Автоматический способ и сеть широкомасштабной противоградовой защиты
AUTOMATIC METHOD AND NETWORK OF LARGE-SCALE ANTI-HAIL PROTECTION

Область применения
[0001] Изобретение относится к области гидрометеорологии, в частности к методам и системам активного воздействия на атмосферные явления и управления ими, предупреждения и предотвращения града, и может быть использовано для осуществления широкомасштабной, автоматической противоградовой защиты обрабатываемых сельскохозяйственных земель, садов и различных народнохозяйственных объектов.
Состояние вопроса
[0002] Известны различные методы и способы широкомасштабной противоградовой защиты. Известны методы широкомасштабной противоградовой защиты с активным воздействием на градовые облака путем рассеяния в градовых облаках реагентов ракетами и снарядами [1-3].
[0003] Известен также способ противоградовой защиты путем активного воздействия на градовые облака сверхзвуковыми ударными волнами необходимой мощности, направляемыми вертикально вверх в небо [4-7]. Полагают, что последовательность ударных волн переносит с приповерхностных слоев в верхние слои к облакам положительные ионы, которые разрушают градообразующие ячейки. Широкомасштабное использование данного способа осуществляется следующим образом. Сверхзвуковые ударные волны необходимой мощности генерируются и направляются вертикально вверх вследствие проведения серии последовательных взрывов в закрытом объеме, в камере взрыва каждого (любого) из М акустических генераторов предотвращения града, установленных в М участках (точках) пространства, находящегося под противоградовой защитой, смеси взрывного газа (воспламеняемого топлива) и воздуха. Правильным выбором материала и количества взрывного газа или воспламеняемого топлива, числа и продолжительности взрывов можно получить последовательность мощных ударных волн и воздействовать на градовые облака вплоть до высоты 10 км, изменять структуру облака, предотвращать дальнейшее развитие градообразования и превращать град в дождь, в мокрый снег или в мелкие частицы льда. В качестве взрывного газа может быть использован ацетилен, смесь пропана и бутана или другие газы, или жидкое топливо с высокой энергетической характеристикой [4-9]. Смесь впрыснутого взрывного газа и воздуха взрывается запальником (зажигателем), установленным в камере взрыва, по командам щита (пульта) управления, поступающим извне в виде командных сигналов. Эти командные сигналы создаются в щите управления непосредственно вручную обслуживающим оператором или техническим персоналом [4], или дистанционно средствами сотовой связи, радиотехническими средствами, средствами радиосвязи, средствами телефонной связи или другими техническими средствами связи [5-9].
[0004] Известен также способ противоградовой защиты с помощью ударных волн, когда одновременно с впрыскиванием взрывного газа в камеру взрыва впрыскивается реагент (например, йодистое серебро), который смешивается с взрывным газом и воздухом [6,7]. Поднявшиеся вверх частицы сгоревшего реагента в дополнение к воздействию ударных волн непосредственно воздействуют на процесс формирования града [8, 9].
[0005] Известные способы противоградовой защиты имеют некоторые недостатки, связанные с отсутствием способностей по самоуправлению и самофункционированию. Известные способы противоградовой защиты работают только тогда, когда соответствующие команды поступают от обслуживающих операторов или технического персонала [4-6], что влечет за собой человеческий фактор, или когда соответствующие команды поступают от координирующей радиолокационной станции противоградовой защиты (метеорологической радиолокационной станции) [7-9], которая стоит очень дорого и требует специальных условий для эксплуатации. Кроме того, в силу определенных обстоятельств, не всегда возможно получить необходимые командные сигналы с радиолокационной станции противоградовой защиты, и не всегда достоверна информация, поступающая от метеорадара относительно градовой ситуации и стадии градоформирования определенного участка противоградовой защиты. Для достижения желаемого успеха и получения хороших результатов при широкомасштабной противоградовой защите необходимо, чтобы взрывы в генераторе ударных волн данного участка с зоной воздействия порядка 500-600 м в радиусе проводились по крайней мере за 5-10 минут до начала града автоматически [3-9], без вмешательства человека.
[0006] Известный (существующий) способ широкомасштабной противоградовой защиты [7], использующий метод ударных волн [4, 5], который наиболее близко подходит к настоящему изобретению (прототип), включает генерацию и направление вертикально вверх сверхзвуковых ударных волн необходимой мощности вследствие проведения серии последовательных взрывов в закрытом объеме, в камере взрыва каждого (любого) из М акустических генераторов предотвращения града, установленных в М участках (точках) пространства, находящегося под противоградовой защитой, смеси предварительно впрыснутого взрывного газа (воспламеняемого топлива) и воздуха, при этом впрыск взрывного газа в камеру взрыва и взрыв смеси впрыснутого взрывного газа и воздуха запальником (зажигателем), установленным в камере взрыва, проводятся в соответствии с командными сигналами, поступающими извне с щита управления данного участка (данного генератора), при этом внешние командные сигналы формируются на щите управления в соответствии с сигналами, получаемыми с обслуживающей радиолокационной станции противоградовой защиты дистанционно средствами GSM систем сотовой связи.
[0007] Недостаток существующего способа широкомасштабной противоградовой защиты заключается в его малоэффективности из-за дороговизны его эксплуатации, так как радиолокационная станция противоградовой защиты стоит дорого, и из-за отсутствия возможностей самоуправления (автономного контроля).
[0008] Известная (существующая) сеть широкомасштабной противоградовой защиты [7], которая реализует на практике вышеупомянутый способ противоградовой защиты и который наиболее близко подходит к настоящему изобретению (прототип), содержит M акустических генераторов предотвращения града, установленных в М участках пространства, находящегося под противоградовой защитой, каждый из М акустических генераторов предотвращения града содержит цилиндрическую камеру взрыва с шейкой с верхним выходным отверстием, коническое направляющее дуло, окошки с крышками для притока воздуха и запальник, установленный в камере взрыва, систему подачи газа и впрыскиватель газа, взрывное устройство, электрически соединенное с запальником, щит управления и блок электропитания.
[0009] Недостаток существующей сети широкомасштабной противоградовой защиты заключается в его малоэффективное™ из-за дороговизны эксплуатации сети широкомасштабной противоградовой защиты и из-за отсутствия возможностей самоуправления (автономного контроля), так как M акустических генераторов предотвращения града, распределенных по M участкам пространства, находящегося под противоградовой защитой, управляются единственным центром управления, т.е. одной, единой радиолокационной станцией противоградовой защиты, которая стоит очень дорого, требует определенных условий эксплуатации и имеет высокую энергопотребность.
[0010] Целью настоящего изобретения является повышение эффективности работы сети широкомасштабной противоградовой защиты и автоматизация ее эксплуатации. Описание изобретения
[0011] Предлагаемое изобретение преодолевает недостатки известных решений, предлагая способ широкомасштабной противоградовой защиты, заявленный в пункте 1 (или в пунктах 1-6) формулы изобретения, и сеть широкомасштабной противоградовой защиты, заявленную в пункте 7 (или в пунктах 7-21) формулы изобретения. Способ широкомасштабной противоградовой защиты изменен таким образом и сеть перестроена так, чтобы автоматически обнаруживать градовые облака путем определения яркостной температуры неба (путем измерения мощности собственного радиотеплового излучения неба) и создавать (вырабатывать) у сети широкомасштабной противоградовой защиты способность автоматического функционирования и самоуправления.
