Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 23
Текст из файла (страница 23)
3.2.4. РИС с использованием радиолокационной информации В качестве систем (подсистем), выдающих навигационную информацию, используют следующие типы радиолокаторов. Радиовысотомеры. Измерители истинной высоты летательных аппаратов над поверхностью Земли (рнс.3.5,а). Служат для обеспечения безопасности полета и посадки на Землю. В космических комплексах измеряют высоту полета над поверхностью планеты. гз ...Гь...,) а) Рис.
3.5 Доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса (ДИСС). Измеряют составляющие вектора скорости движения летательного аппарата вдоль поверхности Земли. Выдаваемая информация является не- позиционной. Лишь ее интегрирование позволяет найти позицию самолета относительно точки вылета (см. метод счисления пути в разд. 3.3), что используется при автономной навигации самолетов.
Измеряемые величины рассчитываются по доплеровским сдвигам частот гд, (/ = 1, 2, ...) сигналов, отраженных отдельными участками поверхности Земли (рис. 3.5,6). Доплеровские измерители могут использоваться также в космических аппаратах, совершающих облет планеты. В комплексе с радиовысотомерами могут обеспечить один из вариантов слепой посадки летательных аппаратов. Радиолокаторы обзора поверхности. Позволяют визуально или автоматически определять положение 48 3.3.
Особенности непозиционной навигации Получение непозиционной информации обеспечивает автономность навигации нлн повышает степень ее автономности. К методам непозиционной навигации относят: ° метод счисления пути; ° обзорно-сравнительные (корреляционно-экстремальные) методы.
Возможны нерадиотехнические и радиотехнические (разд. 3.2.4) средства реализации всех этих методов. Широкое распространение получили, в частности, средства инерциальной навигации: гироскопы, акселерометры, многофункциональные датчики. Остановимся на последних подробнее [3.8). 3.3.1. Метод счисления пути Средства и особенности ннерциальной навигации.
Текущую позицию объекта навигации устанавливают косвенно по его начальной позиции и результату двукратного интегрирования вектора ускорения илн однократного интегрирования вектора скорости. Для этого необходимо; >измерять указанные векторы или один из них с помощью акселерометров (см. ниже) или ДИСС (разд. 3.2.4); ксахранять информацию о начальной ориентации объекта. Информацию получают: ° непосредслгвенно от позиционных гироскопов датчиков разовых отклонений; ° в результате интегрирования угювых скоростей, выдаваемых скоростны.ии (дифференцирующнмн) гираскопаии — датчиками угловых скоростей (раза. 23.9.1). Позиционные механические гироскопы.
Выполняются в виде маховиков, быстро вращающихся в воздухе нли жидкости со скоростью до ! О' об/мин. Раскручивание маховиков (роторов) требует при этом затрат времени и энергии (электрической, пневматической). Прикрепленный к объекту тройной (карданов) подвес обеспечивает длительное сохранение первоначальной ориентации оси вращения гироскопа при различных эволюциях объекта — тем большее, чем выше качество подшипников рамок гироскопа. Позиционные гироскопы с тремя степенями свободы часто заменяют парами аналогичных гироскопов с двумя степенями свободы (рис.
3.6), облегчая съем информации. Так, некоторые варианты гироскопов (гнровертнкаль или гнрогоризонт), например, сохраняют первоначальное положение вертикальной оси объекта, а значит, и горизонтальной плоскоРнс. 3.6 сти, нормальной к этой оси. Другой вариант гироскопа (гироазимут или гирополукомпас) сохраняют тогда первоначальную ориентацию в этой плоскости. Скоростные (дифференцирующие) гироскопы.
Выдают информацию об угловых скоростях изменения ориентации объектов навигации в заданных плоскостях (см. разд. 23.9.1). Показатели качества механических гироскопов. Считают, что уходы углового положения осей роторов не должны превышать величины (1...2) 10 ' град/ч для приборов средней точности и (0,3...1) !О ~ град/ч для приборов высокой точности. Недостаточнъгми в известной мере считают, однако, диапазон измеряемых гироскопами угловых скоростей н их надежность. Чрезмерными считают время приведения в готовность (связанное с раскручиванием роторов), энергопотребление, массу, размеры и, наконец, стоимость гироскопов при высоких точностных характеристиках.
Разрабатываются поэтому аналоги механических гироскопов, не содержащие быстровращающихся механических элементов. К их числу принадлежат кольцевые лазерные и волоконно-оптические гироскопы [3.8]. Кольцевой лазерный гироскоп. Представляет собою лазер (см. разд. 2.3.2), активное вещество которого расположено в резонаторе в виде замкнутого кольцевого волновода (световода). Для пояснения его работы обратимся к кольцевому световоду (рис.
