Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 40
Текст из файла (страница 40)
! О 4 Ах = Ах = О). -1 и-1 Г ~-~ Рп(ог) = П га(ох)~,."~ га ~=а а=а (10.2) где ) Р;, — число ячеек а=а эталонного изображения с уровнем квантования, равным й Рис. 10.7. Парные функции при бинарном При бинарном кванкваатовании товании (и = 2) возможны четыре типа парных функций (рнс. 10.7), которые составляют матрицу "аа "а~ ~~а где для упрощения записи принято Га(Лх)=га. Тогда алгоритмы (10.1) и (10.2) принимают вид Ра(ох) = (гаа Р~!)ЛГ Р (ах) =(Раа))Уа)(У~~ У а!~) (10.3) (10.4) где !!га и У~ -число ячеек содержащих 0 и 1 соответственно; л! = !та+ !уь Поясним сказанное на примере сравнения бинарно-квантованных эталонной ЭКМ и текущей ТКМ карт, содержащих лГ = 10 ячеек и сдвинутых на ха = Ьх/ха (рис.
10.8). При указанном сдвиге изображений все парные функции равны 2, а р,(2) = 0,4 и р„(2) = 0,16. Сдвигая ЭКМ относительно ТКМ, добиваются максимального значения функций р,(х„) и 19б Алго итмы ко еля ионной об аботки. Мерой совпадения оцифрованных изображений служит нормированная КФ или связанная с КФ функция. Соответствующие корреляционные алгоритмы сравнения выбирают, исходя из минимума боковых лепестков КФ и требуемых для вычисления КФ операций. Одна из групп простых цифровых корреляционных алгоритмов основана на использовании парных функций га(бх), представляющих собой число пар элементов (ячеек) с уровнями квантования 1 и ) совпадающих при данном сдвиге карт йх . Самые простые из них — алгоритм суммирования парных функций, при котором вычисляется аналог нормированной КФ: н-1 р,(Лх) = у ~,у Г,(Ьх),' ю-"а где и — число уровней квантования; У вЂ” число ячеек карты, и алгоритм перемножения парных функций: р„(х„), равною 1 при х„= О. Дальнейший сдвиг изображений приведет к уменьшению р,(х„) и р„(х„).
Ширина главного пика функций р,(х„) и р„(х„) зависит от дискрета х„. Поэтому точность определения сдвига Ьх (а следовательно, и продольного отклонения ЛА от заданной точки траектории) тем выше,чем меньшех„. Нетрудно заметить, что алгоритм (10.4) лучше (10.3), так как боковые лепестки функции р„(х„) имеют меньший уровень. Уровень боковых лепестков можно снизить, усложнив кор- Рис. 10.8. Сравниваемые карты реляционный алгоритм.
местности (а) и их нормированные КФ ® Расчеты показывают, что погрешность определения местоположения составляет О,б размера соответствующей стороны ячейки ЭКМ. Наилучшая точность достигается на малых высотах полета. Рассматриваемые системы малоэффективны прн больших высотах полета ЛА и малом контрасте (перепаде высот) рельефа местности. 10.3. Системы навигации по картам местности Принцип действия систем навигации по картам местности.
При полете над равнинной местностью нли на больших высотах целесообразно применять в качестве датчиков ОСС импульсные радиолокаторы. Образуемые при этом ОСС относятся к системам навигации по картам местности, так как ТКМ и ЭКМ обычно являются двумерными. Во всех таких системах используется зависимость ЭПР от характера местности н находящихся иа этой местности объектов. В простейшей системе подобного рода ДНА радиолокатора направляется в сторону земной поверхности (рнс. 10.9,а). Местность характеризуется специфическим расположением отражающих электромагнитную энергию объектов в пределах отражающей площадки (ОП) (рис. 10.9,б).
Мощность Р отраженного от этих объектов сигнала (рис. 10.9,в) зависит от ЭПР, а следовательно, от вида отражающих объектов (рис. 10.9,6). Для составления текущей карты местности (рис. 10.9,г) полученный сигнал квантуется по уровню н дискретизируется по дальности (по времени).
Значение днскрета зависит от разрешающей способности радиолокатора по дальности бй. Сформированная ТКМ в данном случае подобна используемой в системе навигации по рельефу местности, только в ячейках содержится информация не о Ь(х), а об ЭПР. 1Э7 Рис.!0.10. Расположение лучей антенной системы ракиолокагора Для нахождения пространственного положения ЛА применяют антенную систему, формирующую в общем случае пять лучей (рис. 10.10). Лучи г' — 4 служат для получения текущей карты местноРнс. 10.9. Формирование ТКМ сти, а луч 5 — для измерения высоты поле- в системс навигации по картам та.
Последняя необходима для преобразо- вания наклонной дальности, измеряемой радиолокатором, в горизонтальную дальность, которой соответствует ЭКМ, Избыточное число лучей (пять вместо трех), а следовательно, и избыточное число измерений способствуют повышению точности. Сигналы по каждому из лучей используются для получения линейного, как следует из рис.
10.9,г, изображения местности. Поэтому корреляционная обработка изображений может выполняться по алгоритмам, аналогичным (10.1) и (10.2). Следует отметить, что корреляционные алгоритмы чувствительны к геометрическим и амплитудным искажениям текущего изображения местности, вызываемым, например, снежным покровом. Учет этих искажений возможен при усложнении алгоритмов обработки и требует увеличения как вычислительных возможностей ЭВМ ОСС, так н времени вычисления. Основной недостаток системы — неудовлетворительная работа при малых высотах полета, на которых отдельные неровности местности маскируют детали рельефа (область радиолокационной тени), что приводит к снижению контрастности ТКМ. Для восстановления работоспособности системы на малых высотах можно использовать информацию только от луча 5.
