УСТРОЙСТВО ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ И ТРЕНИРОВКИ МАГНЕТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к радиолокации, а конкретно к выполненных на основе ПЭВМ обнаружителям искрения в магнетронных генераторах, и может быть использована в устройствах встроенного контроля радиолокационных станций (РЛС) с магнетроном.
Дальность обнаружения целей с помощью РЛС зависит от тактико-технических характеристик (ТТХ) РЛС, в частности от стабильности работы магнетронных генераторов. Одной из общих проблем, связанных с работой магнетронных генераторов, является искрение, при возникновении которого, генерация колебаний частично или полностью прекращается. В результате ТТХ РЛС значительно ухудшаются.
Известна РЛС МР-212/201, содержащая магнетронный генератор, выход которого последовательно соединен волноводами с направленным ответвителем, аттенюатором и смесителем. Второй вход смесителя последовательно соединен с помощью волноводов с аттенюатором и гетеродином. Вход магнетронного генератора последовательно соединен с выходом импульсного трансформатора, выход которого соединен с входом дросселя насыщения. Вход дросселя насыщения соединен с тумблером «Тренировка-работа». (Прибор П: техническое описание ЛА2.016.021 ТО // Радиолокационная станция МР-212/201: Техническая документация к изделию. - М.: Изд. СУДПОИМПОРТ, Внешторгиздат, 1978. - С.8-9, 21-24).
Недостатком этой радиолокационной станции является то, что в результате процесса искрения, возникающего в магнетронном генераторе, снижаются тактике - технические характеристики РЛС. В РЛС МР-212/201 отсутствуют специальные устройства контроля, позволяющие обнаружить искрение в магнетронном генераторе и устранить его негативное влияние на
дальность действия РЛС, точность измерения координат и ресурс работы магнетронного генератора.
Недостатки, присущие аналогу, устранены в предлагаемой полезной модели «Устройство встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора», технической задачей которой является создание нового, на основе ПЭВМ, устройства встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора РЛС.
Реализация указанной технической задачи предлагаемой полезной моделью позволяет добиться следующего технического результата:
- введение блока измерений позволило формировать дискретный цифровой сигнал, благодаря которому появилась возможность автоматически производить анализ сигнала генерируемого магнетронным генератором с помощью ПЭВМ;
- введение блока обнаружения искрения, выполненного на основе ПЭВМ и снабженного пакетом прикладных программ, позволило обнаруживать сигнал искрения;
- введение блока управления, выполненного на основе ПЭВМ и снабженного пакетом прикладных программ, позволило автоматически осуществлять тренировку магнетронного генератора, что приводит к уменьшению искажения формы сигнала, генерируемого магнетронным генератором, а так как искажение формы сигнала влияет на дальность действия РЛС и точность измерения координат, то устраняется негативное влияние на эти параметры. Кроме того, тренировка магнетронного генератора позволяет прекратить постепенное разрушение внутренней конструкции магнетронного генератора, следовательно повышается ресурс работы данного генератора;
- увеличивается безопасность обслуживания РЛС и снижаются экономические затраты на ремонт магнетронных генераторов и сопряженных с этим прибором устройств.
Для достижения указанного технического результата предложено «Устройство встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора» содержащие
радиолокационную станцию, в которой выход магнетронного генератора последовательно соединен через N-й волновод, соответствующий каждому соединению, с направленным ответвителем, первым аттенюатором, первым входом смесителя соответственно, а второй вход смесителя через следующий волновод соединен с выходом второго аттенюатора, вход которого через другой волновод подключен к выходу гетеродина; кроме того, вход магнетронного генератора соединен с выходом импульсного трансформатора, выход которого через дроссель насыщения подключен к выходу тумблера «Тренировка-работа».
Отличием заявленного устройства от прототипа (известной РЛС) является то, что оно дополнительно содержит подключенный к выходу смесителя блок измерений, с возможностью формирования дискретного цифрового сигнала, поступающего на вход блока обнаружения и управления для обнаружения искрения в магнетронном генераторе и принятия решения, а выход блока обнаружения и управления соединен с входом блока регулировки, с возможностью управления тумблером «Тренировка-работа».