[0012] Автоматический способ широкомасштабной противоградовой защиты согласно настоящему изобретению, включает:
а) прием в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, сигналов собственного радиотеплового излучения неба этого участка (соответствующего участка);
b) возведение в квадрат принятых сигналов собственного радиотеплового излучения неба;
c) накопление возведенных в квадрат сигналов;
d) сравнение накопленного сигнала с N порогами;
e) вывод (передача) сигнала единица ("1") на соответствующий выход каждого из N порогов, если его входной сигнал превышает уровень его соответствующего порога, и сигнала "ноль" ("нулевого", "0") в противном случае;
f) совместное рассмотрение набора выходных сигналов "1" и "0" как двоичное число в двоичном коде и формирование (генерирование, генерация) кода-сигнала (кодового сигнала) двоичного числа соответствующего упомянутому двоичному числу;
g) формирование (генерирование) кода-сигнала "оповещение" в соответствии с кодом-сигналом двоичного числа;
h) передача по электропроводам кода-сигнала "оповещение" на вход щита (пульта) управления акустического генератора (генератора ударных волн) предотвращения града этого (соответствующего) участка;
i) установление щитом управления режима работы акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка в соответствии с принятым щитом управления кода-сигнала "оповещение", таких как "включение", "дежурство", "функционирование", "отключение" и "прекращение взрывов", при этом режим работы "функционирование" устанавливается когда на вход щита управления поступает (передается) код-сигнал "оповещение" с значением "1" и более, режим работы "дежурство" устанавливается когда на вход щита управления поступает код-сигнал "оповещение" с значением "0", режим работы "отключение" устанавливается когда на вход щита управления поступает код-сигнал "оповещение" с максимальным значением соответствующего двоичного числа, когда на выходы каждого из N порогов передается сигнал единица ("1"), после режима работы "отключение" режим работы "включение" устанавливается тогда, когда на вход щита управления начинает поступать следующий (очередной) код-сигнал "оповещение" с значением "0", число порогов N определяется, исходя из технических характеристик акустического генератора этого (соответствующего) участка;
j) установление щитом управления параметров (условий) работы акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка в соответствии с принятым щитом управления переданного кода-сигнала "оповещение", таких как мощность и продолжительность взрывов, частота (число) последующих взрывов и временной интервал между взрывами;
k) формирование (генерирование, генерация) щитом управления командных (управляющих) сигналов в соответствии с установленным режимом работы и в соответствии с установленными параметрами (условиями) работы акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка;
l) генерирование (генерация) сверхзвуковых ударных волн необходимой мощности вследствие проведения серии последовательных взрывов в закрытом объеме, в камере взрыва акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка, взрывчатой смеси предварительно впрыснутого взрывного газа (воспламеняемого топлива) и воздуха и направление ударных волн вертикально вверх в небо, при этом предварительный впрыск в камеру взрыва перед каждым взрывом взрывного газа и взрывание (взрыв) взрывчатой смеси предварительно впрыснутого взрывного газа и воздуха запальником (зажигателем), установленным в камере взрыва, проводятся в соответствии с командными сигналами, поступающими извне с щита управления, командный сигнал соответствующий режиму работы "функционирование" запускает акустический генератор предотвращения града этого (соответствующего) участка, командный сигнал соответствующий режиму работы "дежурство" держит акустический генератор в состоянии готовности к работе, командный сигнал соответствующий режиму работы "отключение" прекращает взрывы и отключает (выключает) акустический генератор предотвращения града этого (соответствующего) участка, командный сигнал соответствующий режиму работы "включение" включает акустический генератор предотвращения града этого (соответствующего) участка и устанавливает для акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка режим работы "дежурство";
m) генерирование (генерация) в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, кода-сигнала "тревога" параллельно с установлением режима работы "функционирование" акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка;
n) передача по радиоволнам в эфир кода-сигнала "тревога";
о) прослушивание эфира в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, параллельно с установлением режима работы "дежурство" акустического генератора предотвращения града каждого (любого) участка из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, для приема переданного кода-сигнала "тревога";
р) прием в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, кода-сигнала "тревога" переданного из каждого (любого) участка из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой;
q) сравнивание в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, принятого кода-сигнала "тревога" с L собственными кодами-сигналами этого участка;
r) генерирование (генерация) в каждом (в любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, сигнала "тревога" если принятый кода-сигнал "тревога" совпадает с одним из L собственных кодов-сигналов этого участка, и сигнала "ноль" ("нулевого", "0") в противном случае; и
s) установление щитом управления акустического генератора предотвращения града этого (соответствующего) участка в соответствии с сгенерированным кодом-сигналом "тревога" режима работы "тревога", при этом сравнивают интегрированные сигналы этого участка с пороговым значением (с порогом) "тревога", генерируют и передают на выход порогового устройства "предупреждающий" код-сигнал если интегрированный сигнал этого участка превышает пороговое значение "тревога", и сигнал "ноль" ("нулевой", "0") в противном случае, "предупреждающий" код-сигнал передается по электропроводам на вход щита управления этого участка, щит управления этого участка генерирует командный сигнал "тревога", и акустический генератор предотвращения града этого участка запускается в соответствии с сгенерированным командным сигналом "тревога" и в соответствии с установленными условиями режима работы "тревога", режим работы "тревога" акустического генератора предотвращения града каждого (любого) участка из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, отключается одновременно с прекращением "предупреждающих" кодов-сигналов соответствующего участка, или с установлением режима работы "функционирование" или режима работы "прекращение взрывов" акустического генератора предотвращения града этого участка.
t) Кроме того, прием сигналов собственного радиотеплового излучения неба этого участка (соответствующего участка) проводится на любом расстоянии (отдалении) от акустического генератора предотвращения града этого участка, под любым углом зондирования, как по углу места, так и по азимуту, на любой разрешенной центральной частоте зондирования из СВЧ диапазонов L-W, при любой ширине свободного от помех спектра приема и на любой поляризации зондирования.
u) Кроме того, способ широкомасштабной противоградовой защиты включает одновременное впрыскивание реагента с взрывным газом в камеру взрыва и смешивание реагента с взрывным газом перед взрыванием взрывного газа в каждом участке пространства из М участков, находящегося под противоградовой защитой.
v) Кроме того, код-сигнал "оповещение" и "предупреждающий" код-сигнал этого участка передаются на щит управления этого участка радиоволнами.
w) Кроме того, способ широкомасштабной противоградовой защиты включает постоянный (непрерывный) или периодический прием из К точек (пунктов) сигналов собственного радиотеплового излучения полосы пространства неба, соответствующей пространству, примыкающему (прилегающему) по всему периметру к пространству из М участков, находящемуся под противоградовой защитой, возведение в квадрат принятых сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего примыкающего пространства, накопление (интегрирование) возведенных в квадрат сигналов соответствующего примыкающего пространства, сравнение накопленного сигнала соответствующего примыкающего пространства с минимальным порогом, генерирование в каждой (любой) из К точек (пунктов) кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" в случае превышения накопленным сигналом соответствующего примыкающего пространства минимального порога, передача по радиоволнам в эфир сгенерированного кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" и прием переданных (излученных) в эфир кодов-сигналов "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" в каждом (любом) участке из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой.
х) Кроме того, сгенерированный и переданный (излученный) в эфир код-сигнал "тревога" и/или код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" принимаются единым центром управления, принятый единым центром управления код-сигнал "тревога" и/или код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" обрабатываются единым центром управления, обработанный сигнал ретранслируется в эфир по радиоволнам и ретранслированный сигнал принимается в каждом (любом) участке из М упомянутых участков упомянутого пространства, находящегося под противоградовой защитой.
[0013] Автоматическая сеть широкомасштабной противоградовой защиты согласно настоящему изобретению содержит M систем противоградовой защиты, установленные в М участках пространства, находящегося под противоградовой защитой, каждая из М систем противоградовой защиты, содержит:
a) акустический генератор предотвращения града (генератор ударных волн предотвращения града) для генерирования (генерации) сверхзвуковых ударных волн необходимой мощности вследствие проведения серии последовательных взрывов в закрытом объеме взрывчатой смеси взрывного газа (воспламеняемого топлива) и воздуха и направление ударных волн получившихся в результате взрыва вертикально вверх в небо;
b) систему подачи газа (система впрыскивания топлива) для подачи взрывного газа (топлива) в упомянутый акустический генератор предотвращения града, система подачи газа соединена (механически соединена) с акустическим генератором предотвращения града;
c) взрывное устройство (генератор высокого напряженна) для генерации импульса (потенциала) высокого напряжения необходимого для взрывания взрывного газа (топлива) в акустическом генераторе предотвращения града;
d) щит управления для формирования (генерирования, генерации) командных (управляющих) сигналов работы акустического генератора предотвращения града, для управления подачей взрывного газа (топлива) в акустический генератор предотвращения града и для управления взрыванием взрывного газа (топлива) в акустическом генераторе предотвращения града, щит управления электрически соединен с системой подачи газа и с взрывным устройством;
e) блок электропитания, блок электропитания электрически соединен с щитом управления и с взрывным устройством; и
f) устройство обнаружения-оповещения, для обнаружения града и для формирования (генерирования, генерации) кода-сигнала "оповещение" и "предупреждающего" кода-сигнала для управления щитом управления, для формирования (генерирования, генерации) кода-сигнала "тревога" и сигнала "тревога", для передачи и приема кода-сигнала "тревога", устройство обнаружения-оповещения электрически соединено с щитом управления и с блоком электропитания.
