專利名稱:核爆炸當(dāng)量和空間坐標(biāo)的全方位自動探測方法
本發(fā)明屬于發(fā)生在地面和大氣層中的核爆炸探測。
在地面和大氣層中的核爆炸光輻射有兩個光峰，在這兩個光照度極大值之間，有一個光照度極小值，稱為最小照度，其光電曲線示意圖如(圖1)所示。T1、T2分別對應(yīng)第1和第2光峰到來時間，T對應(yīng)最小照度到來時間。從核爆炸發(fā)生到最小照度到來的時間T與核爆炸的當(dāng)量Q有關(guān)。測出時間T，通過(1)式就可算得核爆炸的當(dāng)量Q。
Q＝BTn(1)其中B、n均為常數(shù)，Q的單位為千噸，T的單位為毫秒。
在本發(fā)明以前的技術(shù)中，1969年，G·G赫克斯(英國專利，1·165·331號)用光電變換方法，采取微分求極值的技術(shù)，測量最小照度到來時間T，用公式求核爆炸當(dāng)量。但是，對測量最小照度到來時間T的精確性和抗干擾性(測量環(huán)境中的非核爆炸電信號、電磁波信號等干擾);測量區(qū)域變化所引起的測量靈敏度和抗飽和問題;核爆炸光輻射波形的“識別判斷”都存在一些問題，有待進(jìn)一步的解決，盡管愈來愈嚴(yán)格的限制核爆炸光輻射光電波形的特征作為“識別判據(jù)”可以減少將非核爆炸事件誤認(rèn)為爆炸事件的“誤報”幾率。但是，以陽光為背景光，大氣(包括云層)的擾動形成的閃爍光信號，與核爆炸光輻射信號的疊加，在遠(yuǎn)距測量中核爆光電信號較弱時，過多過嚴(yán)的“識別判據(jù)”，又會增加將核爆炸事件判為非核爆炸事件的“漏報”幾率，以及對真實的最小照度到來時間T的“錯測”幾率。1962年，S.T芬頓〔美國專利3.147.384號〕，利用V型掃描測量法接收大炮發(fā)射時炮口的閃光信號測定大炮的方位。國內(nèi)，上?？萍即髮W(xué)、南京軍區(qū)采用V型掃描測量法，將核爆炸火球視為點光源進(jìn)行空間核爆炸的定位測量。但是，這些技術(shù)均從點狀光源出發(fā)，它與核爆炸早期產(chǎn)生的火球迅速膨脹為巨大火球的現(xiàn)象是不相適應(yīng)的，必然造成定位測量的較大誤差，不能滿足戰(zhàn)區(qū)核爆炸探測的要求。它沒有解決有效地區(qū)別核爆炸火球與同時存在的太陽這個空間目標(biāo)，對V型掃描法在測量中可能出現(xiàn)的“錯位”現(xiàn)象，沒有采取有效解決措施，針對上面所述問題，本發(fā)明從各方面提出了解決方案。
本發(fā)明為了提高最小照度到來時間T的測量精度，注意到T時間前后，波形變化近似對稱的特點，采取了用微分檢零測量在T時間前后，兩個等光強(qiáng)點處所對應(yīng)的時間T′、T″，然后平均求T時間的方法，提高了測量靈敏度和抗干擾的性能，采用了適當(dāng)?shù)姆蔷€性光電變換器，提高了信號噪聲比和抗飽和性能。為了排除空間電磁波信號(如雷電、天電)的干擾。只采用了核爆炸光輻射的光學(xué)特征測量時間T。本發(fā)明綜合平衡測量的各項指標(biāo)，充分注意到太陽光背景噪聲信號干擾的經(jīng)常性特點，主要致力于光學(xué)通道的穩(wěn)定、可靠和測量的準(zhǔn)確。獲得了“誤報”“漏報”“錯測”的綜合改善，達(dá)到了對Q的精確、穩(wěn)定可靠的測量。
在核爆炸空間坐標(biāo)的測定中，本發(fā)明充分注意到核爆炸產(chǎn)生的早期火球迅速膨脹的特點，不能將核爆炸火球視為空間的點光源加以定位，而應(yīng)當(dāng)視為有一定體積的光源，盡量逼近真實的核爆炸中心定位，“V”形掃描測量法本身存在的“錯位”現(xiàn)象，必須加以檢測并自動采取修改計角起點，避免錯測現(xiàn)象。
本發(fā)明注意到探測核爆炸的設(shè)備要適應(yīng)環(huán)境溫度大范圍變化〔工事外+55℃--40℃，工事內(nèi)+55℃--25℃〕的特點，并要盡量減小功耗、減輕測量設(shè)備的重量，在元器件的選用和關(guān)鍵技術(shù)的實施都有一定的指標(biāo)要求。
本發(fā)明的進(jìn)一步實施要點是(一)核爆炸最小照度到來時間T的測量，采取下列措施1.壓低雷電閃光信號和太陽光閃爍信號幅度、提高信噪比，增強(qiáng)抗干擾性能。
在將核爆炸光輻射信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓信號時，選用了帶寬很窄，能接收遠(yuǎn)離紫外光波長，大氣透過性能好的光電器件2DUL(1.06μ)作光電變換器件。該器件既可降低雷電閃光信號、又可減小在不同噸位、不同觀測點時接收核爆炸光輻射信號的衰減，增強(qiáng)了信噪比。為了在360°全方位中可測，如圖2框(1)中A所示，沿水平面園周上設(shè)置均勻分布的8個2DUL。