Дополнительным отличием является то, что блок измерений содержит амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход амплитудного детектора подключен к входу цифрового осциллографа, с возможностью преобразования импульсного видеосигнала в дискретный цифровой сигнал и подачи его с выхода цифрового осциллографа на вход блока обнаружения и управления, который, в свою очередь, выполнен на основе персональной электронно-вычислительной машины и снабжен пакетом прикладных программ, а его функциональная схема включает последовательно соединенных между собой блок обнаружения искрения и блок управления. Кроме того, в заявленном устройстве блок обнаружения искрения образован блоком ранжирования данных, выход которого параллельно соединен с блоком расчета коэффициента корреляции для сигнала с искрением и блоком расчета коэффициента корреляции для сигнала без искрения, выходы которых подключены к входу блока принятия решения. В этом устройстве
блок обнаружения искрения соединен с входом блока управления, а блок управления включает последовательно соединенные между собой таймер и блок формирования управляющего сигнала.
Такое взаимное расположение вышеперечисленных конструктивных элементов необходимо для:
- автоматического обнаружения сигнала искрения;
- автоматического осуществления тренировки магнетронного генератора.
Благодаря наличию этих признаков осуществляется автоматическое обнаружение искрения в магнетронном генераторе и автоматически прекращается искрение, что позволяет предотвратить снижение ТТХ РЛС и увеличить ресурс работы магнетронного генератора.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1. Устройство встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора. Функциональная схема.
Фиг.1.а. Устройство встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора. Блок обнаружения искрения (укрупнено). Функциональная схема.
Фиг.1.б. Устройство встроенного контроля и тренировки магнетронного генератора. Блок управления (укрупнено). Функциональная схема.
На фиг.1. представлена функциональная схема устройства, включающая:
I. Радиолокационную станцию.
1. Магнетронный генератор.
2. N - волноводов.
3. Направленный ответвитель.
4. Первый аттенюатор.
5. Смеситель.
6. Второй аттенюатор.
7. Гетеродин.
8. Импульсный трансформатор.
9. Дроссель насыщения.
10. Тумблер «Тренировка-работа».
II. Блок измерений
11. Амплитудный детектор.
12. Цифровой осциллограф.
III. Блок обнаружения и управления
13. Блока обнаружения искрения.
14. Блока управления.
IV. Блок регулировки
15. Реле.
В устройстве мощный импульсный сверхвысокочастотный сигнал с выхода магнетронного генератора 1 через первый волновод 2 поступает на направленный ответвитель 3, который соединен с первым аттенюатором 4 с помощью второго волновода 2. Первый аттенюатор 4 ослабляет мощность входного сверхвысокочастотного сигнала. Выход первого аттенюатора 4 через третий волновод 2 соединен с первым входом смесителя 5. Второй вход смесителя 5 соединен через четвертый волновод 2 с выходом второго аттенюатора 6. Гетеродин 7 генерирует непрерывный сверхвысокочастотный сигнал, его выход соединен с помощью пятого волновода 2 с входом второго аттенюатора 6. Аттенюатор 6 ослабляет мощность входного сверхвысокочастотного сигнала. На выходе смесителя 5 образуется результирующий сигнал промежуточной частоты (fпч=fгет-fмг) за счет взаимодействия сверхвысокочастотных сигналов, поступающих на входы смесителя 5. Форма сигнала промежуточной частоты на выходе смесителя 5 повторяет форму сверхвысокочастотного сигнала генерируемого магнетронным генератором 1. Смеситель 5 соединен электрической связью с входом амплитудного детектора 11 блока измерений II. Амплитудный детектор производит преобразование импульсного сигнала промежуточной частоты в импульсный видеосигнал. Выход амплитудного детектора 11 соединен электрической связью с входом
цифрового осциллографа 12. Цифровой осциллограф 12 производит преобразование импульсного видеосигнала в дискретный цифровой сигнал. Выход цифрового осциллографа 12 соединен электрической связью с блоком обнаружения искрения 13 блока обнаружения и управления III. Блок обнаружения и управления III выполнен в виде программного обеспечения на ПЭВМ. Сигнал с цифрового осциллографа 12 поступает на ПЭВМ через порт USB 2.0. Блок обнаружения искрения 13 осуществляет анализ поступающих сигналов и за счет этого анализа осуществляет обнаружение искрения в магнетронном генераторе. При обнаружении искрения блок обнаружения искрения 13 вырабатывает информационный сигнал. Блок обнаружения искрения 13 соединен информационной связью с блоком управления 14. Блок управления 14 вырабатывает электрический сигнал длительностью в 10 минут. Электрический сигнал формируется с помощью порта LPT1 ПЭВМ. Выход блока управления 14 соединен электрической связью с реле 15 блока регулировки IY. Реле 15 под действием электрического сигнала, поступающего с выхода блока 14, осуществляет переключение контактов, с возможностью управления тумблером «Тренировка-работа» 10, для чего выход реле 15 соединен электрической связью с тумблером «Тренировка-работа» 10 радиолокационной станции I. Этот тумблер переключает режим работы дросселя насыщения 9, с входом которого он соединен электрической связью. В режиме «Работа» дроссель насыщения 9 работает в штатном режиме. В режиме «Тренировка» дроссель насыщения 9 имеет повышенное сопротивление, вследствие чего через него протекает напряжение и ток, меньшие по амплитуде, чем в штатном режиме. Выход дросселя насыщения 9 соединен электрической связью с входом импульсного трансформатора 8. Выход импульсного трансформатора 8 соединен электрической связью с входом магнетронного генератора 1. В режиме «Работа» магнетронный генератор работает в штатном режиме. В режиме «Тренировка» магнетронный генератор 1 работает с пониженным напряжением и током, в результате чего происходит деионизация частиц во внутреннем пространстве взаимодействия магнетронного генератора
1 и искрение прекращается, а стабильность работы магнетронного генератора 1 повышается.
