Спосіб вимірювання початкової швидкості снаряда і артилерійська балістична станція для його реалізації

1. Спосіб вимірювання початкової швидкості снаряда шляхом випромінювання неперервного сигналу в напрямку руху снаряда, формування імпульсу синхронізації за спалахом пострілу, прийому відбитого сигналу, виділення доплерівської частоти відбитого сигналу за допомогою його фільтрації у приймальному тракті, формування вимірювальної бази за імпульсом синхронізації і вимірювання початкової швидкості снаряда за формулою: Vc1 Vc 2 V0 Vc1 t1 , t 2 t1 де: Vс1 - поточне значення виміряної швидкості на початку вимірювальної бази; Vc 2 - поточне значення виміряної швидкості наприкінці вимірювальної бази; t1 - часовий інтервал від синхроімпульсу до вимірювання на початку вимірювальної бази; t 2 - часовий інтервал від синхроімпульсу до вимірювання наприкінці вимірювальної бази, який від 2 (19) 1 3 Винахід належить до радіолокації і може бути застосований для вимірювання швидкості снарядів і мін на початковій ділянці траєкторії польоту. Відомий спосіб вимірювання початкової швидкості снарядів і пристрій для його реалізації [1]. Спосіб включає випромінення в напрямку руху снаряда неперервного сигналу, приймання відбитого сигналу та аналіз доплерівських характеристик відбитого сигналу. Недоліком вказаного способу є неможливість його використання для балістичного забезпечення стрільби артилерійських систем в реальному масштабі часу, тому що аналіз доплерівських характеристик сигналів, відбитих від снарядів, проводиться у широкому діапазоні частот, що збільшує час на отримання і обробку результатів вимірювань. Вище згаданий спосіб реалізується за допомогою пристрою (1), який містить окремо встановлені приймально - передавальний модуль з антеною та блок аналізатора доплерівських характеристик сигналів. Недоліком пристрою є відокремлене конструктивно-функціональне виконання приймально - передавального модуля з антеною і блока аналізатора доплерівських характеристик сигналів, що збільшує об'єм і вагу апаратури і, як наслідок, збільшує час на підготовку і проведення вимірювань. Тому, вказаний спосіб і пристрій для його реалізації знайшли застосування тільки у дослідницьких цілях. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб вимірювання початкової швидкості снарядів калібром від 100 мм і вище і балістична станція для його реалізації [2]. Згідно цього способу для вимірювання початкової швидкості снаряда випромінюють неперервний сигнал частотою f0 в напрямку руху снаряда, формують імпульс синхронізації за спалахом пострілу, приймають сигнал, відбитий від снаряда, частота якого зміщена відносно частоти зондуючого сигналу на величину доплерівського зсуву частоти Fд і рівна f 0 FД , виділяють у тракті прийому доплерівську частоту Fд , за імпульсом синхронізації формують два однакових часових стробу (вимірювальних бази) тривалістю 1, кратною цілому числу періодів доплерівської частоти, які знаходяться від імпульсу синхронізації на часових інтервалах t 1 і t 2 , відповідно, визначають час прольоту снарядом першої і другої вимірювальної бази 1 і 2 , розраховують швидкість снаряда всередині вимірювальних баз l l Vc1 ,V c 2 1 2 і обчислюють початкову швидкість снаряда, приведену до дульного зрізу за формулою: Vc1 Vc 2 V0 Vc1 t1 . t 2 t1 Артилерійська балістична станція [2], яка реалізує вказаний спосіб, містить послідовно з'єднані антену, перетворювач поляризації, поляризаційний селектор, вхід якого за допомогою спрямованого відгалужувача під'єднаний до генератора пе 92426 4 редавального пристрою, а вихід через преселектор під'єднаний до послідовно включених першого балансного змішувача, підсилювача першої проміжної частоти, другого змішувача, смугового фільтра, підсилювача другої проміжної частоти і фазового детектора, причому гетеродинний вхід першого балансного змішувача через перший балансний модулятор під'єднаний до другого виходу спрямованого відгалужувача, а гетеродинний вхід першого балансного модулятора під'єднаний до виходу