RU2411538C2 - Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method - Google Patents
Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411538C2 RU2411538C2 RU2008139353/09A RU2008139353A RU2411538C2 RU 2411538 C2 RU2411538 C2 RU 2411538C2 RU 2008139353/09 A RU2008139353/09 A RU 2008139353/09A RU 2008139353 A RU2008139353 A RU 2008139353A RU 2411538 C2 RU2411538 C2 RU 2411538C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radar
- ann
- navigation system
- elevation
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автономным бортовым комплексам определения местоположения летательного аппарата (ЛА) и может быть использовано при проектировании систем управления ЛА для повышения точности навигации.The invention relates to autonomous on-board systems for determining the location of an aircraft (LA) and can be used in the design of aircraft control systems to improve navigation accuracy.
Как правило, основой навигационного комплекса ЛА служат инерциальные навигационные системы (ИНС) [1, стр.71-85], характерной особенностью которых является квадратичный закон увеличения ошибки определения местоположения ЛА с течением времени. Для коррекции указанных ошибок с целью увеличения времени автономного полета ЛА в навигационных комплексах используются радиолокационные средства измерения параметров движения относительно подстилающей земной поверхности [2, стр.324-326]. Такими средствами служат обычно радиовысотомер (РВ) и доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС). Данные ДИСС позволяют значительно уменьшить ошибку определения местоположения. Однако размещение этого прибора, особенно на малоразмерном ЛА, затруднительно. Это обусловлено тем, что для точного измерения вектора скорости с помощью ДИСС требуются антенные системы довольно большого размера. То же можно сказать и при замене ДИСС корреляционным измерителем скорости и сноса (КИСС) [2, стр.250-254]. В этом случае для точного измерения угла сноса необходим значительный поперечный разнос приемных антенн. По этой причине в бортовой системе управления [3] вообще не используется радиолокационный датчик скорости, что, конечно, может существенно ограничить ее возможности.As a rule, the basis of the navigation system of an aircraft is inertial navigation systems (ANS) [1, p. 71-85], a characteristic feature of which is the quadratic law of the increase in the error in determining the location of an aircraft over time. To correct these errors in order to increase the autonomous flight time of an aircraft in navigation systems, radar tools are used to measure the parameters of motion relative to the underlying earth's surface [2, p. 324-326]. These tools are usually a radio altimeter (RV) and a Doppler speed and drift angle meter (DISS). The DISS data can significantly reduce the positioning error. However, the placement of this device, especially on a small aircraft, is difficult. This is due to the fact that antenna systems of a rather large size are required for accurate measurement of the velocity vector using DISS. The same can be said when replacing the DISS with a correlation speed and drift meter (KISS) [2, p. 250-254]. In this case, a significant lateral spacing of the receiving antennas is required to accurately measure the drift angle. For this reason, the on-board control system [3] does not use a radar speed sensor at all, which, of course, can significantly limit its capabilities.
Применение для коррекции ИНС спутниковой навигационной системы (СНС), как это сделано в [1, стр.77], лишает бортовую систему автономности и снижает ее эффективность в случае подавления или отключения СНС.The use of a satellite navigation system (SNA) for the correction of ANNs, as was done in [1, p. 77], deprives the on-board system of autonomy and reduces its effectiveness in case of suppression or shutdown of the SNA.
В [4] для коррекции ИНС используются данные, получаемые когерентной бортовой моноимпульсной радиолокационной системой (БМРЛС) бокового обзора с синтезированием апертуры. При этом БМРЛС получает радиолокационное изображение (РЛИ) подстилающей поверхности. При сопоставлении полученного РЛИ с эталонным, которое загружается в память навигационной системы при подготовке полета, определяется уточненное местоположение ЛА и вычисляются ошибки ИНС. Недостаток такой системы заключается, во-первых, в сложности получения достоверных эталонов, во-вторых, над водной поверхностью такая система не работоспособна.In [4], data obtained by a coherent airborne monopulse radar system (BMRS) of side view with aperture synthesis are used to correct ANNs. In this case, the BMRS receives a radar image (RLI) of the underlying surface. When comparing the received radar image with the reference one, which is loaded into the memory of the navigation system during flight preparation, the specified location of the aircraft is determined and ANN errors are calculated. The disadvantage of such a system is, firstly, the difficulty of obtaining reliable standards, and secondly, such a system is not operational above the water surface.