На фиг.1.a, укрупнено представлен блок обнаружения искрения, который содержит:
13. Блок обнаружения искрения.
13.1. Блок ранжирования данных.
13.2. Блок расчета коэффициента корреляции для сигнала с искрением.
13.3. Блок расчета коэффициента корреляции для сигнала без искрения.
13.4. Блок принятия решения.
Сигнал с цифрового осциллографа 12 фиг.1 поступает на ПЭВМ через порт USB 2.0, а именно дискретный цифровой сигнал поступает на вход блока ранжирования данных 13.1 фиг.1.a, который осуществляет переход от количественной шкалы в порядковую, при этом исходные данные получают номер, соответствующий номеру этих данных в упорядоченном векторе. Это необходимо для расчета коэффициента корреляции Спирмена в последующих блоках 13.2 фиг.1.a и 13.3 фиг.1.a. Блок 13.1 фиг.1.a соединен информационной связью блоком расчета коэффициента корреляции для сигнала без искрения 13.2 фиг.1.a и блоком расчета коэффициента корреляции для сигнала с искрением 13.3 фиг.1.a. Эти блоки рассчитывают коэффициенты корреляции Спирмена, сравнивая входной информационный сигнал с эталонным информационным сигналом без искрения и с искрением. Выходы блоков 13.2 фиг.1.a и 13.3 фиг.1.a соединены информационной связью с блоком принятия решения 13.4 фиг.1.a. Блок принятия решения 13.4 фиг.1.a осуществляет сравнение информационных сигналов, поступающих с блоков 13.2 фиг.1.a и 13.3 фиг.1.a, и вырабатывает сигнал логической 1, если значение информационного сигнала с блока 13.3 фиг.1.a больше значения информационного сигнала с выхода блока 13.2 фиг.1.a или сигнал логического 0, если значение информационного сигнала с блока 13.3 фиг.1.a меньше значения информационного сигнала с выхода блока 13.2 фиг.1.a. Выход блока
13.4 фиг.1.a соединен информационной связью с блоком управления 14 фиг.1 или фиг.1.б.
На фиг.1.б, укрупнено, представлен блок управления, который содержит:
14. Блок управления.
14.1. Таймер.
14.2. Блок формирования управляющего сигнала.
На фиг.1.б вход блока управления 14 фиг.1 и фиг.1.б соединен информационной связью с выходом блока обнаружения искрения 13 фиг.1 и фиг.1.a, с которого информация в виде информационного сигнала поступает на таймер 14.1 фиг.1.б. Таймер 14.1 фиг.1.б при поступлении информационного сигнала равного 1 начинает отсчет времени равного 10 минутам, что необходимо для обеспечения тренировки магнетронного генератора. Выход таймера 14.1 фиг.1.б соединен информационной связью с входом блока формирования сигнала управления 14.2. фиг.1.б. Электрический сигнал формируется с помощью порта LPT1 ПЭВМ. Выход блока 14.2 фиг.1.б соединен электрической связью с реле 15 фиг.1 блока регулировки IV.
