CC BY
32
Проведенные исследования позволили разработать алгоритм обработки информации радиолокационного измерителя, обеспечивающего возможность определения координат точки вылета малоразмерного высокоскоростного тела с погрешностью 20 - 30 м на дальностях до 1000 м.
Библиографический список
1. Дудка Д.В. Проблемы поиска малоразмерных высокоскоростных целей некогерентными РЛС с некогерентными приемопередатчиками /Д.В. Дудка, Л.Н. Толкалин// Изв. ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1.
- 2008. - С. 151-158.
2. Дудка Д.В. Селекция высокоскоростных малоразмерных целей / Д.В. Дудка, Л.Н. Толкалин// Изв. ТулГУ. Естественные науки. Вып. 1.
- 2008. - С. 159-168.
3. Шапиро И. Расчет траекторий баллистических снарядов по данным радиолокационного наблюдения/ И. Шапиро. - М.: Изд-во. иностр. лит., 1961. - 319 с.
4. Перспективы развития РЛС разведки огневых позиций/ О.Н. Акиншин [и др.] // Изв. ТулГУ. Сер. Радиотехника и радиооптика. - Т. VI, -2004. - С.46 -51.
5. Калиткин И.Н. Численные методы/ И.Н. Калиткин. - М.: Наука, 1978.- 516 с.
6. Электронный ресурс: Баллистический коэффициент/
.аёа .га/guns/ballistic/BC.
7. Дмитриевский А.А. Внешня баллистика/ А.А. Дмитриевский. -М.: Машиностроение, 2005. - 608 с.
Получено 24.10.08
УДК 621.396.96 : 621.373
Г.Г. Личков (Тула, ЗАО «Лимако»)
ДИСТАНЦИОННАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ СРЕД В ОГРАНИЧЕННОМ ОБЪЕМЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Рассматривается информационно-измерительная система, позволяющая дистанционно измерять форму поверхности и оценивать состав слоев диэлектрических объектов. Система может применяться для распознавания диэлектрических объектов.
Информационно-измееительная система (ИИС) структуры и свойств диэлектрических объектов является комплексным решением для
автоматизации производственно-технологических процессов на предприятиях химической, нефтяной, атомной и ряда других отраслей. Система состоит из измерительных модулей, которые осуществляют дистанционное измерение структуры и параметров диэлектрических объектов. Измерительные модули соединяются посредством информационной линии с устройством отображения. Измерительный модуль состоит из радиолокационных датчиков уровня, таких, как УЛМ-11 производства ЗАО «Лимако», объединенных в измерительную решетку. Датчики УЛМ-11 производятся серийно с 1997 года. Каждый датчик УЛМ-11 имеет взрывонепроницаемую оболочку 1БхёПБТ6, что позволяет монтировать его на резервуарах, содержащих взрывоопасные продукты. Датчик УЛМ-11 представляет собой радар с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), центральной частотой 94ГГц и девиацией 1ГГц. УМЛ-11 является интеллектульным радиолокационным датчиком (ИРЛД), осуществляющим радиолокацию, расчет измеряемого параметра и коммуникацию по информационной линии. ИРЛД выполняет данные функции парллельно в ре льном времени. Структурна схема измерительного модуля, состоящего из датчиков УЛМ-11, приведена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема измерительного модуля:
1 - датчик УЛМ-11; 2 - информационная линия
Измерительный модуль позволяет производить измерение структуры и оценить состав слоев многослойного диэлектрического объекта. Таким объектом может быть нефть. Вследствие процессов рлделения, даже при непродолжительном ее хранении, обрлуются фракции или слои. Измерительный модуль производит измерение толшины слоев и оценку ж состава. Еще один тип измеряемого объекта - это сыпучий продукт, образующий неровную поверхность. Таким типом продуктов являются рллич-ные порошкообразные соединения и зерно.