3.7,а), по которому в противоположных направлениях распространяются оптические колебания от общего источника. Осевое вращение кольца с угловой скоростью Й приведет к ярко выраженному на высоких частотах эффекту Доплера. Знак доплеровского изменения частоты противоположен для волн, распространяющихся в разные стороны. Разность частот этих волн пропорциональна частоте «2 в любой точке кольца. После введения в кольцо активного вещества образованный при этом лазер (рис. 3.7,6) генерирует колебания двух частот, разность которых пропорциональна угловой скорости Й. а ~1 " "~~~~ а а ~Ф ! ! ! Л-Ь й 6-,!з= й Л-Уг (2 91- «зз й а) б) в) г) Рис.
3.7 Интеграл от разностной частоты определяет угловое смещение объекта относительно оси гироскопа. Для повышения добротности колебательной системы кольцевого лазерного гироскопа используют ее трех-зеркальную (рис. 3,7,в) или четырехзеркальиую конструкцию. Возможную нечувствительность к малым угловым скоростям (из-за явления «захвата» при генерации) устраняют путем дополнительного периодического «закручивания» лазера с частотой порядка 100 Гц.
Волоконно-оптический гироскоп. Дополнительного «закручивания» не требует. Работает в режиме распространения в противоположных направлениях выну- жденных колебаний, возбуждаемых от отдельных лазеров со своими резонаторами. Для измерения угловой скорости используют возникновение разности фаз колебаний, распространяющихся по спирали (рис. 3.7,г) в противоположных направлениях, которая обусловлена эффектом Доллер«.
Достоинством волоконно-оптических гироскопов являются их малые стоимость, габаритные размеры, масса, энергопотребление. Ожидают быстрого повышения показателей их качества по мере совершенствования технологии волоконно-оптической связи (разд.
4.7.5). Акселерометры. Являю»~ел датчяками линейных ускорений объектов навигации по отношению к некоторым характерным осям. Простейший механический акселерометр показан на рис. 3.8. Чувствительным элементом является «пробная» масса т, отклоняющаяся под действием ускорения от нейтрального положения. Это отклонение Лх ограничивается противодействием пружин. Оно пропорционально составляющей а„ вектора ускорения вдоль оси пружин. Датчик Д переводит отклонение ох в электрический ток. Рис.
3.8 Акселерометры обычно располагают на стабилизированной (по данным гироскопов) гироплатформе. Составляющие вектора ускорения измеряются при этом в стабилизированной системе координат. Ошибки акселерометров постоянно снижаются. Считают, что они не должны превышать 0,05...0,! % измеряемой величины для акселерометров средней точности и 0,02...0,05 % для акселерометров высокой точности; снижаются зоны нечувствительности. Видоизменяются и конструкции акселерометров. В стержневых кварцевых акселерометрах массу и пружину заменяют кварцевым стержнем с «пробной» массой. Длина стержня изменяется при воздействии ускорения на эту массу.
При этом изменяется резонансная частота изгибных колебаний стержня. Изменяется и легко контролируемая частота колебаний генератора, в котором стержень заменяет колебательный контур, Твердотельные многофункциональные датчпки. Малогабаритны и представляют собой комбинации кварцевых стержневых акселерометров и лазерных гироскопов. Сочетание таких датчиков н микроЭВМ позволяет отказаться от гироплатформ. Ошибки инерциальной навигации.
Возрастают с течением времени в отсутствие корректировок. Считают, что при использовании механических гироскопов и акселерометров круговая вероятная ошибка местоопределения и вероятная ошибка измерения скорости доходят до 0,5...2 км и 0,5...1 м/с за ! ч навигации соответственно.
Для фиксированных дальностей навигации ошибка местоопределения меньше для быстро- 49 движущейся ракеты, чем для более медленно движущегося самолета. Прн небольших скоростях и больших дальностях данные средств инерциальной навигации приходится корректировать, используя для этого методы позиционной радионавигации или обзорно-сравнительные методы непозиционной навигации. 3.3.2. Обзорно-сравнительные методы навигации Обеспечивают уточнение текущего положения объекта путем сопоставления результатов обзора местности, акватории или небосвода, магнитного или барометрического поля и рельефа Земли с хранящимися в памяти характеристиками.
Так„ периодические радиолокационные измерения высоты полета и обзор местности позволяют корректировать траекторию полета беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов с инерциальными системами навигации независимо от метеоусловий (см. рвзд, 3.4). Наряду с радиолокационными могут использоваться оптико-локационные датчики, инфракрасного диапазона в том числе. Чем точнее работают гироскопы и акселерометры, тем меньшая обзорно-сравнительная информация требуется для вождения объекта по заданной траектории. Астроннерциальные системы навигации.
Получают дополнительную информацию в процессе обзора и сравнения наблюдаемых положений астрономических объектов относительно объекта навигации с ожидаемыми. Могут использоваться на морских судах, стратосферных или космических летательных аппаратах. Секторы автоматического наблюдения астрономических объектов обычно сужают до единиц градусов на основе предшествующей навигационной и астрономической информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