кварцового генератора першої проміжної частоти, який водночас через другий балансний модулятор під'єднаний до гетеродинного входу другого змішувача, причому гетеродинний вхід другого балансного модулятора під'єднаний до виходу керованого генератора, який водночас під'єднаний до опорного входу фазового детектора, вихід якого через фільтр низьких частот з'єднаний з входом обчислювально-індикаторного пристрою. Попереднє на лаштування апаратури балістичної станції під очікуване значення початкової швидкості снаряда здійснюється шляхом зміни частоти керованого генераторатаким чином, щоб частота відбитого сигналу з виходу другого змішувача потрапляла у смугу пропускання смугового фільтра, який має жорстке фіксоване налаштування. Основним недоліком способу вимірювання початкової швидкості снаряда є неможливість провести вимірювання швидкості руху снарядів малого калібру, внаслідок малої потужності відбитого від ефективної поверхні снаряда сигналу, який не піддається подальшій обробці наявними апаратними засобами, що обмежує функціональні можливості способу. Основним недоліком артилерійської балістичної станції, яка реалізує даний спосіб, є використання в схемі смугового фільтра з жорстко фіксованою смугою пропускання, що не дозволяє збільшувати співвідношення сигнал/шум на вході обчислювально-індикаторного пристрою. Згідно формули: Pc Pш Pс Pш вих Fд вх fпф , (А) де: Pс Pш - співвідношення сигнал/шум на вході вх смугового фільтра; Pc Pш - співвідношення сигнал/шум на вивих ході смугового фільтра; Fд - ширина спектральної лінії доплерівського сигналу, яка визначається динамікою польоту снаряда; fпф - ширина смуги пропускання смугового фільтра, зменшення вхідного співвідношення сигнал/шум приводить до погіршення точності та достовірності вимірювання початкової швидкості снаряда. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб вимірювання початкової швидкості 5 92426 6 снаряда, шляхом зміни і адаптування режиму фідовно з'єднані антену, перетворювач поляризації, льтрації відбитий сигналу відповідно до калібру поляризаційний селектор, вхід якого за допомогою снаряда, що надасть можливість обробляти відбиспрямованого відгалужувача під'єднаний до генетий сигнал незалежно від калібру снаряда, тобто ратора передавального пристрою, а вихід під'єддозволить розширити функціональні можливості наний до послідовно з'єднаних першого баланснопри одночасному забезпеченні високої точності та го змішувача, підсилювача проміжної частоти, достовірності вимірювань. фазового детектора, смугового фільтра і фільтра Поставлена задача досягається тим, що в низьких частот, що стробується, а також формувач способі вимірювання початкової швидкості снарявимірювального строба, вихід якого під'єднаний до да, згідно якому випромінюють неперервний сигстробуючого входу фільтра низьких частот, згідно нал в напрямку руху снаряда, формують імпульс винаходу, додатково введені гетеродин, другий синхронізації за спалахом пострілу, приймають балансний змішувач, другий підсилювач проміжної відбитий сигнал у тракті прийому і шляхом фільтчастоти, причому сигнальний вхід другого балансрації виділяють доплерівську частоту відбитого ного змішувача під'єднаний до виходу спрямовасигналу та за імпульсом синхронізації формують ного відгалужувача, а вихід гетеродина під'єднавимірювальну базу, а початкову швидкість визнаний до гетеродинних входів першого і другого чають за формулою: балансних змішувачів, вихід другого балансного змішувача через другий підсилювач проміжної Vc1 Vc 2 V0 Vc1 t1 , (В) частоти під'єднаний до опорного входу фазового t 2 t1 детектора, водночас, вихід фільтра низьких часде: тот, що стробується, під'єднаний до цифрового Vс1 - поточне значення виміряної швидкості вимірювача, який містить послідовно з'єднані аналого-цифровий перетворювач, керований фільтр на початку вимірювальної бази; низьких частот, буферний оперативний запам'ятоVc 2 - поточне значення виміряної швидкості вуючий пристрій, аналізатор спектра на базі алгонаприкінці вимірювальної