RU2471152C1 - Method of aircraft navigation - Google Patents

Method of aircraft navigation Download PDF

Info

Publication number
RU2471152C1
RU2471152C1 RU2011115248/28A RU2011115248A RU2471152C1 RU 2471152 C1 RU2471152 C1 RU 2471152C1 RU 2011115248/28 A RU2011115248/28 A RU 2011115248/28A RU 2011115248 A RU2011115248 A RU 2011115248A RU 2471152 C1 RU2471152 C1 RU 2471152C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
measured
angle
coordinates
error
Prior art date
Application number
RU2011115248/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Алексеевич Хрусталев
Юрий Васильевич Кольцов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2011115248/28A priority Critical patent/RU2471152C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2471152C1 publication Critical patent/RU2471152C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention may be used to build various radiolocating or similar systems designed for navigation of aircrafts (AC) by detection of location and control of AC movement. A reference area map is used, which has been made prior to start of AC movement, a measured section of the reference map area is selected, the current map is made - parameters are measured on the measured section of the reference map with the help of radio waves emitted in the form of beams. At the same time produced values of current and reference maps of the measured section are compared, indices of data proximity are calculated, errors of measurements are identified on the basis of assessment of an error of AC angular oscillations measurement by pitch, confirmed values of a correction signal by planned coordinates and altitude are detected, AC movement control is carried out on the basis of correction of their location as the appropriate measured section is travelled through.
EFFECT: improved accuracy.
7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных или аналогичных систем, предназначенных для определения местоположения летательных аппаратов с использованием радиоволн и управления движением летательных аппаратов.The invention relates to the field of radar technology and can be used in the construction of various radar or similar systems designed to determine the location of aircraft using radio waves and control the movement of aircraft.

Для обеспечения навигации летательных аппаратов (ЛА) определяют местоположение ЛА путем измерения их текущих координат. Местоположение ЛА определяют с помощью радиоволн для применения в радиолокационных системах навигации.To ensure the navigation of aircraft (LA) determine the location of the aircraft by measuring their current coordinates. The location of the aircraft is determined using radio waves for use in radar navigation systems.

В основе радиолокационных систем навигации лежат корреляционно-экстремальные способы навигации (КЭСН), обеспечивающие отыскание и слежение за оптимальным режимом движения ЛА [1]. КЭСН обеспечивают измерение показателей экстремального режима ЛА, обработку указанной информации и выработку управляющего воздействия для коррекции координат местоположения ЛА. Наиболее часто используют картосличительные КЭСН по геофизическим полям, основанные на сравнении текущих карт местности, полученных с использованием радиоволн, с эталонными картами той же местности, априори находящимися на ЛА, в основе которых лежит определение местоположения ЛА с последующим управлением движением ЛА путем коррекции их местоположения. Эталонные карты устанавливают на ЛА до момента начала движения над заданной поверхностью местности, а текущие карты получают во время движения ЛА. По отклонениям эталонных карт местности от текущих в заданной точке траектории движения ЛА определяют отклонение фактической траектории от заданной. В результате сравнения эталонных и текущих карт местности вырабатывают поправки в координаты ЛА для управления движением путем коррекции местоположения ЛА.Radar navigation systems are based on the correlation-extreme navigation methods (KESN), which ensure the search and tracking of the optimal flight mode of the aircraft [1]. KESN provide the measurement of indicators of the extreme regime of the aircraft, the processing of this information and the development of the control action to correct the coordinates of the location of the aircraft. Most often they use map-matching KESN according to geophysical fields, based on a comparison of current maps of the area obtained using radio waves with reference maps of the same area, a priori located on the aircraft, based on determining the location of the aircraft and then controlling the movement of the aircraft by correcting their location. Reference cards are installed on the aircraft until the start of movement over a given surface area, and current cards are received during the movement of the aircraft. The deviation of the reference terrain maps from the current at a given point trajectory of the aircraft determines the deviation of the actual trajectory from the given. As a result of comparing the reference and current terrain maps, corrections to the coordinates of the aircraft are developed to control the movement by correcting the location of the aircraft.

Сравнение эталонной и текущей карт осуществляется на основе вычисления функционалов, достигающих глобального экстремума при полном совмещении изображений указанных карт. Для обработки полученной при движении ЛА информации используют разностные алгоритмы, основанные на вычислении разностей измеренных высот текущей карты.Comparison of the reference and current cards is carried out on the basis of the calculation of the functionals that reach the global extremum with full combination of images of these cards. To process the information obtained during the movement of the aircraft, difference algorithms are used, based on the calculation of the differences in the measured heights of the current map.

Известен способ навигации летательных аппаратов [2], использующийся в корреляционно-экстремальных системах навигации и заключающийся в определении местоположения ЛА с использованием радиоволн, излучаемых в виде одного луча (далее: радиоволн в виде луча), позволяющий снимать информацию в текущей точке.A known method of navigation of aircraft [2], used in correlation-extreme navigation systems and consisting in determining the location of the aircraft using radio waves emitted in the form of a single beam (hereinafter: radio waves in the form of a beam), allows you to take information at the current point.

Реализация способа [2] заключается в следующем.The implementation of the method [2] is as follows.

Используют информацию эталонной карты местности о навигационном поле земли, которая до начала движении находится на ЛА.Use the information of the reference map of the area about the navigation field of the earth, which is located on the aircraft before the start of movement.

Выбирают участок местности (мерный участок), который определяется величиной допустимых отклонений ЛА по дальности (квадрат неопределенности).Select a site of terrain (measured area), which is determined by the value of the permissible deviations of the aircraft in range (square of uncertainty).

Измеряют с использованием одного луча радиоволн значения высот

Figure 00000001
(индекс «т» принадлежит текущей карте) от ЛА до рельефа мерного участка в i точках (i=1, 2, 3,… N) траектории движения ЛА (трассы
Figure 00000002
).The heights are measured using a single beam of radio waves.
Figure 00000001
(the “t” index belongs to the current map) from the aircraft to the relief of the measuring section at i points (i = 1, 2, 3, ... N) the trajectory of the aircraft (track
Figure 00000002
)

После прохождения ЛА мерного участка вычисляют отклонения

Figure 00000003
высот
Figure 00000004
измеренные с помощью радиоволн, от высот Hoi, измеренных бародатчиком (абсолютная высота), в точках i траектории движения ЛАAfter passing the LA measured area, deviations are calculated
Figure 00000003
heights
Figure 00000004
measured by radio waves, from the heights H oi measured by the bar sensor (absolute height), at points i of the aircraft trajectory

Figure 00000005
Figure 00000005

Составляют для мерного участка текущую карту на основе вычисленных высот рельефа

Figure 00000006
после прохождения мерного участка, то есть получают карту высот рельефа мерного участка (плановые координаты мерного участка), для составления которой используют данные о скорости ЛА и угловых колебаниях ЛА (тангаж, крен и курс).Draw up a current map for the measured area based on the calculated elevation heights
Figure 00000006
after passing the measured area, that is, get a map of the elevation of the relief of the measured area (planned coordinates of the measured area), for compiling which data on the speed of the aircraft and the angular oscillations of the aircraft (pitch, roll and course) are used.

Определяют на основе эталонной карты местности трассы

Figure 00000007
(индекс «э» принадлежит эталонной карте), направленные вдоль мерного участка с шагом j (j=1, 2, 3,… N) поперек мерного участка, соответствующим шагу эталонной карты (плановые координаты эталонной карты).Determined on the basis of a reference map of the terrain of the route
Figure 00000007
(the index “e” belongs to the reference map) directed along the measured section with a step j (j = 1, 2, 3, ... N) across the measured section corresponding to the step of the reference map (planned coordinates of the reference map).

Совмещают текущую и эталонную карты исследуемой местности.Combine the current and reference maps of the study area.

Сравнивают текущее

Figure 00000008
и эталонное
Figure 00000009
значения путем корреляционно-экстремальной обработки реализаций с использованием разностных алгоритмов КЭСН.Compare current
Figure 00000008
and reference
Figure 00000009
values by correlation-extreme processing of implementations using KESN difference algorithms.

