RU2282864C1 - Method for determination of object spatial attitude - Google Patents
Method for determination of object spatial attitude Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282864C1 RU2282864C1 RU2005108030/09A RU2005108030A RU2282864C1 RU 2282864 C1 RU2282864 C1 RU 2282864C1 RU 2005108030/09 A RU2005108030/09 A RU 2005108030/09A RU 2005108030 A RU2005108030 A RU 2005108030A RU 2282864 C1 RU2282864 C1 RU 2282864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antennas
- axis
- antenna
- beacon
- mismatch
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиопеленгации, а именно к способам, обеспечивающим определение пространственного местоположения объекта, например летательного аппарата (ЛА).The invention relates to direction finding, and in particular to methods for determining the spatial location of an object, such as an aircraft (LA).
Изобретение может быть применено для определения пространственного положения объекта и определения азимутального и угломестного направлений на используемые соответствующие маяки с целью увеличения точности определения местоположения в пространстве, например ЛА, и выдерживания заданной траектории полета, в том числе посадки и тем самым повышения безопасности воздушного движения, упрощения и уменьшения весогабаритных характеристик соответствующего бортового оборудования объекта, всепогодности системы, возможности использования одного маяка для ориентации по азимуту (положению объекта по отношению к маяку, в том числе к заданной линии курса) и углу места (положению объекта по отношению к установленной глиссаде снижения), усовершенствования радиотехнической системы радиопеленгации - комплекса маячного и бортового оборудования, позволяющего определять текущие угловые координаты местоположения объекта (в виде азимута и угла места относительно маяка), выполнять движение по заданной траектории с точностями и до высот, соответствующих, например, посадочному минимуму, установленному для данного объекта.The invention can be applied to determine the spatial position of an object and determine the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacons used in order to increase the accuracy of determining a location in space, for example, an aircraft, and to maintain a given flight path, including landing, and thereby improve air traffic safety, simplification and reducing the weight and size characteristics of the corresponding on-board equipment of the facility, the all-weather system, the possibility of using the bottom of the lighthouse for azimuthal orientation (the position of the object relative to the lighthouse, including the set course line) and the elevation angle (the position of the object with respect to the set glide path), improvement of the radio direction finding system - a complex of lighthouse and airborne equipment, which allows to determine current the angular coordinates of the location of the object (in the form of azimuth and elevation relative to the lighthouse), to perform movement along a given path with accuracy and to heights corresponding, for example, to the landing minimum set for this facility.
Определение местоположения объекта с большой точностью особенно важно при его посадке, т.к. это напрямую связано с обеспечением безопасности. Актуальность решения такой задачи очевидна: например, 53% всех авиационных происшествий происходит при выполнении заходов на посадку в сложных метеоусловиях, в основном при ухудшении видимости [1. В.И.Жулев, В.С.Иванов "Безопасность полетов летательных аппаратов". - М.: Транспорт, 1986, с.24, 150].Determining the location of an object with great accuracy is especially important when planting it, because this is directly related to security. The relevance of solving such a problem is obvious: for example, 53% of all accidents occur during landing approaches in difficult weather conditions, mainly when visibility deteriorates [1. V.I. Zhulev, V. S. Ivanov "Flight safety of aircraft". - M .: Transport, 1986, p.24, 150].
Известны способы пеленгации, использующие высокоточные лазерные устройства со слаборасходящимися пучками излучения малого диаметра, реализованные под названием системы "Глиссада" [2. Кабанов М.В., Панченко М.В. Рассеяние оптических волн дисперсными частицами. 4.111, Изд. Томского филиала СО АН, 1984, §3.3]. В этом способе комбинация лазерных лучей воспринимается в виде наглядного символа, определяющего положение ЛА относительно посадочной траектории и точки приземления. Это достигается с помощью группы лазерных маяков: курсового, расположенного у торца взлетно-посадочной полосы (ВПП) на оси; двух глиссадных маяков, расположенных с обеих сторон ВПП; двух маяков на противоположной стороне ВПП для обозначения кромки ВПП. Лазерные пучки образуют в пространстве фигуру из трех световых полос, направленных под углом снижения навстречу ЛА. При отклонениях ЛА от курса и глиссады расположение полос в пространстве изменяется. Недостатком этого способа и реализующей ее системы является существенная зависимость ее дальности действия от погодных условий.Known methods of direction finding using high-precision laser devices with weakly diverging beams of radiation of small diameter, implemented under the name of the system "Glissada" [2. Kabanov M.V., Panchenko M.V. Scattering of optical waves by dispersed particles. 4.111, Ed. Tomsk branch of SB AS, 1984, §3.3]. In this method, the combination of laser beams is perceived as a visual symbol that defines the position of the aircraft relative to the landing trajectory and touchdown point. This is achieved using a group of laser beacons: course, located at the end of the runway (runway) on the axis; two glide path lighthouses located on both sides of the runway; two beacons on the opposite side of the runway to indicate the edge of the runway. Laser beams in space form a figure of three light bands directed at an angle of descent toward the aircraft. When the aircraft deviates from the course and glide path, the arrangement of the bands in space changes. The disadvantage of this method and its implementing system is the significant dependence of its range on weather conditions.
