НЕКОНТАКТНЫЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам подрыва боеприпасов на заданной высоте над подстилающей поверхностью, в частности к применяемым для этого радиолокационным неконтактным взрывателям (НВ), которые относятся к устройствам ближней радиолокации.
Известен взрыватель (Патент США №3913104, кл. G01S 9/24), содержащий последовательно соединенные модулятор, СВЧ приемопередатчик, каналы выделения сигналов, два интегратора и исполнительный каскад. Недостатком устройства является низкая точность срабатывания из-за недостаточно высокой селекции по дальности.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемого устройства, является неконтактный взрыватель, содержащий последовательно соединенные модулятор, СВЧ приемо-передатчик, каналы выделения сигналов доплеровской частоты n-ой и k-ой гармоник, два интегратора доплеровских сигналов n-ой и k-ой гармоник и исполнительный каскад (И.М.Коган. Теоретические основы ближней радиолокации. М.: Сов. радио, 1973, стр.60). В нем используется радиодатчик высоты с частотной модуляцией зондирующего сигнала и спектральной обработкой результирующего сигнала (PC), образованного биениями излученного и гетеродинного сигнала. При этом из PC в соответствующих каналах выделяются доплеровские сигналы гармоник частоты модуляции, которые поступают на анализатор. Обрабатывается обычно пара гармоник, а решение о срабатывании принимается при превышении амплитуды сигнала рабочей (n-ой) над амплитудой блокирующей (k-ой) гармоники. Для обеспечения помехозащищенности (ПЗ) и несрабатывания по собственным шумам используется порог, которым также определяется потенциал НВ. При этом анализатор состоит из 2-х амплитудных детекторов доплеровских сигналов n-ой и k-ой гармоник (интеграторов), выходы которых подключены вычитающему устройству. Сигнал разности
амплитуд рабочей и блокирующей гармоники сравнивается в пороговом устройстве с заданным постоянным порогом Е и при его превышении формируется команда на исполнительный каскад, вызывающий срабатывание НВ.
Для срабатывания НВ определяющим является выполнение условия Un(H)-kv·Uk(Н)≥Е или.
где Un(H) и Uk(H) - зависимость амплитуд сигналов гармоник от высоты;
kv - весовой коэффициент по сигналу блокирующей гармоники, обычно выбираемый в пределах 1.6-2.2;
Е - постоянный порог.
Графики сигналов 1-ой и 2-ой гармоник (n=1, k=2) при пилообразном законе ЧМ зондирующего сигнала при работе по зеркально отражающей поверхности при величине kv=2 показаны на фиг.1. На дальностях, превышающих высоту срабатывания Нср, амплитуда блокирующей гармоники превышает амплитуду сигнала рабочей гармоники. При снижении высоты амплитуда рабочей гармоники нарастает и когда она превышает амплитуду блокирующей гармоники на величину порога Е, происходит срабатывание НВ.
Наличие порога приводит к зависимости высоты срабатывания от амплитуды отраженного (принятого) сигнала, т.е. от вида подстилающей поверхности (вода, песок и т.д.). При большом сигнале (Un≫Е) высота срабатывания будет вблизи точки пересечения сигналов гармоник. При малом сигнале за счет порога происходит снижение высоты срабатывания - она смещается вниз, к точке, в которой амплитуда сигнала рабочей гармоники максимальна, а блокирующей - минимальна. Область возможных высот срабатывания на фиг.1 покрыта штриховкой.
Для случая зеркально отражающей поверхности положение нулей и максимумов сигналов гармоник по дальности не зависит от вида поверхности и
угла подхода. Меняется только амплитуда в зависимости от коэффициента отражения поверхности и значения функции направленности антенны в направлении вертикали. Нормальное функционирование НВ обеспечивается выбором требуемого потенциала и обеспечением работы узлов в динамическом диапазоне отраженных сигналов. Влияние порога заключается в снижении точности фиксации высоты срабатывания НВ.
В случае неровной поверхности с диффузными отражающими свойствами на вход НВ поступает сигнал не только от участка поверхности непосредственно под НВ, но и одновременно от участков, расположенных на различных наклонных дальностях. При больших углах подхода боеприпаса к поверхности сигналы гармоник еще подобны сигналам от зеркально отражающей поверхности, хотя вместо нуля 2-ой гармоники имеет место некоторый минимум. При малых углах подхода зависимость сигналов гармоник от высоты сильно искажается, как показано на фиг.2 (для случая каплевидной диаграммы направленности с максимумом по оси боеприпаса). С уменьшением угла подхода существенно падает амплитуда сигналов и нарастают искажения сигналов - гармоники как бы смещаются вниз по высоте, минимум 2-ой гармоники становится все менее выраженным, т.е. происходит сглаживание сигналов гармоник и превышение амплитуды рабочей гармоники над амплитудой блокирующей гармоники в области заданного диапазона высот срабатывания становится минимальным. Точка пересечения гармоник, определяющая высоту срабатывания, также смещается вниз (снижается высота срабатывания) и исчезает выраженное превосходство амплитуды 1-ой гармоники над 2-ой, необходимое для выполнения условия срабатывания НВ.
При этом требование превышения разницы амплитуд гармоник некоторого порога приводит к отказам в неконтактном срабатывании НВ. (Это же имеет место и при больших углах подхода, если уровень сигналов сравним с пороговым уровнем). Положение усугубляется тем, что конкретные реализации сигналов являются сильно флуктуирующими процессами и их поведение может сильно отличаться от общих усредненных закономерностей,
приведенных на фиг.2, так что наличие порога приводит к невыполнению условия срабатывания, хотя в среднем (по множеству реализации) это условие и выполняется.