Вычисляют сигнал коррекции местоположения ЛА по трем координатам на основе анализа взаимных смещений эталонной и текущей карт местности мерного участка.A signal for correcting the location of the aircraft in three coordinates is calculated based on an analysis of the mutual displacements of the reference and current terrain maps of the measured area.

Управляют движением ЛА путем коррекции его местоположения.Control the movement of the aircraft by correcting its location.

В данном КЭСН траектория движения ЛА разделена на два последовательных участка: измерения и коррекции.In this KESN, the aircraft trajectory is divided into two successive sections: measurement and correction.

Недостатками способа [2] являются:The disadvantages of the method [2] are:

выработка сигнала коррекции только после пролета всего мерного участка;generation of a correction signal only after the passage of the entire measured area;

необходимость измерения абсолютной высоты ЛА над нулевым уровнем HO эталонной карты, а также необходимы дополнительные вычисления для определения средних уровней высот измеренной карты и эталонной карты. Проведение таких вычислений не позволяет реализовать оперативную обработку данных за время движения ЛА над мерным участком;the need to measure the absolute height of the aircraft above the zero level H O of the reference map, and additional calculations are needed to determine the average levels of heights of the measured map and the reference map. Carrying out such calculations does not allow for the operational processing of data during the movement of the aircraft over the measured area;

низкая точность составления текущей карты с использованием одного луча, поскольку для измерения высоты до исследуемой местности ширина луча радиоволн должна быть достаточно широкой. При этом снижается точность определения дальности до отдельных точек поверхности и, соответственно, снижается точность составления текущей карты;low accuracy of compiling the current map using a single beam, since in order to measure the height to the studied area, the width of the beam of radio waves should be wide enough. This reduces the accuracy of determining the range to individual points on the surface and, accordingly, decreases the accuracy of compiling the current map;

отсутствие информации о текущем местоположении ЛА в процессе движения над мерным участком, поскольку обработка измеренной информации осуществляется после пролета всего мерного участка;lack of information about the current location of the aircraft in the process of moving over the measured area, since the processing of the measured information is carried out after the passage of the entire measured area;

низкая точность вычисления сигнала коррекции по трем координатам за счет наличия погрешности в данных из-за угловых колебаний ЛА по тангажу, которая является существенной.low accuracy of calculating the correction signal in three coordinates due to the presence of an error in the data due to the angular oscillations of the aircraft in pitch, which is significant.

Известен способ навигации летательных аппаратов [3], выбранный за прототип.A known method of navigation of aircraft [3], selected for the prototype.

Способ навигации ЛА осуществляется следующим образом.The navigation method of the aircraft is as follows.

Используют информацию эталонной карты местности, установленной на ЛА до начала движения, о навигационном поле земли.Use the information of the reference map of the terrain, installed on the aircraft before the start of movement, about the navigation field of the earth.

Выбирают необходимый участок местности эталонной карты, который представляет собой мерный участок и определяется величиной допустимых отклонений ЛА по дальности (квадрат неопределенности).Select the required area of the terrain of the reference map, which is a measured area and is determined by the value of the permissible deviations of the aircraft in range (uncertainty square).

Составляют текущую карту путем измерения параметров мерного участка с помощью радиоволн. Лучи радиоволн излучают следующим образом. Первым излучают луч, направление распространения которого расположено в плоскости, ортогональной плоскости горизонта мерного участка, или в плоскости, которая находится под углом к плоскости горизонта мерного участка (первый луч). Далее излучают лучи, направления распространения которых не совпадают с направлением распространения первого луча, причем направления распространения одной части лучей находятся слева (по направлению движения ЛА) от первого луча, а другой части - справа (по направлению движения ЛА) от первого луча. Количество лучей справа и слева от первого луча одинаковое.Make up the current map by measuring the parameters of the measured area using radio waves. Rays of radio waves emit as follows. The first to emit a beam, the propagation direction of which is located in a plane orthogonal to the plane of the horizon of the measured section, or in a plane that is at an angle to the plane of the horizon of the measured section (first beam). Then, rays are emitted whose propagation directions do not coincide with the propagation direction of the first ray, and the propagation directions of one part of the rays are to the left (in the direction of the aircraft) from the first ray, and the other part to the right (in the direction of the aircraft) from the first ray. The number of rays to the right and left of the first ray is the same.

Вычисляют местоположение ЛА в плановых координатах мерного участка на основе измерений с помощью лучей радиоволн наклонных дальностей от ЛА до поверхности мерного участка и использования данных о скорости и угловых колебаниях ЛА (тангаж, крен, курс).The location of the aircraft in the planned coordinates of the measured area is calculated based on measurements using beams of radio waves of inclined ranges from the aircraft to the surface of the measured area and the use of data on the speed and angular oscillations of the aircraft (pitch, roll, course).

Проводят вычисления, аналогичные описанным выше, по эталонной карте для каждого возможного положения ЛА внутри квадрата неопределенности для каждой гипотезы.Calculations are performed similar to those described above, using a reference map for each possible position of the aircraft inside the uncertainty square for each hypothesis.

Вычисляют для всех гипотез внутри квадрата неопределенности слагаемые показателя близости.For all hypotheses inside the square of uncertainty, the terms of the proximity indicator are calculated.

Проводят по завершении всех измерений поиск экстремума показателя близости.At the end of all measurements, an extremum of the proximity indicator is searched.

Определяют поправки к координатам местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка на основе анализа взаимных смещений эталонной и текущей карт местности мерного участка.The corrections to the coordinates of the location of the aircraft in the planned coordinates of the measured area are determined based on an analysis of the mutual displacements of the reference and current terrain maps of the measured area.

После определения местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка вычисляют высоту ЛА над поверхностью мерного участка в координатах мерного участка (в точке определения местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка) как сумму высоты, представляющей собой значение измеренной наклонной дальности, умноженное на косинус угла наклона луча относительно перпендикуляра к поверхности мерного участка, и поправки, определяемой по эталонной карте, представляющей собой разность высот рельефа мерного участка в точке определения наклонной дальности и точке, находящейся на линии перпендикуляра к поверхности мерного участка.After determining the location of the aircraft in the planned coordinates of the measured area, calculate the height of the aircraft above the surface of the measured area in the coordinates of the measured area (at the point of determining the location of the aircraft in the planned coordinates of the measured area) as the sum of the height, which is the value of the measured oblique range, multiplied by the cosine of the angle of inclination of the beam relative to perpendicular to the surface of the measured section, and the correction determined by the reference map, which is the difference in the elevation of the relief of the measured section at the point Nia slant range and a point located on a line perpendicular to the dimensional surface area.

Выдают поправки к координатам местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка по трем координатам.Corrections are given to the coordinates of the location of the aircraft in the planned coordinates of the measuring area in three coordinates.

Управляют движением ЛА путем коррекции его местоположения по трем координатам: плановым координатам и значениям высоты до поверхности мерного участка по мере прохождения мерного участка.Control the movement of the aircraft by correcting its location in three coordinates: the planned coordinates and the height values to the surface of the measured section as the measured section passes.

Недостатком способа [3] является низкая точность вычисления сигнала коррекции по трем координатам за счет наличия погрешности измерений в данных, вызванных погрешностью измерения угловых колебаний ЛА по тангажу, которая является существенной. Дело в том, что погрешность измерения угловых колебаний по тангажу дает ошибку измерения наклонной дальности, которую необходимо учитывать при проведении измерений.The disadvantage of this method [3] is the low accuracy of calculating the correction signal in three coordinates due to the presence of measurement error in the data caused by the measurement error of the aircraft angular oscillations in pitch, which is significant. The fact is that the error in measuring angular oscillations in pitch gives an error in measuring the slant range, which must be taken into account when taking measurements.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности способа навигации летательных аппаратов за счет того, что при вычислении сигнала коррекции местоположения для управления движением летательных аппаратов учитывают погрешность, возникающую при движении над мерным участком за счет погрешности измерения угловых колебаний летательных аппаратов.The technical result of the invention is to increase the accuracy of the navigation method of aircraft due to the fact that when calculating the position correction signal for controlling the movement of aircraft take into account the error that occurs when moving over the measured area due to the error in measuring the angular oscillations of the aircraft.