В настоящее время применяют в основном три способа и соответственно три типа систем для определения пространственного положения объекта: упрощенный, радиомаячный и радиолокационный [3. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1973, с.244-247; 4. Бородин В.Т., Рыльский Г.И. Управление полетом самолетов и вертолетов. - М.: Машиностроение, 1972, с.96-103, 108-115, 187-190; 5. Духон Ю.И., Ильинский Н.Н. Средства управления летательными аппаратами. -М.: Воениздат, 1972, с.306-311, 314-318; 6. Сафронов Н.А. Радиооборудование самолетов. - М.: Машиностроение, 1993, с.305-311, 339-345].Currently, mainly three methods are used and, accordingly, three types of systems for determining the spatial position of an object: simplified, beacon and radar [3. Bodner V.A. Control systems for aircraft. - M.: Mechanical Engineering, 1973, p. 244-247; 4. Borodin V.T., Rylsky G.I. Flight control of airplanes and helicopters. - M .: Mechanical Engineering, 1972, p.96-103, 108-115, 187-190; 5. Dukhon Yu.I., Ilyinsky N.N. Aircraft controls. -M .: Military Publishing House, 1972, p. 306-311, 314-318; 6. Safronov N.A. Radio equipment of aircraft. - M .: Mechanical Engineering, 1993, p.305-311, 339-345].
Наземное оборудование упрощенного способа и соответствующей системы включает радиопеленгатор, две приводные аэродромные радиостанции, два или три маркерных радиомаяка (РМ), связные командно-стартовые радиостанции и светотехническое оборудование. В составе бортового оборудования используется связная радиостанция, автоматический радиокомпас, радиовысотомер, радиоприемник сигналов маркерных радиомаяков и пилотажно-навигационные приборы (компас, авиагоризонт, часы и т.д.). Работой системы управляют с командно-диспетчерского или командно-стартового пункта.The ground-based equipment of the simplified method and the corresponding system includes a radio direction finder, two driven airfield radio stations, two or three marker radio beacons (RM), connected command-start radio stations and lighting equipment. The airborne equipment uses a connected radio station, an automatic radio compass, a radio altimeter, a radio receiver of marker beacon signals and flight and navigation devices (compass, horizon, clock, etc.). The operation of the system is controlled from a command dispatch or command and launch point.
В состав радиомаячной системы, реализующей соответствующий способ, входит вышеуказанное оборудование упрощенной системы и дополнительное диспетчерское и радиомаячное оборудование. Последнее содержит курсовой и глиссадный РМ, устанавливаемые на земле, и соответствующие бортовые радиоприемники. Курсовой РМ создает равносигнальную плоскость, совпадающую с вертикальной плоскостью посадочного курса. Его устанавливают в 300...1000 м позади ВПП на ее оси. Глиссадный РМ предназначен для указания экипажу плоскости планирования. Его устанавливают обычно левее ВПП на расстоянии 100...150 м от ее оси или непосредственно на оси ВПП, если РМ имеет невыступающую антенну. Выходные сигналы курсового и глиссадного РМ, пропорциональные угловым отклонениям центра тяжести ЛА от линии планирования, могут быть использованы в качестве сигналов рассогласования при автоматизации изменения пространственного положения объекта.The beacon system that implements the corresponding method includes the above simplified system equipment and additional dispatch and beacon equipment. The latter contains the course and glide path RM, installed on the ground, and the corresponding airborne radios. Heading RM creates an equal-signal plane that coincides with the vertical plane of the landing course. It is installed 300 ... 1000 m behind the runway on its axis. Glide path RM is intended to indicate the planning plane to the crew. It is usually installed to the left of the runway at a distance of 100 ... 150 m from its axis or directly on the axis of the runway if the RM has a non-protruding antenna. The output signals of the course and glide path RM, proportional to the angular deviations of the center of gravity of the aircraft from the planning line, can be used as misalignment signals to automate changes in the spatial position of the object.
В состав радиолокационной системы, реализующей соответствующий способ, входит вышеуказанное оборудование упрощенной системы, диспетчерское оборудование (такое же, как в радиомаячной системе) и посадочный радиолокатор. При выполнении, например, посадки положение ЛА относительно линии планирования и ВПП измеряется посадочным радиолокатором, операторы которого определяют требуемый маневр ЛА и передают команды управления экипажу по радиотелефонному каналу. При определенных условиях для выполнения посадки могут быть использованы активные или пассивные бортовые радиолокационные станции, обеспечивающие возможность наблюдения на экране индикатора изображения ВПП.The composition of the radar system that implements the corresponding method includes the above equipment of a simplified system, dispatch equipment (the same as in the beacon system) and landing radar. When performing, for example, landing, the position of the aircraft relative to the planning line and the runway is measured by the landing radar, the operators of which determine the required maneuver of the aircraft and transmit control commands to the crew via the radiotelephone channel. Under certain conditions, active or passive airborne radar stations can be used to land, providing the possibility of observing the runway image indicator on the screen.
Однако необходимо дальнейшее повышение точности определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк, в пределе - до соответствующей точности лазерных систем.However, a further increase in the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon is necessary, in the limit, to the corresponding accuracy of the laser systems.