Устройство работает следующим образом:
Заявляемое устройство предложено для встроенного контроля магнетронного генератора и обеспечения эффективной эксплуатации радиолокационной станции. Радиолокационная станция осуществляет обнаружение надводных целей. В этой РЛС I фиг.1 магнетронный генератор 1 фиг.1 генерирует мощный импульсный сверхвысокочастотный сигнал, который в дальнейшем излучается в пространство для обнаружения надводных целей. Для обеспечения эффективного функционирования магнетронного генератора 1 фиг.1 к радиолокационной станции I подключен блок измерений II, который осуществляет измерение сигнала магнетронного генератора 1 фиг.1 на промежуточной частоте для обеспечения контроля работы магнетронного генератора 1. Блок обнаружения и управления III осуществляет обнаружение искрения в магнетронном генераторе 1 фиг.1 и вырабатывает сигнал управления,
который с помощью блока регулировки IV осуществляет тренировку магнетронного генератора 1 фиг.1. Тренировка магнетронного генератора 1 фиг.1 предотвращает снижение тактико-технических характеристик РЛС за счет обеспечения стабильной работы магнетронного генератора без искрения, снижает экономические затраты на ремонт магнетронных генераторов и сопряженных с этим прибором устройств за счет повышения долговечности в результате предотвращения искрения.
При включении передатчика РЛС электрический сигнал с импульсного трансформатора 8 поступает на магнетронный генератор 1. Магнетронный генератор 1 при поступлении электрического сигнала с импульсного трансформатора 8 начинает генерировать мощный импульсный сверхвысокочастотный сигнал, который с выхода магнетронного генератора 1 фиг.1 распространяется в волноводе 2 фиг.1 и поступает на направленный ответвитель 3 фиг.1, который направляет сверхвысокочастотный сигнал к первому аттенюатору 4 фиг.1. Первый аттенюатор 4 фиг.1 ослабляет мощность входного сверхвысокочастотного сигнала для защиты последующих блоков от перегрузки. Ослабленный по мощности сверхвысокочастотный сигнал поступает на первый вход смесителя 5 фиг.1. На второй вход смесителя 5 фиг.1 от гетеродина 7 фиг.1 поступает непрерывный сверхвысокочастотный сигнал, который, проходя через второй аттенюатор 6 фиг.1, ослабляется по мощности. Второй аттенюатор 6 фиг.1 необходим для защиты последующих блоков от перегрузки. На выходе смесителя 5 фиг.1 образуется результирующий сигнал промежуточной частоты (fпч=fгет-fмг) за счет взаимодействия сверхвысокочастотных сигналов, поступающих на входы смесителя 5 фиг.1. Форма сигнала промежуточной частоты на выходе смесителя 5 фиг.1 повторяет форму сверхвысокочастотного сигнала генерируемого магнетронным генератором 1 фиг.1. Сигнал промежуточной частоты с выхода смесителя 5 фиг.1 поступает на вход амплитудного детектора 11 фиг.1 блока измерений II фиг.1. Амплитудный детектор 11 фиг.1 производит преобразование результирующего импульсного сигнала промежуточной частоты в импульсный
видеосиг, а затем цифровой осциллограф 12 фиг.1 производит измерение импульсного видеосигнала, поступающего от амплитудного детектора 11 фиг.1 и преобразование этого сигнала в дискретный цифровой сигнал для обеспечения контроля формы этого сигнала с помощью блока обнаружения и управления III фиг.1. Для чего дискретный цифровой сигнал с цифрового осциллографа 12 фиг.1 поступает на ПЭВМ через порт USB 2.0. на вход блока обнаружения искрения 13 фиг.1 блока обнаружения и управления III фиг.1. Блок обнаружения и управления III фиг.1 или фиг.1.а и 1.б выполнен в виде программного обеспечения на ПЭВМ. Назначением блока обнаружения искрения 13 фиг.1 является обнаружение процесса искрения в магнетронном генераторе 1 фиг.1 на основании контроля формы импульсов генерируемых этим генератором сигналов. Блок ранжирования данных 13.1 фиг.1.а осуществляет переход от количественной шкалы в порядковую, при этом исходные данные получают номер, соответствующий номеру этих данных в упорядоченном векторе. Это необходимо для расчета коэффициента корреляции Спирмена в последующих блоках 13.2 фиг.1.а и 13.3 фиг.1.а. Для этого ранжированный дискретный цифровой сигнал с блока ранжирования 13.1 фиг.1.а параллельно поступает на блок расчета коэффициента корреляции для сигнала без искрения 13.2 фиг.1.а и на блок расчета коэффициента корреляции для сигнала с искрением 13.3 фиг.1.а. Блок расчета коэффициента корреляции для сигнала без искрения 13.2 фиг.1.а производит расчет коэффициента корреляции Спирмена на основе сравнения эталонного сигнала без искрения, хранящегося в памяти ПЭВМ с дискретным цифровым сигналом, поступившим с цифрового осциллографа 12 фиг.1. Блок расчета коэффициента корреляции для сигнала с искрением 13.3 фиг.1.а производит расчет коэффициента корреляции Спирмена на основе сравнения эталонного сигнала при наличии искрения, хранящегося в памяти ПЭВМ с дискретным цифровым сигналом, поступившим с цифрового осциллографа 12 фиг.1.