Следует отметить, что во все приведенные системы управления полетом [1, 3, 4] входит БМРЛС как основной информационный датчик, обеспечивающий выполнение задачи полета ЛА. Предлагаемый способ коррекции ИНС по скорости заключается в определении с помощью БМРЛС геометрического положения ярких точек подстилающей поверхности с одновременным измерением доплеровского смещения частоты отраженных этими точками сигналов. Исходными данными для вычисления ошибки ИНС при этом является разность измеренных доплеровских частот ярких точек и рассчитанных доплеровских частот по геометрическому положению этих точек с использованием вектора скорости ИНС. Так как ошибка ИНС изменяется медленно, то это позволяет производить ее оценку за сравнительно большое время и даже при изменяющейся траектории ЛА. Привязка доплеровского смещения частоты к конкретным ярким точкам позволяет избежать основного недостатка ДИСС, а именно наличия систематической ошибки измерения, обусловленной зависимостью среднего доплеровского смещения частоты в пятне засветки от вида подстилающей поверхности, так называемый «морской эффект» [2]. Частично преодолевается и другая проблема, связанная со значительным уменьшением уровня отраженного от водной поверхности сигнала при увеличении угла падения. Одновременное разрешение по доплеровской частоте и дальности позволяет выделить наиболее яркие разрешаемые элементы. При этом, хотя средний уровень сигнала остается низким, отношение сигнал/шум для ярких элементов может быть достаточным для измерения их координат.It should be noted that all of the above flight control systems [1, 3, 4] include BMRS as the main information sensor that provides the flight mission. The proposed method for correcting ANNs in terms of speed consists in determining with the help of BMRS the geometric position of the bright points of the underlying surface with the simultaneous measurement of the Doppler frequency offset of the signals reflected by these points. The initial data for calculating the ANN error in this case is the difference between the measured Doppler frequencies of the bright points and the calculated Doppler frequencies according to the geometric position of these points using the ANN velocity vector. Since the ANN error changes slowly, this allows it to be estimated in a relatively large time and even with a changing aircraft trajectory. Linking the Doppler frequency shift to specific bright points avoids the main disadvantage of DISS, namely the presence of a systematic measurement error due to the dependence of the average Doppler frequency shift in the spot of light on the type of underlying surface, the so-called “marine effect” [2]. Another problem is partially overcome, associated with a significant decrease in the level of the signal reflected from the water surface with an increase in the angle of incidence. Simultaneous resolution by Doppler frequency and range allows you to highlight the most vivid resolved elements. Moreover, although the average signal level remains low, the signal-to-noise ratio for bright elements may be sufficient to measure their coordinates.
Заявленная цель достигается тем, что в способе определения ошибки измерения скорости ЛА инерциальной навигационной системой, включающем зондирование земной поверхности сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами в нескольких направлениях с изменением азимута и угла места с модуляцией, позволяющей производить измерение времени запаздывания и доплеровского смещения частоты сигналов, отраженных разрешаемыми элементами поверхности, согласно изобретению производится когерентный прием отраженных сигналов, селектированный по угловым координатам с образованием моноимпульсных суммарного и разностных азимутального и угломестного каналов в нормальной системе координат ИНС [5]. По каждому из каналов получается комплексное радиолокационное изображение (РЛИ) облучаемой поверхности в координатах доплеровское смещение частоты - дальность при зондировании в каждом i-том из направлений, i=1…I, I≥3. По РЛИ суммарного канала каждого направления зондирования находятся наиболее яркие точки с определением их дальности и доплеровского смещения частоты. Вычисляются с использованием РЛИ разностных каналов азимут и угол места выделенных ярких точек. По полученным радиолокационным данным и данным ИНС вычисляются ошибки измерения скорости ИНС. Выделение ярких точек на суммарном РЛИ производится следующим образом: вычисляется яркостное РЛИ, равное квадрату модуля комплексного РЛИ суммарного канала, вычисляется пороговый уровень, равный увеличенному в 20 раз среднему значению шумового яркостного РЛИ, полученному при наличии в принятом сигнале только собственных шумов приемника, определяются точки абсолютного и локальных максимумов яркостного РЛИ и сравниваются с пороговым уровнем, в случае превышении которого выделенные максимумы считаются яркими точками. Азимут βk и угол места εk k-той яркой точки рассчитываются по формуламThe stated goal is achieved by the fact that in the method for determining the error of measuring the speed of an aircraft by an inertial navigation system, including probing the earth's surface with microwave electromagnetic signals in several directions with a change in azimuth and elevation angle with modulation, which allows measuring the delay time and Doppler frequency shift of signals reflected by resolved elements surface, according to the invention is a coherent reception of reflected signals, selected by global coordinates with the formation of monopulse total and difference azimuthal and elevation channels in the normal coordinate system of the ANN [5]. For each of the channels, a complex radar image (RLI) of the irradiated surface is obtained in coordinates of the Doppler frequency shift — the range during sounding in each i-th direction, i = 1 ... I, I≥3. According to the radar image of the total channel of each sounding direction, the brightest points are found with the determination of their range and Doppler frequency shift. The azimuth and elevation angle of the highlighted bright points are calculated using the radar image of the difference channels. Based on the received radar data and ANN data, errors in measuring the ANN speed are calculated. The highlighting of bright points on the total radar radar is performed as follows: the brightness radar radar equal to the square of the integrated radar radar module of the total channel is calculated, the threshold level is calculated, which is equal to 20 times the average value of the noise radar radar radar, obtained if there are only receiver noise in the received signal, the points are determined the absolute and local maxima of the brightness radar radar and are compared with a threshold level, in case of exceeding which the highlighted maxima are considered bright points. The azimuth β k and elevation angle ε k of the k-th brightest point are calculated by the formulas