бази; ритму дискретного перетворення Фур'є, перетвоt 1 - часовий інтервал від синхроімпульсу до рювач код-частота, а також керований синтезатор тактової частоти, вихід якого під'єднаний до анавимірювання на початку вимірювальної бази; лого-цифрового перетворювача і входу керування - часовий інтервал від синхроімпульсу до t2 керованого фільтра низьких частот. Попереднє вимірювання наприкінці вимірювальної бази; налаштування апаратури артилерійської балістичзгідно винаходу, у тракті прийому шляхом фіної станції під очікуване значення початкової швильтрації виділяють доплерівську частоту відбитого дкості і калібр снаряда здійснюється шляхом зміни сигналу у всьому діапазоні калібрів снарядів, а за тактової частоти синтезатора і встановлення часімпульсом синхронізації формують одну часову тоти зрізу керованого фільтра низьких частот. Кевимірювальну базу, в межах якої запам'ятовують рований фільтр низьких частот реалізований за вибірку відбитого сигналу і здійснюють вузько смуалгоритмом Хогенауера [3]. гову фільтрацію доплерівського сигналу, при цьоВикористання в запропонованій артилерійській му смугу фільтрації адаптують відповідно до калібалістичній станції, яка реалізує вищезгаданий бру снаряда і проводять вимірювання початкової спосіб, керованого фільтра низьких частот, буфешвидкості снаряда згідно наведеної формули. рного запам'ятовуючого пристрою, аналізатора Виділення у тракті прийому доплерівської часспектра за алгоритмом дискретного перетворення тоти з відбитого сигналу у всьому діапазоні калібФур'є, дозволяє узгодити ефективну смугу пропусрів снарядів, формування однієї часової вимірюкання вимірювача з малою ефективною поверхвальної бази, в межах якої запам'ятовують вибірку нею відбиття для снарядів малих калібрів, що завідбитого сигналу, та адаптування смуги фільтрабезпечить необхідну точність вимірювання ції доплерівського сигналу відповідно до калібру початкової швидкості для снарядів усіх калібрів. снаряда, дозволяє незалежно від потужності відКрім того, у запропонованій артилерійській бабитого сигналу, тобто від величини ефективної лістичній станції, у порівнянні з прототипом, покплощі відбиття снаряда, проводити обробку вибірращується чутливість приймального тракту за раки відбитого сигналу, що дозволяє розширити фухунок виключення втрат у преселекторі, а також нкціональні (експлуатаційні) можливості при однопідвищується надійність апаратури за рахунок вичасному забезпеченні високої точності та ключення другого перетворення частоти відбитих достовірності вимірювання. сигналів. В основу винаходу поставлено другу задачу, На кресленні зображена блок-схема артилеудосконалити артилерійську балістичну станцію, рійської балістичної станції, яка реалізує спосіб. яка реалізує вищеописаний спосіб, шляхом додатАртилерійська балістична станція містить поскового введення гетеродина, другого балансного лідовно з'єднані антену 1, перетворювач поляризмішувача, другого підсилювача проміжної частоти зації 2, поляризаційний селектор 3. Вхід поляризата цифрового вимірювача, а також відповідного ційного селектора 3 через спрямований з'єднання їх між собою та решта елементами, що відгалужувач 4 під'єднаний до генератора передадозволить узгодити ефективну смугу пропускання вального пристрою 5. Другі виходи поляризаційновимірювача з малою ефективною поверхнею відго селектора 3 і спрямованого відгалужувача 4 биття снарядів малих калібрів. підключені до сигнальних входів ідентичних перПоставлена задача вирішується тим, що в аршого і другого балансних змішувачів 6, 7, гетеротилерійську балістичну станцію, яка містить послідинні входи яких з'єднані з гетеродином 8, а вихо 7 92426 8 ди через ідентичні перший і другий підсилювачі де Fдв , Fдн – доплерівські частоти, які відповіпроміжної частоти 9,10 під'єднані до входів фазодають відповідно найбільшій і найменшій швидкового детектора 11. Вихід фазового детектора 11 сті снарядів усіх калібрів. Через фільтр низьких через послідовно з'єднані смуговий фільтр доплечастот, що стробується 13 