Технический результат достигается тем, что в способе навигации летательных аппаратов, заключающемся в использовании эталонной карты местности как априорной информации о навигационном поле, выборе участка местности (мерный участок), находящегося в пределах эталонной карты, составлении текущей карты путем вычисления плановых координат и высоты мерного участка на основе измерений наклонных дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн, излучаемых в виде лучей, определении разности результатов многолучевых измерений, сравнении значений плановых координат текущей и эталонной карт, вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением летательных аппаратов путем коррекции их местоположения, при измерении наклонных дальностей измеряют интегральные параметры отраженных импульсов по каждому из лучей, а перед коррекцией местоположения летательных аппаратов сравнивают интегральные параметры измеренных и эталонных (априорной информации) отраженных импульсов для каждого луча с учетом типа и наклона подстилающей поверхности, определяют погрешность многолучевых измерений, вызванную погрешностью измерения угловых колебаний летательных аппаратов по тангажу, проводят сравнение значений плановых координат текущей и эталонной карт с учетом погрешности многолучевых измерений, вычисляют уточненное значение сигнала коррекции по плановым координатам и высоте, сравнение интегральных параметров измеренных и эталонных отраженных импульсов по каждому из лучей проводят путем поиска эталонного отраженного импульса, интегральный параметр которого соответствует интегральному параметру измеренного отраженного импульса, для поиска отраженного эталонного импульса, соответствующего по интегральному параметру измеренному отраженному импульсу, используют базу данных об интегральных параметрах эталонных отраженных сигналов, представляющую собой массив данных, элементы которого в цифровом виде хранят интегральные параметры эталонных отраженных импульсов с учетом типа подстилающей поверхности и диапазона углов, под которым может производиться измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности, тип подстилающей поверхности определяется типом подстилающих поверхностей ячеек эталонной карты, находящихся внутри окружности, радиус которой зависит от высоты движения летательного аппарата и ширины излучаемого луча, причем если типы ячеек разные, то выбирают тот тип, который имеет наибольшее количество ячеек, находящихся ближе к центру окружности, при определении угла, под которым производится измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности суммируют угол отклонения каждого конкретного луча от вертикали при отсутствии угловых колебаний и угол тангажа (априорно известные данные, полученные до проведения многолучевых измерений), а также угол наклона подстилающей поверхности, при определении угла наклона подстилающей поверхности определяют средний угол наклона ячеек эталонной карты, находящихся внутри окружности, радиус которой зависит от высоты движения летательного аппарата и ширины излучаемого луча, для определения погрешности многолучевых измерений, по результатам сравнения интегральных параметров измеренных и эталонных отраженных импульсов по каждому из лучей определяют дополнительный угол отклонения от вертикали каждого из лучей, вызванный погрешностью измерения угловых колебаний летательных аппаратов по тангажу.The technical result is achieved by the fact that in the method of navigation of aircraft, which consists in using a reference map of the area as a priori information about the navigation field, selecting a plot of terrain (measured section) located within the reference map, compiling the current map by calculating the planned coordinates and the height of the measured section based on measurements of slant ranges using the multipath mode of measurement using radio waves emitted in the form of rays, determining the difference in the results of multipath and measurements, comparing the values of the planned coordinates of the current and reference maps, calculating the signal of the correction of the trajectory of movement and controlling the movement of aircraft by correcting their location, when measuring oblique ranges, measure the integrated parameters of the reflected pulses for each of the rays, and before correcting the location of the aircraft, compare the integral parameters of the measured and reference (a priori information) reflected pulses for each beam, taking into account the type and inclination of the underlying surface , determine the error of multipath measurements caused by the error of measuring the angular oscillations of aircraft by pitch, compare the values of the planned coordinates of the current and reference maps taking into account the error of multipath measurements, calculate the updated value of the correction signal by the planned coordinates and height, compare the integral parameters of the measured and reference reflected pulses for each of the rays is carried out by searching for a reference reflected pulse, the integral parameter of which corresponds to the tegral parameter of the measured reflected pulse, to search for the reflected reference pulse corresponding to the measured parameter of the reflected reflected integral, use the database of the integrated parameters of the reference reflected signals, which is an array of data whose elements digitally store the integrated parameters of the reference reflected pulses, taking into account the type of underlying the surface and the range of angles at which slant ranges to the underlying surface can be measured In particular, the type of underlying surface is determined by the type of underlying surfaces of the cells of the reference card inside the circle, the radius of which depends on the height of the aircraft and the width of the emitted beam, and if the types of cells are different, then choose the type that has the largest number of cells closer to the center of the circle, when determining the angle at which the inclined ranges to the underlying surface are measured, the angle of deviation of each specific beam from the vertical is summed at In the absence of angular oscillations, the pitch angle (a priori known data obtained before multipath measurements), as well as the angle of inclination of the underlying surface, when determining the angle of inclination of the underlying surface, determine the average angle of inclination of the cells of the reference map inside the circle, the radius of which depends on the height of the aircraft apparatus and the width of the emitted beam, to determine the error of multipath measurements, by comparing the integrated parameters of the measured and reference reflected impulses the pulses for each of the rays determine the additional angle of deviation from the vertical of each of the rays, caused by the error in measuring the angular oscillations of the aircraft pitch.

При реализации способ навигации летательных аппаратов позволяет уточнить местоположение ЛА при коррекции движения ЛА во время прохождения мерного участка с меньшей погрешностью.When implemented, the method of navigation of aircraft allows you to specify the location of the aircraft during the correction of the movement of the aircraft during the passage of the measured area with less error.

Способ навигации ЛА поясняют следующие чертежи:The navigation method of the aircraft is explained by the following drawings:

- на фигуре 1 представлено взаимное расположение систем координат при движении ЛА;- the figure 1 shows the relative position of the coordinate systems during the movement of the aircraft;

- на фигуре 2 представлена часть поверхности мерного участка с нанесенной на него сеткой эталонной карты с шагом ΔЭ, на которой показаны положение ЛА, вертикаль на поверхность мерного участка ЛА-А, линия измеренной наклонной дальности ЛА до поверхности мерного участка ЛА-Б и угол отклонения направления излучения при измерении наклонной дальности от вертикали γ1;- figure 2 presents a part of the surface of the measured area with a grid of a reference card with a step Δ E , which shows the position of the aircraft, the vertical to the surface of the measured area of LA-A, the line of the measured slant range of the aircraft to the surface of the measured area of LA-B and the angle deviations of the radiation direction when measuring the slant range from the vertical γ 1 ;

- на фигуре 3 представлены: направление движения ЛА; линия горизонта; линейный профиль подстилающей поверхности, находящийся под углом γ2 (средним) по отношению к горизонту;- figure 3 presents: the direction of movement of the aircraft; skyline; a linear profile of the underlying surface, located at an angle γ 2 (average) with respect to the horizon;

- на фигуре 4 показаны два импульса: первый (1) - эталонный отраженный импульс от поверхности мерного участка (фиг.1, точка А) и второй (2) - измеренный отраженный импульс от поверхности мерного участка (фиг.1, точка Б), полученный при проведении измерений.- figure 4 shows two pulses: the first (1) is the reference reflected pulse from the surface of the measured section (figure 1, point A) and the second (2) is the measured reflected pulse from the surface of the measured section (figure 1, point B), received during measurements.

