RU168210U1

RU168210U1 - Система пассивной локации для определения координат летательного аппарата при заходе на посадку с адаптивной радиолинией взаимодействия и контрольным реперным маяком

Info

Publication number: RU168210U1
Application number: RU2016123087U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Дубровин; Игорь Сергеевич Кожин; Виктор Васильевич Никишов; Дмитрий Викторович Никишов; Алла Ивановна Никишова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ОКБ "Эланор"
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-01-24

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и может быть использована для определения местоположения в трехмерном пространстве летательного аппарата (ЛА) при заходе на посадку за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ЛА.Полезная модель используется для решения технической задачи, состоящей в обучении системы фазированных антенных решеток (ФАР) пеленгаторов с использованием эталонного радиомаяка, размещенного в пределах системы посадки на известной фиксированной высоте. В случае отклонения результатов измерения высоты радиомаяка производится коррекция коэффициентов «обучения» ФАР и выполняется автоматическая корректировка градуировочной характеристики измерителя угла места (высоты) и измерителя пеленга на источник излучения, размещенный на высоте эталонного маяка. Кроме этого, полезная модель используется в определении координат летательного аппарата на этапе его захода на посадку в целях наблюдения за ним и контроля его движения наземными службами, а также в целях его навигационного сопровождения.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и может быть использована для определения местоположения в трехмерном пространстве летательного аппарата (ЛА) при заходе на посадку за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ЛА.

Полезная модель используется для решения технической задачи, состоящей в обучении системы фазированных антенных решеток (ФАР) пеленгаторов с использованием эталонного радиомаяка, размещенного в пределах системы посадки на известной фиксированной высоте. В случае отклонения результатов измерения высоты радиомаяка производится коррекция коэффициентов «обучения» ФАР и выполняется автоматическая корректировка градуировочной характеристики измерителя угла места (высоты) и измерителя пеленга на источник излучения, размещенный на высоте эталонного маяка. Кроме этого, полезная модель используется в определении координат летательного аппарата на этапе его захода на посадку в целях наблюдения за ним и контроля его движения наземными службами, а также в целях его навигационного сопровождения. Достигаемый технический результат состоит в повышении точности оценки координат подвижного объекта, оснащенного источником радиоизлучения.

Бортовые радиотехнические средства летательных аппаратов (ЛА) при выполнении задач создают активные электромагнитные поля искусственного происхождения в диапазоне частот от 1 МГц до 40 ГГц. Кроме активных полей ЛА создают собственные электромагнитные излучения. Данный спектр излучения может быть использован для решения задачи обнаружения, пеленгации и определения координат ЛА.

Высокий уровень требований по безопасности полетов и значительная загрузка инфраструктуры существующих аэропортов определяет потребность в системах, позволяющих определять с высокой точностью координаты ЛА при его заходе на посадку. Основные классы систем поддержки посадки, такие как курсоглиссадные системы (КГС), разработанные в середине XX века, функционируют по сравнительно простым принципам, что определило их широкое распространение и ведущее положение [1].

Такие системы состоят из двух размещенных на земле передающих систем: курсового и глиссадного маяков (фиг. 5). Маяки работают по схожим принципам - их антенные системы формируют два узких луча, смещенных в разные стороны относительно установленного направления посадки воздушного судна. В каждом луче передается пространственно-модулированный сигнал; после детектирования сигналов бортовым приемником по разности глубины модуляции определяется текущее отклонение воздушного судна от установленного направления.

На сегодняшний день ни один существующий способ измерения высоты и курса ЛА при посадке не имеет обратной связи по контролю результатов измерения в период перехода весна-лето, лето-осень, осень-зима, зима-лето и особенно в сложных метеоусловиях.

По всем требованиям и нормам обеспечения контроля за наземными средствами в эти периоды возможны только измерения летающими лабораториями (ЛЛ) с контрольной аппаратурой на борту ЛА. Это так называемый облет аэродрома и его оборудования. По результатам полетов ЛЛ принимаются руководящие документы и записываются контрольные параметры в паспорта аэродромов, выставляются нужные углы курсового и глиссадного маяков и прочая необходимая информация на РСП.