g) Кроме того, каждый из акустических генераторов предотвращения града содержит цилиндрическую камеру взрыва с шейкой с верхним выходным отверстием, и окошки для притока воздуха с крышками, которые плотно сидят на окошках для притока воздуха и открываются во внутрь для однонаправленного всасывания воздуха в камеру взрыва после каждого взрыва, общая площадь окошек для притока воздуха больше площади сечения верхнего выходного отверстия шейки, коническое направляющее дуло имеющее нижний конец меньшего диаметра, соединенное с верхним выходным отверстием шейки, и верхний конц большего диаметра, впрыскиватель газа (топлива) для впрыскивания поданного взрывного газа (топлива) внутрь камеры взрыва упомянутого акустического генератора предотвращения града, упомянутый впрыскиватель газа (топлива) соединен с упомянутой камерой взрыва и с системой подачи газа (топлива), и электрически соединен с упомянутым щитом управления, и запальник, для искрообразования и взрывания взрывчатой смеси взрывного газа (воспламеняемого топлива) и воздуха, установленный в камере взрыва запальник электрически соединен с упомянутым взрывным устройством.
h) Кроме того, каждая из упомянутых систем подачи газа (топлива) содержит емкость для взрывного газа (воспламеняемого топлива), механический вентиль, механический вентиль соединен с емкостью для взрывного газа (топлива), электромагнитный вентиль, электромагнитный вентиль соединен с механическим вентилем и электрически соединен с щитом управления, и регулятор давления (редуктор давления), регулятор давления соединен с электромагнитным вентилем и с впрыскивателем газа (топлива).
i) Кроме того, каждое из устройств обнаружения-оповещения содержит антенну, для приема сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего участка, радиометрический приемник, для измерения мощности принятых сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего участка и оценки радиояркостной (кажущейся) температуры неба соответствующего участка, радиометрический приемник электрически соединен с антенной и с блоком электропитания, управляемое компенсирующее устройство, управляемое компенсирующее устройство электрически соединено с радиометрическим приемником и с блоком электропитания, управляемое многоканальное пороговое устройство для обнаружения града, управляемое многоканальное пороговое устройство электрически соединено с управляемым компенсирующим устройством и с блоком электропитания, устройство оповещения для формирования кода-сигнала "оповещение", устройство оповещения электрически соединено с управляемым многоканальным пороговым устройством, с щитом управления и с блоком электропитания, передатчик, для формирования кода-сигнала "тревога" и для передачи в эфир кода-сигнала "тревога", передатчик электрически соединен с устройством оповещения и с блоком электропитания, приемник, для приема переданного в эфир из каждого участка из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, кода-сигнала "тревога", приемник электрически соединен с блоком электропитания, управляемое устройство сравнения кода для сравнения каждого принятого кода-сигнала "тревога" с L собственными кодами-сигналами участка и для формирования (генерирования) сигнала "тревога", управляемое устройство сравнения кода электрически соединено с приемником и с блоком электропитания, первый управляемый выключатель, первый управляемый выключатель электрически соединен с управляемым устройством сравнения кода и с управляемым компенсирующим устройством, управляемое однопороговое устройство, для формирования (генерирования) "предупреждающего" кода-сигнала, управляемое однопороговое устройство электрически соединено с первым управляемым выключателем и с блоком электропитания, и второй управляемый выключатель, второй управляемый выключатель электрически соединен с управляемым однопороговым устройством, с устройством оповещения и с щитом управления.
j) Кроме того, каждое из устройств обнаружения-оповещения содержит отдельный блок электропитания для отдельного питания устройства обнаружения-оповещения, отдельный блок электропитания электрически соединен с радиометрическим приемником, с управляемым компенсирующим устройством, с управляемым многоканальным пороговым устройством, с устройством оповещения, с передатчиком, с приемником, с управляемым устройством сравнения кода и с управляемым однопороговым устройством.
k) Кроме того, каждое из устройств обнаружения-оповещения может быть установлено на любом расстоянии (отдалении) от акустического генератора предотвращения града этого участка и может измерять собственное радиотепловое излучение неба этого участка под любым углом зондирования, как по углу места так и по азимуту, на любой разрешенной центральной частоте зондирования из СВЧ диапазонов L-W, при любой ширине свободного от помех спектра приема и на любой поляризации зондирования.
l) Кроме того, каждая из систем противоградовой защиты пространства из Μ участков, находящегося под противоградовой защитой, содержит систему дистанционного управления для дистанционного контроля (управления) щита управления средствами сотовой связи, посредством радиотехнических систем, средствами радиосвязи, средствами телефонной связи или другими техническими средствами связи, каждая система дистанционного управления электрически соединена с устройством оповещения, с вторым управляемым выключателем, с щитом управления, с блоком электропитания и с отдельным блоком электропитания.
m) Кроме того, каждая из упомянутых систем дистанционного управления содержит управляемый передатчик для передачи (излучения) сформированных (сгенерированных) кода-сигнала "оповещение" и "предупреждающего" кода-сигнала на акустический генератор предотвращения града этого участка, управляемый передатчик электрически соединен с устройством оповещения, с вторым управляемым выключателем и с отдельным блоком электропитания, и управляемый приемник, для приема переданного (излученного) кода-сигнала "оповещение" и переданного "предупреждающего" кода-сигнала и для передачи по электропроводам принятого кода-сигнала "оповещение" и принятого "предупреждающего" кода-сигнала на щит управления, управляемый приемник электрически соединен с щитом управления и с блоком электропитания.
n) Кроме того, каждая из упомянутых систем противоградовой защиты содержит систему подачи (впрыскивания) реагента для подачи (впрыскивания) реагента в камеру взрыва акустического генератора предотвращения града этого участка, система подачи реагента соединена с акустическим генератором предотвращения града этого участка.
o) Кроме того, каждый из упомянутых акустических генераторов предотвращения града этого участка содержит впрыскиватель-смеситель реагента для впрыскивания поданного реагента внутрь камеры взрыва акустического генератора предотвращения града этого участка и для смешивания реагента с взрывным газом (топливом) перед взрыванием взрывного газа (топлива), впрыскиватель-смеситель реагента соединен с камерой взрыва и с системой подачи реагента и электрически соединен с щитом управления этого участка.
p) Кроме того, каждая из систем подачи реагента содержит емкость для реагента (воспламеняемого топлива), механический вентиль реагента, механический вентиль реагента соединен с емкостью для реагента, электромагнитный вентиль реагента, электромагнитный вентиль реагента соединен с механическим вентилем реагента и электрически соединен с щитом управления, и регулятор давления (редуктор давления) реагента, регулятор давления реагента соединен с электромагнитным вентилем реагента и с впрыскивателем-смесителем реагента.
q) Кроме того, сеть широкомасштабной противоградовой защиты содержит комплекс из К пространственно распределенных систем дистанционного зондирования для обнаружения града на дальних подступах прилегающих (примыкающих) по всему периметру к пространству из М участков, находящемуся под противоградовой защитой, и для оповещения передачей в эфир кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с каждого участка примыкающего к пространству из М участков, находящемуся под противоградовой защитой.
r) Кроме того, каждая из К систем дистанционного зондирования содержит антенну дальнего действия (обнаружения) для приема сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего примыкающего участка, радиометрический приемник дальнего действия для измерения мощности принятых сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего примыкающего участка и для оценки радиояркостной (кажущейся) температуры неба соответствующего примыкающего участка, радиометрический приемник дальнего действия электрически соединен с антенной дальнего действия, управляемое компенсирующее устройство дальнего действия, управляемое компенсирующее устройство дальнего действия электрически соединено с упомянутым радиометрическим приемником дальнего действия, управляемое одноканальное пороговое устройство дальнего действия для обнаружения града на дальних подступах, управляемое одноканальное пороговое устройство дальнего действия электрически соединено с управляемым компенсирующим устройством дальнего действия, устройство оповещения дальнего действия для формирования (генерирования) кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", устройство оповещения дальнего действия электрически соединено с упомянутым управляемым одноканальным пороговым устройством дальнего действия, передатчик дальнего действия для передачи в эфир кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", передатчик дальнего действия электрически соединен с устройством оповещения дальнего действия, и блок электропитания дальнего действия, блок электропитания дальнего действия электрически соединен с радиометрическим приемником дальнего действия, с управляемым компенсирующим устройством дальнего действия, с управляемым одноканальным пороговым устройством дальнего действия, с устройством оповещения дальнего действия и с передатчиком дальнего действия.