在核爆炸光輻射信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號時，還采用了電阻晶體管串、并聯(lián)組合式非線性負(fù)載R光(見圖2框(1)〕。它的結(jié)構(gòu)如圖3所示。R光電阻的值隨流過的光電流大小(即外界光的強(qiáng)弱)反向變化。R光的大小，隨太陽光強(qiáng)的變化反向變化，而太陽光閃爍干擾信號與太陽光強(qiáng)度變化是同向變化的關(guān)系，所以該組合式負(fù)載在陽光閃爍信號強(qiáng)時自動壓低干擾信號，有利于提高抗干擾性能。同時，R光隨外界核爆炸光輻射的強(qiáng)弱反向變化規(guī)律，有利于近距離觀測時的抗飽和(即避免最小照度光強(qiáng)飽和)、遠(yuǎn)距離觀測提高測量靈敏度。R光非線性負(fù)載對核爆炸光輻射信號的壓縮程度和變化規(guī)律，應(yīng)綜合考慮以上各個因素實驗調(diào)整，陽光強(qiáng)對R光負(fù)載引起的變化對核爆炸光輻射光電變換信號減小的不利因素，可以通過本發(fā)明的T′和T″檢出平均求T措施中加以較好補(bǔ)償。
2.對核爆炸光輻射波形設(shè)置由6個相互關(guān)聯(lián)的要素組成的“識別判據(jù)”。排除非核爆炸光信號的干擾，減小“誤報”和“漏報”現(xiàn)象?！白R別判據(jù)”如下(1)光電信號第1光電峰幅度超過某一固定值，產(chǎn)生第1個識別脈沖。
(2)光電信號第1光電峰上升到極大值T1時間小于某一固定時間，產(chǎn)生第2個識別脈沖〔圖1〕。
(3)光電信號第1光電峰下降到最小照度的時間大于某一預(yù)定時間，產(chǎn)生第3個識別脈沖。
(4)光電信號第1光電峰下降速度(絕對值)必須從高于某一預(yù)定值開始，才能產(chǎn)生正、負(fù)檢零脈沖的上升沿;下降速度(絕對值)在過零前低于某一預(yù)定值。在T′處產(chǎn)生正檢零脈沖下降沿;在過零后，絕對值大于某一預(yù)定值，在T″處產(chǎn)生負(fù)檢零脈沖的下降沿。
(5)光電信號第2光電峰上升持續(xù)時間，從T″到極大值T2的脈沖寬度大于某一預(yù)定時間，產(chǎn)生第6個識別脈沖。
(6)以上所產(chǎn)生的6個識別脈沖，必須在某一預(yù)定時間內(nèi)全部產(chǎn)生，才能認(rèn)為這光信號是核爆炸的光輻射信號。隨著爆炸噸位的減小，這個預(yù)定時間也隨著減小。以上措施具體實施方案詳見圖2。從機(jī)頭上光電變換電路產(chǎn)生的核爆炸光電信號，通過電纜輸入主機(jī)，經(jīng)波段開關(guān)B(置“1”)送入開機(jī)電路(圖2框(3))。經(jīng)K1放大器放大。此放大器前的R1C1選取是使光電信號第1光峰直接耦合輸入，而第2光峰被R1C1微分變形通過，當(dāng)直接通過的第1光峰經(jīng)K1放大后，其輸出幅值，經(jīng)與門觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路DW3產(chǎn)生1.5mS寬度的脈沖信號輸出，由它去開啟全機(jī)的工作電源(EA，EB，-E′B)和供作全機(jī)的置零信號。若第1光峰的幅值小于某一預(yù)定值則不能觸發(fā)DW3，全機(jī)工作電源不工作，被判為非核爆光信號。K1的C3電容，濾掉陽光閃爍信號的高頻分量。
機(jī)頭輸入到主機(jī)的光電信號，又通過開關(guān)B輸入到R2C2和K2、K3組成的微分放大電路，在K3的輸出端，得到經(jīng)過放大的微分波型。R2C2的選取，必須滿足對所探測的核爆炸當(dāng)量范圍內(nèi)的光輻射最小照度點有微分作用。K2K3的反饋電容很小，用作濾除陽光背景中的高頻閃爍干擾信號。
圖2框(5′)(5″)分別為施密特電路組成的正、負(fù)檢零電路。采用加大回差方法，提高抗干擾性能。正檢零，就是其輸入信號幅度大于某一預(yù)定值，電路翻轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入信號減少到某一正的預(yù)定值之后，電路才翻回初始狀態(tài)〔見圖2框(5′)的輸出波形〕。負(fù)檢零，就是輸入信號幅度大于某一預(yù)定正值，電路翻轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入信號減小到某一負(fù)的預(yù)定值以下，電路才翻回初始狀態(tài)〔見圖2框(5″)的輸出波形〕。微分放大，正、負(fù)檢零電路的意義，就是要求光信號的第1光峰下降速度的絕對值必須有大于某一預(yù)定值的幅度值，正、負(fù)檢零電路分別檢出的第一個輸出脈沖的后沿所對應(yīng)時間T′和T″，就是在真正最小照度到來時間T前、后的兩個對稱測量點。如果第1光峰下降速度不滿足上述條件，就不能得到圖2框(5′)(5″)輸出的兩個識別脈沖，而被判為非核爆炸的光信號。
正負(fù)檢零電路的輸出波形，輸入到當(dāng)量波形判別電路〔圖2框(6a)〕詳見圖4。該電路由供電時間為200～400mS的EA電源供電。正檢零電路輸出波形送入其中的第1光峰下降邊寬度判別電路，只有下降寬度大于某一預(yù)定值(約1.8mS)時，才能產(chǎn)生一個正跳變脈沖輸出，被判別為是核爆炸光信號。然后，將該正跳變脈沖又送入到第1光峰上升時間判別電路，如果從開機(jī)到正跳變脈沖前沿發(fā)生的時間大于預(yù)先選定的時間常數(shù)(約10mS)、則產(chǎn)生一個關(guān)門脈沖，被判為非核爆炸光信號。即只有當(dāng)?shù)?光峰上升時間小于該預(yù)先選定的時間常數(shù)(約10mS)，才被判為是核爆炸光信號。負(fù)檢零電路輸出，經(jīng)倒相后送入第2光峰上升時間判別電路。