При этом система превращается в ранее рассмотренную систему навигации по рельефу местности. Существенно, что такой режим работы может быть реализован без перестройки как аппаратуры системы, так и ее программного обеспечения. 198 Па амет ы антенной системы а иолокато а. Учтем, что отраженный сигнал в пределах одного дискрета по дальности формируется разрешаемой площадкой (заштрихована на рис. 10.9„д), поперечный размер которой Ь зависит от ширины ДНА в азимутальной плоскости <р,.
Каждому значению разрешаемого интервала бй соответствует суммарная энергия сигналов, отраженных всеми объектами в пределах разрешаемой площадки. Поэтому чем шире д„, тем меньше деталей местности может быть обнаружено и тем хуже точность местоопределения. Однако сужение ДНА приводит к усложнению антенной системы радиолокатора. Кроме того, зависящий от ф, размер Ь отражающей площадки должен выбираться с учетом возможного поперечного смещения ЛА от заданной траектории из-за погрешностей системы счисления пути. Считается, что максимальное значение этого смешения не должно превышать ~20% от Ь, поэтому компромиссное значение ширины ДНА в азимутальной плоскости составляет 1Π— 20'.
Продольный размер а отражаюшей площадки, а следовательно, и ширина ДНА в угломестной плоскости мв определяются разрешающей способностью радиолокатора по дальности и максимально допустимым числом ячеек эталонной карты. Минимальный размер ячейки ЭКМ равен бй. Поэтому общее число ячеек карты У = а/(ой). Чем меньше длительность импульса, тем более подробной будет карта местности и тем выше точность местоопределения.
Однако при этом возрастает объем памяти системы. Поэтому длительность импульса т„также выбирается из компромиссных соображений и составляет несколько десятых долей микросекунды. Если принять т„= 0,25мкс (ЬК = 40 м), а ЬГ < 250, то а = 1О км. Структурная схема системы навигации по картам местности.
Полученные от радиолокатора (РЛ) (рис. 1О.11) сигналы поступают в устройство обработки (УО), где они подвергаются предварительной фильтрации, и выделяется высотомерный сигнал, принятый по лучу 5. ИНС УОВ Пд БИ Этот сигнал направляется в устройство определения высоты (УОВ), в котором в ре- ЗКМ зультате совместной его обработки с сигналом высоты млА от инерциальной навигационной системы (ИНС) вы- Рис. 1О.11. Структурная схема системы числяется точное значение высоты полета.
Радиолокационные сигналы в АЦП дискретизируются по дальности и квантуются по амплитуде. Возможно как многоуровневое кванто- 199 ванне амплитуды (обычно на три — четыре уровня), так и бинарное. Выбор числа уровней квантования определяется требуемой точностью и вычислительными возможностями системы. В преобразователе дальности (ПД) полученная цифровая ТКМ приводится к горизонтальной дальности, для чего используется значение высоты полета с УОВ. Следующим этапом обработки является цифровое интегрирование в ЦИ, с помощью которого увеличивается значение отношения мощности сигнала к мощности шума: Интегрированию подвергаются несколько последовательно принимаемых отраженных сигналов. В заключение полученное изображение сравнивается с эталонной картой местности ЭКМ в корреляторе (Кор), по данным которого в УОМ определяется пространственное местоположение ЛА.
Контролъиые ног!роса! 1. На чем основан принпип действия обзорно-сравнительных систем? Почему такие системы называют корреляциоино-экстремальиыми? 2. Что такое эталонная карта местности и чем ограничивается степень ее детальности? 3. Перечислите основные операции, необходимые для реализации системы навигации по рельефу местности. 4. Высота полета ЛА увеличилась в два раза. Как изменится погрешность системы навигации по рельефу местности, если учитывать только размеры ячейки карты местности? 5. Эталонная карта местности в бинарной форме имеет вид 1! 1000110!О.
Рассчитайте зависимость алгоритмов суммирования и перемножения парных функций от нормированного сдвига х„по оси Х 6. Каково минимальное число линейных карт, необходимое для определения пространственного положения ЛА в системе навигации по картам местности? 7. Определите требуемую ширину ДЫА радиолокатора системы навигации по картам местности и длительность импульса зондирующего сигнала, если число ячеек линейной карты равно 150, размер ячейки составляет 15 и, высота полета 3 км, а 1= 3 см. 8. Зачем в системе навигации по картам местности требуется ралиовысотомер? 9.Можно ли использовать в системе навигации по каргам местности в качестве датчика текущей карты местности бортовой радиолокатор обзора земной поверхности и что для этого надо сделать? 1О.
Дайте ответ на предыдущий вопрос при использовании на ЛА радиолокатора с синтезированной апертурой. 200 Глава 11 ° БОРТОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ 11.1. Основы построения комплексных навигационных систем Устройства, входящие в РИС, предназначены для определения характеризующего местоположение и движение объекта элемента В' (дальность, угловые координаты, производные дальности и угловых координат по времени) по результатам измерения информативного параметра сигнала и (время запаздывания, амплитуда, доплеровский сдвиг частоты, фаза).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