s) Кроме того, упомянутая сеть широкомасштабной противоградовой защиты содержит единый центр управления для приема, обработки и ретрансляции кода-сигнала "тревога" или/и кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" участка примыкающего к пространству из М участков, находящемуся под противоградовой защитой.
t) Кроме того, единый центр содержит единый приемник для приема кода-сигнала "тревога" или/и кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" участка примыкающего к пространству из М участков, находящемуся под противоградовой защитой, процессор-анализатор для обработки и анализа принятого кода-сигнала "тревога" или/и кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" участка примыкающего к пространству из М участков, находящегося под противоградовой защитой, процессор-анализатор электрически соединен с единым приемником, единый передатчик для ретрансляции кода-сигнала "тревога" или/и кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" участка примыкающего к пространству из М участков, находящегося под противоградовой защитой, единый передатчик электрически соединен с процессором-анализатором, и единый блок электропитания, единый блок электропитания электрически соединен с единым приемником, с процессором-анализатором и с единым передатчиком.
[0014] Предпочтительные (основополагающие) аспекты изобретения определены в формуле изобретения.
Краткое описание рисунков.
[0015] Сущность изобретения разъясним на примерах его возможных (предпочтительных) реализациях, приведенных в прилагаемых рисунках.
На рис. 1 приведен первый предпочтительный вариант реализации (воплощения) пространственного распределения автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты.
На рис. 2 приведена первая предпочтительная схема реализации (исполнения) одной из М систем противоградовой защиты автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты.
На рис. 3 приведена детальная блок-схема предпочтительной (возможной) реализации управляемого многоканального порогового устройства.
На рис. 4 приведена детальная блок-схема предпочтительной реализации управляемого устройства сравнения кода-сигнала.
На рис. 5 приведены возможные варианты частотных зависимостей максимального и минимального пороговых значений и порогового значения "тревога".
На рис. 6 приведена вторая предпочтительная схема реализации одной из М систем противоградовой защиты автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты с средствами системы впрыскивания реагента и с отдельным блоком электропитания устройства обнаружения-оповещения.
На рис. 7 приведена третья предпочтительная схема реализации одной из М систем противоградовой защиты автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты с средствами системы впрыскивания реагента, с отдельным блоком электропитания и с средствами системы дистанционного управления.
На рис. 8 приведена схема второго предпочтительного варианта реализации пространственного распределения автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты с комплексом из К пространственно распределенных систем дистанционного зондирования и с возможной схемой реализации каждой из К систем дистанционного зондирования.
На рис. 9 приведена схема третьего предпочтительного варианта реализации пространственного распределения автоматической сети широкомасштабной противоградовой защиты с единым центром управления и с возможной схемой реализации единого центра управления.
Детальное описание предпочтительных исполнений (реализаций)
[0016] На рис. 1 схематически показан план возможного пространственного расположения М участков, обслуживаемых автоматической сетью широкомасштабной противоградовой защиты из М систем противоградовой защиты (1).
[0017] На рис. 2 дан общий вид первой предпочтительной реализации одной из М систем противоградовой защиты (1) и схематично показаны следующие ее основные компоненты и детали: а именно, акустический генератор предотвращения града (2), система подачи газа (воспламеняемого топлива) (3), взрывное устройство (4), щит управления (5), блок электропитания (6), устройство обнаружения-оповещения (7), антенна (8), радиометрический приемник (9), управляемое компенсирующее устройство (10), управляемое многоканальное пороговое устройство (11), устройство оповещения (12), передатчик (13), приемник (14), управляемое устройство сравнения кода-сигнала (15), первый управляемый выключатель (16), управляемое однопороговое устройство (17), второй управляемый выключатель (18), цилиндрическая камера взрыва (19), которая может состоять из прочного полого цилиндрического тела с круглым дном и с круглым верхним краем, который далее переходит в шейку (20) с верхним выходным отверстием (33а). Дно цилиндрической камеры взрыва (19) плотно зарыто (вмонтировано) в бетонный фундамент (21) ножками (22). Одно или несколько окошек для притока воздуха (23) с крышками (не показаны на рисунке), которые плотно сидят на окошках и открываются только во внутрь для однонаправленного всасывания воздуха в камеру взрыва (19) после каждого взрыва. Камера взрыва (19) оснащена впрыскивателем газа (24), который может быть установлен в или на камере взрыва (19) и который, будучи, например, электромагнитным вентилем, управляет впрыском в центральную часть камеры взрыва (19) притока взрывного газа (взрывного топлива), поступающего из емкости для взрывного газа (25), системы подачи газа (воспламеняемого топлива) (3) через механический вентиль (26), электромагнитный вентиль (27) и регулятор давления (28) на вход впрыскивателя газа (24). Запальник (29), состоящий, например, из электродов искрового зажигания (разряда), и взрывное устройство (4), состоящее, например, из генератора (катушки) высокого напряжения, и установленное снаружи (см рис. 2) или внутри (см. рис. 6 и рис. 7), включены для осуществления в камере взрыва (19) взрыва смеси впрыснутого взрывного газа и воздуха запальником (29), установленным в камере взрыва (19). Электромагнитный вентиль (27), впрыскиватель газа (24) и взрывное устройство (4) управляются со щита управления (5). Коническое направляющее дуло (30) своим широким концом (31) с отверстием большого диаметра направлено вверх, а своим узким концом (32) с отверстием малого диаметра соединено с верхним выходным отверстием (33а) шейки (20) камеры взрыва (19).
[0018] На рис. 3 приведена детальная блок-схема предпочтительной реализации управляемого многоканального порогового устройства (11), которое включает N независимых одноканальных пороговых устройств (ОПУ) с различными значениями порогов.
2
[0019] На рис. 4 приведена детальная блок-схема предпочтительной реализации управляемого устройства сравнения кода-сигнала (15), которое включает L независимых каналов сравнения и сумматор (∑). Любой канал сравнения из L независимых каналов включает вычитатель (-), устройство возведения в квадрат ([]) и обратную пороговую схему (0/1).
[0020] На рис. 5 приведены возможные варианты частотных зависимостей максимального и минимального пороговых значений и порогового значения "тревога".
[0021] Предпочтительные режимы работы системы рис. 2 разъясним с учетом данных, представленных на рис. 1-рис.5. Сразу после первоначального включения сети широкомасштабной противоградовой защиты, то есть после первоначального включения каждой из М систем противоградовой защиты (1) сети широкомасштабной противоградовой защиты, то есть после открывания соответствующего механического вентиля (26) каждой из М систем противоградовой защиты (1) и включения соответствующего блока питания, который начинает питать соответствующие щит управления (5), взрывное устройство (4) и соответствующее устройство обнаружения-оповещения (7) каждой из М систем противоградовой защиты (1), вся сеть широкомасштабной противоградовой защиты продолжает свою работу в автоматическом и автономном режиме. Щит управления (5) каждой из М систем противоградовой защиты (1) открывает электромагнитный вентиль (27) и устанавливает режим работы "дежурство" для соответствующего акустического генератора (2). Поток взрывного газа через открытый электромагнитный вентиль (27) и соответствующий регулятор давления (28) поступает на вход закрытого впрыскивателя газа (24) соответствующего акустического генератора (2). Направленная вверх на небо антенна (8) соответствующей системы противоградовой защиты (2) непрерывно принимает сигналы собственного радиотеплового излучения неба и передает их на вход соответствующего радиометрического приемника (9). Радиометрический приемник (9) обрабатывает принятые сигналы и передает на вход управляемого компенсирующего устройства (10) суммарную мощность сигналов внешнего излучения неба (окружающей среды и внешних помех) и внутренних шумов. Управляемое компенсирующее устройство (10) компенсирует (уменьшает) часть входного сигнала на величину мощности излучения безоблачного неба и передает остаток сигнала на вход управляемого многоканального порогового устройства (11). В управляемом многоканальном пороговом устройстве (11) остаток сигнала сравнивается в N одноканальных пороговых устройствах (ОПУ) с N различными пороговыми уровнями. Каждое ОПУ передает на соответствующий вход соответствующего устройства оповещения (12) сигнал единица ("1"), если входной сигнал превышает уровень соответствующего порога, и нулевой ("0") сигнал в противном случае. Устройство оповещения (12) обрабатывает набор выходных сигналов "1" и "0" как двоичное число в двоичном коде, формирует код-сигнал (кодовый сигнал) двоичного числа, соответствующий этому двоичному числу, формирует код-сигнал "оповещение", соответствующий коду-сигналу двоичного числа, передает код-сигнал "оповещение" на вход соответствующего передатчика (19), а по электропроводам передает код-сигнал "оповещение" на вход соответствующего щита управления (5). В соответствии с полученным кодом-сигналом "оповещение" на щите управления формируются сигналы рабочих команд, по которым устанавливаются соответствующие режимы работы акустического генератора предотвращения града соответствующего участка, такие как "включение", "дежурство", "функционирование", "отключение" и "прекращение взрывов", а также устанавливаются такие основные рабочие параметры (условия) работы акустического генератора предотвращения града, как мощность (количество взрываемого газа) и продолжительность взрывов, частота (число) последующих взрывов и временной интервал между взрывами. При нулевом значении("0") кода-сигнала "оповещение" на своем входе щит управления (5) держит соответствующий акустический генератор (2) в режиме работы "дежурство". Когда на вход щита управления (5) поступает код-сигнал "оповещение" со значением единица ("1") и более, он устанавливает для соответствующего акустического генератора (2) режим работы "функционирование", устанавливает в соответствии с величиной полученного кода-сигнала "оповещение" рабочие параметры работы соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), формирует командные сигналы работы и запускает соответствующий акустический генератор предотвращения града (2).