由于該判別電路的另一輸入端的控制信號至少是發(fā)生在T1+0.3mS之后才有正電位跳變。所以通過與門后選出的脈沖寬度為T2-T″，用它去開啟1mS時鐘脈沖的門電路。只有當(dāng)開啟時間達(dá)到某一預(yù)定值(約14mS)，計數(shù)器才能輸出一個脈沖信號。為了排除干擾，真正是T2-T″大于14mS產(chǎn)生脈沖跳變輸出。用T2-T″脈沖的前沿對計數(shù)器置“零”。因此，只有當(dāng)?shù)?光峰的上升持續(xù)時間大于某一預(yù)定值(約14mS)，電路才承認(rèn)該信號是核爆炸信號。計數(shù)器輸出脈沖還要受一個200～400mS的開門脈沖信號的控制。開門脈沖的寬度與核爆炸噸位有關(guān)，計數(shù)器只有在開門時間內(nèi)出現(xiàn)輸出脈沖。才能去觸發(fā)R-S觸發(fā)器，產(chǎn)生一個正電位跳變信號輸出，即只有當(dāng)以上各個脈沖電位跳變信號，在某一預(yù)定時間內(nèi)出現(xiàn)(而此預(yù)定時間與核爆炸當(dāng)量有關(guān))。電路才承認(rèn)該輸入信號是核爆炸光電信號。
3.利用檢出的T′、T″的平均值以得到最小照度到來時間T。提高了測量精度、抗干擾能力和測量靈敏度。
核爆炸當(dāng)量波形識別電路的輸出信號通過T′、T″、T″+14mS選出電路〔圖2框(6B)〕〔詳見圖4〕，分離出一系列的單一脈沖或者電位跳變波形，它們的上升或下降沿分別與T′、T″、T″+14mS有關(guān)。T′、T″、T″+14mS選出電路的輸出信號，送入時間補(bǔ)償電路〔圖2框(7)〕。由于整機(jī)電源啟動后，需要一個穩(wěn)定過程，為了工作可靠，最小照度到來時間計時電路〔圖2框(8)〕有一段置零時間(約1.5mS)，它也引起時間計數(shù)的丟失;由于微分電路的存在，引起檢零時間的滯后現(xiàn)象，為此需實施時間補(bǔ)償措施。具體作法是將T′和T″作相應(yīng)的延遲。0.1mS時鐘脈沖在時間補(bǔ)償電路中受到開門時間為0-T″+14mS寬度脈沖信號的控制，然后輸出到最小照度到來時間計時電路〔圖2框(8B)〕。
經(jīng)過時間補(bǔ)償延遲的T′、T″脈沖信號分別作為T′和T″時間寄存器〔圖2框(8a)〕的送數(shù)信號，使T′和T″的時間值由時間計數(shù)電路〔圖二框(8B)〕取出到寄存器。測量參數(shù)存入時序電路產(chǎn)生的T′T″脈沖信號開啟控制開關(guān)〔圖2框(8c)〕、將T′、T″時間數(shù)值送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。經(jīng)過平均求得最小照度到來時間T。
4.對探測儀器的所有電源進(jìn)行實時控制，以節(jié)約能源、滿足野戰(zhàn)和不同爆炸當(dāng)量的要求。
探測儀器由于是長期不間斷的值班性監(jiān)測裝置，除少數(shù)電路需要一直供電〔圖2中的Ec1、Ec2電源〕外，其余工作電源都要根據(jù)光信號的判別脈沖的情況加以控制。前面已經(jīng)談到EA、EB、-EB′電源的開啟。但是這些電源的開啟時刻及開啟時間長短是受下列條件控制T′T″、T″+14mS時間選出電路的輸出信號，經(jīng)過噸位判別電路〔圖2框(9)〕、電機(jī)電源控制電路〔圖2框(10)〕、EAEB、-EB′，電源控制電路〔圖2框(11)〕。依據(jù)不同的最小照度到來時間T(即不同爆炸當(dāng)量)，EA電源及電機(jī)電源延遲起始時間不同〔詳見圖5〕。當(dāng)T′＜25mS，由開機(jī)電路輸出信號去觸發(fā)第一個延遲時間為200mS的單穩(wěn)態(tài)電路。當(dāng)T′≥25mS時，可觸翻第2級噸位判別電路，產(chǎn)生一個正跳變電位輸出。當(dāng)T′＞40mS時，可觸翻第三級噸位判別電路，產(chǎn)生另一個正跳變電位輸出……，可以有任意多級噸位判別電路。這些正跳變的電位信號，分別去觸發(fā)延遲不同時間的單穩(wěn)態(tài)電路，然后經(jīng)過一個或門電路輸出，去控制EA組，EB組電源的供電時間和當(dāng)量波形識別電路。這樣，EA組電源供電時間隨噸位不同而異，爆炸噸位小于10萬噸，EA供電200mS，大于10萬噸，小于40萬噸，供電300mS，大于40萬噸，供電400mS。而屬于該爆炸噸位范圍內(nèi)的當(dāng)量判據(jù)，則需要在相應(yīng)的時間內(nèi)得到滿足。
為了擴(kuò)展核爆炸火球定位測量范圍，隨著核爆炸噸位的增加需要延遲電機(jī)起轉(zhuǎn)的時間，以達(dá)到在光照度較強(qiáng)的時期內(nèi)搜索到火球目標(biāo)。原則上是爆炸噸位不同，延遲掃描的起始時間也不同，為了簡化電路，本發(fā)明只在大于40萬噸的核爆炸當(dāng)量時，電機(jī)起轉(zhuǎn)延遲400mS。
5.設(shè)置主機(jī)當(dāng)量測量功能檢驗?zāi)M電信號源，詳見圖2框(2)。用值班電源Ec1，由按鍵A觸發(fā)電路c產(chǎn)生一個脈沖信號，經(jīng)單穩(wěn)態(tài)電路Dw1延遲約500mS(控制積分電路的電容放電)，再由電路Dw2產(chǎn)生一個方波信號。它分別經(jīng)過微分、積分變形，疊加得到模擬核爆炸光輻射電信號。調(diào)整有關(guān)參數(shù)，使該模擬信號的極小值T時間約為2mS和180mS兩個預(yù)定值。