Импульсы 1 и 2 (фиг.4) имеют следующие параметры: АМАХ1 - максимальное значение импульса 1; AMAX2 - максимальное значение импульса 2; t1 - длительность импульса 1 на уровне половины его максимального значения (0,5·AMAX1); t2 - длительность импульса 2 на уровне половины его максимального значения (0,5·AMAX2), причем t2>t1; ΔtCM1 - временное смещение максимума импульса 1 относительно уровня 10% его максимума (0,1·AMAX1); ΔtCM2 - временное смещение максимума импульса 2 относительно уровня 10% его максимума (0,1·AMAX2); при этом временное смещение максимума i-го импульса ΔtCMi характеризует изменение его формы за счет различных факторов, в данном случае это влияние (наличие γ1) угловых колебаний ЛА по тангажу.Pulses 1 and 2 (figure 4) have the following parameters: A MAX1 - the maximum value of the pulse 1; A MAX2 - maximum value of impulse 2; t 1 - pulse duration 1 at half its maximum value (0.5 · A MAX1 ); t 2 - pulse duration 2 at half its maximum value (0.5 · A MAX2 ), and t 2 > t 1 ; Δt CM1 - temporary displacement of the maximum of the pulse 1 relative to the level of 10% of its maximum (0.1 · A MAX1 ); Δt CM2 - temporary displacement of the maximum of the pulse 2 relative to the level of 10% of its maximum (0.1 · A MAX2 ); in this case, the temporary displacement of the maximum of the ith pulse Δt CMi characterizes the change in its shape due to various factors, in this case, this is the influence (presence of γ 1 ) of the aircraft angular oscillations in pitch.

С учетом сказанного, определим интегральный параметр (ИП) i-го отраженного импульса как совокупность значений следующих величин: максимального значения AMAXi импульса, длительности импульса на уровне половины его максимального значения ti, временного смещения максимума импульса относительно уровня 10% его максимума ΔtCMi, и запишем какWith this in mind, we define the integral parameter (PI) of the i-th reflected pulse as a set of values of the following values: the maximum value A MAXi of the pulse, the duration of the pulse at half its maximum value t i , the temporal displacement of the maximum pulse relative to the level of 10% of its maximum Δt CMi , and write how

Figure 00000010
Figure 00000010

Способ навигации реализуется следующим образом.The navigation method is implemented as follows.

Реализацию способа навигации ЛА рассмотрим на примере составления текущей карты с помощью многолучевых измерений с использованием трех лучей радиоволн, расположенных в одной плоскости, которая находится под углом к плоскости горизонта мерного участка.We will consider the implementation of the aircraft navigation method using the example of compiling the current map using multi-beam measurements using three rays of radio waves located in one plane, which is at an angle to the horizontal plane of the measured section.

За время движения над мерным участком определяют текущую карту местности, для составления которой используют данные об измеренных значениях наклонной дальности с помощью лучей радиоволн, а также значениях скорости и углах эволюции ЛА (тангаж, крен и курс - априорно известные данные, полученные до проведения указанных ниже измерений). При этом данные о тангаже имеют собственную погрешность измерения.During the movement over the measured area, the current map of the area is determined, for the compilation of which data on the measured values of the slant range using the rays of radio waves, as well as the values of the speed and angles of evolution of the aircraft (pitch, roll and course - a priori known data obtained prior to the following measurements). In this case, the pitch data has its own measurement error.

При анализе использованы следующие системы координат, показанные на фиг.1, для: эталонной карты рельефа местности (большой прямоугольник на фиг.1); квадрата неопределенности (квадрат на фиг.1); возможных положений ЛА внутри квадрата неопределенности в момент начала измерений (точки на фиг.1) и точек траектории ЛА, в которых производят измерения (ромбы на фиг.1).In the analysis, the following coordinate systems are used, shown in FIG. 1, for: a reference map of the terrain (large rectangle in FIG. 1); the square of uncertainty (the square in figure 1); possible positions of the aircraft inside the uncertainty square at the time of the start of measurements (points in FIG. 1) and points of the trajectory of the aircraft at which measurements are made (diamonds in figure 1).

Местная система координат является левой прямоугольной декартовой системой координат Orxryrzr с началом Or. При этом оси Orxr и Oryr лежат в плоскости местного горизонта, то есть xr и yr являются плановыми координатами ЛА. Относительно плоскости Orxryr определяют высоты рельефа местности и ЛА. Таким образом, указанные высоты являются соответствующими значениями координаты zr. Начало координат Or выбрано так, что ось Oryr направлена в расчетную точку появления ЛА над участком местности, соответствующим эталонной карте. Ось Oryr считается коллинеарной по отношению к горизонтальной составляющей расчетного вектора скорости ЛА (фиг.1). Плановая система координат неподвижна и связана с эталонной картой.The local coordinate system is the left rectangular Cartesian coordinate system O r x r y r z r with the origin O r . In this case, the axes O r x r and O r y r lie in the plane of the local horizon, that is, x r and y r are the planned coordinates of the aircraft. Relative to the plane O r x r y r determine the elevation of the terrain and the aircraft. Thus, the indicated heights are the corresponding values of the coordinate z r . The origin of the coordinates O r is chosen so that the axis O r y r is directed to the calculated point of the appearance of the aircraft over the area corresponding to the reference map. The axis O r y r is considered collinear with respect to the horizontal component of the calculated velocity vector of the aircraft (Fig. 1). The planned coordinate system is fixed and connected to the reference map.

Для того чтобы привязать плановые координаты к эталонной карте, используют дискретную систему координат. При этом оси Nx и Ny сонаправлены с осями местной системы Orxryr (фиг.1). Нулевым индексам в дискретной системе координат соответствует левый нижний угол эталонной карты. Предполагаемое значение дискретных координат ЛА в момент начала сбора данных Or обозначим как (nxrЭ, nуrЭ).In order to attach the planned coordinates to the reference map, use a discrete coordinate system. In this case, the axes N x and N y are aligned with the axes of the local system O r x r y r (Fig. 1). Zero indices in the discrete coordinate system correspond to the lower left corner of the reference map. The estimated value of the discrete coordinates of the aircraft at the time of the start of data collection O r is denoted as (n xrЭ , n урЭ ).

Связь между координатами дискретной и местной систем координат определяется выражениями видаThe relationship between the coordinates of the discrete and local coordinate systems is determined by expressions of the form

Figure 00000011
Figure 00000011

где ΔЭ - размер ячейки сетки эталонной карты.where Δ E is the grid cell size of the reference card.

При определении координат точек измерений в виде точек пересечения подстилающей поверхности и лучей радиоволн используют систему координат, связанную с текущим положением ЛА. Начало координат этой системы (точка Оа) поместим в текущую точку проекции траектории ЛА на плоскость плановых координат. Ось Оаха по направлению совпадает с текущим направлением вектора скорости ЛА.When determining the coordinates of the measurement points in the form of intersection points of the underlying surface and the rays of the radio waves, a coordinate system is used that is associated with the current position of the aircraft. The origin of this system (point O a ) will be placed at the current projection point of the aircraft trajectory on the plane of the planned coordinates. On the x axis and the direction and coincides with the current direction of the aircraft velocity vector.

Связь между координатами системы, связанной с ЛА, и местной системы координат определяется выражениямиThe relationship between the coordinates of the system associated with the aircraft, and the local coordinate system is determined by the expressions

Figure 00000012
Figure 00000012

где xrc и yrc - координаты проекции текущего положения ЛА на плоскость плановых координат; αх - курс ЛА в текущей точке измерений (угол между вектором скорости ЛА и осью Orxr).where x rc and y rc are the coordinates of the projection of the current position of the aircraft on the plane of the planned coordinates; α x - the course of the aircraft at the current measurement point (the angle between the velocity vector of the aircraft and the axis O r x r ).