где , , , - комплексные амплитуды k-той яркой точки в суммарном, разностном азимутальном и разностном угломестном РЛИ, χβ, χε - комплексные калибровочные коэффициенты азимутальной и угломестной пеленгационной характеристики, βi, εi - положение равносигнального направления диаграммы направленности в нормальной системе координат ИНС при i-том направлении зондирования.Where , , , are the complex amplitudes of the k-th brightest point in the total, difference azimuthal and difference elevation radar radar, χ β , χ ε are the complex calibration coefficients of the azimuthal and elevation direction-finding characteristic, β i , ε i are the position of the directional directional pattern in the ANN normal coordinate system with the i-th direction of sounding.
При полете над ровной горизонтальной или водной поверхностью угол места k-той яркой точки εk можно определять по формулеWhen flying over a flat horizontal or water surface, the elevation angle of the k-th brightest point ε k can be determined by the formula
где Hi - высота полета при i-том направлении зондирования, Dk - дальность до k-той яркой точки.where H i is the flight altitude with the i-th direction of sounding, D k is the distance to the k-th bright point.
Ошибка измерения скорости ИНС ΔV определяется по формулеThe error in measuring the speed of ANN ΔV is determined by the formula
где Р - матрица, размерностью 3×К, преобразования вектора невязки в вектор ошибки измерения скорости, К - суммарное число ярких точек по всем направлениям зондирования;where P is a 3 × K matrix, transforms the residual vector into a velocity measurement error vector, K is the total number of bright points in all sensing directions;
R - матрица координат ярких точек, размерностью К×3, k-тая строка которой соответствует транспонированному вектору направления на k-тую яркую точку R is the matrix of coordinates of bright points, dimension K × 3, the k-th row of which corresponds to the transposed direction vector to the k-th bright point
λ - длина волны зондирующего сигнала; ΔF - вектор невязки размерностью 1×К, k-тый элемент которого равен , где Fk - доплеровское смещение частоты k-той яркой точки, - вектор скорости, определяемый ИНС во время зондирования в i-том направлении; I - единичная матрица, λ is the wavelength of the probe signal; ΔF is the residual vector of
Заявленная цель достигается также тем, что в навигационный комплекс, содержащий последовательно соединенные ИНС и бортовую цифровую вычислительную машину, к третьему входу которой подключен радиовысотомер (РВ), выход БЦВМ подключается к входу ИНС, дополнительно вводится когерентная бортовая моноимпульсная радиолокационная система (БМРЛС) с переднебоковым обзором. Вход БМРЛС подключен ко второму выходу БЦВМ, с которого на БМРЛС поступают данные об ориентации ЛА в нормальной системе координат ИНС [5] в виде углов крена γi, тангажа ϑi и рыскания ψi, с учетом которых устанавливается положение равносигнального направления антенной системы βi и εi во время зондирования в каждом i-том направлении, выход БМРЛС подключен к первому входу БЦВМ, куда поступают полученные в результате зондирования доплеровские смещения и угловые координаты ярких точек Fk, βk и εk, при этом на третий вход БЦВМ с выхода РВ поступает значение высоты Hi, соответствующее i-тому направлению зондирования, а на второй вход с выхода ИНС подаются углы крена γi, тангажа ϑi и рыскания ψi, определяющие ориентацию строительных осей ЛА в нормальной системе координат ИНС, и вектор скорости, измеряемый ИНС, , при зондировании в i-том направлении; после зондирования во всех направлениях в БЦВМ вычисляется ошибка измерения вектора скорости в ИНС ΔV, которая с первого выхода БЦВМ подается на вход ИНС для ее коррекции.The stated goal is also achieved by the fact that in the navigation system, which contains a series-connected ANN and an on-board digital computer, to the third input of which a radio altimeter (RV) is connected, the output of the BCMC is connected to the input of the ANN, and a coherent on-board monopulse radar system (BMRS) with anterolateral is additionally introduced review. The BMRS input is connected to the second output of the digital computer, from which the aircraft’s orientation data in the ANN normal coordinate system [5] are received on the BMRS as roll angles γ i , pitch ϑ i and yaw ψ i , taking into account the position of the antenna signal β i and ε i during sounding in each i-th direction, the output of the radar detector is connected to the first input of the digital computer, which receives the Doppler offsets and angular coordinates of the bright points F k , β k and ε k received as a result of the sensing, and to the third input of the digital computer from the output of the PB m height value H i, the corresponding i-to the direction sensed, and a second input from the output of ANN supplied bank angles γ i, pitch θ i and yaw rate ψ i, determining aircraft orientation construction axes normal system INS coordinates and velocity vector is measured ANN, when probing in the i-th direction; after sounding in all directions, the computer calculates the error of measuring the velocity vector in the ANN ΔV, which from the first output of the computer is fed to the input of the ANN for its correction.
