора 11 появляется сигнал,средняя частота огибающей £ которого для каждой дальности β связана со средней скоростью перемещения относительно устройства метеочастиц \1_кна этой дальности следующим соотношением

где Л - длина волны, а - единичный вектор в направлении электрической оси антенны. В случае передвижения

$ 756973 6

устройства со скоростью V относительно Земли величина ν_κ в (1) представляет разность двух векторов:

V -V - V

Ч- мк Ч (2) ₅

где V - скорость метеочастиц относительно Земли, на выб* »

ранной дальности В .

В случаях же значительных величин

V * (измерения с самолета) значение Ю может сильно отличаться от

как по величине, так и по направлению. Для повышения точности измерений V в блоке 24 анализируется сигнал с выхода логарифмического 15 усилителя 20 и определяется временное положение относительно зондирующего импульса сигнала, отраженного от Земли. С выхода блока 24 информация о временном положении сигнала, 20 отраженного от Земли, поступает на второй вход первого блока 25 управления, в котором вырабатывается импульс управления третьим селектором 26. С приходом импульса управления 25 срабатывает третий селектор 26. Временное положение импульса управления относительно зондирующего импульса совпадает с временным положением сигнала отраженного от Земли на входе 30 фазового детектора 11. Таким образом на выходе третьего-интегратора 29, вход которого, подключен к выходу третьего селектора 26, появляется напряжение, средняя частота которого соответствует средней доплеровской частоте £_с сигнала, отраженного от Земли и связанной со скоростью перемещения самолета V следующим соотношением

- 40

?. ΐνΐ^с А (3)

Измеренное с помощью соответствующего второго частотомера 19 значе- 45 ние £_с поступает на вход второго блока 27 управления. В блоке 27 выраба- . тывается сигнал управления преобразователем 14, в котором частота сигнала с выхода когерентного гетеродина 50 13 сдвигается на дополнительную частоту так, что

£_С+£_С = А , (+)

где А=сопзС для всего времени измерения. Таким образом на выходах первых интеграторов 16, подключенных к выходу фазового детектора 11, через

первый селектор 15 появляется напря жение, средняя частота которого £* для каждой дальности β равна:

л К I	(5)
Подставив в (5) из _(1),	(2), (3) и
(4) значения Г_ми,	£_с , £_в полу-
чим

^ιβ“ Λ

- I

т.е. значение определяется только перемещением метеочастиц относительно Земли, погрешности, связанные со скоростью самолета, устранены.

В случаях, когда измеряют вертикальные скорости воздушных движенйй можно считать совпадающим с вертикалью и тогда из (6):

V с МР

Л(£'-Л)

Таким образом в предложенном устройстве на выходах умножителей 18 после измерения частотомерами 17 и умножения на коэффициент в умножителях 18 получаем информацию о величине и направлении средней скорости метеочастиц на выбранных V высотах. Однако величина, равно как и направление скорости 1^ не совпадают с величиной и направлением скорости воздушного потока, так как метеочастицы участвуют одновременно в двух движениях: перемещении под действием силы тяжести со средней скоростью и перемещении вместе с воздушным потоком со средней скоростью Υ_β .Записывают

(8)

Известно, что средняя гравитационная скорость падения метеочастиц связана с метеорологической отражаемостью Эта связь используется для расширения функциональных возможностей устройства. Сигнал, содержащий информацию об амплитуде отраженного сигнала с выхода логарифмического усилителя 20, подвергается в первом блоке 21 коррекции на квадрат расстояния и на аппаратурную постоянную РЛС. С выхода блока 21 сигнал поступает во второй селектор 22, где под действием

756973

8

управляющих импульсов с блока 25 происходит временное стробирование отраженного от метеоцели сигнала. Блок 25 организует работу первого и второго селекторов 15 и 22, так, что стробирование в них происходит одновременно, т.е. информация о скорости метеочастиц относительно Земли и отражаемости соответствуют одинаковым высотным уровням. После интегрирования во вторых интеграторах 23 значения метеорологической отражаемости 2 с Л' дальностей поступают на Л! соответствующие. входы регистратора.28. Кроме того, с выходов ^вторых интеграторов 23 значения метеорологической отражаемости $ поступают на входы соответствующих вторых блоков 30 коррекции, в которых значения 2 переводятся в соответствующие им значения средней гравитационной скорости падения для каждой из V дальностей. Значения средней гравитационной скорости падения для каждой из N дальностей поступают на первые

вх'оды Ύ соответствующих блоков 31, на вторые входы которых поступают значения средних скоростей метеочастиц для этих дальностей. В блоках 31 из средних скоростей метеочастиц относительно Земли вычитаются средние гравитационные скорости падения метеочастиц и таким образом, согласно (8), на выходах блоков 31 имеем значения средней воздушной скорости на Ы выбранных дальностях. Значения средней воздушной скорости с выходов блоков 31 поступают на соответствующие входы регистратора 23.

Предлагаемое радиолокационное устройство позволяет измерить скорости воздушных потоков в метеообразованиях с повышенной точностью, что дает возможность использовать такие устрой, ства для контроля результатов искус'ственных воздействий на облака и осад' ки при оценке опасности облачности для авиации и при изучении физических процессов в различных облаках.

756973

Claims

РАЦИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ОБЛАКАХ И ОСАДКАХ С САМОЛЕТА, содержащее последовательно соединенные блок запуска, модулятор, передатчик, делитель мощности, переключатель прием-передача и антенну, последовательно соединенные стабильный гетеродин, первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, усилитель-ограничитель, фазовый детектор

и первый селектор,' последовательно .соединенные второй смеситель, когерентный гетеродин и преобразователь частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, последовательно соединенные логарифмический усилитель промежуточной частоты, первый блок коррекции и второй селектор, а также N идентичных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первого интегратора, частотомера и , умножителя, N вторых интеграторов и регистратора, причем второй вход первого смесителя соединен с вторым выходом переключателя прием-передача, первый и второй входы второго смесителя соединены соответственно со вторыми выходами стабильного гетеродина и делителя мощности, вход логарифмического усилителя, промежуточной частоты соединен с выходом первого смесителя, входы первых интеграторов соединены с соответствующими выходами первого селектора, а входы и Выходы вторых интеграторов соединены соответственно с соответствующими выходами второго селектора и входами регистратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, введены последовательно соединенные блок слежения по’ дальности и первый блок управления, первый и второй выходы которого соединены соответстственно с управляющими входами первого и второго селекторов, последовательно соединенные третий селектор, третий интегратор, второй частотомер и второй блок управления, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя частоты, и N идентичных цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных вто рого блока коррекции и блока вычитания, причем второй вход и выход каждого блока вычитания соединены соответственно с выходом соответствующего умножителя и соответствующим входом регистратора, первый вход блока слеже ния по дальности соединен с выходом логарифмического усилителя промежуточной частоты, второй и третий выходы блока запуска соединены соответственно с вторыми входами первого блока управления и блока слежения по даль756973

.756973

ности, вход и управляющий вход третьего селектора соединены соответственно с выходом фазового детектора и третьим выходом первого блока управления, а входы вторых блоков коррекции соединены с выходами соответствующих вторых интеграто ров. ¹

1