Известен способ пеленгации и пеленгатор радиосигналов источников радиоизлучения при размещении антенного устройства на поверхности подвижного объекта, содержащий направленную антенну, поворотное устройство, обеспечивающее изменение положения максимума диаграммы направленности антенны в заданном секторе углов, приемник, соединенный с антенной, и регистратор уровня сигнала в приемнике [7. Г.П.Астафьев, В.С.Шебашевич, Ю.А.Юрков. Радионавигационные устройства и системы. - М.: Сов. Радио, 1958]. Пеленг определяется по направлению в пространстве, соответствующему максимальному уровню сигнала.A known method of direction finding and direction finder of radio signals of radio sources when placing an antenna device on the surface of a moving object, containing a directional antenna, a rotary device that provides a change in the position of the maximum radiation pattern of the antenna in a given sector of angles, a receiver connected to the antenna, and a signal level recorder in the receiver [7 . G.P. Astafiev, V.S. Shebashevich, Yu.A. Yurkov. Radio navigation devices and systems. - M .: Owls. Radio, 1958]. The bearing is determined by the direction in space corresponding to the maximum signal level.
Недостатком этого способа и пеленгатора, а также многоканального пеленгатора по [8. Патент RU 2096797 С1, кл. G 01 s 3/14, 1996] является то, что они не позволяют подавлять сигналы, попадающие на антенну после отражения от поверхности объекта. В достаточно сложном решении по изобретению [9. Патент RU 2218580 С2, кл. G 01 s 3/14, 2001] ставится цель снижения, но не полного устранения количества ложных пеленгов, появляющихся в результате приема электромагнитных волн, отраженных от поверхности объекта. В заявляемом способе эта проблема решена простыми средствами.The disadvantage of this method and direction finder, as well as multichannel direction finder according to [8. Patent RU 2096797 C1, cl. G 01
По критерию минимальной достаточности за прототип принимается способ определения пространственного положения объекта с использованием бортового оборудования для измерения азимутального и угломестного направлений и дальности, в том числе подвижного, например летательного аппарата, с заданными в правой системе координат его продольной осью ОХ, нормальной осью OY и поперечной осью OZ с направлениями, соответственно, вперед, вверх и вправо относительно соответствующих маяков с использованием электромагнитных каналов их связи с бортовым оборудованием объекта, при котором формируют и передают электромагнитные сигналы с использованием передающей системы маяка и принимают их бортовой приемной системой, при необходимости по сигналам от упомянутых маяков и соответствующих бортовых датчиков вычисляют и отображают на индикаторах расстояние от этих маяков до объекта, азимутальное и угломестное направления на соответствующий маяк, данные о скорости и траектории движения объекта и его отклонении от заданной траектории, вырабатывают электрические сигналы управления органами обеспечения изменения пространственного положения объекта, [10. Авиационная радионавигация. Справочник под ред. А.А.Сосновского. М.: Транспорт, 1990, стр.151].According to the criterion of minimum sufficiency, the prototype is a method for determining the spatial position of an object using on-board equipment for measuring azimuthal and elevation directions and ranges, including a moving one, for example an aircraft, with its longitudinal axis OX, normal axis OY and transverse defined in the right coordinate system OZ axis with directions, respectively, forward, up and to the right relative to the corresponding beacons using electromagnetic channels for their communication with the onboard equipment of the object, in which electromagnetic signals are generated and transmitted using the lighthouse transmitting system and received by the on-board receiving system, if necessary, the signals from these beacons and the object, azimuthal and elevation directions are calculated and displayed on the indicators, if necessary, on the indicators the corresponding lighthouse, data on the speed and trajectory of the object and its deviation from the given trajectory, generate electrical control signals ensuring changes in the spatial position of the object, [10. Aeronautical radio navigation. Handbook Ed. A.A.Sosnovsky. M .: Transport, 1990, p. 151].
Способ определения пространственного положения объекта (пеленгации) и радиопеленгационная система по прототипу, хотя и достаточно совершенны на сегодня, не являются оптимальными, т.к. точность ориентации ниже, чем в соответствующей лазерной. Способ обладает все еще недостаточными возможностями, например для обеспечения безопасности полетов (БП) реализующая его система достаточно сложная, использует несколько РМ, что усложняет ее эксплуатацию.The method for determining the spatial position of an object (direction finding) and the radio direction finding system according to the prototype, although quite perfect today, are not optimal, because orientation accuracy is lower than in the corresponding laser. The method still has insufficient capabilities, for example, to ensure flight safety (BP), the system that implements it is quite complex, uses several RMs, which complicates its operation.
Сущность изобретения направлена на увеличение точности определения пространственного положения объекта за счет повышения точности определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк, тем самым повышение БП, упрощение реализующей способ системы, повышение ее технико-экономической эффективности, в том числе из-за экономии частотного ресурса и количества необходимых РМ.The invention is aimed at increasing the accuracy of determining the spatial position of an object by increasing the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon, thereby increasing the power supply, simplifying the system implementing the method, increasing its technical and economic efficiency, including due to the saving of the frequency resource and the number of required PM.
