АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к артиллерийским метеорологическим комплексам, предназначенным для вооружения артиллерийских подразделений сухопутных войск и может найти широкое применение для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии.
Известно устройство того же назначения, радиолокационный метеорологический комплекс, принятый за аналог. В его состав входят радиолокационная станция (РЛС), вычислительное устройство, увязанные функционально в единую систему, запускаемые радиозонды. Комплекс, принятый за аналог, функционирует следующим образом. Производится запуск радиозонда. Радиолокационная станция осуществляет в автоматическом режиме слежение за поднимающимся радиозондом, определяет его текущие координаты. Вычислительное устройство по полученной информации определяет скорость и направление ветра и другие метеопараметры, которые по мере подъема радиозонда передаются по радиокомандам на приемное устройство РЛС (А.Б.Рейфер, М.И.Алексеенко и др. Справочник по гидрометеорологическим приборам. Л.: Гидрометеоиздат, 1971, с.283-285.)
Общими признаками с предлагаемым артиллерийским метеорологическим комплексом является наличие в составе аналога радиолокационной станции и вычислительного устройства.
Основными недостатками аналога являются:
- реализация в аналоге шар-зондового способа зондирования атмосферы;
- значительное время, затрачиваемое на проведение зондирования до максимальной высоты, что обусловлено низкой скоростью подъема радиозонда (300-400 м/мин);
- снос радиозонда ветром в процессе зондирования от точки выпуска на расстояние до 50 км.
Эти недостатки приводят, вследствие пространственно-временной изменчивости параметров ветра, к снижению точности полученных в процессе зондирования метеоданных на момент его окончания. Изменчивость метеорологических элементов со временем и расстоянием приводит к погрешностям, обусловленным взаимным удалением метеокомплекса и огневой позиции, а также временем, прошедшим от момента окончания зондирования до использования метеоданных (старение метеобюллетеня). В артиллерии считается годным метеобюллетень трехчасовой давности в радиусе 25 км от метеокомплекса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к полезной модели является артиллерийский метеорологический комплекс зондирования атмосферы, предназначенный для метеорологического обеспечения стрельбы наземной артиллерии и содержащий радиолокационную станцию, вычислительное устройство для расчета параметров ветра и других метеопараметров, радиозонды (патент РФ №2172969, MПK G01W 1/08, 2000).
Артиллерийский метеорологический комплекс функционирует следующим образом.
После запуска радиозонда радиолокационная станция осуществляет определение его текущих координат, которые вводятся в вычислительное устройство по мультиплексному каналу, где рассчитываются скорость и направление действительного и среднего ветра. Одновременно с этим радиолокационная станция осуществляет прием метеоданных с радиозонда и ввод их в вычислительное устройство по селекторному каналу через пороговое устройство и устройство экстраполяции. При этом достигается технический результат - уменьшение времени ветрового зондирования атмосферы.
Общими признаками с предлагаемым артиллерийским метеорологическим комплексом является наличие в составе прототипа радиолокационной станции и вычислительного устройства.
В отличие от аналога в прототипе осуществляется некоторое снижение времени ветрового зондирования атмосферы, что приводит к повышению достоверности результатов измерения параметров ветра и метеоданных на момент окончания зондировании атмосферы метеокомплексом, за счет уменьшения влияния временной изменчивости параметров ветра и метеовеличин. В тоже время период зондирования атмосферы артиллерийским метеорологическим комплексом остается сильно растянутым по времени и составляет до 2 часов (в среднем 1,5 ч), т.е. его быстродействие не удовлетворяет современным требованиям метеорологического обеспечения артиллерии.
Поэтому прототипу свойственны те же недостатки, что и аналогу:
- реализация в аналоге шар-зондового способа зондирования атмосферы;
- низкое быстродействие, т.е. значительное время, затрачиваемое на проведение зондирования до максимальной высоты, что обусловлено низкой скоростью подъема радиозонда (300-400 м/мин);
- снос радиозонда ветром в процессе зондирования от точки выпуска на расстояние более 50 км.
Срединная пространственно-временная изменчивость скорости (м/с) и направления (градус) ветра со временем (Δt, в часах) и расстоянием (Δd, в км) определяется по зависимостям (А.Н.Стиссон, А.П.Ширшиков и др. Метеорологическое обеспечение стрельбы артиллерии. М.: Воениздат, 1964. с.59-65)
При Δt=1 ч - к моменту окончания зондирования атмосферы временная изменчивость скорости и направления ветра составляет =0,9 м/с,
В
Еα=9°, что соответствует пространственной изменчивости параметров ветра на расстоянии Δd=25 км от места выпуска радиозонда.