Но как только изменяются параметры аэродромного окружения маяков (строятся дома вблизи маяков, вырастает трава и деревья, выпадает снег, сильный дождь и прочее), необходимо выполнять облет глиссады вновь, так как все изменяется.

Чтобы этого не делать, необходимо в систему посадки ввести контрольный реперный радиомаяк, который позволит в любых метеоусловиях корректировать (компенсировать) результаты измерений и устранять погрешность измерения параметров в реальном масштабе времени. В этом случае измеритель параметров траектории движения ЛА выдает реальные параметры за счет коррекции и обратной связи по известному эталону высоты.

Ближний (БПРМ) и дальний радиомаяки (ДПРМ) работают в средневолновом диапазоне частот и не могут быть использованы в качестве источника сигнала на заданной высоте. Реперный маяк - это источник радиосигнала, размещенный на известной фиксированной высоте (источник радиоизлучения с известными параметрами по высоте и азимуту).

Значение физической высоты репера имеет постоянное значение, которое выступает эталоном при выполнении измерения высоты репера в реальном масштабе времени.

Такой репер позволяет оценить погрешность результатов измерения в реальном масштабе времени от возмущающих техногенных факторов от рефракционных искажений. В качестве таких факторов выступает температура и влажность воздуха, изменение электрической и магнитной составляющих проводимости подстилающей поверхности в районе «репер - ФАР пеленгаторов» из состава системы посадки.

В случае отклонения результатов изменения высоты репера производится коррекция коэффициентов «обучения» ФАР и выполняется автоматическая корректировка градуировочной характеристики измерителя угла места (высоты) и измерителя пеленга на источник излучения, размещенный на высоте репера.

При построении многопозиционного пассивного радара используется разностно-дальномерный метод, основанный на измерении разности хода сигнала от цели до приемных антенн радара. Этот метод позволяет работать по импульсным и непрерывным сигналам, в том числе по шумовым и шумоподобным.

Принципиальные особенности метода заключаются в синхронном способе приема сигналов от излучающего источника на разнесенных антеннах. Высокая точность определения координат ЛА и реперного маяка (РМ) обеспечивается за счет корреляционной обработки сигналов, при которой вид принятого сигнала не имеет значения. Определение координат источников осуществляется по разности прихода сигналов на каждую из позиций, а сама разность прихода сигнала к одной позиции относительно другой определяется из положения максимума взаимно-корреляционной функции сигналов от этих позиций.

Наиболее близким техническим решением, отвечающим требованиям пассивного обнаружения и пеленгации, является устройство, описанное в статье «Одноэтапное оценивание местоположения источника радиоизлучения пассивной системой, состоящей из узкобазовых подсистем» (ж. Радиотехника и электроника, том 49, №2, 2004 г., стр. 156-170) - прототип.

Данное устройство содержит N приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вычислитель.

Цель полезной модели - реальные измерения параметров траектории движения ЛА при заходе на посадку, независимые от метео- и геофакторов.

Результат достигается централизованной обработкой сигналов, полученных в результате приема электромагнитных колебаний в точках, размещение которых в пространстве определяется оптимальной группировкой слабонаправленных антенных элементов внутри структурных блоков, реализованных отдельными техническими средствами распределенного комплекса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее N приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователи (АЦП), вычислитель, дополнительно введены малошумящий усилитель (МШУ), N входов которого соединены с N приемными антеннами, первый и второй многоканальные синхронные квадратурные приемники (МСКП), входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами малошумящего усилителя, а выходы - с первыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первый и второй каналы обработки информации, первые входы которых соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены к вычислителю; управляющий контроллер, подключенный по входу к вычислителю, первый выход которого подключен ко второму входу первого многоканального синхронного квадратурного приемника, ко второму входу первого аналого-цифрового преобразователя и ко второму входу первого канала обработки информации, а второй выход - ко второму входу второго многоканального синхронного квадратурного приемника, ко второму входу второго аналого-цифрового преобразователя и к второму входу второго канала обработки информации; контрольный реперный маяк, выход которого по радиолинии соединен с N приемными антеннами; порт ввода информации, соединенный с выходом вычислителя, блок клавиатуры, блок индикации, блок вычисления текущей скорости ЛА, блок вычисления текущей высоты полета ЛА, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый дополнительный порт вывода, процессор, объединенные между собой шиной адреса и данных, радиомодем, вход которого соединен с выходом первого дополнительного порта вывода, а выход является общим выходом устройства.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей устройства.

Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».

На фиг. 1,2 представлена общая схема предлагаемого устройства пассивной локации для определения координат ЛА при заходе на посадку и контрольном реперном маяке, на фиг. 3 - структура центрального пункта обработки (ЦПО), на фиг. 4 - структура узкобазовой подсистемы (УП), на фиг. 5 - система курсового, глиссадного и реперного маяков, на фиг. 6 - блок-схема алгоритма вычисления курсовой разности координат ЛА и координат глиссады, на фиг. 7 - пояснения к получению корректирующих отклонений (±ΔХ, ±ΔY, ±ΔZ) эталонных значений высоты Z и азимута (X, Y) РМ при Δ изменении метеоусловий.

Устройство включает (фиг. 2):

узкобазовую подсистему (УП) II (фиг. 4) в составе: антенно-фидерная система (АФС) II-1, малошумящий усилитель (МШУ) II-2, многоканальный синхронный квадратурный приемник (МСКП) II-3,4; аналого-цифровой преобразователь (АЦП) II-5,6; управляющий контролер II-9, вычислитель II-10, канал обработки информации II-7,8; центральный пункт обработки (ЦПО) I (фиг. 3) в составе: первый порт ввода информации I-1; блок клавиатуры I-4, блок индикации I-5, регистратор I-6, процессор I-7, первый дополнительный вывод I-8, блок вычисления текущей скорости ЛА I-9, блок вычисления текущей высоты полета ЛА I-10, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) I-11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) I-12, шину адреса и данных I-13, радиомодем I-14, контрольный реперный маяк (РМ) III.

Устройство работает следующим образом.

Контрольный реперный маяк (РМ) III служит для физической фиксации высоты излучателя с известными параметрами по высоте и азимуту. Он позволяет оценить погрешность результатов измерений в реальном масштабе времени от возмущающих техногенных факторов, в качестве которых выступают температура и влажность воздуха, изменения электрической и магнитной составляющих проводимости подстилающей поверхности в районе «РМ-ФАР пеленгаторов в составе узкобазовых подсистем (УП) II» из общего состава системы посадки. В случае отклонения результатов измерения высоты РМ производится коррекция коэффициентов «обучения» ФАР и выполняется автоматическая корректировка градуировочной характеристики измерителя угла места (высоты) и измерителя пеленга на источник излучения, размещенный на высоте РМ.

Алгоритм процесса корректировки:

1. В ходе развертывания ФАР в месте географического положения известны их координаты в системе координат захода на посадку ЛА. В тех же координатах размещается реперный маяка (РМ) III, то есть его высота и азимут будут известны относительно точки касания ЛА посадочной полосы (фиг. 7).

2. При проведении измерения высоты и азимута РМ III в простых метеоусловиях (то есть, прямая видимость более 10 км, солнечно, безоблачно), получим опорные координаты РМ III, которые выступают эталоном и хранятся в ПЗУ I-12 центрального пункта обработки (ЦПО) I.

3. Зная опорные координаты РМ III, в вычислителе II-10 узкополосных подсистем (УП) II, решается задача получения опорных коэффициентов для каждой ФАР антенно-фидерной системы (АФС) II-1, то сеть решается задача построения опорной градуировочной характеристики каждой ФАР пеленгаторов и опорной траектории захода на посадку ЛА.