Сущность предлагаемого решения поясняется дальнейшим описанием, чертежами и диаграммами.The essence of the proposed solution is illustrated by a further description, drawings and diagrams.
Фиг.1 - структурная схема навигационного комплекса.Figure 1 is a structural diagram of a navigation complex.
Фиг.2 - геометрия зондирования подстилающей поверхности.Figure 2 - geometry of sounding of the underlying surface.
Фиг.3 - алгоритм оценивания ошибок ИНС.Figure 3 - algorithm for estimating errors ANN.
Фиг.4 - РЛИ суши.Figure 4 - RLI sushi.
Фиг.5 - РЛИ водной поверхности.Figure 5 - RLI water surface.
На фиг.1 представлена структурная схема навигационного комплекса, на которой приняты следующие обозначения:Figure 1 presents the structural diagram of the navigation system, which adopted the following notation:
1 - бортовая моноимпульсная радиолокационная система (БМРЛС);1 - airborne monopulse radar system (BMRS);
2 - бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ);2 - on-board digital computer (BTsVM);
3 - инерциальная навигационная система (ИНС);3 - inertial navigation system (ANN);
4 - радиовысотомер (РВ).4 - radio altimeter (RV).
На структурной схеме навигационного комплекса (фиг.1): последовательно соединенные БМРЛС 1, БЦВМ 2, ИНС 3, выход ИНС 3 подключен ко второму входу БЦВМ 2, второй выход которой подключен к входу БМРЛС 1, к третьему входу БЦВМ 2 подключен РВ 4.On the structural diagram of the navigation complex (Fig. 1):
БМРЛС 1 зондирует подстилающую поверхность в трех направлениях с получением суммарного и разностных РЛИ различных ее участков. БМРЛС 1 должна обеспечивать когерентный прием отраженных сигналов, измерение дальности и доплеровского смещения частоты. Это может осуществляться различными способами, приводимыми, например, в [6, стр.368, 369]. Построение моноимпульсной антенной системы, обеспечивающей прием по суммарному и разностным каналам, описано в [7, стр.16-30]. В результате зондирования выделяются наиболее яркие точки РЛИ суммарного канала, определяется их дальность и доплеровское смещение частоты и вычисляются азимуты и углы места в нормальной системе координат ИНС 3. Эти данные подаются в БЦВМ 2. Здесь следует отметить, что для получения РЛИ в указанных координатах БМРЛС 1 должна работать в режиме доплеровского обужения луча (ДОЛ) [8, стр.85, 86]. В этом режиме доплеровское смещение частоты выделяемой яркой точки можно считать постоянным в течение зондирования в данном направлении. При смене направления зондирования должен изменяться не только азимут, но и угол места хотя бы в одном из направлений не менее чем на ширину диаграммы направленности антенны. Параметры ориентации ЛА в пространстве, т.е. углы крена γi, тангажа ϑi и рыскания ψi, определяются в ИНС 3 и подаются в БМРЛС 1 для учета при установке антенной системы. При полете над ровной горизонтальной поверхностью, когда вычисление угла места производится по (3), наличие разностного угломестного канала необязательно. Измерение высоты при этом обеспечивается РВ 4. В БЦВМ 2 по результатам зондирования во всех направлениях производится вычисление ошибок ИНС 3 определения вектора скорости.BMRS 1 probes the underlying surface in three directions to obtain the total and differential radar images of its various sections. BMRS 1 should provide coherent reception of reflected signals, measuring range and Doppler frequency shift. This can be done in various ways, given, for example, in [6, p. 368, 369]. The construction of a monopulse antenna system providing reception over the sum and difference channels is described in [7, pp. 16-30]. As a result of sounding, the brightest points of the radar image of the total channel are identified, their range and Doppler frequency shift are determined, and azimuths and elevation angles are calculated in the normal coordinate system of ANN 3. These data are fed to the
На фиг.2 представлена геометрия зондирования подстилающей поверхности. ЛА находится в точке с координатами: Х=0, Z=0, Y=Н. Подстилающая поверхность совпадает с плоскостью XOZ. Координаты яркой точки 5 в системе доплеровское смещение частоты - дальность определяются соответствующей изодалью 6, а доплеровское смещение частоты - изодопой 7. Изодали образуются линиями пересечения подстилающей поверхности со сферами соответствующих радиусов с центром в точке нахождения ЛА. Изодопы образуются пересечением подстилающей поверхности с конусами, ось которых совпадает с направлением вектора скорости V ЛА. Вектор r определяет направление на яркую точку 5.Figure 2 presents the geometry of the sounding of the underlying surface. The aircraft is at the point with coordinates: X = 0, Z = 0, Y = H. The underlying surface coincides with the XOZ plane. The coordinates of the bright point 5 in the Doppler frequency offset - range system are determined by the
На фиг.3 приведен алгоритм коррекции ошибок ИНС.Figure 3 shows the error correction algorithm of the ANN.