з частотою зрізу Fдв , рівських частот 12 і фільтр низьких частот, що стробується 13, під'єднаний до входу цифрового через аналого-цифровий перетворювач 15 доплевимірювача 14, який містить аналого-цифровий рівський сигнал надходить на вхід керованого циперетворювач 15, вихід якого через послідовно фрового фільтра низьких частот 16 з децимацією з'єднані керований фільтр низьких частот 16, опетактової частоти, який реалізований за алгоритративний запам'ятовуючий пристрій 17, аналізатор мом Хогенауера. Частота зрізу фільтра низьких спектра 18 і перетворювач код-частота під'єднаний частот визначається кодом очікуваної частоти і до обчислювально-індикаторного пристрою 20. адаптується під калібр снаряда. Керований синтеВходи керування аналого-цифрового перетворюзатор тактової частоти 21 дозволяє встановити вача 15 і керованого фільтра низьких частот 16 очікувану частоту доплерівського сигналу, яка відпід'єднані до виходу керованого синтезатора такповідає табличній початковій швидкості снаряда, тової частоти 21, а вхід керування фільтра 13 нивсередині частотного діапазону, що формується зьких частот, що стробується, під'єднаний до фофільтром Хогенауера. Це забезпечує розташуванрмувача вимірювального строба 22. ня частоти, що вимірюється, як справа, так і зліва Спосіб вимірювання початкової швидкості снаряда від очікуваної частоти. Вибірка доплерівського реалізується наступним чином. Неперервний зонсигналу, тривалість якої визначається формувачем вимірювального строба 22, який синхронізудуючи й сигнал частотою f 0 і лінійною поляризається за спалахом пострілу, запам'ятовується в цією, сформований генератором 5, через спрямооперативному запам'ятовуючому пристрої 17 і підваний відгалужувач 4, поляризаційний селектор 3 і дається спектральному аналізу в аналізаторі спекперетворювач поляризації 2 випромінюється антетра 18, який реалізує алгоритм дискретного перетною 1 у напрямку снаряда. Відбитий сигнал частоворення Фур'є. Оперативний запам'ятовуючий тою, f 0 Fд де Fд – доплерівське зміщення частопристрій 17 дозволяє проводити обробку реалізати, через антену 1, перетворювач поляризації 2, ції сигналу у відкладеному часі, чим досягаються поляризаційний селектор 3 з ортогональною лінійзадані характеристики вимірювання з мінімальниною поляризацією надходить на вхід першого бами апаратурними затратами. Роздільна здатність лансного змішувача 6. Водночас, частина потужаналізатора спектра узгоджена з частотою зрізу ності зондуючого сигналу через спрямований керованого фільтра низьких частот 16. Через певідгалужувач 4 надходить на вхід другого балансретворювач код-частота 19 поточні значення доного змішувача 7. Після перетворення за допомоплерівської частоти снаряда надходять у обчислювально-індикаторний пристрій 20, який реалізує гою гетеродина 8 сигнал частотою fпч Fд , де f пч алгоритм (В). - проміжна частота, з виходу першого балансного Література: змішувача 6 через перший підсилювач проміжної 1. Doppler Radar Antenna Unis // TERMA частоти 9 надходить на сигнальний вхід фазового Elektronik AS. - 1995. - 34p. детектора 11, а сигнал частотою f пч з виходу дру2. Артиллерийская баллистическая станция гого балансного змішувача 7 через другий підсиАБС-1М. Техническое описание БГ 1.430000ТО. лювач проміжної частоти 10 надходить на опорний 1982. - 60с. вхід фазового детектора 11. При цьому реалізу3. Е.В. Hogenauer. An economical class of digital ється режим «гетеродина, що плаває» [4], який filters for decimation and interpolation. // IEEE компенсує взаємні частотні нестабільності генераTransactions on Acoustics, Speech and Signal тора 5 і гетеродина 7. З виходу фазового детектоProcessing, ASSP- 29(2): 155 {162, 1981. 4. Справочник по радиолокации / Под ред. М. ра 11 сигнал на частоті Fд надходить на смуговий Сколника, Т.З. - М.: Сов.радио, 1978.-c.251. фільтр доплерівських частот 12 з шириною смуги пропускання Fд Fдв Fдн , 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 92426 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601