[0022] С началом работы акустического генератора предотвращения града (2) соответствующий щит управления (5) через соответствующий впрыскиватель газа (24) в соответствующую камеру взрыва (19) пропускает такое количество газа, которое необходимо для получения при взрыве в камере взрыва (19) достаточно мощной ударной волны. Смешивание взрывного газа с воздухом в камере взрва (19) происходит автоматически и очень быстро. Как только электромагнитный вентиль впрыскивателя газа (24) закрывается, соответствующий щит управления (5) запускает генератор высокого напряжения соответствующего взрывного устройства (4), который генерирует импульс высокого напряжения и создает искру между электродами соответствующего запальника (29). Быстрый взрыв газа в камере взрыва (19) создает ударную волну, которая через соответствующее коническое дуло (30) направляется вверх. Импульс взрыва газа направляется вверх и, после полного сгорания газа, направленный вверх импульс взрыва газа создает в соответствующей камере взрыва (19) пониженное (отрицательное) давление, в результате чего открываются крышки окошек (23) притока воздуха и свежий воздух из окружающего пространства быстро заполняет внутренний объем соответствующей камеры взрыва (19).
[0023] Очень важен правильный выбор горючего и взрывного устройства, чтобы они работали даже при попадании дождевой воды (льда, снега) через коническое направляющее дуло (30) внутрь камеры взрыва (19). Очень важен правильный выбор характеристик взрывного газа, сочетание размеров верхнего отверстия (33а) шейки (20) и объема камеры взрыва (19), а также размеров соответствующего конического дула (30) для получения хорошей ударной волны и обеспечения сильного всасывания через окошки (23) притока воздуха требуемого количества свежего воздуха из окружающего пространства для следующего взрыва.
[0024] Одновременно с установлением для соответствующего акустического генератора (2) режима работы "функционирование" соответствующий передатчик генерирует и передает (излучает) в эфир код-сигнал "тревога".
[0025]Когда щит управления (5) получает код-сигнал "оповещение" с максимальным значением соответствующего двоичного числа, , когда на каждый вход из k=1÷N входов соответствующего устройства оповещения (12) поступает сигнал единица ("1"). Щит управления (5) устанавливает для соответствующего акустического генератора предотвращения града (2) режим работы "отключение", отключает соответствующий акустический генератор предотвращения града (2) и приостанавливает взрывы, то есть прекращает процесс впрыскивания топлива (подачу топлива) и его зажигание (взрыв). Щит управления (5) включает соответствующий акустический генератор предотвращения града (2) и вновь устанавливает (восстанавливает) режим работы "дежурство" только после получения из соответствующего устройства оповещения (12) следующего (очередного) сигнала с значением "0".
[0026] Число N определяется техническими характеристиками и быстродействием изменения параметров работы соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), таких как мощность и продолжительность взрывов, частота (число) последующих взрывов и временной интервал между взрывами.
[0027] После начального включения каждой из М систем противоградовой защиты (1) сети широкомасштабной противоградовой защиты и одновременно с установлением для каждого из М акустических генераторов предотвращения града (2) сети противоградовой защиты режима работы "дежурство" соответствующий приемник (14) начинает прослушивать эфир для приема кода-сигнала "тревога", излученного в эфир с других участков пространства противоградовой защиты из М участков. Управляемое устройство сравнения кода-сигнала (15) соответствующего приемника (14) сравнивает выходной сигнал соответствующего приемника (14) с L собственными кодами-сигналами соответствующего участка и генерирует сигнал "тревога", если принятый код-сигнал "тревога" совпадает с одним из L собственных кодов-сигналов соответствующего участка, и нулевой сигнал в противном случае. Выходные сигналы управляемого устройства сравнения кода-сигнала (15) поступают на управляющий вход первого управляемого выключателя (16), который соединяет вход и выход соответствующего первого управляемого выключателя (16), когда на этот управляемый вход поступает сигнал "тревога", а в противном случае держит в разъединенном состоянии вход и выход соответствующего первого управляемого выключателя (16). Первый управляемый выключатель (16) с соединенными входом и выходом соединяет выход соответствующего управляемого компенсирующего устройства (10) с входом соответствующего управляемого однопорогового устройства (17), которое сравнивает накопленные сигналы соответствующего участка с порогом "тревога", генерирует и передает на выход соответствующего однопорогового устройства (17) "предупреждающий" код-сигнал если накопленные сигналы соответствующего участка превышают пороговый уровень "тревога" и нулевой сигнал (сигнал "0") в противном случае. "Предупреждающий" код-сигнал проходит через второй управляемый выключатель (18) с соединенными входом и выходом и посредством элекропроводов поступает на соответствующий вход соответствующего щита управления (5), который формирует (генерирует) командный сигнал "тревога", устанавливает для соответствующего акустического генератора предотвращения града (2) режим работы "тревога" и запускает соответствующий акустический генератор предотвращения града (2) в соответствии с установленными условиями режима работы "тревога" соответствующего акустического генератора предотвращения града (2). Режим работы "тревога" акустического генератора предотвращения града (2) каждого (любого) участка из М участков противоградовой защиты отключается одновременно с прекращением передачи "предупреждающих" кодов-сигналов соответствующего участка, то есть когда с выхода соответствующего управляемого устройства сравнения кода-сигнала (15) на управляемый вход соответствующего первого управляемого выключателя (16) начинает поступать нулевой сиганал (сигнал "0"), при котором разъединяются вход и выход соответствующего первого управляемого выключателя (16) и тем самым отключает выход соответствующего управляемого компенсирующего устройства (10) от входа соответствующего однопорогового устройства (17). Режим работы "тревога" акустического генератора предотвращения града (2) каждого (любого) участка из М участков противоградовой защиты отключается также одновременно с установлением режимов работы "функционирование" или "прекращение взрывов" акустического генератора предотвращения града (2) соответствующего участка, когда соответствующее устройство оповещения (12) генерирует код-сигнал "оповещение" со значением "1" и более, вплоть до максимально возможного его значения , когда на каждый вход из k=1÷N входов соответствующего устройства оповещения (12) поступает сигнал единица ("1"), тогда на управляемый вход соответствующего второго управляемого выключателя (18) начинает поступать не нулевой сигнал, из-за которого управляемый вход соответствующего второго управляемого выключателя (18) разъединяет свой вход и выход и тем самым отключает выход соответствующего однопорогового устройства (17) от соответствующего входа соответствующего щита управления (5). Этим путем повышается эффективность работы и автоматизируется эксплуатация сети широкомасштабной противоградовой защиты.
[0028] Устройство обнаружения-оповещения (7) может быть установлено на любом расстоянии (рядом, близко, отдаленно, далеко) от соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), и поэтому может питаться с отдельного блока электропитания (33), как показано на рис. 6.