В
При Δt=1,5 ч - =1,1 м/с, Еα=11,6°, что соответствует пространственной изменчивости параметров ветра на расстоянии Δd=37 км от места выпуска радиозонда.
В
При Δt=2 ч - =1,3 м/с, Еα=13,4°, что соответствует пространственной изменчивости параметров ветра на расстоянии Ad=50 км от места выпуска радиозонда.
В
При Δt=3 ч - =1,6 м/с, Еα=16,5°, что соответствует пространственной изменчивости параметров ветра на расстоянии Δd=75 км от места выпуска радиозонда.
Таким образом, при изменении времени зондирования атмосферы от 1 ч до 3 ч временная изменчивость по скорости ветра изменяется от 0,9 м/с до 1,6 м/с, по направлению ветра - от 9° до 16,5°. То есть к моменту окончания зондирования атмосферы, за счет временной и пространственной изменчивости параметров ветра, точность измерения профилей параметров ветра и метеобюллетеня будет не отвечать современным требованиям метеорологического обеспечения стрельбы артиллерии. Временная изменчивость метеоданных за время, прошедшее от момента окончания зондирования до использования методанных, приводит к старению метеобюллетеня.
Перед авторами стояла задача создания артиллерийского метеорологического комплекса, лишенного недостатков известных путем введения дополнительных технических устройств, обеспечивающих достижение высокого быстродействия, минимального времени ветрового зондирования атмосферы с одновременным повышением точности и эффективности метеорологического обеспечения стрельбы артиллерии.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что в артиллерийский метеорологический комплекс, содержащий радиолокационную станцию и вычислительное устройство для расчета метеоданных, дополнительно введены блок управления и отображения информации, блок питания и коммутации, автоматизированный измеритель приземных метеопараметров, при этом выход РЛС по электрической связи соединен с первым входом вычислительного устройства, причем выход автоматизированного измерителя приземных метеопараметров подсоединен через второй вход, третий и первый выходы блока питания и коммутации к первому и второму входам блока управления и отображения информации и вычислительному устройству соответственно, второй выход вычислительного устройства соединен через первый вход и третий выход блока питания и коммутации с первым входом блока управления и отображения информации, выход которого является выходом комплекса.
В
В отличие от прототипа в предлагаемом артиллерийском метеорологическом комплексе осуществляется дистанционное зондирование атмосферы лучом диаграммы направленности радиолокационной станции в реальном масштабе времени на реальных объектах - метеообразованиях. Время зондирования атмосферы с усреднением значений измеряемых параметров ветра производится за время не более 10 минут. То есть через 10 минут (0,17 ч) после начала зондирования атмосферы метеокомплекс выдает профили скорости и направления ветра и метеобюллетень. За это время временная изменчивость скорости и направления ветра составит (формулы 1 и 2) по скорости ветра - =0,4 м/с, по направлению ветра - Еα=4°.
Если для прототипа взять средний период зондирования 1,5 ч, то быстродействие предлагаемого артиллерийского метеорологического комплекса (10 мин) в 15 раз выше, а изменчивость параметров ветра по скорости и направлению ветра в 3 раза меньше.
Временная изменчивость метеоданных за время, прошедшее от момента окончания зондирования до использования метеоданных, приводит к старению метеобюллетеня.
Заявителю неизвестны источники информации, содержащие сведения о. техническом решении, идентичном признакам приведенном в формуле полезной модели. Это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг.1 изображена блок-схема АМК;
- на фиг.2 - общий вид АМК на позиции.
Артиллерийский метеорологический комплекс содержит радиолокационную станцию 1, блок 2 питания и коммутации, блок 3 управления и отображения информации (БУОИ), вычислительное устройство 4, автоматизированный измеритель 5 приземных метеопараметров, причем выход радиолокационной станции 1 по электрической связи соединен с первым входом вычислительного устройства 4, первый выход автоматизированного измерителя 5 приземных метеопараметров по стандартному интерфейсу подсоединен через второй вход, третий и первый выходы блока 2 питания и коммутации к первому и второму входам блока 3 управления и отображения информации и вычислительному устройству 4 соответственно, второй выход вычислительного устройства 4 соединен через первый вход и третий выход блока 2 питания и коммутации с первым входом блока 3 управления и отображения информации, выход которого является выходом комплекса.