Отличительная особенность заявленного изобретения от прототипа заключается преимущественно в том, что электромагнитное излучение принимают антенным устройством, состоящим из двух соединенных с приемными устройствами магнитных антенн преимущественно со стержневыми сердечниками, причем антенны выполнены и ориентированы относительно продольной оси объекта таким образом, что при отклонении направления движения объекта от направления на соответствующий маяк происходит большое относительное изменение мощности сигналов маяка, регистрируемой бортовой приемной системой от каждой из антенн. Объект ориентируют на соответствующий маяк, добиваясь минимального рассогласования между уровнями сигналов, принятых обеими антеннами. Это позволяет повысить точность определения положения объекта относительно линий курса и глиссады и точность определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк по сравнению с прототипом.A distinctive feature of the claimed invention from the prototype lies mainly in the fact that electromagnetic radiation is received by an antenna device consisting of two magnetic antennas connected to receiving devices, mainly with rod cores, the antennas being made and oriented relative to the longitudinal axis of the object in such a way that when the direction of movement of the object is deviated from the direction to the corresponding beacon there is a large relative change in the power of the beacon signals, register iruemoy onboard receiver system from each of the antennas. The object is oriented to the corresponding beacon, achieving minimal discrepancy between the signal levels received by both antennas. This improves the accuracy of determining the position of the object relative to the course and glide path lines and the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon in comparison with the prototype.
Предложен способ определения пространственного положения объекта с использованием бортового оборудования для измерения азимутального и угломестного направлений и дальности, в том числе подвижного, например летательного аппарата, с заданными в правой системе координат его продольной осью ОХ, нормальной осью OY и поперечной осью OZ с направлениями соответственно вперед, вверх и вправо относительно соответствующих маяков с использованием электромагнитных каналов их связи с бортовым оборудованием объекта, содержащий следующие существенные признаки прототипа:A method is proposed for determining the spatial position of an object using on-board equipment for measuring azimuthal and elevation directions and ranges, including a moving one, for example an aircraft, with its longitudinal axis OX, normal axis OY and transverse axis OZ specified in the right coordinate system with forward directions, respectively , up and to the right relative to the corresponding beacons using electromagnetic channels of their communication with the on-board equipment of the facility, containing the following ny signs of the prototype:
формируют и передают электромагнитные сигналы с использованием передающей системы маяка и принимают их бортовой приемной системой, при необходимости по сигналам от упомянутых маяков и соответствующих бортовых датчиков вычисляют и отображают на индикаторах расстояние от этих маяков до объекта, азимутальное и угломестное направления на соответствующий маяк, данные о скорости и траектории движения объекта и его отклонении от заданной траектории, вырабатывают электрические сигналы управления органами обеспечения изменения пространственного положения объекта.they generate and transmit electromagnetic signals using the lighthouse transmitting system and receive them by the on-board receiving system; if necessary, the signals from these beacons and the object, azimuthal and elevation directions to the corresponding lighthouse are calculated and displayed on the indicators, and data on the speed and trajectory of the object and its deviation from a given trajectory, generate electrical signals to control bodies providing changes in space ennogo position of the object.
Другими существенными, отличительными от прототипа признаками являются следующие:Other significant distinguishing features from the prototype are the following:
для определения азимутального направления на соответствующий маяк передающей системой маяка передают, а бортовой приемной системой соответственно принимают электромагнитное излучение радиочастотного диапазона, при этом электромагнитное излучение принимают антенным устройством, состоящим из двух соединенных с приемными устройствами магнитных антенн преимущественно со стержневыми сердечниками, в котором оси антенн, совпадающие с осями их сердечников, расположены симметрично относительно оси симметрии АА, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии АА углы α=±Δα, где Δα больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при α>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при α<0 они сходятся в указанном направлении, электрические сигналы принятого антеннами электромагнитного излучения передают в приемные устройства, в них из принимаемого антеннами совокупного излучения селектируют электромагнитное излучение от соответствующего маяка, например, по его модуляции, измеряют уровни сигналов принятого антеннами излучения и их рассогласование и корректируют траекторию движения объекта в горизонтальной плоскости, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, близкого к нулевому, поворачивая объект при α>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при α<0 в сторону антенны с большим уровнем сигнала, и по положению объекта в момент достижения упомянутого минимального рассогласования судят об азимутальном направлении на соответствующий маяк, определяя азимутальное направление с использованием бортового оборудования для его измерения, а для определения угломестного направления на соответствующий маяк передающей системой маяка передают, а бортовой приемной системой соответственно принимают электромагнитное излучение, при этом электромагнитное излучение принимают антенным устройством, аналогичным антенному устройству для определения азимутального направления, в котором оси антенн расположены симметрично относительно оси симметрии ВВ, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии ВВ углы β=±Δβ, где Δβ больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при β>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при β<0 они сходятся в указанном направлении, электрические сигналы принятого антеннами электромагнитного излучения передают в приемные устройства, в них из принимаемого антеннами совокупного излучения селектируют электромагнитное излучение от соответствующего маяка, например, по его модуляции, измеряют