~
~
[0029] При отсутствии сетевого электропитания 110 В или 220 В как базового питания для блока электропитания (6) и отдельного блока электропитания (33), в качестве базового питания для блока электропитания (6) и отдельного блока электропитания (33) используется источник постоянного тока в 12 В или 24 В, перезаряжаемый от панели солнечных батарей.
[0030] Антенна (8) каждой из М систем противоградовой защиты (1) может быть направлена на небо под любым углом зондирования, как по углу места, так и по азимуту. Предпочтительный интервал значений утла зондирования по углу места - это интервал 0-30° от вертикали. Когда устройство обнаружения-оповещения (7) установлено на близком расстоянии от соответствующего акустического генератора предотвращения града (2) сети широкомасштабной противоградовой защиты, то предпочтительным является интервал 0-10° от вертикали. Предпочтительным азимутальным направлением радиометрического зондирования является сектор северозапад-север-северовосток, что позволяет избежать прямого попадания солнечного излучения в аппертуру антенны (8) в любое время суток и года. Для устройства обнаружения-оповещения (7) можно использовать антенну любого типа: рупорную, однозеркальную пароболическую и гиперболическую, двузеркальную параболическую (антенну Кассегрена), диэлектрическую и др., с любой шириной раскрыва главного лепестка. Предпочтительные значения ширины раскрыва главного лепестка антенны (8) на уровне 3дБ лежат в интервале значений 10-20°. Радиометрический приемник (9) каждой из М систем противоградовой защиты (1) может работать на любой разрешенной центральной частоте зондирования из СВЧ диапазонов L-W (L, S, С, X, Кu, К, Ka, W), при любой ширине свободного от помех спектра приема и на любой поляризации зондирования. Предпочтительными диапазонами являются СВЧ диапазоны X, Кu, К и Ка. Для устройства обнаружения-оповещения (7) можно использовать радиометрический приемник любого типа: радиометрический приемник прямого усиления или супергетеродинный, компенсационный, модуляционный, корреляционный, балансный, и т.д. Для радиометрического приемника (9) предпочтительное время интегрирования порядка 1-5 сек, а предпочтительная чувствительность порядка 0,1-0,5К в зависимости от частотного диапазона радиометрического зондирования.
[0031] Устройство обнаружения-оповещения (7) должно быть вмонтировано или необходимо вмонтировать устройство обнаружения-оповещения (7) под защитным навесом из радиопрозрачного материала или/и закрыть вход соответствующей антенны (8) защитным чехлом (кожухом) или пленкой (листом) из радиопрозрачного материала, чтобы предотвратить возможность накопления перед входом антенны (8) капель воды и частиц льда и защитить вход соответствующего радиометрического приемника (9) от прямого попадания пыли и осадков, т.е. дождя, снега, града, и т.д. Если защитный навес изготовлен из радионепрозрачного или полупрозрачного материала, тогда защитный навес не должен перекрывать главный лепесток антенны (8).
[0032] Пороговые уровни управляемого многоканального порогового устройства (11) зависят от частотного диапазона работы радиометрического приемника (9). Представленная на рис. 5 кривая частотной зависимости величины минимального порога соответствует частотной зависимости радиотеплового контраста при появлении на фоне безоблачного неба ливневой тучи с редкими градинами. Минимальные значения радиотепловых контрастов рис. 5 были оценены и аппроксимированы из результатов натурных, многочастотных и двухполяризационных (вертикальных и горизонтальных) экспериментальных измерений, проведенных под углом зондирования 20° и 30° от вертикали [10-12], и из теории пассивного (радиометрического) зондирования. Теоретические аппроксимации показывают, что эта кривая приемлема также для всего интервала значений угла зондирования 0-30° от вертикали.
[0033] Частотная зависимость величины максимального порога рис. 5 была построена по данным теоретических оценок и экспериментальных измерений, приведенных в [12-14], и соответствует частотной зависимости радиотеплового контраста при появлении на фоне безоблачного неба мощного градового облака, порождающего сильный град с крупными градинами, предотвратить которое не возможно никакими методами и техническими средствами противоградовой защиты.
[0034] Величина порога "тревога" одноканального порогового устройства (17) зависит от частотного диапазона работы соответствующего радиометрического приемника (9) и, в зависимости от диапазона частот соответствующего радиометрического приемника (9), может быть на 3-15К меньше уровня соответствующего минимального порога. Частотная зависимость величины порога "тревога", представленная на рис. 5, была оценена и аппроксимирована по данным теоретических и экспериментальных исследований [12-14].
[0035] Радиотепловые контрасты рис. 5 даны в Кельвинах. Соответствующие эквиваленты величин порога в Вольтах зависят от структуры и технических характеристик используемого радиометрического приемника (9) и могут быть определены по результатам теоретических оценок или по результатам экспериментальных измерений и калибровки. Предпочтительный путь - это проведение калибровки радиометрического приемника (9) в лабораторных условиях или проведение калибровки устройства обнаружения-оповещения (7) в натурных условиях.
[0036] Интервал между значениями минимального и максимального порогов можно разделить на N-1 частей, однако разделение на 2 или на 4, или на 8, или на 16 и т.д. частей, то есть когда N=3 или 5, или 9, или 17 и.т.д., более предпочтительны. В зависимости от особенностей условий применения настоящего способа и эксплуатации сети широкомасштабной противоградовой защиты представленные на рис. 5 значения максимального и минимального порогов и порога "тревога" могут быть изменены. Если понизить уровень минимального порога и порога "тревога", то одновременно увеличатся вероятность правильного обнаружения града и вероятность ложной тревоги. С учетом относительно небольших эксплуатационных расходов акустического генератора предотвращения града (2) (низкая стоимость взрывного топлива) [3,5] можно согласиться (примириться) с небольшой величиной ложной тревоги и уменьшить значения минимального порога и порога "тревога" относительно данных рис. 5 на 2-10К в зависимости от диапазона частот соответствующего радиометрического приемника (9).
[0037] В целях экономии материальных ресурсов можно уменьшить эксплуатационные расходы акустического генератора предотвращения града (2) путем понижения уровня максимального порогового значения относительно данных рис. 5, но тогда значительно повыситься вероятность пропуска цели.
[0038] Максимальный и минимальный пороговые уровни и уровень порога "тревога" могут быть скорректированы и изменены индивидуально во время эксплуатации соответствующей системы противоградовой защиты (1) с помощью соответствующего управляемого многоканального порогового устройства (11) и соответствующего управляемого одноканального порогового устройства (17).
[0039] Влияние акустического генератора предотвращения града (2) ограничивается пространством с радиусом 500-600 м вокруг генератора [1-7]. Поэтому акустический генератор предотвращения града монтируется около сельскохозяйственных полей и угодий, а его режим работы "дежурство" устанавливается после определения значения величины компенсирующего сигнала соответствующего компенсирующего устройства (10). Величина компенсирующего сигнала рабочего участка акустического генератора предотвращения града (2) определяется экспериментально и индивидуально для каждого рабочего участка путем усреднения результатов дневных и ночных измерений яркостной температуры (точнее, кажущейся температуры антенны) безоблачного неба при приповерхностных температурах окружающей среды 10-30°С.
[0040] На рис. 6 приведена вторая предпочтительная схема реализации системы противоградовой защиты (1) в соответствии с рис. 2, включающей средства впрыскивания реагента. Во избежание повторов далее будут обсуждаться только отличия, имевшие место относительно рис. 2. На рис. 6 дополнительно показаны следующие основные компоненты и детали, а именно: система впрыскивания реагента (34), емкость для реагента (35), механический вентиль реагента (36), электромагнитный вентиль реагента (37), регулятор давления реагента (38) для обеспечения требуемого давления для впрыска реагента и впрыскиватель-смеситель реагента для впрыскивания реагента вместе с взрывным топливом внутрь соответствующей камеры взрыва (19) и смешивания с взрывным топливом до взрыва взрывного топлива. Впрыскиватель-смеситель реагента (39), который управляется щитом управления (5), может включать электромагнитный вентиль, который управляет потоком реагента, поступающим на его вход из соответствующей емкости реагента (35) соответствующей системы впрыскивания реагента (34), проходя через соответствующий механический вентиль реагента (36), через соответствующий электромагнитный вентиль реагента (37) и через соответствующий регулятор давления реагента (38), и впрыском реагента в центральную часть соответствующей камеры взрыва (19). Механический вентиль реагента (36) открывается одновременно с механическим вентилем (26). Впрыскиватель-смеситель реагента (39) открывается одновременно или почти одновременно с соответствующим впрыскивателем взрывного топлива (24).