Топологи измерительного модуля представляет собой сетку ИРЛД. Данная сетка может быть регулярной, для измерения однородных поверхностей и поверхностей, нерегулярность которых нестационарна во времени. Для поверхностей имеющих стационарные во времени нерегулярности,
сетку ИРЛД выполняют нерегулярной. дЛя резервуара с сыпучим продуктом, имеющего область для загрузки продукта, в данной области необходимо более потное размещение ИРЛД, сетка для данного применения должна быть нерегулярной.
Для точного измерения пространственной структуры слоя, имеющего неровные поверхности, необходимо выполнение условия линейности для участка поверхности границы раздела в области луча [1]:
grad (S )= const (1)
где £ - функция расстояний до области поверхности измерения, ограниченной лучом.
В случае, если условие (1) невыполнимо, необходимо использовать более высокочастотные ИРЛД с более узкой диаграммой направленности.
Информация о расстоянии до границы радела слоев извлекается в процессе цифровой обработки приятого сигнала, спектр которого содержит информацию о каждой границе рлдела. Дистанции до первой границы (воздух - объект измерения) вычисляются непосредственно каждым ИРЛД. Данное значение сохраняется во внутреннем регистре и может быть получено в любой момент времени. Множество данного измерения всех ИРЛД измерительного модуля дает аппроксимацию внешней поверхности измеряемого объекта. Расстояние до следующей границы радела может быть рассчитано, если известны параметры слоя, диэлектрическа проницаемость £ и тангенс угла потерь tg5 для рабочего диапаона частот ИРЛД. Если состав слоя заранее неизвестен и стоит задача распознавания состава слоя, в ИРЛД записывают параметры веществ (£ и tg8 ) в рабочем диапазоне частот ИРЛД, к множеству которых относится вещество слоя. Данные параметры могут быть изменены дистанционно с помощью интерфейсной программы ИРЛД. Используя эти параметры, ИРЛД рассчитывает принимаемый сигна слоя для эталонного материла в ходе выполнения программы сравнения с этаоном.
Принимаемый сигна имеет вид
. (( 2_- ,___ л Л
ик ^) = и0 ехр - -У-т]£г/иг • Ь 5 + 2/') (2)
Л
где Л0 - дина рабочей волны в вакууме; Ь - толщина измеряемого слоя; параметры £г, /иг и tg5 являются частотно-зависимыми.
Программа обработки ИРЛД вычисляет спектраьное преобраова-ние принятого сигнаа согласно (3) и даьнейшее выделение из приятого спектра информации о гран цах радела слоев измеряемого объекта:
1 N-1 - ,■ 2т1
ик (()=~Ъик ((> N (3)
N п==
где м(п) - оконная функция (в текущей реализации ИРЛД используется функция Хемминга); N - число выборок синаа.
Для задачи распознавания материла слоя ИРЛД с помощью аго-ритма адаптивной фильтрации осуществляет выделене спектральной части и'к, соответствующей анаизируемому слою. Затем ИРЛД рассчитывает корреляцию и'к с синтезируемыми сигааами для этаонных слоев ишр:
1 N -1
И = 77 Ти'Ап)-и„р, (п) (4)
™ п=0
где И. - корреляция с этаоном .; иКЕР . - синтезируемый этаонный сигна
для этшонн ого матер иаа а.
Из рас считан ого множества значений ИРЛД выбирает максимаь-ное значение И и устанавливает во внутреннем регистре слоя соответствующий номер слоя я.
Для увеличения достоверности распознавания сходных веществ необходимо увеличивать девиацию ИРЛД либо использовать в измерительном модуле модели ИРЛД, работающие в различных частотных диапаонах, что позволяет увеличить информацию, получаемую измерительной системой.
Еще одна задача, которую позволяет решать ИИС, - это задача идентификации диэлектрических объектов. Для различающихся объектов спектр отраженного сигнаа раличен.
Для измерения п диэлектрических объектов одновременно необходимо использование п числа измерительных модулей. Измерительные модули соединяются с устройством управления посредством информационной линии. Функции устройства управления выполняет компьютер, РЬС-контроллер либо другое устройство, реаизующее МоёЬиБ протокол, используемый ИРЛД для информационного обмена.