4. При изменении метеоусловий, которые будут влиять на электродинамические параметры распространения радиоволн и естественно на результаты измерения координат как РМ, так и ЛА, в результате сравнения текущих результатов измерений РМ и его эталонного значения для простых метеоусловий получим величину и направление погрешности (±ΔХ, ±ΔY, ±ΔZ) (фиг. 7), которая пересчитывается в поправочные коэффициенты для алгоритма одноэтапного определения угловых координат ЛА.

Таким образом, введение в систему посадки РМ позволяет автоматически в реальном масштабе времени производить измерения параметров траектории движения ЛА, независимые от метео- и геофакторов. В реальном времени идет корректировка градуировочной характеристики по эталону высоты и азимута системы посадки, постоянно и независимо от факторов природы на борту ЛА через радиолинию поступает истинная высота и курс полета ЛА в точку касания ВПП.

Ошибка измерения координат РМ III складывается из ошибок непосредственного измерения дальности от УП II до источника излучения (РМ) σ₁, ошибки, связанной с ретрансляцией радиосигналов в ЦПО I σ_2, и ошибки за счет распространения радиоволн на трассе анализа σ₃.

Так, при разностно-дальномерном способе ошибка

непосредственного измерения дальности от каждого УП II до РМ IV (фиг. 2) определяется по формуле:

где ΔF_c - полоса частот принимаемого сигнала;

Т_обр - время обработки сигнала;

β₁, β₂ - углы, образующиеся между УП II и РМ III (фиг. 2);

ρ_вх - отношение спектральной плотности мощности сигнала к мощности шумов на входе УП II.

Для импульсных сигналов с частотой повторения импульсов >25 Гц

где Р_с - мощность сигнала РМ IV, Вт; Δƒ_с - полоса высокочастотной составляющей сигнала, МГц; G_A - усиление антенны РМ IV; N_s - реальная чувствительность приемника УП II, дБ; Z - затухание сигнала на трассе УП II - РМ.

Курсоглиссадная система (КГС) является наиболее распространенной системой захода на посадку на крупных и оживленных аэродромах. Кроме того, она является наиболее точной.

Состав КГС (фиг. 5):

1. Курсовой маяк, который обеспечивает наведение самолета в горизонтальной плоскости - по курсу.

2. Глиссадный маяк, обеспечивающий наведение в вертикальной плоскости - по глиссаде.

3. Маркеры, сигнализирующие момент пролета определенных точек на траектории захода. Обычно маркеры устанавливаются на дальней приводной радиостанции с маркером (ДПРМ) и ближней приводной радиостанции с маркером (БПРМ). Маркеры устанавливаются в створе взлетно-посадочной полосы (ВПП). На рубеже БПРМ определяется высота принятия решения (ВПР) на посадку, как правило, 60 м.

4. Приемные устройства на борту самолета, обеспечивающие прием и обработку сигнала.

Курсовой и глиссадный маяки устанавливаются возле ВПП. Курсовой маяк - в противоположном торце ВПП по осевой линии, глиссадный маяк - сбоку от ВПП на удалении точки приземления от порога ВПП. Угол наклона глиссады для России составляет 2°40^/.

Установим систему координат (X,Y,Z) в точке начала глиссады (X1,Y1,Z1). Уравнение глиссады в этом случае будет Z=a⋅Y, X=const.

В этих ограничениях задача определения параметров траектории снижения летательного аппарата при заходе на посадку будет заключаться в сравнении текущих координат ЛА с координатами глиссады с последующей выдачей результатов на блок индикации I-5 в блоке ЦПО I (фиг. 1, 2) и дальнейшей передачей данной информации по радиолинии на борт ЛА и отображением на аналогичном индикаторе. Наличие данной информации на ЦПО I необходимо для документирования результатов посадки ЛА.

Таким образом, чем выше точность определения текущих координат ЛА, тем выше надежность посадки в пределах ВПП.

Высокоточное определение текущих координат ЛА осуществляется в узкобазовой подсистеме УП II (фиг. 4).