[0041] Когда устройство обнаружения-оповещения (7) устанавливается на небольшом расстоянии от соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), предпочтительно код-сигнал "оповещение", генерируемый (формируемый) соответствующим устройством оповещения (12), и "предупреждающий" код-сигнал, генерируемый (формируемый) соответствующим одноканальным пороговым устройством (17), передавать на соответствующие входы соответствующего щита управления (5) по электрическим проводам. Когда же устройство обнаружения-оповещения (7) устанавливается на большом отдалении от соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), то становится целесообразней код-сигнал "оповещение", генерируемый (формируемый) соответствующим устройством оповещения (12), и "предупреждающий" код-сигнал, генерируемый (формируемый) соответствующим одноканальным пороговым устройством (17), передавать на щит управления (5) средствами сотовой связи, посредством радиотехнических систем, средствами радиосвязи, средствами телефонной связи или другими техническими средствами связи.
[0042] На рис. 7 приведена третья предпочтительная схема реализации системы противоградовой защиты, которая управляется дистанционно. Во избежание повторов далее будут обсуждаться только отличия, имевшие место относительно рис. 2 и рис. 6. На рис. 7 дополнительно показаны следующие основные компоненты и детали, а именно: система дистанционного управления (40), управляемый передатчик (41) для передачи генерированных кода-сигнала "оповещение" и "предупреждающего" кода-сигнала и управляемый приемник (42) для приема излученных кода-сигнала "оповещение" и "предупреждающего" кода-сигнала и для передачи принятых кода-сигнала "оповещение" и "предупреждающего" кода-сигнала по электрическим проводам на соответствующий щит управления (5).
[0043] Когда устройство обнаружения-оповещения (7) устанавливается на большом отдалении от соответствующего акустического генератора предотвращения града (2), то его антенна (8) должна быть направлена так, чтобы след ее раскрыва на высоте 3,5 км оказался бы прямо над защищаемым сельскохозяйственным участком.
[0044] Автоматическая эксплуатация и самоконтроль сети широкомасштабной противоградовой защиты могут быть реализованы также с помощью комплекса из К систем дистанционного зондирования (43), которые обслуживают все пространство из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, как показано на рис. 8. Комплекс из К систем дистанционного зондирования (43) используется для обнаружения града (градового облака) на дальних подступах прилегающих (примыкающих) по всему периметру к пространству из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, расположенного на расстоянии 3-4 км в горизонтальном направлении от края пространства из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, и на высоте порядка 3.5 км, для оповещения о надвигающейся опасности с определенного примыкающего пространства к пространству из М участков передачей в эфир сформированного кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства".
[0045] Число К зависит от способа пространственного распределения М участков и может принимать значения из интервала [1÷М]. Если пространственное распределение М участков имеет общий центр, вокруг которого расположены эти M участков, пример которого отдельно показан на рис. 8, то можно использовать всего одну (К=1) систему дистанционного зондирования (43). Если пространственное распределение Μ участков не имеет общего центра и расположены они на большом расстоянии друг от друга, то для организации всеобщей противоградовой обороны пространства из М участков придется использовать К=М число систем дистанционного зондирования (43).
[0046] Каждая из К систем дистанционного зондирования (43) содержит антенну дальнего действия (обнаружения) (44) для приема сигналов собственного радиотеплового излучения неба над соответствующим примыкающим участком, радиометрический приемник дальнего действия (45) для измерения мощности принятых сигналов собственного радиотеплового излучения неба соответствующего примыкающего участка и электрически соединенное с соответствующей антенной дальнего действия (44) управляемое компенсирующее устройство дальнего действия (46), электрически соединенное с соответствующим радиометрическим приемником дальнего действия (45), управляемое одноканальное пороговое устройство дальнего действия (47) для обнаружения града на дальних примыкающих подступах и электрически соединенное с соответствующим управляемым компенсирующим устройством дальнего действия (46) устройство оповещения дальнего действия (48) для формирования кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" и электрически соединенное с соответствующим управляемым одноканальным пороговым устройством дальнего действия (47), передатчик дальнего действия (49) для передачи в эфир кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" и электрически соединенное с соответствующим устройством оповещения дальнего действия (48), и блок электропитания дальнего действия (50), электрически соединенный с входами питания соответствующих радиометрического приемника дальнего действия (45), управляемого компенсирующего устройства дальнего действия (46), управляемого одноканального порогового устройства дальнего действия (47), устройства оповещения дальнего действия (48) и передатчика дальнего действия (49). [0047] В зависимости от способа пространственного распределения М участков антенна дальнего действия (44) может периодически вращаться в азимутальной плоскости под определенным значением угла места зондирования и наблюдать за полосой пространства неба, соответствующей пространству, примыкающему (прилегающему) по всему периметру к пространству из М участков пространства, находящегося под противоградовой защитой, может качаться (сканировать) в пределах определенного азимутального сектора и постоянно сканировать определенный сектор полосы пространства неба над соответствующим примыкающим пространством, или может непрерывно под определенным (фиксированным) азимутальным направлением наблюдать за полосой пространства неба над соответствующим примыкающим пространством. Пространственное расположение каждой системы дистанционного зондирования (43) и угол места зондирования антенн дальнего действия (44) определяется из допущения (условия), что след главного лепестка антенны на высоте 3,5 км должен располагаться прямо над примыкающим участком, находящимся на расстоянии 3-4 км от соответствующего края пространства, находящегося под противоградовой защитой,
[0048] В качестве антенны дальнего действия (44) можно использовать антенну любого типа: рупорную, однозеркальную пароболическую и гиперболическую, двузеркальную параболическую (антенну Кассегрена), диэлектрическую и др. с любой шириной раскрыва главного лепестка. Предпочтительные значения ширины раскрыва главного лепестка антенны (8) на уровне 3дБ лежат в интервале значений 10-20°. Радиометрический приемник дальнего действия (45) каждой из К систем дистанционного зондирования (43) может работать на любой разрешенной центральной частоте зондирования из СВЧ диапазонов L-W (L, S, С, X, Кu, К, Ka, W) при любой ширине свободного от помех спектра приема и на любой поляризации зондирования. Предпочтительными диапазонами являются СВЧ диапазоны X, Кu, К и Ка. В качестве радиометрического приемника дальнего действия (45) можно использовать радиометрический приемник любого типа: радиометрический приемник прямого усиления или супергетеродинный, компенсационный, модуляционный, корреляционный, балансный и т.д. Для радиометрического приемника дальнего действия (45) предпочтительное время интегрирования порядка 1-5 сек, а предпочтительная чувствительность порядка 0,1-0,5К, в зависимости от частотного диапазона радиометрического зондирования. Предпочтительным азимутальным направлением дистанционного радиометрического наблюдения за системой дистанционного зондирования (43) при фиксированном (определенном) азимутальном угле зондирования является сектор северозапад-север-северовосток, который позволяет избежать прямого попадания солнечного излучения в аппертуру антенны дальнего действия (44) в любое время суток и года.
[0049] Система дистанционного зондирования (43) должна быть вмонтирована или необходимо вмонтировать систему дистанционного зондирования (43) под защитным навесом из радиопрозрачного материала или/и закрыть вход соответствующей антенны дальнего действия (44) защитным чехлом (кожухом) или пленкой (листом) из радиопрозрачного материала, чтобы предотвратить возможность накопления перед входом антенны дальнего действия (44) капель воды и частиц льда и защитить вход соответствующего радиометрического приемника дальнего действия (45) от прямого попадания пыли и осадков, т.е. дождя, снега, града и т.д. Если защитный навес изготовлен из радионепрозрачного или полупрозрачного материала, тогда защитный навес не должен перекрывать главный лепесток антенны дальнего действия (44).
[0050] При применении системы дистанционного зондирования (43) с вращающейся или качающейся (сканирующей) антенной дальнего действия (44) необходимо учитывать возможность прямого попадания и влияния солнца.