Соединение измерительных модулей и компьютера, используемого в качестве устройства управления в ИИС, покаано на рис. 2. Каждый измерительный модуль может рамещаться на отдельном объекте измерения. Также на одном объекте измерения может рамещаться несколько модулей. Преобраователь интерфейсов 3 и соединительный кабель 4 используются в случае отсутствия у компьютера входа ЯБ-485. Преобраователь интерфейсов 3 прозрачен для программного обеспечения ИРЛД и компьютера. Для сложной топологии информационной сети дополнительно могут использоваться повторители, позволяющие увеличить дату соединитель-
ных линий более 1200м. Сегменты информационной линии могут соединяться последовательно звездой либо комбинированно.
Рис. 2. Измерительная система с компьютером в качестве
устройст еа управл ения:
1 - измерительный модуль; 2 - информационная линия;
3 - преобразователь Я8-485/Я8-232; 4 - соединительный кабель Я8-232;
5 - компьютер
Устройство управления осуществляет конфигурирование ИРЛД, получение от них измеряемой информации, ее визуализацию (например, вывод на экран изображения поверхности измеряемого объекта) и хранение.
Спектраьна информация о первой границе раздела связана с давностью до границы следующим уравнением [2]:
с/Л
Ь =
2-//
(5)
где /5 - частота девиации; Т5 - время формирования частотной развертки; /в - частота биений, выделяемая на смесителе.
В соответствии с (5) погрешность измерения составляет
8Ь =
1
Зс/вТ8 + сЗ/вТв + с/вЗТв - с/вТв
Поскольку нестабильность скорости света Тс = 0,
ТЬ = ■
2/
5/в -Тв +/в - /Тв-/вТв-
Т/
(6)
(7)
В связи с гауссовским распределением величин, входящих в (7),
а = / + 8Т£ +5/2 .
(8)
При проведении измерений последующих границ радела в погрешность измерений включается ошибка измерения параметров слоев ег
и tg5 .
с
Абсолюты а точность измерения ИРЛД УЛМ-11 расстояния до первой границы радела составляет ±1 мм, относительна погрешность 0,0033 % для рабочего диапаона расстояннй 30 м [1].
Вследствие высоких точностных характеристик, высокой надежности, возможности работать в температурном диапаоне от -50 до +50 °С и своим экономическим характеристикам, ИРЛД получили широкое распространение на территории России и стран СНГ. Использование частотного диапаона 94 ГГц позволило уменьшить конструктивные размеры антенноволноводного тракта. В результате уменьшилось значение составляющей ошибки измерения, связанной с изменением геометрических размеров антенно-волноводного тракта вследствие изменения температуры и эффекта старения материаов конструкции. Для повышения точности измерения ИРЛД содержит программу компенсации доплеровской помехи, возникающей, к примеру, пи загрузке жидкости в резервуар. Данна программа может подстраиваться дисташцюнно устройством управления для ралич-ной динамики процесса изменения границы радела.
Предлагаема ИИС позволяет повысить точность измерений и поводить дополнительные дистанционные измерения внешних и виyтPeнилх поверхностей диэлектрических объектов и состав обраующих их слоев. Также ИИС позволяет производить измерение формы поводящей поверхности объекта. ИИС встраивается в существующие системы контроля технологических процессов.
Библиографический список
1. Личков Г.Г. Информационные проблемы передачи и повышения точности в системах измерения параметров многослойных сред на основе интеллектуаьных радиолокационных датчиков / Г.Г.Личков, А.Я. Парин-ский // Труды РНТОРЭС им. А.С.Попова.- Вып. ЬХП.- 2007.- С. 112-113.
2. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия./ М. Кульгин.- М.-СПб.: Питер, 2000.- 704 с.
Получено 24.10.08
УДК 621.396.96 : 621.373