Исходными данными для вычислений в КЭСН являются:The initial data for calculations in KESN are:

- эталонная карта, представляющая собой массив данных о рельефе местности, элементы которого представляют собой высоты рельефа в узлах координатной сетки эталонной карты на плоскости Orxryr, и массив данных о типе подстилающей поверхности, элементы которого представляют собой условные обозначения типов подстилающих поверхностей между узлами координатной сетки эталонной карты на плоскости Orxryr;- a reference map, which is an array of terrain data, the elements of which are the elevations in the nodes of the coordinate grid of the reference map on the plane O r x r y r , and an array of data on the type of underlying surface, the elements of which are symbols for the types of underlying surfaces between the nodes of the coordinate grid of the reference map on the plane O r x r y r ;

- база данных об интегральных параметрах эталонных отраженных сигналов, представляющая собой массив данных, элементы которого в цифровом виде хранят значения интегральных параметров эталонных отраженных импульсов с учетом типа подстилающей поверхности и диапазона углов, под которым может производиться измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности;- a database of integrated parameters of the reference reflected signals, which is an array of data whose elements digitally store the values of the integrated parameters of the reference reflected pulses, taking into account the type of the underlying surface and the range of angles at which the inclined ranges to the underlying surface can be measured;

- интегральные параметры измеренных отраженных импульсов;- integrated parameters of the measured reflected pulses;

- данные, определяемые углом между лучами αR радиоволн;- data determined by the angle between the rays α R of the radio waves;

- данные измерений, отличных от полученных с помощью лучей радиоволн, поступающие с каждым результатом измерений: значения угла αZ крена, угла αх курса, угла αt тангажа, скорости ν ЛА;- measurement data, different from those obtained with the help of the rays of radio waves, arriving with each measurement result: values of the angle α Z of the roll, angle α x of the course, angle α t of pitch, speed ν of the aircraft;

- текущая карта, представляющая собой набор значений наклонных дальностей по всем трем лучам, полученных в каждом измерении.- the current map, which is a set of values of inclined ranges for all three rays received in each dimension.

Текущая карта местности определяется матрицей Н(nx,ny) размером Nx×Ny, а эталонная карта - матрицей НЭ(nx,ny) размером N×NуЭ. Дискретные значения nsx и nsy соответствуют горизонтальному и вертикальному смещению текущей карты относительно эталонной и отсчитываются от левого нижнего угла эталонной карты, для которого nsx=nsy=0.The current terrain map is determined by the matrix N (n x , n y ) of size N x × N y , and the reference map is determined by the matrix N E (n x , n y ) of size N x E × N uE . The discrete values of n sx and n sy correspond to the horizontal and vertical displacement of the current map relative to the reference and are counted from the lower left corner of the reference map, for which n sx = n sy = 0.

В предлагаемом способе используют дифференциально-разностный алгоритм обработки многолучевых измерений, который рассмотрим на примере трехлучевого КЭСН. Лучи радиоволн излучают последовательно в следующем порядке: первым - центральный луч (по направлению движения ЛА), вторым - левый луч и третьим - правый луч относительно центрального луча.In the proposed method, a differential-difference algorithm for processing multipath measurements is used, which we will consider using the example of a three-beam KESN. Rays of radio waves emit sequentially in the following order: the first is the central beam (in the direction of movement of the aircraft), the second is the left beam and the third is the right beam relative to the central beam.

Измеряют наклонные дальности и интегральные параметры отраженных сигналов (измеренных сигналов) по каждому лучу.The slant ranges and integrated parameters of the reflected signals (measured signals) for each beam are measured.

Определяют разности измерений левого и центрального лучей, правого и центрального лучей текущего измерения, а также вычисляют разности измерений центрального луча в текущем измерении и в предыдущем. По эталонной карте для каждой гипотезы определяют положение координат в каждой точке, для которой рассчитывают высоты рельефа местности на мерном участке.The differences of measurements of the left and central rays, the right and central rays of the current measurement are determined, and the differences of measurements of the central beam in the current measurement and in the previous one are also calculated. Using the reference map for each hypothesis, the position of the coordinates at each point is determined, for which the elevation of the terrain in the measured area is calculated.

Обработку данных каждого измерения производят следующим образом.Data processing for each measurement is as follows.

По полученным данным о наклонных дальностях, а также об угловых колебаниях ЛА вычисляют координаты точек измерений в системе координат, связанной с ЛА.Based on the data on inclined ranges, as well as on angular oscillations of the aircraft, the coordinates of the measurement points are calculated in the coordinate system associated with the aircraft.

Вычисляют местные координаты проекции точки траектории ЛА на плоскость плановых координат и высоту ЛА над поверхностью мерного участка в координатах мерного участка.The local coordinates of the projection of the point of the trajectory of the aircraft on the plane of the planned coordinates and the height of the aircraft above the surface of the measured area in the coordinates of the measured area are calculated.

Для каждой гипотезы, то есть для всех возможных положений ЛА внутри квадрата неопределенности, вычисляется одно слагаемое показателя близости.For each hypothesis, that is, for all possible positions of the aircraft inside the uncertainty square, one term of the proximity indicator is calculated.

Необходимо отметить, что наличие погрешностей измерений за счет угловых колебаний ЛА по тангажу (фиг.2, угол γ1) приводит к дополнительной погрешности при определении поправок к координатам, для устранения которой выполняют следующие операции.It should be noted that the presence of measurement errors due to angular oscillations of the aircraft in pitch (Fig. 2, angle γ 1 ) leads to an additional error in determining corrections to the coordinates, to eliminate which the following operations are performed.

Измеряют и запоминают интегральные параметры (ИП) измеренных отраженных сигналов по всем трем лучам при последнем измерении.Measure and remember the integrated parameters (PI) of the measured reflected signals for all three rays in the last measurement.

Определяют на эталонной карте по определенным ранее точкам измерений в местной системе координат средний угол наклона поверхности (фиг.3, угол γ2) и тип подстилающей поверхности для каждого из лучей при последнем измерении.On the reference map, the average angle of inclination of the surface (Fig. 3, angle γ 2 ) and the type of underlying surface for each of the rays in the last measurement are determined from the previously determined measurement points in the local coordinate system.

Используют базу данных об интегральных параметрах эталонных отраженных сигналов для трех лучей с учетом отклонения луча от вертикали и среднего угла наклона поверхности, а также типа подстилающей поверхности для каждого луча.A database is used about the integrated parameters of the reference reflected signals for three rays, taking into account the deviation of the beam from the vertical and the average angle of inclination of the surface, as well as the type of underlying surface for each beam.

Определяют величину дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу каждого из лучей за счет погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу, используя интегральные параметры эталонных и измеренных отраженных сигналов по каждому лучу.The value of the additional angle of deviation from the vertical by the pitch of each of the rays is determined due to the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch using the integral parameters of the reference and measured reflected signals for each beam.

Проводят поиск экстремума показателя близости. Показатель близости данных P(nhx,nhy) для данного случая запишем какSearch for the extremum of the proximity indicator. The proximity index of data P (n hx , n hy ) for this case can be written as

Figure 00000013
Figure 00000013

Здесь nhx и nhy - смещения точки Or для различных гипотез; K - количество измерений;

Figure 00000014
- разность измеренных в k-м измерении значений высоты по первому и левому лучам;
Figure 00000015
- разность измеренных в k-м измерении значений высоты по первому и правому лучам;
Figure 00000016
- разность значений высоты измеренных в k-м и (k-1)-м измерениях;
Figure 00000017
- разность определенных для некоторой гипотезы (для определенного значения nhx и nhy) значений высоты по данным эталонной карты на k-м измерении по первому и левому лучам;
Figure 00000018
- разность определенных для некоторой гипотезы значений высоты по данным эталонной карты на k-м измерении по первому и правому лучам;
Figure 00000019
- разность определенных для некоторой гипотезы значений высоты по данным эталонной карты на k-м и (k-1)-м измерениях по первому лучу.Here n hx and n hy are the displacements of the point O r for various hypotheses; K is the number of measurements;
Figure 00000014
- the difference of the height values measured in the k-th measurement on the first and left rays;
Figure 00000015
- the difference of the height values measured in the k-th measurement on the first and right rays;
Figure 00000016
- the difference in height values measured in the k-th and (k-1) -th dimensions;
Figure 00000017
- the difference of the height values determined for a certain hypothesis (for a specific value of n hx and n hy ) according to the data of the reference map in the kth dimension according to the first and left rays;
Figure 00000018
- the difference of the height values determined for a certain hypothesis according to the data of the reference map in the kth dimension according to the first and right rays;
Figure 00000019
- the difference of the height values determined for a certain hypothesis according to the data of the reference map on the k-th and (k-1) -th measurements on the first ray.

Определяют поправки к координатам местоположения ЛА по плановым координатам мерного участка и высоте.Corrections to the coordinates of the location of the aircraft are determined by the planned coordinates of the measuring section and the height.