Результат решаемой задачи достигается способом централизованной обработки сигналов, полученных в результате приема электромагнитных колебаний, исходящих от ЛА, в точках, размещение которых в пространстве определяется оптимальной группировкой слабонаправленных антенных элементов внутри структурных блоков, реализованных отдельными техническими средствами распределенного пассивного радиолокационного комплекса, структурная схема которого представлена на фиг. 1, 2. Комплекс состоит из узкобазовой подсистемы УП (II), включающей в себя отдельные точки приема (ТП) (1), и центрального пункта обработки (ЦПО) (I), соединенных между собой и обеспечивающих высокую скорость передачи информации с пропускной способностью сети не менее 100 Мбит/с.

Источник радиоизлучения (ЛА) порождает электромагнитный сигнал, для описания которого используется модель гауссовского радиосигнала:

где K - число учитываемых составляющих;

ƒ₀ - несущая частота;

ƒ_k - частоты учитываемых составляющих в спектре комплексной огибающей,

a, _k и b_k - коэффициенты, являющиеся гауссовскими, взаимно независимыми случайными величинами.

Такой сигнал соответствует случаю стохастической модели, применение которой обеспечивает работу системы в условиях наименьшей доступной априорной информации.

Узкобазовая подсистема (II) представляет собой технически единую приемную станцию, реализующую многоканальный прием в отдельных точках приема (ТП), размещение которых в структуре антенной системы УП удовлетворяет двум условиям:

1. Расстояние между ТП намного меньше расстояния между УП и ЛА. Данное условие обеспечивает плоский фронт волны.

2. Расстояние между ТП не превышает половины длины волны λ0=c/ƒ₀, соответствующей несущей или центральной частоте принимаемого радиосигнала ƒ₀, а под с понимается скорость распространения сигнала от ЛА до УП, равная скорости света.

Структурная схема станции, реализующей УП, представлена на фиг. 4. УП состоит из антенно-фидерной системы (АФС) II-1, блока малошумящих усилителей (МШУ) II-2, многоканального синхронного квадратурного приемника (МСКП) II-3,4, блока аналого-цифровых преобразователей (АЦП) II-5,6, первого и второго каналов обработки информации II-7,8, управляющего контроллера II-9 и вычислителя II-10, соединенного с ЦПО I. Блок МШУ осуществляет предварительное усиление сигналов до его передачи на вход МСКП. Блоки МСКП, АЦП являются программно-управляемыми, режим работы которых задается управляющими сигналами вычислителя. При приеме электромагнитные колебания превращаются в аналоговый электрический радиосигнал, который поступает на вход МШУ, с выхода которого радиосигнал поступает на вход МСКП. В результате синхронного детектирования на выходе МСКП формируется аналоговый видеосигнал, поступающий в форме пар квадратур на вход АЦП, на выходе которого формируется цифровой сигнал в форме отсчетов.

Отличительными характеристиками МСКП являются центральная частота, перестраиваемая в широких пределах (от 20 МГц до 3 ГГц), и широкая полоса частот демодулируемого сигнала, составляющая величину до 60 МГц, что определяет сигнал как широкополосный в верхней части диапазона центральной частоты и сверхширокополосный в его нижней части. Для достижения требуемого качества приема независимое цифровое управление усилением каждого канала осуществляется с шагом 0,5 дБ, а синхронизация каждой пары каналов квадратурного приемника должна обеспечивать фазовое различие точности квадратур не более 2 градусов по абсолютной величине. Для получения технического результата применяется многоканальный 16-разрядный АЦП с перестраиваемой частотой дискретизации, при этом максимальная частота составляет 100 МГц, что с учетом защитных интервалов согласуется с максимальной полосой принимаемого радиосигнала. Синхронность взятия отсчетов в различных каналах АЦП должна обеспечивать рассогласование моментов времени не более 0,05 от используемого периода дискретизации.