Блоки 13.2 фиг.1.а и 13.3 фиг.1.а производят расчет коэффициента корреляции Спирмена по следующей формуле:
где  - величина отклонения между рангами эталонного и измеренного сигналов;
- поправка на объединение одинаковых рангов в соответствующих рядах эталонного сигнала;
- поправка на объединение одинаковых рангов в соответствующих рядах измеренного сигнала;
m1, m2 - число групп одинаковых рангов в рядах эталонного и измеренного сигналов;
n - количество элементов, участвовавших в ранжировке.
В блоке принятия решения 13.4 фиг.1.а осуществляется сравнение информационных сигналов с блоков 13.2 фиг.1.а и 13.3 фиг.1.а и вырабатывается сигнал логической 1, если значение информационного сигнала с блока 13.3 фиг.1.а больше значения информационного сигнала с выхода блока 13.2 фиг.1.а, или сигнал логического 0, если значение информационного сигнала с блока 13.3 фиг.1.а меньше значения информационного сигнала с выхода блока 13.2 фиг.1.а. Таким образом, блок принятия решения 13.4 фиг.1.а производит принятие решения о наличии искрения и вырабатывает информационный сигнал равный логической 1, или логическому 0 - при отсутствии искрения.
Информационный сигнал с выхода блока принятия решения 13.4 фиг.1.а, поступает на вход блока управления 14 фиг.1.б, который на выходе вырабатывает электрический сигнал длительностью в 10 минут при поступлении на вход информационного сигнала равного логической 1. Сигнал такой
длительности необходим для осуществления тренировки магнетронного генератора 1 фиг.1. Для этого таймер 14.1 фиг.1.б при поступлении информационного сигнала равного логической 1 начинает отсчет времени равного 10 минутам. Во время работы таймера 14.1 фиг.1.б блок формирования сигнала управления 14.2. фиг.1.б формирует с помощью порта LPT1 ПЭВМ электрический сигнал, который поступает на реле 15 фиг.1 блока регулировки IV.
Реле 15 фиг.1 осуществляет переключение контактов под действием электрического сигнала с выхода блока формирования сигнала управления 14.2. фиг.1.б для обеспечения управления тумблером «Тренировка-работа» 10 фиг.1 радиолокационной станции I. Тумблер «Тренировка-работа» 10 фиг.1 переключает режим работы дросселя насыщения 9 фиг.1, с которым он соединен электрической связью. В режиме «Работа» дроссель насыщения 9 фиг.1 работает в штатном режиме. В режиме «Тренировка» дроссель насыщения 9 фиг.1 имеет повышенное сопротивление, вследствие чего через него протекает напряжение и ток меньший по амплитуде, чем в штатном режиме. Дроссель насыщения 9 фиг.1, соединен электрической связью с импульсным трансформатором 8 фиг.1. Импульсный трансформатор 8 фиг.1 соединен электрической связью с магнетронным генератором 1 фиг.1. В режиме «Работа» магнетронный генератор работает в штатном режиме. В режиме «Тренировка» магнетронный генератор 1 фиг.1 работает с пониженным напряжением и током, в результате чего происходит деионизация частиц во внутреннем пространстве взаимодействия магнетронного генератора 1 и искрение прекращается, а стабильность работы магнетронного генератора 1 повышается.
Заявленная полезная модель промышленно применима, так как для изготовления предложенного устройства и его реализации используются широко распространенные радиолокационные системы, цифровая измерительная техника и персональные электронно-вычислительные машины.
Таким образом, заявленное устройство обладает следующими достоинствами:
1. Устройство позволяет автоматически обнаруживать искрение в магнетронных генераторах.
2. Устройство позволяет автоматически производить тренировку в магнетронных генераторах, что позволяет прекратить искрение.