уровни сигналов принятого антеннами излучения и их рассогласование и корректируют траекторию движения объекта в вертикальной плоскости, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, близкого к нулевому, поворачивая объект при β>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при β<0 в сторону антенны с большим уровнем сигнала, и по положению объекта в момент достижения упомянутого минимального рассогласования судят об угломестном направлении на соответствующий маяк, определяя угломестное направление с использованием бортового оборудования для его измерения, при этом при необходимости захода объекта на соответствующий маяк по заданному азимутальному и/или угломестному направлению сравнивают его азимутальное и/или угломестное направление на соответствующий маяк с заданным, измеряют их рассогласование, корректируют траекторию движения объекта, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, и одновременно удерживают направление объекта на соответствующий маяк.in order to determine the azimuthal direction, the lighthouse is transmitted by the transmitting system to the corresponding lighthouse, and the radio-frequency electromagnetic radiation is respectively received by the on-board receiving system, while the electromagnetic radiation is received by an antenna device consisting of two magnetic antennas connected to the receiving devices, mainly with rod cores, in which the antenna axes, coinciding with the axes of their cores, are located symmetrically with respect to the axis of symmetry AA parallel to the longitudinal si of the object OX, in a plane parallel to the XOZ plane associated with the object, and the axis of the antennas form the angles α = ± Δα with the axis of symmetry AA, where Δα is greater than zero degrees and preferably does not exceed 0.5 degrees, and for α> 0 the antenna axis diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the OX object, and for α <0 they converge in the indicated direction, the electrical signals received by the electromagnetic radiation antennas are transmitted to the receiving devices, electromagnetic radiation is selected from the total radiation received by the antennas The signal from the corresponding beacon, for example, by its modulation, measures the signal levels of the radiation received by the antennas and their mismatch and corrects the object's trajectory in the horizontal plane, reducing the mismatch to the minimum possible value close to zero, turning the object at α> 0 to the side antennas with a lower signal level, and for α <0 in the direction of the antenna with a higher signal level, and the position of the object at the time of reaching the minimum mismatch is judged on the azimuthal to the corresponding lighthouse, determining the azimuthal direction using the on-board equipment for measuring it, and to determine the elevation direction to the corresponding lighthouse, the transmitting system of the beacon is transmitted, and the on-board receiving system respectively receives electromagnetic radiation, while the electromagnetic radiation is received by an antenna device similar to an antenna device for determine the azimuthal direction in which the axis of the antennas are symmetrically relative to the axis of symmetry of the explosive, parallel to the longitudinal axis of the object OX, in a plane parallel to the XOY plane associated with the object, and the axis of the antennas form the angles β = ± Δβ with the axis of symmetry BB, where Δβ is greater than zero degrees and preferably does not exceed 0.5 degrees, and for β> 0 the axes of the antennas diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the object OX, and for β <0 they converge in the indicated direction, the electrical signals of the electromagnetic radiation received by the antennas are transmitted to the receiving devices, and from them the selective radiation received by the antennas cosiness electromagnetic radiation from the corresponding beacon, for example, by modulating it, measures the signal levels received by the radiation antennas and their mismatch and corrects the object’s path in the vertical plane, reducing the mismatch to the minimum possible value close to zero, turning the object at β> 0 towards the antenna with a lower signal level, and for β <0 towards the antenna with a higher signal level, and by the position of the object at the time of reaching the minimum mismatch with They are talking about the elevation direction to the corresponding lighthouse, determining the elevation direction using on-board equipment for measuring it, while if necessary, the object should approach the corresponding lighthouse in the specified azimuthal and / or elevation direction, its azimuthal and / or elevation direction to the corresponding lighthouse is compared with the specified measure their mismatch, correct the trajectory of the object, reducing the amount of mismatch up to the minimum possible value, and at the same time ivayut direction of the object to the corresponding beacon.
Кроме того, антенные устройства экранируют от электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта.In addition, the antenna devices shield from electromagnetic radiation coming from the rear hemisphere of the space, and the electromagnetic radiation of the corresponding beacon reflected from the surface of the object.
Предлагаемый способ благодаря отличительным от прототипа признакам обеспечивает увеличение точности определения пространственного положения объекта, азимутального и угломестного направлений и захода на соответствующий маяк и тем самым повышение БП и его технико-экономической эффективности.The proposed method, due to distinctive features from the prototype, provides an increase in the accuracy of determining the spatial position of the object, azimuth and elevation directions and approach to the corresponding lighthouse, and thereby increasing the power supply and its technical and economic efficiency.
Ниже изобретение описано более детально со ссылками на фигуры, схематично иллюстрирующие реализацию заявленного способа.Below the invention is described in more detail with reference to the figures, schematically illustrating the implementation of the claimed method.
На фиг.1 показана заявляемая система, реализующая заявляемый способ, на фиг.2 - схемы расположения азимутального (а) и угломестного (б) антенных устройств, на фиг.2в - схема расположения этих антенных устройств с совмещенными их осями симметрии.Figure 1 shows the inventive system that implements the inventive method, figure 2 - arrangement of azimuthal (a) and elevation (b) antenna devices, figure 2c - arrangement of these antenna devices with their symmetry axes.