Вычислитель II-10 реализуется на основе высокопроизводительной многопроцессорной рабочей станции, оснащенной не менее чем двумя многоядерными универсальными процессорами класса Intel Xeon с рабочей частотой не менее 1,8 ГГц, и оперативным запоминающих устройством (ОЗУ), объемом не менее 8 ГБ. Вычислитель в структуре осуществляет функции управления работой УП за счет задания функциональных режимов отдельных блоков. Кроме этого, вычислитель II-10 выполняет предварительную цифровую обработку принятых сигналов, а также их компрессию перед передачей в ЦПО I.

Антенная система УП размещается на вертикальной мачте, высота которой составляет от 1,5 до 18 м. В верхней части мачты, на протяжении участка длины L, размещаются от одной до девяти кольцевых антенных подрешеток (КАПР). Минимальное расстояние между планарными КАИР составляет 0,5 м, что обуславливается технологическими особенностями крепления, а максимальное ограничено протяженностью рабочего участка мачты L.

Структурная организация распределенной приемной системы пассивного радиолокационного комплекса позволяет сформировать на приеме необходимое пространственное распределение электромагнитного поля сигнала, излученного ЛА.

Пусть ЛА расположен в точке пространства, координаты которой заданы вектором r=(X₁,Y₁,Z₁)^T. Тогда сигнал, принятый m-й ТП, состоящей в структуре УП II, представляет собой сумму задержанного и взвешенного полезного сигнала и аддитивного шума:

где an - амплитуда сигнала на входах ТП УП II;

τ_nm=τ_n+χ_n+ζ_nm; τ_n=|r_n-r|/c - время прохождения сигнала от ЛА до условного фазового центра (УФЦ) УП;

r_n=||X_n,Y_n, Z_n||^T - координаты УФЦ УП II;

χ_n - ошибка привязки сигнала по времени;

ζ_nm=(r_nm-r_n)^Tc_α/c - время прохождения сигнала от УФЦ до ТП (от ТП до УФЦ, если ζ_nm<0);

r_nm=||X_nm,Y_nm, Z_nm||^T - координаты m-й ТП УП II;

c_α=||cos(α_n)cos(β_n); sin(α_n)cos(β_n); sin(β_n)||^T;

α_n, β_n - азимут и угол места луча, направленного из УП II на ЛА; с - скорость распространения сигнала. Отличительное условие, обеспечивающее эффективное использование данной модели, состоит в том, что время наблюдения сигнала на каждой позиции должно быть выбрано много больше времени корреляции и сигнала и помехи. Цифровые отсчеты всех принятых сигналов передаются по высокоскоростным линиям связи в центр обработки данных, расположенный

в структуре ЦПО I. Цифровые сигналы, принятые отдельными ТП, рассматриваются совместно и формируют многомерный цифровой сигнал.

Оценка координат производится с использованием комбинированного угломерного и разностно-дальномерного способа оценивания, при котором вся распределенная система рассматривается как комбинированная пассивная система (КПС), сочетающая в себе общие черты широкобазовой пассивной системы (ШбПС) и пассивной системы, состоящей из узкобазовых подсистем (ПСУП). В основе метода оценивания такой системы лежит способ вычисления оценки разности прихода сигналов на основе корреляционного приема по методу максимального правдоподобия, который для двух точек приема представлен в зарубежной работе [2].

Угловые координаты ЛА по азимуту и углу места относительно точки центра масс носителя определяются фазоразностным пеленгатором.

Дальность до ЛА определяется вычислительными методами по известным пеленгам и закону перемещения центра масс в относительной системе координат.

Функционально устройство состоит из пеленгатора с цифровой антенной решеткой II-1, обнаружителя частотно-временных признаков целей (классификатора целей), выходных формирователей матриц координат целей и вычислителей II-9,10, в которых функционируют алгоритмы экстраполяции траекторий ЛА, управляющие алгоритмы устройства и сетевые алгоритмы обмена данными и управления с радиотехнического комплекса.

Пеленгатор с цифровой антенной решеткой II-1 состоит из фиксированной антенной решетки (приемные антенны 20... 18000 МГц), размещенной на пространственно разнесенной точке приема.