Уточняют поправки к координатам ЛА по плановым координатам и высоте на основе определения дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу каждого луча.Corrections are made to the coordinates of the aircraft according to the planned coordinates and height based on the determination of the additional angle of deviation from the vertical by the pitch of each beam.

Выдают поправки к координатам местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка по трем координатам.Corrections are given to the coordinates of the location of the aircraft in the planned coordinates of the measuring area in three coordinates.

Управляют движением ЛА путем коррекции его местоположения по трем координатам (плановые и высота) по мере прохождения мерного участка.Control the movement of the aircraft by correcting its location in three coordinates (planned and height) as the measured area passes.

Рассмотрим данный алгоритм на примере первого луча.Consider this algorithm as an example of the first ray.

Наличие погрешности в измерениях, вызванных погрешностью измерения угловых колебаний ЛА по тангажу (фиг.2), дает ошибку измерения дальности, что снижает точность определения поправок к координатам местоположения ЛА.The presence of an error in the measurements caused by the error in measuring the angular oscillations of the aircraft in pitch (FIG. 2) gives a measurement error in range, which reduces the accuracy of determining corrections to the coordinates of the location of the aircraft.

Если погрешность измерений за счет погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу отсутствует, например, когда первый луч направлен вертикально вниз и подстилающая поверхность горизонтальна (фиг.2, по линии А-ЛА), то измеренный отраженный сигнал совпадает по форме с эталонным отраженным сигналом.If the measurement error due to the error in measuring the angular oscillations of the aircraft in pitch is absent, for example, when the first beam is directed vertically down and the underlying surface is horizontal (Fig. 2, along the A-LA line), then the measured reflected signal coincides in shape with the reference reflected signal.

При наличии отклонения первого луча от вертикали (фиг.2 по линии Б-ЛА), наклона подстилающей поверхности по отношению к вертикали (фиг.3) и конкретной формы диаграммы обратного рассеяния (ДОР, которая характеризует тип поверхности (степень ее шероховатости) и имеет сильную зависимость от угла падения на нее луча [4]) происходит изменение интегрального параметра отраженного сигнала (как определено выражением (2)), характеризующего изменение его формы: амплитуда измеренного отраженного сигнала уменьшается, а его длительность увеличивается по сравнению с эталонной, поэтому изменяется временное смещение максимума измеренного отраженного импульса относительно уровня 10% его максимума на величину ΔtCM2 (фиг.4) по сравнению с временным смещением максимума эталонного отраженного импульса относительно уровня 10% его максимума ΔtCM1 (фиг.4).If there is a deviation of the first beam from the vertical (Fig. 2 along the B-LA line), the inclination of the underlying surface with respect to the vertical (Fig. 3), and a specific shape of the backscatter pattern (DOR, which characterizes the type of surface (the degree of its roughness) and has a strong dependence on the angle of incidence of the beam on it [4]), the integrated parameter of the reflected signal changes (as defined by expression (2)), which characterizes the change in its shape: the amplitude of the measured reflected signal decreases, and its duration increases with equal to the reference, therefore, the temporal shift of the maximum of the measured reflected pulse relative to the level of 10% of its maximum by Δt CM2 (Fig. 4) is compared with the time offset of the maximum of the reference reflected pulse relative to the level of 10% of its maximum Δt CM1 (Fig. 4).

Рассмотрим влияние на погрешность трехлучевых измерений погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу на следующем примере. Действие погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу проявляется в том, что интегральный параметр измеренного отраженного импульса будет определяться суммой следующих углов: среднего угла наклона подстилающей поверхности, угла отклонения от вертикали по тангажу (априорно известен) и дополнительного угла отклонения от вертикали по тангажу, вызванного погрешностью измерения угловых колебаний ЛА по тангажу.Let us consider the influence on the error of three-beam measurements of the error in measuring the angular oscillations of an aircraft by pitch using the following example. The effect of the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch is manifested in the fact that the integral parameter of the measured reflected pulse will be determined by the sum of the following angles: the average angle of inclination of the underlying surface, the angle of deviation from the vertical pitch (known a priori) and the additional angle of deviation from the vertical pitch caused by the error in measuring the angular oscillations of the aircraft in pitch.

Если известен тип подстилающей поверхности, угол наклона подстилающей поверхности и угол отклонения от вертикали по тангажу, то по измеренным временному смещению максимума измеренного отраженного импульса и его длительности на уровне половины максимального значения, используя базу данных об интегральных параметрах эталонных отраженных импульсов, можно определить дополнительный угол отклонения луча по тангажу - угол, определяющий погрешностью измерения, вызванную погрешностью измерения угловых колебаний ЛА по тангажу.If the type of the underlying surface, the angle of inclination of the underlying surface and the angle of deviation from the vertical along the pitch are known, then from the measured temporal displacement of the maximum of the measured reflected pulse and its duration at half the maximum value, using the database on the integrated parameters of the reference reflected pulses, you can determine the additional angle pitch deviation of the beam - the angle that determines the measurement error caused by the measurement error of the aircraft angular oscillations in pitch.

Рассмотрим подробно алгоритм определения погрешности измерения за счет погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу.Let us consider in detail the algorithm for determining the measurement error due to the error in measuring the aircraft angular oscillations in pitch.

Запоминают временное положение максимумов и длительности на уровне половины максимального значения измеренных отраженных импульсов по всем трем лучам при последнем измерении перед поиском экстремума показателя близости.Remember the temporary position of the maxima and the duration at half the maximum value of the measured reflected pulses for all three rays during the last measurement before searching for the extremum of the proximity indicator.

Определяют по эталонной карте по ранее определенным точкам измерений в местной системе координат средний угол наклона и тип подстилающей поверхности для каждого из лучей при последнем измерении перед поиском экстремума показателя близости. Искомая подстилающая поверхность может включать от 1 до М ячеек эталонной карты, количество которых определяется диаметром окружности, радиус которой зависит от высоты движения ЛА и ширины излучаемого луча. При этом рассматривают ячейки эталонной карты, у которых не менее половины площади находится внутри указанной окружности.Using the reference map, the average angle of inclination and the type of underlying surface for each of the rays in the last measurement before searching for the extremum of the proximity indicator are determined from the previously determined measurement points in the local coordinate system. The desired underlying surface may include from 1 to M cells of the reference map, the number of which is determined by the diameter of the circle, the radius of which depends on the height of the aircraft and the width of the emitted beam. In this case, cells of the reference map are considered, in which at least half of the area is inside the specified circle.

Определяют средний угол наклона искомой подстилающей поверхности на эталонной карте относительно горизонтали после определения местоположения ЛА на эталонной карте (фиг.3).Determine the average angle of inclination of the desired underlying surface on the reference map relative to the horizontal after determining the location of the aircraft on the reference map (figure 3).

Определяют по эталонной карте тип искомой подстилающей поверхности - по типам ячеек эталонной карты, включенных в искомую подстилающую поверхность. Причем если типы ячеек разные, то выбирают тот тип, который имеет набольшее количество ячеек, находящихся ближе к центру окружности.The type of the underlying underlying surface is determined from the reference map — by the types of cells of the reference map included in the desired underlying surface. Moreover, if the types of cells are different, then choose the type that has the largest number of cells located closer to the center of the circle.

При определении угла наклона подстилающей поверхности определяют средний угол наклона ячеек эталонной карты, находящихся внутри окружности, радиус которой зависит от высоты движения летательного аппарата и ширины излучаемого луча.When determining the angle of inclination of the underlying surface, the average angle of inclination of the cells of the reference card inside the circle, the radius of which depends on the height of the aircraft and the width of the emitted beam, is determined.

Используют из базы данных значения временных положений максимумов и длительности на уровне их половины максимального значения (интегральные параметры) эталонных отраженных импульсов для каждого из лучей с учетом определенных типа и среднего угла наклона подстилающей поверхности.Using the database, the values of the temporal positions of the maxima and the duration at the level of their half maximum value (integral parameters) of the reference reflected pulses for each of the rays, taking into account the specific type and average angle of inclination of the underlying surface.