(二)核爆炸中心至探測點距離的測量本發(fā)明以核爆炸發(fā)生時，同時出現(xiàn)的沖擊波，在距爆心較遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)，以近似聲波的速度向外傳播的特點，測量超壓到達(dá)探測點的傳播時間，用公式(2)計算爆心到探測點的距離。
L＝ (T)/3 +1 ……(2)其中L為距離，單位為公里T為超壓傳播時間;單位為秒核爆炸沖擊波傳送到觀測點，將通過壓電變換裝置〔圖2框(16)〕輸出一個電位正跳變信號，經(jīng)電纜到達(dá)主機(jī)的超壓信號控制電路〔圖2框(17)〕。當(dāng)量波形識別電路判定為一次核爆炸事件后，在T″+14mS時刻，給探頭發(fā)光二極管D1送出一個正的供電電壓，使其發(fā)光。沖擊波到達(dá)觀測點時，超壓信號控制電路撤去探頭發(fā)光二極管D1的供電(節(jié)約電源)，并使聲、光報警電路〔圖2框(18)〕的報警聲變調(diào)，報警綠色燈亮。在0-T超到達(dá)時間內(nèi)存入超壓到達(dá)計時電路〔圖2框(19)〕、在T超到達(dá)時，送入寄存器〔圖2框(20)〕。當(dāng)測量參數(shù)存入時序電路的超壓到達(dá)時間取出脈沖到來時，開啟控制開關(guān)〔圖2框(21)〕，將超壓到達(dá)時間送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖2框(19)(20)，(21)均是16位數(shù)據(jù)傳送。
(三)核爆炸空間坐標(biāo)的測量1.本發(fā)明將核爆炸火球看為一個空間發(fā)光體，采用改進(jìn)了的“v”型掃描和光電變換技術(shù)、測定核爆炸空間坐標(biāo)。
核爆炸火球中心坐標(biāo)(方位角、俯仰角)的測量，裝置分為機(jī)頭和主機(jī)。機(jī)頭主要部件結(jié)構(gòu)如圖6所示(側(cè)視圖)。其中A為水平轉(zhuǎn)動平板、“v”型掃描器固定在上面。B為方位搜索狹縫板(簡稱方位板)、c為俯仰搜索狹縫板(簡稱俯仰板)。D為光柵盤。A、D均固定在轉(zhuǎn)軸E上。電機(jī)F通過齒輪G1、G2與E相連。方位、俯仰板中有0.2～0.6mm左右的開口狹縫，可以讓平面光射入，尾端均裝有光電器件。方位板垂直A平板，俯仰板與A平板間有傾角ψ。方位極與俯仰板間有一定的夾角。在機(jī)頭的下端裝有光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，用其瞄準(zhǔn)環(huán)境方位物，作為v形掃描器水平轉(zhuǎn)動的絕對轉(zhuǎn)角數(shù)的外標(biāo)零位置(起始方位)。光柵園盤擁有10800條刻線(沿360°環(huán)帶上)，在電機(jī)帶動下轉(zhuǎn)動360°，經(jīng)過光電變換，利用摩爾條紋形成原理可產(chǎn)生10800個正弦波形信號(稱為角標(biāo)信號)。在10800條刻線環(huán)帶的外沿，有一條透光縫，在轉(zhuǎn)動360°時，經(jīng)光電變換產(chǎn)生一個光電脈沖(稱為內(nèi)標(biāo)零信號)，以它作為“v”形掃描器水平轉(zhuǎn)角的計角起始信號。內(nèi)、外標(biāo)零之間成一任意的固定夾角。
當(dāng)核爆炸當(dāng)量測量有關(guān)電路已經(jīng)判定是核爆炸事件發(fā)生(此時最小照度T′、T″已經(jīng)測定)。通過電機(jī)控制電路，開啟電機(jī)電源，使電機(jī)帶動“v”形掃描器搜索目標(biāo)。若方位板在火球中心附近的前、后兩個等光強(qiáng)點，測出的水平轉(zhuǎn)角(從內(nèi)標(biāo)零起始)ψ方前、ψ方后，則火球中心的方位角的計算公式如(3)式ψ方中＝ 1/2 (ψ方前+ψ方后)……(3)若俯仰板在火球中心附近左、右兩個等光強(qiáng)點的水平轉(zhuǎn)角為ψ俯前，ψ俯后，則火球中心的俯仰角，由(4)式計算。
tgθ＝tgψ×sin(ψ俯中-ψ方中)×COSD……(4)其中ψ俯中＝ 1/2 (ψ俯前+ψ俯后)D＝ 1/2 (ψ俯后-ψ俯前)ψ是俯仰角測量板與水平面間的夾角
2.采取多級自比較選擇措施來縮小核爆炸火球(非點狀光源)的光學(xué)測量半徑，提高核爆炸空間坐標(biāo)的測量精度。