Как и в прототипе, реализующая способ система (фиг.1) содержит функционально связанные передающую систему маяка 1, снабженную средством 2 формирования электромагнитных сигналов, и бортовую приемную систему электромагнитных сигналов 3, бортовой блок 4, включающий, в том числе, функционально связанные определитель дальности положения объекта 5, определитель азимута 6 и определитель угла места 7, соответственно соединенные с бортовыми датчиками 8, формирующими в том числе данные о скорости и траектории движения объекта, и, при необходимости, блок 9 передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения на индикаторе 10 и выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок 11 выработки сигналов управления органами 12 обеспечения изменения пространственного положения объекта.As in the prototype, the system that implements the method (Fig. 1) contains a functionally coupled transmitting system of the
Система, реализующая заявляемый способ, содержит все упомянутые составляющие прототипа 1...12 и их функциональные связи, но дополнительно бортовая приемная система 3 содержит антенное устройство 19 (фиг.2а), выполненное из двух магнитных антенн 13 (фиг.1), соединенных радиокабелями 14 с приемным устройством 15. Приемное устройство 15 включает, в том числе, блок 16 селекции принимаемого от маяка электромагнитного излучения, например, по его модуляции, и блок 17 определения уровня сигнала, принятого антенной излучения.A system that implements the inventive method contains all of the mentioned components of the
Оси антенн, совпадающие с осями их сердечников, расположены симметрично относительно оси симметрии АА, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом (фиг.2а), причем оси антенн образуют с осью симметрии АА углы α=±Δα, где Δα больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при α>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при α<0 они сходятся в указанном направлении.The axes of the antennas coinciding with the axes of their cores are located symmetrically with respect to the axis of symmetry AA parallel to the longitudinal axis of the object OX in a plane parallel to the XOZ plane associated with the object (Fig. 2a), and the axis of the antennas form angles α = ± with the axis of symmetry AA Δα, where Δα is greater than zero degrees and mostly does not exceed 0.5 degrees, and for α> 0 the antenna axes diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the object OX, and for α <0 they converge in the indicated direction.
Блок 17 первой антенны и аналогичный блок второй антенны через блок 18 измерения рассогласования уровней сигналов принятого антеннами излучения соединены функционально с определителем 6 азимута положения объекта, входящим в блок 4.Block 17 of the first antenna and a similar block of the second antenna through block 18 measuring the mismatch of signal levels received by the radiation antennas are connected functionally with the
Для определения угломестного направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 (фиг.2б) выполнено аналогично упомянутому антенному устройству для определения азимутального направления.To determine the elevation direction to the corresponding beacon, the antenna device 19 (Fig.2b) is made similar to the aforementioned antenna device for determining the azimuthal direction.
Оси антенн 13 этого антенного устройства расположены симметрично относительно оси симметрии ВВ, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии ВВ углы β=±Δβ, где Δβ больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при β>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при β<0 они сходятся в указанном направлении.The axis of the
Указанные значения углов соответствуют известному резко выраженному минимуму направленности излучения магнитной антенны и требованиям к точности определения направления на соответствующий маяк.The indicated values of the angles correspond to the well-known sharply expressed minimum directivity of the radiation of the magnetic antenna and the requirements for the accuracy of determining the direction to the corresponding beacon.
При этом блок 17 определения уровня сигнала, принятого антенной излучения первой антенны, и аналогичный блок второй антенны через блок 18 измерения рассогласования уровней сигналов, принятого антеннами излучения, соединен функционально с определителем 7 угла места положения объекта, входящим в блок 4. Движущийся объект, например летательный аппарат, имеет заданные в правой системе координат продольную ось ОХ, нормальную ось OY и поперечную ось OZ с направлениями соответственно вперед, вверх и вправо (фиг.2). На фигуре 2 оси, направленные на нас, обозначены О, от нас - ⊕.In this case, the block 17 for determining the level of the signal received by the radiation antenna of the first antenna, and a similar block of the second antenna through the block 18 for measuring the mismatch of signal levels received by the radiation antennas, is connected functionally to the position elevator 7 included in block 4. A moving object, for example the aircraft has the longitudinal axis OX defined in the right coordinate system, the normal axis OY, and the transverse axis OZ with directions forward, up, and right, respectively (FIG. 2). In the figure 2, the axes directed at us are marked O, from us - ⊕.
Магнитные антенны 13 (фиг.2а и 2б) выполнены преимущественно со стержневыми сердечниками. Падающее на антенны излучение показано стрелкой И.Magnetic antennas 13 (figa and 2b) are made mainly with rod cores. The radiation incident on the antenna is indicated by the arrow I.
Для определения азимутального направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 выполнено с возможностью его крепления на объекте (фиг.2а) таким образом, чтобы оси антенн 13 находились в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом.To determine the azimuthal direction to the corresponding beacon, the
Для определения угломестного направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 выполнено с возможностью его крепления на объекте (фиг.2б) таким образом, чтобы оси антенн 13 находились в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом.To determine the elevation direction to the corresponding beacon, the
Для определенности изложения объект далее называем ЛА, маяк - посадочным радиомаяком (ПРМ) используется электромагнитное излучение радиочастотного диапазона.For the sake of clarity, the object is then called LA, the beacon - landing radio beacon (PFP) uses electromagnetic radiation in the radio frequency range.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Электромагнитный сигнал ПРМ формируют средством 2 наземной передающей системы 1 соответствующего маяка (фиг.1). Его принимают каждой магнитной антенной 13 бортовой приемной системы 3 и далее по радиокабелям 14 электрические сигналы поступают в приемные устройства 15. В них в блоках 16 из принимаемых антеннами совокупных излучений селектируют излучение ПРМ, например, по его модуляции. В приемных устройствах 15 в блоках 17 измеряют уровни принятого излучения ПРМ. В блоке 18 производят сравнение сигналов, принятых каждой антенной. При наличии рассогласования уровней этих сигналов корректируют траекторию движения объекта в соответствующих плоскостях, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, близкого к нулевому. Этого достигают, поворачивая объект в горизонтальной плоскости при α>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при α<0 - в сторону антенны с большим уровнем сигнала и соответственно поворачивая объект при β>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при β<0 - в сторону антенны с большим уровнем сигнала. По положению объекта при достижении этого условия судят о направлении на соответствующий маяк, определяя при этом азимутальное и угломестное направления с использованием бортового оборудования для их измерения. Далее информацию направляют в определитель азимута 6 или соответственно определитель угла места 7 бортового блока 4. В определителе дальности 5 положения ЛА используется любой из известных методов измерения дальности.The electromagnetic signal of the PFP is formed by means 2 of the
Выделенная из блока 4 информация о местоположении ЛА по азимуту (курсу) и углу места (глиссаде) поступает, при необходимости, в блок 9 передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения информации на индикаторе 10 и для выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок 11 выработки сигналов управления органами 12 обеспечения изменения пространственного положения (траектории) ЛА.Information on the location of the aircraft in azimuth (heading) and elevation (glide path) extracted from block 4 is received, if necessary, in block 9 for transmitting azimuthal, elevation and rangefinding information and information about deviation from a given path for visual display of information on indicator 10 and for generating electrical signals to other equipment, for example, to a block 11 for generating control signals for the organs 12 for providing changes in the spatial position (trajectory) of the aircraft.