8 - установка луча антенны БМРЛС в i-тое положение. При этом значения углов βi и εi должны обеспечивать режим ДОЛ [8, стр.84], обусловленный выполнением условия8 - installation of the beam antenna BMRLS in the i-th position. Moreover, the angles β i and ε i must provide the DOL mode [8, p. 84], due to the fulfillment of the condition
где tc - время зондирования поверхности (время синтезирования), обуславливающее разрешающую способность БМРЛС по доплеровскому смещению частоты, λ - длина волны зондирующего сигнала, D - дальность.where t c is the time of surface sensing (synthesis time), which determines the resolving power of the BMS radar by Doppler frequency shift, λ is the wavelength of the probe signal, D is the range.
Установка антенной системы производится в связанной системе координат [5]. Азимут βic и угол места εic в связанной системе координат, определяющие положение линии визирования в этой системе координат, рассчитываются по формуламInstallation of the antenna system is carried out in a connected coordinate system [5]. The azimuth β ic and elevation angle ε ic in the associated coordinate system, which determine the position of the line of sight in this coordinate system, are calculated by the formulas
где и - векторы-строки выбора составляющих вектора визирования в связанной системе координат; Where and - row vectors of the selection of the components of the vector of sight in the associated coordinate system;
- вектор визирования в нормальной системе координат ИНС;- the vector of sight in the normal coordinate system of the ANN;
- матрица преобразования вектора из нормальной в связанную систему координат.- the matrix of the transformation of the vector from normal to the associated coordinate system.
Для каждого направления зондирования получается по одному РЛИ для суммарного и разностных каналов. Из РЛИ суммарного канала можно взять несколько наиболее ярких точек и получить систему линейных уравнений для компонент вектора ΔV, однако система будет плохо обусловлена, т.к. вариация углов β и ε будет находиться в пределах сравнительно узкой диаграммы направленности антенны БМРЛС. Поэтому необходимо производить зондирование в нескольких направлениях, изменяя азимут и угол места в возможно более широких пределах, ограниченных условием (6), и брать яркие точки из РЛИ различных направлений. В то же время увеличение общего числа используемых ярких точек также приводит к уменьшению ошибки измерения. В режиме ДОЛ при зондировании поверхности пачкой импульсных сигналов РЛИ может быть получено путем согласованного приема каждого отраженного импульса (сжатие по дальности) с последующей доплеровской межпериодной фильтрацией сигнала от каждого разрешаемого элемента дальности (быстрое преобразование Фурье отсчетов одной дальности по периодам повторения).For each direction of sounding, one radar image is obtained for the total and difference channels. From the radar image of the total channel, one can take some of the brightest points and get a system of linear equations for the components of the vector ΔV, however, the system will be poorly conditioned, the variation of angles β and ε will be within the relatively narrow radiation pattern of the BMRS antenna. Therefore, it is necessary to perform sounding in several directions, changing the azimuth and elevation angle as wide as possible, limited by condition (6), and take bright points from radar images of different directions. At the same time, an increase in the total number of bright points used also reduces the measurement error. In the VOL mode, when sensing the surface with a packet of pulsed signals, the radar image can be obtained by coordinated reception of each reflected pulse (range compression) followed by Doppler interperiodic filtering of the signal from each resolved range element (fast Fourier transform of samples of the same range by repetition periods).