Предлагаемый артиллерийский метеорологический комплекс функционирует следующим образом.
Аппаратура метеорологического комплекса устанавливается на предварительно подготовленной площадке и производится горизонтирование и ориентирование РЛС. После подачи питания и выхода аппаратуры на режим, азимутальный привод производит поворот антенны РЛС в секторе 330° с шагом в 30°. На каждом из 12 фиксированных направлений РЛС излучает в атмосферу, в течение нескольких секунд (7 сек), серию коротких зондирующих импульсов, осуществляет прием отраженных от метеообразований (снег, дождь, облака, аэрозоли, неоднородности плотности атмосферы, пыль и т.д.) доплеровских сигналов, их преобразование на промежуточную частоту, усиление и фильтрацию. С выхода РЛС 1 сигналы поступают на вход вычислительного устройства 4, где преобразовываются в цифровую форму после аналого-цифрового преобразования. Цифровой сигнал подвергается процедуре когерентного накопления и оценке доплеровского сдвига частоты с помощью спектрального анализа. Вычисление спектральной плотности производится с помощью быстрого преобразования Фурье. Выделение сигнальной составляющей спектра и определение ее параметров выполняется с помощью специальных алгоритмов. В результате параметризации определяется доплеровский сдвиг частоты отраженного сигнала, соответствующей проекции радиальной скорости ветра на необходимой высоте (в диапазоне высот от 100 до 4000 м) на данное направление оси диаграммы направленности антенны РЛС.
Дирекционный угол направления диаграммы направленности антенны РЛС 1 в каждом из 12 положений по электрической связи также поступает на вход вычислительного устройства 4. Массив данных, полученных со всех 12 направлений зондирования, обрабатывается в вычислительном устройстве 4 по специальному алгоритму в результате чего вычисляется профиль и направление ветра на высотах от 100 до 4000 м.
С выхода автоматизированного измерителя 5 приземных метеопараметров информация об усредненных значениях приземных скорости и направлении ветра, температуре и давлении атмосферы поступает по стандартному интерфейсу через блок 2 питания и коммутации на вычислительное устройство 4, где осуществляется их обработка.
На основе измеренных метеоданных с автоматизированного измерителя 5 приземных метеопараметров и вычисленного профиля и направления ветра на высотах от 100 до 4000 м по результатам дистанционного зондирования РЛС вычислительное устройство 4 вычисляет профиль среднего ветра на высотах от земли до 4000 м, восстанавливает вертикальный профиль среднего ветра до высоты 8000 м, восстанавливает по приземной температуре вертикальный профиль температуры воздуха до высоты 4000 м, составляет приближенный метеобюллетень до высоты 4000 м.
С выхода вычислительного устройства 4 информация о результатах зондирования по стандартному интерфейсу (типа RS-232) поступает через блок 2 питания и коммутации на блок 3 управления и отображения информации, где отображается на экране монитора и по линии связи с выхода БУОИ поступает в АСУ РВ и А (для возимого автономного варианта АМК) или на ЭВМ командно-штабной машины (КШМ) (при размещении АМК на КШМ) для дальнейшего использования в подготовке данных для стрельбы артиллерии.
За счет того, что радиолокационная станция 1, осуществляет дистанционное зондирование атмосферы в автоматическом режиме, с вычислением в вычислительном устройстве вертикальных профилей параметров ветра в реальном масштабе времени, достигается высокое быстродействие комплекса - период зондирования атмосферы с усреднением значений измеряемых параметров ветра составляет не более 10 минут, что в 15 раз меньше по сравнению с прототипом при среднем периоде зондирования атмосферы с помощью радиозонда 1,5 часа, что позволяет повысить точность и эффективность метеорологического обеспечения стрельбы артиллерии.
Указанный положительный эффект подтвержден натурными испытаниями опытного образца артиллерийского метеорологического комплекса.
Данная полезная модель (АМК) реализована с указанным назначением и может быть использована в двух модификациях: для метеорологического обеспечения артиллерийских подразделений при ее конструктивном размещении на КШМ комплекса артиллерийского управления огнем (КАУО) и в возимом автономном исполнении.
1
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация, которой присвоена литера «O», изготовлен опытный образец АМК, успешно прошедший государственные испытания, в настоящее время Министерством обороны решается вопрос о постановке данного устройства на снабжение Вооруженных Сил РФ.
На основании вышеизложенного можно утверждать, что артиллерийский метеорологический комплекс удовлетворяет требованию «промышленная применимость» для полезной модели.