При необходимости захода объекта на соответствующий маяк по заданному азимутальному и/или угломестному направлению сравнивают его азимутальное и/или угломестное направление на соответствующий маяк с заданным и измеряют их рассогласование. Затем корректируют траекторию движения объекта, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, и одновременно удерживают направление объекта на соответствующий маяк.If it is necessary to enter the object on the corresponding lighthouse in a given azimuthal and / or elevation direction, its azimuthal and / or elevation direction on the corresponding lighthouse is compared with the given one and measure their mismatch. Then, the trajectory of the object is adjusted, reducing the amount of mismatch up to the minimum possible value, and at the same time keep the direction of the object to the corresponding beacon.
Магнитная антенна имеет резко выраженную направленную характеристику. Полярная диаграмма ее чувствительности имеет форму восьмерки. Уровень принимаемого магнитной антенной сигнала не имеет резко выраженного максимума, но его минимум весьма отчетлив (практически близок к нулевому значению) и позволяет определить его с достаточно большой точностью. Направление на пеленгуемый соответствующий маяк определяют, как указывалось, по минимуму рассогласования уровней принимаемых антеннами сигналов. В этом случае направление на соответствующий маяк совпадает с направлением оси симметрии АА (или соответственно ВВ) антенного устройства. Точность определения направления (отсчета по азимуту и/или углу места) составляет на практике около 0,5 градуса (±0,25 градуса). С сокращением расстояния от объекта до соответствующего маяка точность определения местоположения пропорционально растет. Таким образом, если направление падающего излучения совпадает с продольной осью ОХ ЛА, то рассогласование между уровнями сигналов от каждой из антенн будет минимальным. При отклонении направления излучения от оси ОХ рассогласование между уровнями сигналов существенно увеличивается. Производя изменение траектории движения ЛА до получения минимального рассогласования сигналов от антенн 13, пилот (или автоматика), тем самым, ориентирует ЛА на ПРМ. При этом в блоке 4 определяется рассогласование между азимутальным и/или угломестным направлением на соответствующий маяк и заданным азимутальным и/или угломестным направлением. Пилот (или автоматика), производя необходимое управление, корректирует траекторию движения ЛА, уменьшая величину рассогласования до минимально возможного значения (вплоть до нулевого), при котором согласно требованиям для ПРМ 1-й категории отклонение от оси на начало взлетно-посадочной полосы не превысит ±10,5 м, а для ПРМ 2-й категории - не превысит ±7,5 м. Вследствие указанной резко выраженной чувствительности величины сигнала к отклонению сердечника антенны от направления на соответствующий маяк посадка ЛА будет производиться практически без рыскания.The magnetic antenna has a pronounced directional characteristic. The polar diagram of its sensitivity is in the form of a figure eight. The level of the signal received by the magnetic antenna does not have a pronounced maximum, but its minimum is very distinct (almost close to zero) and allows you to determine it with fairly high accuracy. The direction to the direction-finding corresponding beacon is determined, as indicated, to minimize the mismatch in the levels of the signals received by the antennas. In this case, the direction to the corresponding beacon coincides with the direction of the axis of symmetry AA (or, respectively, BB) of the antenna device. The accuracy of determining the direction (reference in azimuth and / or elevation) is in practice about 0.5 degrees (± 0.25 degrees). With a reduction in the distance from the object to the corresponding beacon, the accuracy of positioning increases proportionally. Thus, if the direction of the incident radiation coincides with the longitudinal axis of the aircraft’s OX, then the mismatch between the signal levels from each of the antennas will be minimal. When the radiation direction deviates from the OX axis, the mismatch between signal levels increases significantly. Making a change in the trajectory of the aircraft to obtain a minimum mismatch of the signals from the
Для предотвращения попадания на антенные устройства помехового электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта, их экранируют, например, помещая в преимущественно проточный (для набегающего воздушного потока) кожух, выполненный, например, в виде трубы прямоугольного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью.In order to prevent interference electromagnetic radiation coming from the rear hemisphere of the space and electromagnetic radiation of the corresponding beacon reflected from the object’s surface onto the antenna devices, they are shielded, for example, by placing in a predominantly flowing (for an incoming air stream) casing made, for example, in the form rectangular pipes with an electromagnetic surface absorbing electromagnetic radiation.