Каждая из антенн подключена к входу МШУ II-2 (фиг. 4), который обеспечивает согласование импедансов антенного элемента и соединительного кабеля. Каждый выход МШУ II-2 подключен к своему приемному тракту, который образован одним из каналов многоканального синхронного квадратурного приемника (МСКП) II-3,4 и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) II-5,6. Таким образом, сформирован индивидуальный цифровой канал отсчетов сигнала с одного элемента решетки.

АЦП II-5,6 сигнала одновременно выполняет выборку сигнала по множеству каналов. Размер этого множества определяется числом элементов антенной решетки II-1. Например, в зависимости от требований точности определения координат можно выбрать 16, 26 или 32 каналов. Так, для решетки из 16 элементов потенциальная точность устройства составляет около 6 угловых минут. При увеличении числа элементов точность возрастает.

Когерентная обработка сигнала выполняется в каналах обработки информации II-7,8.

В силу необходимости обеспечения стабильности амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) тракта пеленгации, в нем предусмотрены меры по измерению АЧХ перед снятием отсчетов сигнала в полосе рабочих

частот. Периодичность контроля АЧХ связана со стабильностью электрических параметров канала и управляется по алгоритму контроля реперных (известных источников сигнала) в процессе работы от контроллера II-9.

Пеленгатор обеспечивает определение угловых координат ЛА по фазовому портрету пришедшего сигнала. Пеленгатором определяются углы прихода сигналов на антенную решетку с разных направлений на одной частоте и полосе частот. Число направлений задается требуемой точностью определения угловых координат. Для точности в 6 минут мгновенная матрица углов имеет размерность 3600 элементов. Время получения пеленга (квант времени решения задачи) зависит от быстродействия вычислителя на сигнальном процессоре II-10.

Обработка информации осуществляется в вычислителе II-10.

Предварительно заполняется матрица (азимут-угол места) по частотному диапазону, которая является неполной, без координаты дальности, которая получается расчетным способом по тригонометрическим уравнениям полета ЛА. Эта координата расчетная и она дополняет базу координат ЛА до логического уровня.

Динамика работы.

Многоканальный синхронный квадратурный приемник (МСКП) II-3,4 работает в режиме пеленгации ЛА на одной частоте с одной из имеющихся полос.

Сигналы с выхода вычислителя II-10 в цифровом виде поступают на обработку и выдаются в ЦПО I.

С определенным темпом перестройки МСКП II-3,4 по диапазону осуществляется наблюдение (локация) ЛА и автоматическое определение его координат, с привязкой к моменту времени обнаружения.

Привязка по времени выполняется для разностно-дальномерного способа уточнения координат и решения специальных алгоритмов синтеза пространственно-временного разноса.

Таким образом, в УП II осуществляется пассивное обнаружение ЛА, автоматическое определение его координат с привязкой к моменту времени обнаружения.

Работа центрального пункта обработки (ЦПО I).

Переданные с УП II данные о координатах ЛА (r = (X₁,Y₁,Z₁)^T) поступают на 1 порт ввода процессора I-7, где производится их обработка с вычислением текущей скорости и высоты полета ЛА, регистрируются данные с отображением результатов анализа и осуществляется их передача с помощью радиомодема I-14 на борт ЛА.

Блок вычисления скорости I-9.

В данном блоке определение модуля скорости производится по формуле:

,

где

- оценка второй производной (ускорения), вычисляемая путем оптимального взвешенного суммирования выборок значений квадратов дальности

;

- весовые коэффициенты оценивания второй производной (ускорения) при равноточных и равнодискретных измерениях [3].

Значения весовых коэффициентов η_i могут быть вычислены заранее до проведения измерений и храниться в ПЗУ I-12. Вычисления по формуле 3 производятся процессором I-7.

На фиг. 6 представлена блок-схема алгоритма вычисления курсовой разности координат ЛА и координат глиссады. Отклонения (ΔX_T, ΔY_T, ΔZ_T) текущих координат ЛА от координат глиссады подаются в блок индикации I-5 с информацией о текущей скорости

и высоте H_T полета ЛА.