如圖12所示，將核爆炸最遠(yuǎn)可測距離可能出現(xiàn)的火球最弱光強(qiáng)IO。(掃描光電變換后相應(yīng)的電壓幅度)，和最近可測距離上，可能出現(xiàn)的火球最強(qiáng)光強(qiáng)In之間(掃描光電變換后相應(yīng)的電壓幅度)，劃分為光強(qiáng)遞增的若干固定階梯，作為方位(俯仰)角的光強(qiáng)信號變化的比較標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)核爆炸發(fā)生，掃描器搜索到火球，經(jīng)光電變換，得到掃過火球時的方位、俯仰光電信號，經(jīng)電纜送至方位角測量多級自比較電路〔圖7框(10)〕和俯仰角測量多級自比較電路〔圖7框(11)〕。這兩個電路結(jié)構(gòu)是相同的，如圖11所示。圖11中的SM1-SM7施密特電路的觸發(fā)門限與圖12中的各級階梯電壓相對應(yīng)。ψ代表v形掃描器的轉(zhuǎn)動角度，v代表掃描器接收到的火球信號的光電信號幅值，如果輸入的方位(俯仰)信號幅度很小，則可經(jīng)k1、k2或k3放大器放大，再觸發(fā)施密特電路。SM電路輸出的脈沖波形前沿可分別觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路Dw1～Dw7，產(chǎn)生約2mS寬的脈沖信號S1～S7;SM電路輸出的脈沖波形后沿，可分別觸發(fā)Dw1′～Dw7′，也產(chǎn)生約2mS寬度的脈沖信號S1′～S7′，經(jīng)其后的門電路控制，輸至方位角(俯仰角)計數(shù)控制電路。方位(俯仰)信號能觸發(fā)的最高一級門限施密特電路的輸出脈沖寬度是最窄的。該脈沖的前、后沿相當(dāng)于“v”形掃描器掃過一個半徑很小的火球時，即在最小測量半徑上，火球達(dá)沿產(chǎn)生的光電信號。所以，前、后沿對應(yīng)的角標(biāo)計角數(shù)的平均值，可視為火球中心的計角數(shù)(即通過公式3、4計算)。
3.判別核爆炸空間坐標(biāo)測量中的“錯位”現(xiàn)象以及自動糾正的措施。
由于對核爆炸火球應(yīng)視為一個發(fā)光體，在本測量方法中，事先又規(guī)定正常的數(shù)據(jù)測定次序是ψ方前、ψ方后、ψ俯前、ψ俯后，而它們均應(yīng)在掃描器第1次出現(xiàn)標(biāo)零信號后依次測定，第2次出現(xiàn)標(biāo)零信號(即掃描一周)時，全部測完。但是，由于核爆炸事件的發(fā)生是全方位隨機(jī)的;如出現(xiàn)以下情況時，即認(rèn)為測量出錯(即錯位)(1)對同一個發(fā)光體中心探測時，v形掃描器后一個掃描光縫極所探測的發(fā)光體信號出現(xiàn)之后，再出現(xiàn)前一個掃描光縫板所探測的發(fā)光體信號。
(2)對空間多個發(fā)光體的中心坐標(biāo)探測時，出現(xiàn)(1)的情況。例如，對兩個發(fā)光體，第二個發(fā)光體，v形掃描器后一個掃描光縫板獲得的光電信號先于前一個掃描光縫板獲得的光電信號出現(xiàn)。
(3)前一個掃描光縫板所探測的發(fā)光信號與計角起始信號同時出現(xiàn)。
為克服錯位現(xiàn)象帶來的測量錯誤，采取以下自動判別和糾正的措施(1)產(chǎn)生v形掃描器轉(zhuǎn)動一周的開關(guān)控制功能。
當(dāng)電機(jī)電源啟動信號出現(xiàn)時，用它輸入到方位角和俯仰角測量啟動電路〔圖7框(1)〕，由該電路產(chǎn)生所需要的一系列置零和控制信號，并將它們輸入到標(biāo)零、角標(biāo)信號控制電路〔圖7框(2)〕，詳見圖8。光柵盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的計角(即角標(biāo))信號。經(jīng)〔圖7〕K1、K2放大，施密特電路SM1整形，也送入標(biāo)零、角標(biāo)信號控制電路。該電路讓兩個連續(xù)標(biāo)零信號(即轉(zhuǎn)動一周)之間的角標(biāo)信號才能輸出。電機(jī)供電后，延遲約40mS，由方位角、俯仰角測量啟動電路的開門信號打開與1門、讓由第一、二標(biāo)零選擇電路〔圖7框(4)〕來的標(biāo)零信號(計角起始信號)通過與1門。第1個標(biāo)零信號把計數(shù)觸發(fā)器zS1翻轉(zhuǎn)。Q端產(chǎn)生一個標(biāo)零開電平，并經(jīng)或1門，使觸發(fā)器zF1置“1”，它的Q端送出一個開門電平，讓角標(biāo)信號通過，并送往方位角、俯仰角計數(shù)控制電路〔圖7框(5)(6)〕。當(dāng)?shù)诙€標(biāo)零信號通過與1門、再將zS1觸翻回初始狀態(tài)，Q端產(chǎn)生一個標(biāo)零關(guān)電平，zS1的
Q端將zS2翻轉(zhuǎn)，zS2的
Q端產(chǎn)生一個關(guān)門電平，把與1門關(guān)斷，不讓以后的標(biāo)零脈沖再通過。zS2的Q端輸出一個正跳變信號、經(jīng)或2門，觸翻zF1，使其回到初始狀態(tài)，關(guān)閉角標(biāo)信號的輸出，輸出的角標(biāo)信號數(shù)恰好是轉(zhuǎn)動一圈的計角數(shù)。若火球目標(biāo)測量中有錯位發(fā)生，則由方位角、俯仰角啟動電路來的換標(biāo)零信號，將zS1和zS2重新置零、處于初態(tài)，讓第二標(biāo)零產(chǎn)生電路〔圖7框(8)〕的標(biāo)零信號通過與1門輸入，以此作轉(zhuǎn)動一周的角標(biāo)輸出信號的開關(guān)控制脈沖。儀器處于自檢狀態(tài)時，只作主機(jī)檢查。自檢角標(biāo)信號是由10μS時鐘脈沖代替。標(biāo)零信號由第二標(biāo)零產(chǎn)生電路輸出信號代替。為了讓第二標(biāo)零產(chǎn)生電路有計數(shù)輸入，將方位角、俯仰角測量啟動電路來的負(fù)脈沖信號通過或1門，把觸發(fā)器zF1置“1”，產(chǎn)生角標(biāo)計數(shù)的第一標(biāo)零開信號。