9 - выделение ярких точек и расчет угловых координат. В качестве ярких точек берутся локальные максимумы суммарного РЛИ, превышающие порог обнаружения, устанавливаемый на уровне отношения сигнал/шум 13 дБ (20 раз). При меньших отношениях резко ухудшается точность пеленгации. Выделение ярких точек на суммарном РЛИ производится следующим образом: вычисляется яркостное РЛИ, равное квадрату модуля комплексного РЛИ суммарного канала, вычисляется пороговый уровень, равный увеличенному в 20 раз среднему значению шумового яркостного РЛИ, полученному при наличии в принятом сигнале только собственных шумов приемника, определяются точки абсолютного и локальных максимумов яркостного РЛИ и сравниваются с пороговым уровнем, в случае превышения которого выделенные максимумы считаются яркими точками. Угловые координаты ярких точек вычисляются по формулам (1) и (2). После окончания зондирования в 3-х или более направлениях производится расчет ΔV.9 - highlighting bright points and calculating angular coordinates. The bright maximums are local maxima of the total radar image that exceed the detection threshold, set at a signal-to-noise ratio of 13 dB (20 times). At smaller ratios, the accuracy of direction-finding deteriorates sharply. The highlighting of bright points on the total radar radar is performed as follows: the brightness radar radar equal to the square of the integrated radar radar module of the total channel is calculated, the threshold level is calculated, which is equal to 20 times the average value of the noise radar radar radar, obtained if there are only receiver noise in the received signal, the points are determined the absolute and local maxima of the brightness radar radar and are compared with a threshold level, in case of exceeding which the highlighted maxima are considered bright points. The angular coordinates of the bright points are calculated by formulas (1) and (2). After sounding is completed in 3 or more directions, ΔV is calculated.
10 - расчет ΔV. Расчет ΔV по (4) основан на методе линейного оценивания с минимальной среднеквадратической ошибкой [9, стр.49-57]. Вычисления получаются сравнительно простыми, т.к. размерность обращаемой матрицы получается 3×3.10 - calculation of ΔV. The calculation of ΔV according to (4) is based on the linear estimation method with a minimum mean square error [9, p. 49-57]. The calculations are relatively simple, because the dimension of the inverse matrix is 3 × 3.
11 - коррекция ИНС. Процедура коррекции может выполняться способами, рекомендованными, например, в [10, стр.217].11 - ANN correction. The correction procedure can be performed by the methods recommended, for example, in [10, p. 217].
Предлагаемый способ коррекции вектора скорости был исследован с помощью математического моделирования полета над различными типами поверхностей. Результаты моделирования показали, что модуль вектора скорости может быть уточнен до 0,1-0,3%, а угол сноса - до 10-15', в зависимости от точностных характеристик антенной системы.The proposed method for correcting the velocity vector was investigated using mathematical modeling of flight over various types of surfaces. The simulation results showed that the velocity vector module can be refined to 0.1-0.3%, and the drift angle to 10-15 ', depending on the accuracy characteristics of the antenna system.
Проводились также летные испытания БМРЛС, в результате которых были определены уровни отраженных сигналов от различных поверхностей.BMRL radar flight tests were also conducted, as a result of which the levels of reflected signals from various surfaces were determined.
На фиг.4 приводится РЛИ участка суши с поверхностью типа луг с кустарником. РЛИ получено при испытаниях когерентной моноимпульсной БМРЛС сантиметрового диапазона. Полет проводился на высоте 50 м со скоростью около 50 м/с. Здесь следует отметить, что РЛИ представляет собой набор ярких точек.Figure 4 shows the XRD plot of land with a surface type meadow with shrubs. The radar image was obtained in tests of a coherent monopulse BMDMS of the centimeter range. The flight was carried out at an altitude of 50 m with a speed of about 50 m / s. It should be noted here that the radar image is a set of bright points.
На фиг.5 приводится РЛИ водной поверхности. Условия полета те же. Скорость ветра у поверхности не превышала 1 м/с, и волнение практически отсутствовало. Хотя уровень отраженного в сторону БМРЛС сигнала для такой поверхности очень мал (на 40 дБ меньше, чем над сушей), на РЛИ присутствуют яркие точки 12, значительно превышающие шумовые выбросы 13.Figure 5 shows the radar image of the water surface. Flight conditions are the same. The wind speed at the surface did not exceed 1 m / s, and the waves were practically absent. Although the level of the signal reflected to the side of the radar detector for such a surface is very small (40 dB less than over land), there are
Таким образом, результаты математического моделирования и летные испытания БМРЛС показывают высокую эффективность предлагаемого способа компенсации ошибок ИНС и возможность построения навигационного комплекса, реализующего этот способ.Thus, the results of mathematical modeling and flight tests of BMRLS show the high efficiency of the proposed method for compensating ANN errors and the ability to build a navigation system that implements this method.