Информации о скорости захода на посадку

отклонения от глиссады Н_{откл.глисс}, дальности до ВПП и курса ϕ с отклонением ±Δ подается на информационное табло как на борту ЛА, так и на ЦПО I.

Таким образом, предлагаемая система позволяет обеспечить высокий уровень требований по безопасности полетов с высокой точностью определения координат ЛА при его заходе на посадку.

В адаптивной радиолинии взаимодействия применяется режим работы на назначенной частоте связи конкретного самолета, выполняющего полет по сигналам управления от вычислителя величины отклонений от линии заданного пути. При назначении частоты связи производится автоматическое измерение характеристик канала связи (АЧХ и ФЧХ - амплитудная и фазовая характеристики) по результатам которой автоматически выбираются настроечные характеристики сигнально-кодовой конструкции рабочего сигнала (СКК). В ходе работы радиолинии (передачи данных) выполняется оценка отношения сигнал/шум в канале связи и уровень достоверности передаваемой информации. По служебному каналу в составе СКК радиолинии производится изменение скорости передачи (выше или ниже). Критерий решения минимум времени излучения на рабочей частоте с целью уменьшения времени на разведку.

Динамика работы адаптивной радиолинии.

Бортовая радиолиния посылает в сторону наземной радиолинии вызывной запросный сигнал на известной частоте. На приеме выполняется анализ индивидуального номера ЛА в информационной посылке и процессором связи назначается номинал рабочей частоты для этого ЛА, который на известной служебной частоте взаимодействия высылается на борт ЛА. Далее бортовая радиолиния выполняет вхождение в связь на

назначенной частоте. Работа бортовой радиолинии выполняется с соответствующим наземным радиомодемом.

Таким образом, число ЛА, выполняющих одновременно заход на посадку на назначенных интервалах дистанции, определяется количеством радиомодемов и выделенных частот передачи информации для автоматического создания направлений связи.

Список литературы

1. Авиационная радионавигация. Справочник под ред. Сосновского А.А., М.: Транспорт, 1990.

2. Knapp С.Н., Carter G.C., The Generalized Correlation Method for Estimation of Time Delay // IEEE Transactions on Acoustic, Speech and Signal Processing, 1976, vol. 24, no. 4, pp. 320-327.

3. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем обработки радиолокационной информации. М: «Радио и связь», 1986.

Claims

1. Устройство пассивной локации для определения координат летательного аппарата (ЛА) при заходе на посадку с адаптивной радиолинией взаимодействия и контрольным реперным маяком, содержащее N приемных антенн, первый и второй аналого-цифровой преобразователи, вычислитель, отличающееся тем, что дополнительно введены малошумящий усилитель, N входов которого соединены с N приемными антеннами, первый и второй многоканальные синхронные квадратурные приемники, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами малошумящего усилителя, а выходы - с первыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первый и второй каналы обработки информации, первые входы которых соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены к вычислителю; управляющий контроллер, подключенный по входу к вычислителю, первый выход которого подключен ко второму входу первого многоканального синхронного квадратурного приемника, ко второму входу первого аналого-цифрового преобразователя и ко второму входу первого канала обработки информации, а второй выход - ко второму входу второго многоканального синхронного квадратурного приемника, ко второму входу второго аналого-цифрового преобразователя и ко второму входу второго канала обработки информации; контрольный реперный маяк, выход которого по радиолинии соединен с N приемными антеннами; порт ввода информации, соединенный с выходом вычислителя, блок клавиатуры, блок индикации, блок вычисления текущей скорости ЛА, блок вычисления текущей высоты полета ЛА, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, первый дополнительный порт вывода, процессор, объединенные между собой шиной адреса и данных, радиомодем, вход которого соединен с выходом первого дополнительного порта вывода, а выход является общим выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что все ее элементы выполнены с использованием цифровых технологий.