Представляет практический интерес реализующая способ система (фиг.2в), в которой оси симметрии АА и ВВ антенных устройств для определения азимутального и угломестного направлений совмещены (на фигуре совмещенные оси обозначены О) и антенные устройства заключены в единый преимущественно проточный кожух 20, выполненный, например, в виде трубы крестообразного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью, с обеспечением экранирования электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта.Of practical interest is a system that implements the method (Fig.2c), in which the symmetry axes of AA and BB of the antenna devices for determining the azimuth and elevation directions are aligned (the aligned axes are indicated by O in the figure) and the antenna devices are enclosed in a predominantly
Результативность и эффективность использования предлагаемого способа состоит в следующем.The effectiveness and efficiency of using the proposed method is as follows.
Изобретение позволяет увеличить точность пеленгации и ориентации в пространстве объекта и выдерживания заданной траектории и, тем самым, например, повысить безопасность посадки ЛА, упростить и уменьшить весогабаритные характеристики соответствующего бортового оборудования объекта, реализующая способ система всепогодна, возможно использование одной частоты электромагнитного излучения маяка для ориентации по азимуту и углу места, а также для его реализации возможно применение одного маяка. Способ прост в реализации, его точность близка к способам лазерной ориентации, в том числе при посадке, но лишена его недостатков, легко вписывается в применение с системами радиопеленгации и навигации, использующими другие способы ориентации.The invention allows to increase the accuracy of direction finding and orientation in the object’s space and to maintain a given trajectory, and thereby, for example, increase the safety of aircraft landing, simplify and reduce the weight and size characteristics of the corresponding on-board equipment of the object, which implements the method as an all-weather system, it is possible to use one frequency of the electromagnetic radiation of the beacon for orientation in azimuth and elevation, as well as for its implementation, it is possible to use one beacon. The method is simple to implement, its accuracy is close to the methods of laser orientation, including landing, but devoid of its shortcomings, easily fits into the application with radio direction finding and navigation systems using other orientation methods.
Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа определения пространственного положения объекта обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию "новизна".Thus, the distinctive features of the proposed method for determining the spatial position of the object provide the emergence of new properties that are not achieved in the prototype and analogues. The analysis made it possible to establish: analogues with a set of features identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the compliance of the claimed method with the condition of "novelty."
Результаты поиска известных решений в области радиопеленгации, радионавигации и связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".The search results for known solutions in the field of direction finding, radio navigation and communication in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed method showed that they do not follow explicitly from the prior art. Also, the popularity of the influence of the actions provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified result was not revealed. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005108030/09A RU2282864C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | Method for determination of object spatial attitude |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005108030/09A RU2282864C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | Method for determination of object spatial attitude |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282864C1 true RU2282864C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005108030/09A RU2282864C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | Method for determination of object spatial attitude |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282864C1 (en) |
-
2005
- 2005-03-22 RU RU2005108030/09A patent/RU2282864C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авиационная радионавигация. Справочник./Под ред. А.А. Сосновского. - М.: Транспорт, 1990, с.151. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3296760B1 (en) | Method and system for testing radar systems | |
| US6005513A (en) | Portable flight guidance and tracking system | |
| CN101561493B (en) | Double flying robot-based method and double flying robot-based system for positioning active target | |
| CN105892483A (en) | Miniature SAR remote sensing observation method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle | |
| CN110456655B (en) | Microwave landing simulation system | |
| RU2282867C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| CN105548982A (en) | Radar alignment calibration method based on global satellite navigation system carrier wave phase difference technology | |
| CN104777448B (en) | Unmanned plane recovery system and method based on pulse piloting system and pseudo satellite, pseudolite field | |
| RU190804U1 (en) | Device for providing navigation and landing of shipboard aircraft | |
| US10926887B2 (en) | Systems for and methods of providing indicators useful for piloting an aircraft | |
| US20160340056A1 (en) | Precision guidance method and system for aircraft approaching and landing | |
| RU2285933C1 (en) | System for determining spatial position of object | |
| RU2285932C1 (en) | System for determining spatial position of object | |
| RU2501031C2 (en) | Method for flight inspection of ground-based radio flight support equipment and apparatus for realising said method | |
| RU120077U1 (en) | ON-BOARD RADIOTECHNICAL COMPLEX OF NAVIGATION AND LANDING OF MARINE BASING AIRCRAFT | |
| US4763861A (en) | Microwave rendezvous system for aerial refueling | |
| Wachtl et al. | Global navigation satellite systems in passive surveillance applications | |
| CN205427178U (en) | A positioning system for accurate navigation of unmanned aerial vehicle | |
| RU2282869C1 (en) | System for determination of object spatial attitude | |
| RU2282864C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| RU2282866C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| RU2214943C1 (en) | Method of landing flying vehicle | |
| RU2558412C1 (en) | Multiposition system for aircraft landing | |
| Kelner et al. | Local navigation system for VTOLs used on the vessels | |
| CN107942332B (en) | A kind of Biradical synthetic aperture radar (SAR) imaging system spacing synchronization process for aircraft landing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110323 |