Определяют угол отклонения от вертикали по тангажу каждого из лучей радиоволн путем поиска в базе данных эталонного отраженного импульса, интегральный параметр которого соответствует интегральному параметру измеренного отраженного импульса и определения угла отклонения от вертикали по тангажу. В базе данных для каждого эталонного отраженного импульса определен угол отклонения от вертикали по тангажу. Полученный угол отклонения от вертикали каждого из лучей (угол, под которым производится измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности) включает в себя угол отклонения каждого конкретного луча от вертикали при отсутствии угловых колебаний и угол тангажа (априорно известные данные, полученные до проведения многолучевых измерений), средний угол наклона подстилающей поверхности, а также дополнительный угол, вызванный погрешностью измерения угловых колебаний по тангажу.The angle of deviation from the vertical is determined by the pitch of each of the rays of the radio waves by searching the database of the reference reflected pulse, the integral parameter of which corresponds to the integral parameter of the measured reflected pulse and determining the angle of deviation from the vertical by pitch. In the database, for each reference reflected pulse, the pitch deviation angle from the vertical is determined. The obtained angle of deviation from the vertical of each of the rays (the angle at which the inclined ranges to the underlying surface are measured) includes the angle of deviation of each specific beam from the vertical in the absence of angular oscillations and the pitch angle (a priori known data obtained before multipath measurements), the average angle of inclination of the underlying surface, as well as the additional angle caused by the error in measuring the pitch angle angular vibrations.

Находят значение и направление (влево или вправо от направления движения ЛА) дополнительного угла по тангажу векторным вычитанием из полученного угла отклонения от вертикали для каждого из лучей угла отклонения каждого конкретного луча от вертикали при отсутствии угловых колебаний, угла тангажа и угла наклона подстилающей поверхности.Find the value and direction (left or right of the aircraft motion direction) of the additional pitch angle by vector subtraction from the obtained angle of deviation from the vertical for each of the rays, the angle of deviation of each specific beam from the vertical in the absence of angular vibrations, pitch angle and angle of inclination of the underlying surface.

Определяют среднее значение дополнительного угла, вызванного погрешностью измерения угловых колебаний ЛА по тангажу, усреднением этих значений для каждого из лучей.Determine the average value of the additional angle caused by the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch, by averaging these values for each of the rays.

Уточняют на основе определенных значений и направлений дополнительного угла по тангажу поправки к координатам ЛА по плановым координатам.On the basis of certain values and directions of the additional angle in terms of pitch, the corrections to the coordinates of the aircraft are determined according to the planned coordinates.

При проведении указанных операций предполагалось, что вычисление всех составляющих и экстремума показателя близости получают после завершения всех измерений, при вычислении которых использовались разности значений высот (как в прототипе). Наличие погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу ведет к тому, что вместо высот в данном случае используют наклонные дальности, а местоположение ЛА смещено в пространстве относительно эталонной карты.When conducting these operations, it was assumed that the calculation of all components and the extremum of the proximity indicator is obtained after completion of all measurements, the calculation of which used the difference in elevation values (as in the prototype). The presence of an error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch leads to the fact that instead of heights, in this case, inclined ranges are used, and the location of the aircraft is shifted in space relative to the reference map.

Уточнение поправок к координатам ЛА по плановым координатам ведет к сдвигу экстремума показателя близости данных по эталонной карте в направлении, задаваемом направлением дополнительного угла по тангажу, на значение, определяемое вычисленной ранее высотой движения ЛА и тангенсом дополнительного угла наклона по тангажу.The refinement of corrections to the coordinates of the aircraft according to the planned coordinates leads to a shift in the extremum of the proximity indicator of the data on the reference map in the direction specified by the direction of the additional pitch angle by a value determined earlier by the aircraft altitude and the tangent of the additional pitch angle.

Вычисляют уточненную высоту ЛА над поверхностью мерного участка в координатах мерного участка (в точке определения местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка) как сумму высоты, представляющей собой значение измеренной наклонной дальности, умноженное на косинус угла наклона луча относительно перпендикуляра к поверхности мерного участка с учетом дополнительного угла наклона по тангажу, и поправки, определяемой по эталонной карте, представляющей собой разность высот рельефа мерного участка в точке определения наклонной дальности и точке, находящейся на линии перпендикуляра к поверхности мерного участка.The updated aircraft height above the surface of the measured area is calculated in the coordinates of the measured area (at the point of determining the location of the aircraft in the planned coordinates of the measured area) as the sum of the height, which is the value of the measured slant range, multiplied by the cosine of the angle of inclination of the beam relative to the perpendicular to the surface of the measured area, taking into account the additional pitch angle, and the correction determined by the reference map, which is the difference in the elevation of the relief of the measuring section at the point of definition of the inclined to the point and the point located on the line of the perpendicular to the surface of the measuring section.

Выдают поправки к координатам местоположения ЛА в плановых координатах мерного участка по трем координатам и определяют уточненное значение сигнала коррекции.Corrections are given to the coordinates of the location of the aircraft in the planned coordinates of the measuring area in three coordinates and the updated value of the correction signal is determined.

Управляют движением ЛА путем коррекции их местоположения по трем координатам по мере прохождения мерного участка.Control the movement of the aircraft by correcting their location in three coordinates as you progress through the measuring section.

Управление движением ЛА осуществляется в темпе поступления измеренной информации, но с более высокой точностью, поскольку по мере прохождения мерного участка осуществляется коррекция местоположения ЛА по трем координатам с учетом поправок на ошибки при проведении измерений из-за погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу.The movement of the aircraft is controlled at the rate of receipt of the measured information, but with higher accuracy, since as the measured section is passed, the location of the aircraft is corrected in three coordinates, taking into account corrections for errors during measurements due to the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch.

Проведенное моделирование рассмотренного алгоритма показало, что учет погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу в единицы градусов позволяет уменьшить погрешность определения поправок к координатам ЛА по плановым координатам как минимум в два раза. Это существенно повышает точность навигации ЛА.The modeling of the considered algorithm showed that taking into account the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch of units of degrees allows us to reduce the error in determining corrections to the coordinates of the aircraft from the planned coordinates by at least two times. This significantly improves the accuracy of navigation.

Важно отметить, что рассмотренный способ навигации ЛА с предложенным алгоритмом сохраняет свои положительные свойства при различном количестве лучей радиоволн. Число используемых лучей радиоволн определяется только временем, в течение которого обеспечивается измерение местоположения ЛА при движении над мерным участком поверхности.It is important to note that the considered method of aircraft navigation with the proposed algorithm retains its positive properties with a different number of radio waves. The number of used rays of radio waves is determined only by the time during which the measurement of the location of the aircraft when moving above the measured surface area is provided.

Таким образом, способ навигации летательных аппаратов обладает рядом существенных преимуществ перед аналогом и прототипом, поскольку значительно повышает точность навигации (повышает точность определения поправок к координатам ЛА по трем координатам) за счет учета погрешности измерения угловых колебаний ЛА по тангажу, которые на практике оказывают наибольшее влияние на погрешность измерения.Thus, the aircraft navigation method has a number of significant advantages over the analogue and prototype, since it significantly increases navigation accuracy (improves the accuracy of determining corrections to the coordinates of the aircraft in three coordinates) by taking into account the error in measuring the angular oscillations of the aircraft by pitch, which in practice have the greatest impact on measurement error.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985. - 328 с. (с.10-11, 19-22, 25-34).1. Beloglazov I.N., Dzhandzhgava G.I., Chigin G.P. Fundamentals of navigation through geophysical fields. - M .: Nauka, 1985 .-- 328 p. (p. 10-11, 19-22, 25-34).

2. Ржевкин В.А. Автономная навигация по картам местности // Зарубежная радиоэлектроника. - 1981. - №10. - С.3-28.2. Rzhevkin V.A. Autonomous navigation on terrain maps // Foreign Radio Electronics. - 1981. - No. 10. - S. 3-28.