光柵盤轉(zhuǎn)到某一位置產(chǎn)生一個光脈沖信號，經(jīng)光電變換后，由電纜輸入主機(jī)。通過施密特電路〔圖7框(3)〕整形成為第一標(biāo)零脈沖信號，經(jīng)過第一、二標(biāo)零選擇電路(詳見圖9)送入到標(biāo)零、角標(biāo)信號控制電路。如果測量有錯位事件發(fā)生，則由錯位判別電路〔圖7框(9)〕發(fā)出換標(biāo)零信號來關(guān)斷第一標(biāo)零信號，選通第二標(biāo)零信號輸出。為了不致漏檢角標(biāo)信號，應(yīng)要求標(biāo)零信號與角標(biāo)信號相配合。為此要等待有穩(wěn)定的角標(biāo)信號出現(xiàn)后才能開始計角，電路措施上是，當(dāng)角標(biāo)信號計數(shù)達(dá)到某一預(yù)定值后，才有一個計數(shù)輸出脈沖觸發(fā)R～S觸發(fā)器、讓Q端處于高電平，打開第一標(biāo)零脈沖控制門，只有在這之后來到的第一標(biāo)零信號，輸出到角標(biāo)、標(biāo)零控制電路中去使用。
(2)設(shè)置第二標(biāo)零點、改變計角起點在測量中發(fā)生錯位時，需要改變計角起點，以和第一標(biāo)零點方位相距某一任意固定角的方位，作為該次測量的計角起點(簡稱換標(biāo)零)。本發(fā)明采用電子線路方法實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換標(biāo)零，具體電路詳見圖10。本裝置采用10800刻線的光柵盤。設(shè)定第二標(biāo)零方向與第一標(biāo)零方向固定相差180(即5400條刻線位置)。開機(jī)置零信號，將線路置于初始狀態(tài)，從第一標(biāo)零開始起，經(jīng)與1門、或1門向計數(shù)電路送入角標(biāo)計數(shù)信號，當(dāng)輸入5400個角標(biāo)信號時，與3門輸出一個負(fù)脈沖信號，將計數(shù)器置回初始狀態(tài)，同時經(jīng)過非門輸出一個第二標(biāo)零信號，并且將zS2翻轉(zhuǎn)。zS2的輸出關(guān)閉與1門打開與2門。角標(biāo)信號通過與2門，經(jīng)計數(shù)觸發(fā)電路zS1減半后，經(jīng)或1門送入計數(shù)器電路，計數(shù)5400時，與3門又送出一個脈沖信號，作為另一個第二標(biāo)零信號。由于角標(biāo)信號是經(jīng)過減半輸入的5400個計數(shù)脈沖(相當(dāng)于10800個角標(biāo)信號)。因此，先后兩個第二標(biāo)信號之差為10800個角標(biāo)信號，也即表示光柵盤從前一個第二標(biāo)零位置開始又轉(zhuǎn)過360°。第二標(biāo)零產(chǎn)生電路的輸出信號送入第一、第二標(biāo)零選擇電路。
(3)V形掃描器搜尋到火球目標(biāo)的光電信號的前后沿信號及其計角數(shù)的分離功能多級自比較電路和角標(biāo)、標(biāo)零控制電路的輸出信號，輸至方位角、俯仰角計數(shù)控制電路?！矆D7框(5)、(6)〕這兩個電路是相同的，如圖13所示。該電路最多可容許“V”形掃描器在轉(zhuǎn)動一周中，搜索到的兩個火球信號通過。這兩個火球目標(biāo)通過多級自比較電路處理后的前、后沿，分別用S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17;S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27及S11′、S12′、S13′、S14′、S15′、S16′、S17′、S21′、S22′、S23′、S24′、S25′、S26′、S27′來表示。本電路就是要實現(xiàn)將搜索到時間上有一定先后的兩個火球信號的前、后沿信號和角標(biāo)計數(shù)信號分離開。由于時間上的有序性，S11信號將觸發(fā)器zF1觸翻后，當(dāng)S17′出現(xiàn)時，經(jīng)或1門，又將zF1觸翻回初始狀態(tài)。這樣，在zF1的Q端，就輸出一個方波脈沖“俯1”(或“方1”)。同理，S21使zF1翻轉(zhuǎn)，S27′又使zF1翻回，zF1的Q端輸出第二個方波“俯2”(或“方2”)。如此循環(huán)，S17′和S27′分別代表兩個火球在最小測量半徑上的后邊沿信號。由于在初始狀態(tài)時從計角開始(標(biāo)零開)，與1門是開啟的，第一個信號通過時，觸發(fā)計數(shù)觸發(fā)器zS1，第二個信號通過時，zS2翻轉(zhuǎn)。Q端為高電平，當(dāng)?shù)诙€信號的后沿S27′通過后，與2門輸出為低電平、將與1門封鎖。由角標(biāo)、標(biāo)零控制電路來的角標(biāo)脈沖，通過與3門將觸發(fā)器zF2置為初態(tài)，從計角起始(標(biāo)零開)。與4門打開，S11脈沖來后，將與3門暫時封鎖，并把zF2置“1”、S11脈沖之后，接著出現(xiàn)的角標(biāo)脈沖又將zF2置“0”。在zF2的Q端，輸出一個脈沖后沿與計角脈沖信號的前沿同步的S11脈沖信號。