ЛитератураLiterature
1. Авиационные системы управления. Том 2. Радиоэлектронные системы самонаведения. Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003.1. Aviation control systems.
2. Винницкий А.С. Автономные радиосистемы. - М.: Радио и связь, 1986.2. Vinnitsky A.S. Autonomous radio systems. - M.: Radio and Communications, 1986.
3. Патент РФ №2207613.3. RF patent No. 2207613.
4. Патент США №5485384.4. US Patent No. 5,485,384.
5. ГОСТ 20058-80. Динамика летательного аппарата в атмосфере.5. GOST 20058-80. The dynamics of the aircraft in the atmosphere.
6. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Том 3. - М.: Сов. Радио, 1978.6. Reference radar. Ed. M. Skolnik.
7. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. Том 4. - М.: Сов. Радио, 1978.7. Handbook of radar. Ed. M. Skolnik.
8. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны. Под ред. В.Т.Горяинова. - М.: Радио и связь, 1988.8. Radar stations with digital synthesis of the antenna aperture. Ed. V.T. Goryainova. - M.: Radio and Communications, 1988.
9. Брамер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. - М.: Наука, 1982.9. Bramer K., Ziffling G. Kalman-Bucy Filter. - M.: Science, 1982.
10. Авиационные системы управления. Том 3. Системы командного радиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения. Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2004.10. Aviation control systems.
Claims (2)
где , , - комплексные амплитуды k-й яркой точки в
суммарном, разностном азимутальном и разностном угломестном РЛИ, χβ, χε - комплексные калибровочные коэффициенты азимутальной и угломестной пеленгационной характеристики, β1, ε1 - положение равносигнального направления диаграммы направленности в нормальной системе координат ИНС при i-м направлении зондирования, или, в случае полета над ровной горизонтальной или водной поверхностью, угол места k-й яркой точки εk определяется по формуле
где Нi - высота полета при i-м направлении зондирования; Dk - дальность до k-й яркой точки, при этом ошибка измерения скорости летательного аппарата инерциальной навигационной системой ΔV определяется по формуле
где P - матрица, размерностью ЗхК, преобразования вектора невязки в вектор ошибки измерения скорости, P=(RT·R+I)-1·RT; R - матрица координат ярких точек, размерностью K×3, k-я строка которой соответствует вектору направления на k-ю яркую точку где λ - длина волны зондирующего сигнала; ΔF - вектор невязки размерностью 1×K, k-й элемент которого равен где Fk - доплеровское смещение частоты k-й яркой точки, - вектор скорости, определяемый ИНС во время зондирования в i-м направлении; I - единичная матрица, 1. A method for determining the error of measuring the speed of an aircraft (LA) by an inertial navigation system (ANN), including sensing the earth's surface with microwave electromagnetic signals in several directions with a change in azimuth and elevation, with a modulation of the probing signal, which allows measuring delay time and Doppler frequency shift signals reflected by resolved surface elements, characterized in that a coherent one is selected, selected by angular coordinates natam with the formation of monopulse total and differential azimuth and elevation channels in the normal ANN coordinate system, receiving reflected signals, receiving on each channel a complex radar image (RLI) of the irradiated surface in coordinates, the Doppler frequency offset is the distance during sounding in each i-th direction, which differ in the azimuthal and elevation plane by no less than the width of the radiation pattern, i = 1, ... I, I≥3, distinguish a probe on the radar of the total channel of each direction the brightest points by calculating the brightness radar radar, equal to the squared module of the integrated radar radar of the total channel, calculating the threshold level equal to twenty times the average value of the noise radar radar radar, obtained when the received signal contains only the receiver's own noise, determining the points of the absolute and local maxima of the brightness Radar data and comparisons with a threshold level, above which the highlighted maxima are considered bright points, and their ranges and Doppler shift are determined eniya frequency is then calculated using the difference channel radar data, azimuth and elevation angle βk εk k-th luminous point, k = 1 ... K, K - total number of bright points obtained by sensing in all directions, by the formulas
Where , , are the complex amplitudes of the kth bright point in
total, difference azimuthal and difference elevation radar radar, χ β , χ ε are the complex calibration coefficients of the azimuthal and elevation direction-finding characteristic, β 1 , ε 1 is the position of the signal direction of the radiation pattern in the ANN normal coordinate system for the i-th sensing direction, or, in in case of flight over an even horizontal or water surface, the elevation angle of the kth bright point ε k is determined by the formula
where H i - flight altitude in the i-th direction of sounding; D k - the distance to the k-th brightest point, while the error in measuring the speed of the aircraft inertial navigation system ΔV is determined by the formula
where P is the matrix, dimension ЗхК, the transformation of the residual vector into the error vector of the velocity measurement, P = (R T · R + I) -1 · R T ; R is the coordinate matrix of bright points, dimension K × 3, the kth row of which corresponds to the direction vector to the kth bright point where λ is the wavelength of the probe signal; ΔF is the residual vector of dimension 1 × K, the kth element of which is equal to where F k is the Doppler frequency shift of the k-th bright point, is the velocity vector determined by the ANN during sounding in the i-th direction; I is the identity matrix