[0051] В качестве передатчика дальнего действия (49) можно использовать передатчик радиоволн любого типа, например, средства сотовой связи и т.д., с отдельным или с общим блоком электропитания, то есть с блоком электропитания дальнего действия (50).
[0052] Когда какая-нибудь из систем дистанционного зондирования (43) обнаруживает град (градовое облако) под определенным азимутальным углом (направлением), то она создает и передает в эфир код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с определенного азимутального направления, который принимается приемниками (14) каждого из М устройств обнаружения-оповещения (7). Принятый каждым приемником (14) код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с определенного азимутального направления сравнивается в соответствующем управляемом устройстве сравнения кода-сигнала (15) с L собственными кодами-сигналами соответствующего участка, один из которых соответствует (совпадает) коду-сигналу (с кодом-сигналом) "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с определенного азимутального направления, и при совпадении кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с одним из L собственных кодов-сигналов соответствующего участка для соответствующего акустического генератора предотвращения града (2) устанавливается режим работы "тревога" вышеописанным способом.
[0053] Когда для противоградовой защиты используется комплекс дистанционного зондирования, число L может достичь значения 7-9.
[0054] Передача кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" с определенного азимутального направления может быть осуществлена радиотехническими средствами [9], средствами сотовой связи [8] или другими техническими средствами связи.
~
~
[0055] Блок электропитания дальнего действия (50) может использовать как базовое питание источник постоянного тока в 12 В или 24 В, перезаряжаемый от панели солнечных батарей, или сетевое электропитание в 110 В или 220 В.
[0056] Минимальный пороговый уровень каждой из К систем дистанционного зондирования (43) может быть скорректирован и изменен индивидуально во время ее эксплуатации соответствующим управляемым одноканальным пороговым устройством дальнего действия (47).
[0057] Каждая из К систем дистанционного зондирования (43) включается в режим работы только после определения значения величины компенсирующего сигнала соответствующего управляемого компенсирующего устройства дальнего действия (46). Величина компенсирующего сигнала для каждой из К систем дистанционного зондирования (43) определяется экспериментально и индивидуально для каждого рабочего участка путем усреднения результатов дневных и ночных измерений яркостной температуры (точнее, кажущейся температуры антенны) безоблачного неба при приповерхностных температурах окружающей среды 10-30°С.
[0058] Автоматическая эксплуатация и самоконтроль сети широкомасштабной противоградовой защиты могут быть реализованы также с помощью единого центра управления (51) как показано на рис. 9. Единый центр управления (51) содержит единый приемник (52) для приема переданных в эфир кода-сигнала "тревога" и/или кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", процессор-анализатор (53) для обработки и анализа кода-сигнала "тревога" и/или кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", соединенный электрически с соответствующим единым приемником (52), и единый передатчик (54) для ретрансляции кода-сигнала "тревога" и/или кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", соединенный электрически с соответствующим процессором-анализатором (53), а также единый блок электропитания (55), электрически соединенный с соответствующими входами питания единого приемника (52), процессора-анализатора (53) и единого передатчика (54). Прием и передача кода-сигнала "тревога" и/или кода-сигнала "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" могут быть осуществлены средствами сотовой связи, радиотехническими средствами, средствами радиосвязи, средствами телефонной связи или другими техническими средствами связи.
[0059] Единый центр управления (51) принимает переданный в эфир код-сигнал "тревога" и/или код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства", обрабатывает принятый код-сигнал "тревога" и/или код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства" и ретранслирует обработанный код-сигнал "тревога" и/или код-сигнал "тревога о надвигающейся опасности с соответствующего примыкающего пространства определенного участка, который принимается в каждом участке пространства противоградовой защиты из М участков.
~
~
[0060] Единый центр управления (51) может находиться в пределах или за пределами пространства, находящегося под противоградовой защитой, может питаться единым блоком электропитания (55) или блоком электропитания (6), или отдельным блоком электропитания (33). В случае отсутствия сетевого электропитания в 110 В или 220 В, в качестве базового питания для единого блока электропитания (55) можно использовать источник постоянного тока в 12 В или 24 В, перезаряжаемый от панели солнечных батарей.
[0061] Детальное описание структурных, технических, функциональных и эксплуатационных особенностей акустического генератора предотвращения града можно найти в [4-9]. Хотя в [4] предполагается, что для большей эффективности общая площадь окошек (23) притока воздуха должна быть по крайней мере в 1,2 раза больше площади сечения верхнего выходного отверстия (33а) шейки (20) соответствующей камеры взрыва (19), а запальник (29) должен быть помещен в геометрическом центре объема соответствующей камеры взрыва (19), отношение площадей сечения верхнего выходного отверстия (33а) шейки (20) соответствующей камеры взрыва (19) к суммарной площади соответствующих окошек (23) притока воздуха и месторасположение запальника (29) могут варьировать в зависимости от географических и климатических особенностей месторасположения системы противоградовой защиты (1).
[0062] Детальное описание функциональных и эксплуатационных особенностей системы впрыскивания реагента (34) и впрыскивателя-смесителя реагента (39) приведено в [8, 9].
[0063] Типы и эксплуатация системы дистанционного зондирования (40) представлены и обсуждены в [4-9].
[0064] Методы и возможные реализации автоматического отключения акустического генератора (2) в случае черезвычайных обстоятельств и возможные методы организации охраны территории функционирования системы противоградовой защиты (1) от внешних посягательств и порчи детально обсуждены в [5, 8, 9].
Список литературы
1. Патент RU 2083999, G01S 13/95, 1997.
2. Патент RU 1839961, A01G 15/00, 2006.
3. http://vgistikhiya.ru/private/antigrad.pdf.
4. Патент US 5381955, Е01Н 13/00, 1995.
5. Патент AM 2505, Е01H 13/00, 2011.
6. www.barva.am/AM/Technology.html.
7. www.meteo-radar.com/us/skydetect_radars.htm - прототип.
8. Патент AM 2190, A01G 15/00, 2009.
9. Патент AM 2370, A0G 15/00, 2010.
10. А.К. Аракелян, А.А. Аракелян, А.К. Гамбарян, М.Л. Григорян, В.В. Карян, М.Р. Манукян, Г.Г. Оганнесян, "Многочастотные и поляризационные измерения изменений ЭПР и яркостной температуры водной поверхности из-за облачности и дождя ", Электромагнитные волны и электронные системы, Том. 15, No. 11, 2010, стр. 52-60.
11. Melanya L. Grigoryan, Artashes К. Arakelyan, Astghik К. Hambaryan, Vanik V. Karyan, Gagik G. Hovhannisyan, Arsen A. Arakelyan and Sargis A. Darbinyan, "Clouds and Rain Effects on Perturbed Water Surface Microwave Reflection and Emission at 37GHz", Ocean sensing and Monitoring II, edited by Weilin (Will) Hou and Robert A. Arnon, Proceedings of SPIE, Vol.7678, 2010, pp. 76780D-1 - 76780D-8.
12. Artashes K. Arakelyan, Astghik K. Hambaryan, Vardan K. Hambaryan, Vanik V. Karyan, Mushegh R. Manukyan, Melanya L. Grigoryan, Gagik G. Hovhannisyan, Arsen A. Arakelyan and Sargis A. Darbinyan, "Multi-Frequency and Polarimetric Measurements of Perturbed Water Surface Microwave Reflective and Emissive Characteristics by C-, and Ku-Band Combined Scatterometric-Radiometric Systems", Ocean sensing and Monitoring II, edited by Weilin (Will) Hou and Robert A. Arnon, Proceedings of SPIE, Vol. 7678, 2010, pp.76780C-1 - 76780C-8.
13. А.К. Аракелян, "Исследование особенностей температурно-ветровых изменений радиояркостной температуры взволнованной морской поверхности", Изв. РАН, сер. Физика атмосферы и океана, том 28. ном.2, 1992 г., стр. 196-205.
14. Melanya L. Grigoryan, Artashes К. Arakelyan, Astghik K. Hambaryan and Arsen A. Arakelyan, "Angular and Polarization Measurements of Snow and Bare Soil Microwave Reflective and Emissive Characteristics by Ka-Band (37GHz), Combined Scatterometer-Radiometer System", Remote Sensing for Agriculture, Ecosystems and Hydrology XIII, edited by Chrisopher M.U. Neale, Antonio Maltese and Katja Richter, Proceedings of SPIE, 0277-786X, vol. 8174, 2011, pp.81742C-1 - 81742C-9.