如此循環(huán)，在zF2的Q端，就輸出一串脈沖信號S11、S12……S17;S21、S22……S27。它們的后沿均與計角脈沖的前沿同步。經(jīng)過一系列門電路的選擇，將兩個火球的計角脈沖分開。第一個火球的計角脈沖是從標(biāo)零開始，S17′結(jié)束。第二個火球的計角脈沖是從標(biāo)零開始，至S27′結(jié)束，將它們分別送入兩個計數(shù)電路〔圖(12)(13)〕即可得到兩個火球在最小測量半徑上的后沿計角數(shù)。分開的S11、S12……S17;S21、S22……S27信號，作為送數(shù)脈沖，分別將第一個火球和第2個火球計數(shù)器的存數(shù)送入方1前沿計數(shù)寄存器和方2前沿計數(shù)寄存器〔圖7框(14)(15)〕。這樣，在寄存器中的最后有數(shù)，就分別為兩個火球目標(biāo)最小測量半徑上的前沿計角數(shù)。俯仰角的計數(shù)控制電路如圖7框(16)(17)(18)(19)。電路的功能分析與方位角的計數(shù)控制相類同。當(dāng)兩個火球目標(biāo)前、后沿計角數(shù)據(jù)的存入脈沖信號，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸入后，將分別打開圖7框(20)(22)，(23)，(24)，(25)，(26)，(27)，(28)控制開關(guān)，讓相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。按相應(yīng)計算公式作數(shù)據(jù)處理。
(4)具備錯位判別及糾正功能方位角(俯仰角)計數(shù)控制電路的輸出，還要送入錯位判別電路，如圖14所示。開機(jī)置零信號將觸發(fā)器zF1-zF4置于初態(tài)。在第一個方位信號方1存在的時候，如果出現(xiàn)計角起始的標(biāo)零信號，它通過與1門把zF1置于高電平，但這種置位，又被方位角1的前沿信號S11S12……S17所復(fù)位。只有當(dāng)標(biāo)零信號在S11、S12……S17之后，又在S17′之前出現(xiàn)。zF1的Q端才一直處于高電平狀態(tài)，在方1閉鎖信號結(jié)束之后，通過與2門送出一個方1-標(biāo)零信號同時出現(xiàn)的測量出錯信號。如果第1個火球目標(biāo)的俯仰角1測量信號，先于方位角1測量信號出現(xiàn)，則方位角1的前沿信號S17，比俯仰角的前沿信號S17出現(xiàn)時間要晚，因此，zF2被置位，它的Q端輸出為高電平。當(dāng)俯仰角1在最小測量半徑上的后沿信號S17之后，通過與3門送出第二個出錯信號。同理，當(dāng)俯仰角2的測量信號，先于方位角2的測量信號出現(xiàn)，zF3被置位，與4門送出第三個出錯信號。所有這三種出錯信號，都可通過4或5門去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)DW1電路，在其Q和
Q端輸出約10MS的正、負(fù)脈沖。正脈沖信號將zF4置位，送出換標(biāo)零信號至角標(biāo)、標(biāo)零控制電路。負(fù)脈沖經(jīng)微分后;送方位角和俯仰角測量啟動電路。
該錯位識別電路，也可以推廣到對多個空間發(fā)光體中心定位時的錯位識別，只是要增加相應(yīng)的設(shè)備。
發(fā)明人在本發(fā)明的實施例中，曾運用所發(fā)明的方法，安裝了核爆炸當(dāng)量和空間座標(biāo)的全方位自動觀測儀，在核試驗現(xiàn)場進(jìn)行了多次效應(yīng)實驗。獲得以下的測試結(jié)果。誤差是依據(jù)有關(guān)方面公布的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)計算的。
名稱圖1 核爆炸光電曲線圖2 核爆炸當(dāng)量、爆炸時間、爆炸距離、測量框圖圖3 電阻-晶體管串、并聯(lián)組合式非線性光電變換負(fù)載圖4 當(dāng)量波形識別和T′、T″、T″+14ms選出電路圖5 爆炸當(dāng)量判別和電源控制電路圖6 機(jī)頭主要部件安裝示意圖(側(cè)視圖)圖7 火球中心方位角、俯仰角測量框圖圖8 標(biāo)零、角標(biāo)信號控制電路圖9 第一、二標(biāo)零選擇電路圖10 第二標(biāo)零產(chǎn)生電路圖11 方位角(俯仰角)測量多級自比較電路圖12 方位光電信號(俯仰光電信號)多級電平示意圖圖13 方位角(俯仰角)計數(shù)控制電路圖14 錯位判別電路
權(quán)利要求
1.一種核爆炸當(dāng)量及空間坐標(biāo)的測定方法。其特征在于采用了電阻一多級晶體管串，并聯(lián)組合式非線性光電變換器；由六個相互關(guān)聯(lián)的要素構(gòu)成的核爆炸光輻射光電信號的“識別判據(jù)”；通過最小照度點前后光強(qiáng)對稱點處所對應(yīng)的時間T′、T″的測量，以其平均值求最小照度到來時間T；縮小空間發(fā)光體測量體積的多級自比較定位；V型掃描定位的錯測識別及自動修定；空間多個發(fā)光體的有序定位；實時供電。以達(dá)到當(dāng)量及空間坐標(biāo)精確可靠的測定。