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139353/09A RU2411538C2 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139353/09A RU2411538C2 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008139353A RU2008139353A (en) | 2010-04-10 |
RU2411538C2 true RU2411538C2 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=42670932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008139353/09A RU2411538C2 (en) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2411538C2 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483324C1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface |
RU2550081C2 (en) * | 2013-09-30 | 2015-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor |
RU2552515C2 (en) * | 2013-09-30 | 2015-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method of measuring altitude and radar altimeter with continuous chirp signal using said method |
RU2551896C2 (en) * | 2013-10-10 | 2015-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor |
RU2617565C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-04-25 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of inertial data estimation and its correction according to measurement of satellite navigation system |
RU2658115C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method of the aircraft velocity vector and distance to the ground object simultaneous measurement |
RU2660159C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle |
RU2691771C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of detecting ground moving targets by onboard radar |
-
2008
- 2008-10-02 RU RU2008139353/09A patent/RU2411538C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483324C1 (en) * | 2011-11-23 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface |
RU2550081C2 (en) * | 2013-09-30 | 2015-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor |
RU2552515C2 (en) * | 2013-09-30 | 2015-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method of measuring altitude and radar altimeter with continuous chirp signal using said method |
RU2551896C2 (en) * | 2013-10-10 | 2015-06-10 | Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor |
RU2617565C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-04-25 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of inertial data estimation and its correction according to measurement of satellite navigation system |
RU2658115C2 (en) * | 2016-11-22 | 2018-06-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method of the aircraft velocity vector and distance to the ground object simultaneous measurement |
RU2660159C1 (en) * | 2017-07-31 | 2018-07-05 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle |
RU2691771C1 (en) * | 2018-10-22 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Method of detecting ground moving targets by onboard radar |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008139353A (en) | 2010-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2411538C2 (en) | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method | |
US8269667B2 (en) | GPS-based roll rate and roll angle measurement in the absence of jamming | |
CN110824510B (en) | Method for increasing number of sea surface reflection signals received by GNSS-R height measurement satellite | |
EP3056922B1 (en) | Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter | |
US11454702B2 (en) | Synthetic aperture radar method and synthetic aperture radar device | |
CN110426690B (en) | Automatic calibration method for airborne weather radar beam pointing | |
US8717226B2 (en) | Method for processing signals of an airborne radar with correction of the error in the radar beam pointing angle and corresponding device | |
RU2682661C1 (en) | Method of active review single-pulse radiolocation with an inverse synthesis of antenna aperture | |
RU2392635C2 (en) | Method for detecting and determining coordinates of search object | |
US8791859B2 (en) | High precision radio frequency direction finding system | |
CN105301570A (en) | Outfield scaling method of airborne ATI SAR (Along Track Interferometric Synthetic Aperture Radar) system | |
EP2310872B1 (en) | Radar tracking system | |
CN110058204A (en) | One kind being based on the matched satellite antenna beam center calibrating method of directional diagram | |
US9429660B2 (en) | Single antenna GPS measurement of roll rate and roll angle of spinning platform | |
RU2735744C1 (en) | Method for survey of single-position trilateration incoherent radar ranging of aerial targets | |
CN103487798A (en) | Method for measuring height of phase array radar | |
RU2661357C1 (en) | Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects | |
RU2521890C2 (en) | Method of guiding aircraft to ground object | |
RU2699552C9 (en) | Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space | |
CN112213699A (en) | Method for calculating performance parameters of satellite-borne SAR (synthetic aperture radar) system in large squint imaging mode | |
RU2483324C1 (en) | Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface | |
RU2660159C1 (en) | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle | |
RU2564552C1 (en) | Navigation method of airborne vehicle as per radar images of earth surface | |
RU2316019C1 (en) | Method for measurement of object altitude on the basis of multichannel radar | |
RU2550299C2 (en) | Method of determining true velocity of ship from measurements of travel distance on tack from fixed constellation of spacecraft of mid-orbit satellite radio navigation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181003 |