Таким образом, наличие порога ведет к снижению вероятности неконтактного срабатывания НВ, в особенности при малых углах подхода, когда превышение сигнала рабочей гармоники над амплитудой блокирующей становится минимальным.
Задача состоит в снижении влияния порога и амплитуды отраженного сигнала на высоту срабатывания НВ.
Технический результат - повышение точности фиксации требуемой высоты срабатывания и снижение вероятности отказов в неконтактном срабатывании НВ при малых углах подхода.
Сущность предложения заключается в следующем.
Для повышения вероятности неконтактного срабатывания необходимо обеспечивать высокое отношение сигнал/порог, т.е. Un≫Е, при котором влияние порога пренебрежимо мало. Однако сделать это в реально требующемся динамическом диапазоне сигналов (более 30 дБ) практически невозможно. Уменьшение самого порога также недопустимо, поскольку необходимо исключить срабатывания НВ по собственным шумам, а также сделать НВ нечувствительным к помехам ниже некоторого уровня. Т.е. величина порога определяется требуемым потенциалом, а делать его излишним неблагоприятно со всех точек зрения
Решение состоит в том, что сравнение амплитуд гармоник между собой осуществляется без участия порога, а сравнение сигнала с порогом производится отдельно. В этом случае для срабатывания НВ необходимо, чтобы одновременно выполнились два разных условия: сигнал рабочей гармоники превысил по амплитуде сигнал блокирующей гармоники, а амплитуда сигнала рабочей гармоники превысила заданный пороговый уровень.
Таким образом, решение о срабатывании должно приниматься при одновременном выполнении условий:
Очевидно, что при данном алгоритме принятия решения о срабатывании исчезает зависимость высоты срабатывания от амплитуды сигналов и не требуется "качества сигналов гармоник" в том смысле как это требовалось раньше - хорошего превышения амплитуды сигнала рабочей гармоники над амплитудой сигнала блокирующей гармоники в точке вырождения, т.е. в максимуме сигнала рабочей гармоники и минимуме сигнала блокирующей гармоники. При этом становится возможной работа НВ, когда сигналы гармоник идут близко друг к другу как в случае малых углов подхода (фиг.2).
Для реализации алгоритма (2) необходимо сравнивать амплитуды гармоник между собой без участия порога и ввести (в случае двухканального построения НВ) устройство сравнения амплитуды сигнала 1-ой гармоники с фиксированным порогом Е.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что неконтактный взрыватель содержит последовательно соединенные модулятор, СВЧ приемо-передатчик, каналы выделения сигналов доплеровской частоты n-ой и k-ой гармоник, два интегратора доплеровских сигналов n-ой и k-ой гармоник, выходы которых подключены к соответствующим входам первого сравнивающего устройства, исполнительный каскад. Отличительными признаками является то, что в него введены второе сравнивающее устройство, первый вход которого подключен к выходу интегратора сигнала рабочей (n-ой) гармоники, а второй вход подключен к источнику порогового уровня, а также каскад совпадения, входы которого подключены к соответствующим выходам первого и второго сравнивающих устройств, а выход к исполнительному каскаду.
Новизна полезной модели состоит в том, что за счет предложенной совокупности признаков достигается не только снижение влияния отношения сигнал/порог на высоту срабатывания НВ, но и обеспечивается работоспособность НВ при работе по диффузно-отражающим поверхностям при малых углах подхода, что является новым качеством.
Сущность полезной модели поясняется фиг.3, на которой представлена функциональная схема полезной модели, в соответствии с которой выполнен НВ.
Устройство содержит модулятор 1, выход которого подключен к СВЧ приемо-передатчику 2 и каналы 3 и 4 выделения из сигнала с выхода приемопередатчика доплеровских сигналов гармоник частоты модуляции (n-ой и k-ой), на которые также от модулятора 1 подаются соответствующие опорные напряжения на частотах выделяемых гармоник. К выходу каждого канала подключены интеграторы 5 и 6. Выход интегратора 5 n-ой гармоники подключен к первым входам двух сравнивающих устройств 7 и 8, а выход интегратора 6 k-ой гармоники подключен ко второму входу сравнивающего устройства 7. На второй вход второго сравнивающего устройства 8 подается заданный пороговый уровень. Выходы обоих сравнивающих устройств через каскад 9 совпадения подключены к исполнительному каскаду 10.
Устройство работает следующим образом.
В интеграторах 5 и 6 выделяются огибающие доплеровских сигналов n-ой и k-ой гармоник, которые сравниваются по амплитуде в первом сравнивающем устройстве 7, которое формирует команду типа логической единицы только при условии превышения амплитуды сигнала рабочей гармоники над амплитудой сигнала блокирующей гармоники вне связи с пороговым уровнем. Сигнал с выхода интегратора 5 рабочей гармоники (n-ой) подается также на первый вход второго сравнивающего устройства 8, на второй вход которого подается сигнал порогового уровня Е, задаваемый источником порогового уровня, так что во втором сравнивающем устройстве 8 осуществляется проверка - превышает амплитуда сигнала рабочей гармоники
пороговый уровень Е или нет. В случае превышения выдается соответствующая логическая команда. Выходы обоих сравнивающих устройств подключены к каскаду 9 совпадения. Только при одновременном поступлении импульсов с первого и второго сравнивающих устройств 7 и 8 каскад 9 совпадения выдает команду на исполнительный каскад 10, который формирует исполнительную команду срабатывания НВ.
Таким образом, введение второго сравнивающего устройства 8 и каскада 9 совпадения позволило производить сравнение сигналов гармоник между собой без участия порога, но одновременно сохранить пороговые свойства НВ, требуемые для обеспечения помехозащищенности. В результате устранена зависимость высоты срабатывания НВ от уровня отраженного сигнала и повышена работоспособность НВ при малых углах подхода боеприпасов к поверхности.