2.如權(quán)項1所說的測定方法，其特征在于使用了8個波長為1.06±0.3μ的2DUL光電器件，及電阻-晶體管串、并聯(lián)組合式非線性負(fù)載光電變換器。
3.如權(quán)項1所說的測定方法，特征在于六個相互關(guān)聯(lián)的要素構(gòu)成的核爆炸光輻射光電信號的“識別判據(jù)”是光電信號第1光峰輻度超過某一預(yù)定值;光電信號第1光峰上升到極大值的時間T1小于某一預(yù)定值;光電信號第1光峰下降到最小照度的時間T大于某一預(yù)定值;光電信號第1光峰下降速度的絕對值必須從高于某一預(yù)定值開始，才能產(chǎn)生正、負(fù)檢零脈沖的上升沿;下降速度的絕對值在過零前低于某一預(yù)定值、下降速度的絕對值在過零后大于某一預(yù)定值，才能產(chǎn)生正、負(fù)檢零脈沖的下降沿;在T′及T″處光電信號第二光峰上升持續(xù)時間從T″到極大值T的脈沖寬度大于某一預(yù)定值;以上判據(jù)所形成的脈沖信號均在某一預(yù)定的時間內(nèi)全部出現(xiàn)，該預(yù)定時間隨爆炸噸位的變化而同向改變。
4.如權(quán)項1所說測定方法，其特征在于用微分，正、負(fù)檢零技術(shù)求最小照度點前、后兩個等光強(qiáng)點處所對應(yīng)的時間T′和T″，再用公式T＝ 1/2 (T′+T″)得到最小照度到來時間。
5.如權(quán)項1所說測定方法，其特征在于將發(fā)光體可能有的最弱光強(qiáng)及最強(qiáng)光強(qiáng)之間劃分為光強(qiáng)遞增的若干固定階梯，實時掃過發(fā)光體獲得的光強(qiáng)與這個階梯光強(qiáng)比較，把發(fā)光體所大于的最高一級階梯所對應(yīng)的光強(qiáng)檢測出來，視為該發(fā)光體表面的光強(qiáng)，縮小該發(fā)光體的探測體積。
6.如權(quán)項1或5所說測定方法，其特征在于通過v形掃描器、搜索空間發(fā)光體、測量接收信號最大值前、后兩個等照度所對應(yīng)的水平轉(zhuǎn)角，再根據(jù)公式ψ方中＝ 1/2 (ψ方前+ψ方后)，tgθ＝tgψ×sin[ψ俯中-ψ方中]×COSD，計算方位角和俯仰角，其中ψ俯中＝ 1/2 (ψ俯前+ψ俯后)，D＝ 1/2 (ψ俯后-ψ俯前)，求出發(fā)光體中心座標(biāo)。
7.如權(quán)項1或6所說測定方法，其特征在于“v”型掃描器搜索單個或多個空間發(fā)光體時，出現(xiàn)了對同一個發(fā)光體中心探測時、后一個掃描光縫板所探測的發(fā)光體信號出現(xiàn)之后、再出現(xiàn)前一個掃描光縫板所探測的發(fā)光體信號;或出現(xiàn)了對空間多個發(fā)光體的中心坐標(biāo)探測時，出現(xiàn)了前述的情況，即后一個掃描光縫先于前一個光縫接收到該發(fā)光體的光輻射信號;或出現(xiàn)了前一個掃描光縫極所探測的發(fā)光體信號與計角起始信號同時出現(xiàn)時，就判定為測量出現(xiàn)錯誤即錯位。
8.如權(quán)項1或7所說測定方法，特征在于用角標(biāo)信號與計數(shù)電路相配合，產(chǎn)生了相對于原計角起點(第一標(biāo)零點)一定方位夾角的另一個計角起點(第二標(biāo)零點)脈沖信號。
9.如權(quán)項1所說測定方法，特征在于設(shè)置了錯位識別電路。
10.如權(quán)項1所說測定方法，其特征在于當(dāng)判定出現(xiàn)錯位時，自動調(diào)換計角起點的第一、第二標(biāo)零自動轉(zhuǎn)換電路。
11.如權(quán)項1所說測定方法，在空間多個發(fā)光體的有序定位中，分別自動分離出每個目標(biāo)在最小測量半徑上，v形掃描器所對應(yīng)ψ方前，ψ方后，ψ俯前，ψ俯后計角脈沖信號。
12.如權(quán)項1所說測定方法，特征在于由實時判定核爆炸噸位大小，依噸位不同相應(yīng)改變工作電源的開啟時間和核爆炸“識別判據(jù)”出現(xiàn)所規(guī)定的最大時間;及電機(jī)工作電源延遲啟動的時間。
專利摘要
核爆炸當(dāng)量和空間坐標(biāo)的全方位自動探測方法，改進(jìn)了測量地面和空中核爆炸當(dāng)量、空間坐標(biāo)的方法。利用核爆炸光輻射在最小照度附近基本對稱特點，測定并計算二對稱點到來時間的平均值，換成當(dāng)量。用特殊光電變換器，改進(jìn)核爆炸的識別判據(jù)，提高了當(dāng)量測量精確可靠性。用V型掃描法及縮小空間發(fā)光體(非點狀光源)測量體積的措施，測量其中心附近二等光強(qiáng)點的坐標(biāo)，平均求得空間發(fā)光體坐標(biāo)。能對坐標(biāo)測量出錯自動識別和糾正，還可對空間多個發(fā)光體進(jìn)行定位。
文檔編號G21J5/00GK85102702SQ85102702
公開日1986年9月24日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者劉新益, 代壯榮, 王德生, 何承蘭, 葛格, 趙建朝, 王慶常, 駱成熙, 許祖潤, 趙慶昌, 林道發(fā) 申請人:四川大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan