Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 55
Текст из файла (страница 55)
7.9), имеющей ДНА шириной ах. В пределах этой площади обычно существует участок, даюшии наибольший вклад в результирующий сигнал и называемый эффективным центром отражения (точка А). Положение этой точки в пределах площади изменяется случайным образом и характеризуется тремя изменяющимися во времени параметрами: расстоянием от антенны радиовысотомера РЯ и углами ч(1) и у(1), определяющими направление оси ДНА. Угол ч(1) измеряется в вертикальной плоскости, проходящей через вектор путевой скорости В~» (вертикальная составляющая скорости обозначена И1). Указанные параметры связаны с текущей высотой полета Н(1) выражением НЯ = 0(1)созч(1)соху(1).
Изменение текущей высоты полета НЯ определяется флуктуациями траектории ЛА по вертикали и отклонениями рельефа Нр(1) от среднего уровня, т.е. НЯ = Но(1) — Ц(1). Рассмотрим пути повышения точности измерения высоты. Прежде всего необходимо при фильтрации использовать априорные сведения об изменении рельефа, изменениях ориентации оси ДНА и флуктуациях траектории. Это позволяет оптимизировать фильтр и снизить апостериорные дисперсии погрешностей. Наиболее радикальный путь решения этой задачи состоит в комплексировании РВ с барометрическим высотомером и измерителем вер- 283 Рис. 7.9.
Отражение сигнала от подстилающей поверхности прн верти- кальном облучении тикальной составляющей ускорения (акселерометром вертикального канала). Высокая точность фильтрации параметров рельефа подстилающей поверхности обеспечивается компенсацией траекторных флуктуаций высоты полета с помощью данных барометрического высотомера и акселерометра. При этом становится возможным с помощью комплексированного РВ решить задачу получения информации о профиле рельефа местности. Как уже отмечалось, частотный измеритель дальности позволяет одновременно определять и радиальную скорость объекта.
Однако необходимость расширения спектра для повышения точности и разрешающей способности при измерении дальности ведет к ухудшению этих параметров при измерении скорости. Поэтому при необходимости точного измерения скорости создают специальные измерители скорости на основе допплеровского эффекта, построение и выбор параметров которых обсуждается далее применительно к допплеровским измерителям путевой скорости и угла сноса ЛА.
7.5. Допплеровский метод измерения путевой скорости и угла сноса В настоящее время широкое применение для управления ЛА получили автономные средства навигации. К их числу относятся и допплеровские измерители вектора скорости объекта. Наиболее распространенными являются допплеровские измерители путевой скорости и угла сноса самолета (ДИСС). 284 2И' 7'„+ — сов Вн н (7.20) Если отражающие свойства поверхности в пределах облучаемой плошади одинаковы, то форма огибающей спектра будет определяться формой ДНА измерителя в вертикальной плоскости. Мак- А Линия пугн Рнс. 7.10. Навигационный треугольник 285 Путевой скоростью самолета называется горизонтальная проекция скорости ЛА относительно земной поверхности.
Путевая скорость % связана с воздушной скоростью У и скоростью ветра я) так называемым навигационным треугольником (рис. 7.10), в котором угол у между векторами воздушной и путевой скоростей называется углом сноса, поскольку его причиной является ветер. Допплеровский измеритель позволяет непосредственно определить путевую скорость по спектру частот сигнала, отраженного земной поверхностью.
При горизонтальном полете ЛА применяется наклонное облучение земной поверхности (рис. 7.11, а), чтобы обеспечить достаточно большую проекцию вектора скорости % на направление облучения и в то же время сохранить достаточно сильное отражение в направлении ДИСС. Для определения спектра частот отраженного сигнала вырежем из облучаемой площади элементарную полоску, все точки которой расположены на направлениях, составляющих угол 1), с вектором скорости %.
При наклонном облучении границы этих полосок имеют форму гипербол. Все точки такой элементарной полоски создадут отраженный сигнал с частотой (и = 7„+ Рн н Имея в виду, что каждой из Ф элементарных полосок соответствует допплеровский сдвиг частоты Ги1 = 2 И сов();/Х„, где И"= ~%~, можно для всей облучаемой площади представить спектр отраженного сигнала последовательностью частот рлип Р(Рым 0,5 Элементарная ! % ! ' ! плошадь О равной частоты яяяп я'с "я' Ря' Овяучаемая плошадь Рис. 7. ! !. Формирование отраженного сигнала при наклонном облучении подстилающей поверхности (а) и его спектр (б) симальную мощность в этом случае (рис.
7.11, б) имеет сигнал на средней частоте спектра, соответствующей направлению !3а (оси ДНА), а ширина спектра на уровне половинной мощности АРв5 — — — соа ~3о — —" — соя ~3с ч-— 4И' . ()л = — вйп !3а яп — ~, 7'и 2' (7.21) где Ц вЂ” ширина ДНА в вертикальной плоскости. При достаточно узких ДНА, которые используются в ДИСС, 2И" гв,, — — — сов!3с сову. 0 (7.22) При совмещении направления облучения в горизонтальной плоскости с вектором % угол у = О и прирагцение частоты достигает максимума 2И' Ги, = — сов!3р. о (7.23) 286 2И' можно принять з1п(13 /2) Оя/2, в этом случае сьгад — — — Ц а(п!3с.
Х„ Для измерения путевой скорости ЛА необходимо определить среднюю частоту допплеровского спектра Е~,. Если вектор % горизонтален (рис. 7.12) и составляет с осью ДЙА угол у в горизонтальной и !3а в вертикальной плоскостях, то При известных Х„и ~3в путевую скорость тт' можно определить непосредственным измерением Гв, частотомером того или другого типа. Угол сноса д равен углу, составленному осью самолета и осью антенны в момент ее совмещения с направлением вектора путевой скорости, т.е. при гв = гв .
Однолучевая система не находит практического применения из-за низкой точности измерения, Для выяснения влияния погрешности в определении частоты Ев, предположим, что в момент измерения гв, угол у ~ О. При этом допплеровское смещение отличается от гв, на величину 233' 2И' ЛГц, = Р'„, — Гд, = — сов|3в — — сов~3всову= ~" и ~" в 233 уг = — сов|За(! — соку) = Р~ Х„"' 2 Отсюда можно определить погрешность измерения угла сноса ~р, вызванную неточностью совмещения оси ДНА с вектором % изза погрешности определения гв,„,. (7.24) При относительной погрешности Лг~/Ев„= 0,0! погрешность в измерении у составляет Лу = О,!4 рад или примерно 8 .
Такие евбол ы вноя етсты Рис. 7.12. Схема для определения путевой скорости И' и угла сноса р однолучевым ДИСС большие погрешности однолучевого измерителя при измерении угла сноса являются следствием его низкой чувствительности к изменению угла у при небольших рассогласованиях направлений УУ и оси ДНА в горизонтальной плоскости.
Погрешность в измерении гя, вызывает и соответствуюшую погрешность измерения путевой скорости, величина которой может быть найдена непосредственно из выражения огя„2И' гйп ()„. ФО 7'и При конечных приращениях запишем 2И~ ~~и = (агп ро)4)л. ) (7.25) Отсюда с учетом Формулы (7.23) следует ! а В' АРц х'1п Д> — — 4)о = -4)ойдо. Г„, сов Ц В реальных системах угол облучения Цл выбирается порядка 70'. В этом случае относительная погрешность определения путевой скорости составляет 0,05 на каждый градус погрешности ~фо определения угла облучения ~)л. Уменьшения погрешности, вызываемой креном, можно достигнуть стабилизацией антенны в горизонтальной плоскости или введением поправок на крен в вычислительном устройстве при обработке данных.
Однако это приводит к существенному усложнению измерителя, но не устраняет недостатков однолучевого метода, к которым следует отнести также высокие требования к стабильности частоты излучаемых колебаний. Наиболее радикальным путем повышения точности измерения путевой скорости и угла сноса является применение многолучевых измерителей, излучающих в двух, трех или четырех направлениях. Измерение путевой скорости и угла сноса мноюлучевыми системами, Измерители вектора скорости ЛА принято подразделять на самолетные и вертолетные. В самолетных ДИСС измеряются продольная и поперечная составляющие вектора скорости, т.е.
путе- Ай' ~~„, ~„, ' Второй важной причиной погрешностей однолучевых измерителей является крен ЛА. Предположим, что из-за крена истинное значение угла 0 отличается от расчетного Д, на величину о(). Дифференцируя выражение (7.23) по параметру ~)м получим вая скорость и угол сноса, в то время как вертолетные ДИСС позволяют измерять и вертикальную составляющую скорости. Кроме того, в вертолетных измерителях заранее неизвестен знак путевой скорости, а ее величина может быть и равной нулю в режиме зависания.
Отличаются также максимальные значения измеряемых скоростей и высот полета (для вертолетов максимальные скорости и высоты в несколько раз меньше). Однако обьем выходных данных вертолетных измерителей может быть существенно больше из-за необходимости измерения полного вектора скорости. Заметим, что вертолетные измерители применяются также для обеспечения мягкой посадки космических аппаратов на Луну и планеты, а самолетные ДИСС вЂ” для управления крылатыми ракетами и экранопланами.
В состав измерителя вектора скорости (упрощенная структурная схема четырехлучевого ДИСС представлена на рис. 7.13) входят: антенное устройство, формирующее четыре луча, приемопередатчик, устройство обработки принимаемых сигналов, вычислитель составляющих скорости и устройство отображения. Обычно данные ДИСС непосредственно вводятся в систему автоматического управления (САУ) ЛА. Рассмотрим принцип действия многолучевых ДИСС для горизонтального полета самолета, при котором вектор тт' всегда направлен вперед, а вертикальная составляющая скорости отсутствует.
Рассмотрим сначала двухлучевые системы. На рис. 7.14 представлено расположение лучей односторонней двухлучевой системы. ввигвционному лю и САУ ЛА тву ив А2 Рнс. 7.13, Структурная схема четырехлучевого ДИСС 289 А! ! о ° о самолета ту Ось антенной системы Рис. 7. 14. Определение В'и у односторонним двухлучевым ДИСС 2И" 2И' Рц = — сов!)сов~; Рц,, —— — сов!)сов(26 — 7), 7.„ 2 7 а разностная частота 2И' Гц, — — Гц,, — Г~, = сов!3(сову в сов(26 — у)1 и = — сов!3( — 2йп6в!п(7-6)) = 2И' ~и 4И' = — — сов!3 гйп 6в!и (у — 6). 7.„ (7.26) 290 При измерении путевой скорости и угла сноса антенная система поворачивается до совмещения спектров сигналов на выходе каналов приемника, соответствующих двум лучам антенны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