3. Патент №2338158 РФ. МПК G01C 21/00 (2006.01). Способ навигации летательных аппаратов / Хрусталев А.А., Кольцов Ю.В., Егоров С.Н. // Ретроспективный комплект описаний изобретений за 2008 г. на DVD (Опубл. 10.11.2008. - Бюл. №31) (прототип).3. Patent No. 2338158 of the Russian Federation. IPC G01C 21/00 (2006.01). Aircraft navigation method / Khrustalev A.A., Koltsov Yu.V., Egorov S.N. // Retrospective set of descriptions of inventions for 2008 on DVD (Publ. 10.11.2008. - Bull. No. 31) (prototype).

4. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. - 536 с. (с.186, 126-129).4. Finkelstein M.I. Basics of radar. - M .: Radio and communications, 1983 .-- 536 p. (p.186, 126-129).

Claims (7)

1. Способ навигации летательных аппаратов, заключающийся в использовании эталонной карты местности как априорной информации о навигационном поле, выборе участка местности (мерный участок), находящегося в пределах эталонной карты, составлении текущей карты путем вычисления плановых координат и высоты мерного участка на основе измерений наклонных дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн, излучаемых в виде лучей, определении разности результатов многолучевых измерений, сравнении значений плановых координат текущей и эталонной карт, вычислении сигнала коррекции траектории движения и управлении движением летательных аппаратов путем коррекции их местоположения, отличающийся тем, что при измерении наклонных дальностей измеряют интегральные параметры отраженных импульсов по каждому из лучей, а перед коррекцией местоположения летательных аппаратов сравнивают интегральные параметры измеренных и эталонных (априорной информации) отраженных импульсов для каждого луча с учетом типа и наклона подстилающей поверхности, определяют погрешность многолучевых измерений, вызванную погрешностью измерения угловых колебаний летательных аппаратов по тангажу, проводят сравнение значений плановых координат текущей и эталонной карт с учетом погрешности многолучевых измерений, вычисляют уточненное значение сигнала коррекции по плановым координатам и высоте.1. The method of navigation of aircraft, which consists in using a reference map of the area as a priori information about the navigation field, selecting a plot of the terrain (measured area) within the reference map, compiling the current map by calculating the planned coordinates and the height of the measured area based on measurements of inclined ranges using the multipath measurement mode using radio waves emitted in the form of rays, determining the difference in the results of multipath measurements, comparing the values of the planned coordinates nat current and reference maps, calculating the signal of the correction of the trajectory of motion and controlling the movement of aircraft by correcting their location, characterized in that when measuring inclined ranges, the integrated parameters of the reflected pulses are measured for each of the rays, and before correcting the location of the aircraft, the integrated parameters of the measured and the reference (a priori information) reflected pulses for each beam, taking into account the type and inclination of the underlying surface, determine the error s multipath measurement, the measurement error caused by the angular oscillation of aircraft pitch attitude, the comparison is carried plane coordinates and the reference current value cards with the multipath error of measurements, calculating a corrected value of the coordinates and planned altitude correction signal. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сравнение интегральных параметров измеренных и эталонных отраженных импульсов по каждому из лучей проводят путем поиска эталонного отраженного импульса, интегральный параметр которого соответствует интегральному параметру измеренного отраженного импульса.2. The method according to claim 1, characterized in that the comparison of the integrated parameters of the measured and reference reflected pulses for each of the rays is carried out by searching for a reference reflected pulse, the integral parameter of which corresponds to the integrated parameter of the measured reflected pulse. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для поиска отраженного эталонного импульса, соответствующего по интегральному параметру измеренному отраженному импульсу, используют базу данных об интегральных параметрах эталонных отраженных сигналов, представляющую собой массив данных, элементы которого в цифровом виде хранят интегральные параметры эталонных отраженных импульсов с учетом типа подстилающей поверхности и диапазона углов, под которым может производиться измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности.3. The method according to claim 2, characterized in that to search for a reflected reference pulse corresponding to the measured reflected pulse in terms of the integrated parameter, a database is used about the integrated parameters of the reference reflected signals, which is an array of data whose elements digitally store the integral parameters of the reference reflected pulses taking into account the type of underlying surface and the range of angles at which slant ranges to the underlying surface can be measured. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тип подстилающей поверхности определяется типом подстилающих поверхностей ячеек эталонной карты, находящихся внутри окружности, радиус которой зависит от высоты движения летательного аппарата и ширины излучаемого луча, причем если типы ячеек разные, то выбирают тот тип, который имеет набольшее количество ячеек, находящихся ближе к центру окружности.4. The method according to claim 1, characterized in that the type of underlying surface is determined by the type of underlying surfaces of the cells of the reference card inside a circle whose radius depends on the height of the aircraft and the width of the emitted beam, and if the types of cells are different, then select that type which has the largest number of cells closer to the center of the circle. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении угла, под которым производится измерение наклонных дальностей до подстилающей поверхности, суммируют угол отклонения каждого конкретного луча от вертикали при отсутствии угловых колебаний и угол тангажа (априорно известные данные, полученные до проведения многолучевых измерений), а также угол наклона подстилающей поверхности.5. The method according to claim 1, characterized in that when determining the angle at which the inclined ranges to the underlying surface are measured, the angle of deviation of each specific beam from the vertical in the absence of angular oscillations and the pitch angle are summed up (a priori known data obtained before multipath measurements), as well as the angle of inclination of the underlying surface. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при определении угла наклона подстилающей поверхности определяют средний угол наклона ячеек эталонной карты, находящихся внутри окружности, радиус которой зависит от высоты движения летательного аппарата и ширины излучаемого луча.6. The method according to claim 5, characterized in that when determining the angle of inclination of the underlying surface, the average angle of inclination of the cells of the reference card inside the circle, the radius of which depends on the height of the aircraft and the width of the emitted beam, is determined. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения погрешности многолучевых измерений, по результатам сравнения интегральных параметров измеренных и эталонных отраженных импульсов по каждому из лучей определяют дополнительный угол отклонения от вертикали каждого из лучей, вызванный погрешностью измерения угловых колебаний летательных аппаратов по тангажу. 7. The method according to claim 1, characterized in that for determining the error of multipath measurements, by comparing the integrated parameters of the measured and reference reflected pulses for each of the rays, an additional angle of deviation from the vertical of each of the rays is determined, caused by the error in measuring the angular oscillations of aircraft the pitch.
RU2011115248/28A 2011-04-18 2011-04-18 Method of aircraft navigation RU2471152C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011115248/28A RU2471152C1 (en) 2011-04-18 2011-04-18 Method of aircraft navigation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011115248/28A RU2471152C1 (en) 2011-04-18 2011-04-18 Method of aircraft navigation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2471152C1 true RU2471152C1 (en) 2012-12-27

Family

ID=49257541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011115248/28A RU2471152C1 (en) 2011-04-18 2011-04-18 Method of aircraft navigation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2471152C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2525601C1 (en) * 2013-02-18 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex correlation-extreme navigation system
RU2536320C1 (en) * 2013-07-26 2014-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of aircrafts
RU2558699C1 (en) * 2014-05-22 2015-08-10 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Complex method of aircraft navigation
RU2559820C1 (en) * 2014-06-30 2015-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for navigation of moving objects
RU2623452C1 (en) * 2016-05-19 2017-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of moving objects
RU2694786C1 (en) * 2018-11-12 2019-07-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Navigation combined optical system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636122A (en) * 1992-10-16 1997-06-03 Mobile Information Systems, Inc. Method and apparatus for tracking vehicle location and computer aided dispatch
RU2284544C1 (en) * 2005-05-30 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of navigation of flying vehicles
RU2338158C1 (en) * 2007-05-17 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method for aircraft navigation
RU2406071C1 (en) * 2009-07-14 2010-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of mobile object navigation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636122A (en) * 1992-10-16 1997-06-03 Mobile Information Systems, Inc. Method and apparatus for tracking vehicle location and computer aided dispatch
RU2284544C1 (en) * 2005-05-30 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of navigation of flying vehicles
RU2338158C1 (en) * 2007-05-17 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method for aircraft navigation
RU2406071C1 (en) * 2009-07-14 2010-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of mobile object navigation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕЛОГЛАЗОВ И.Н., ДЖАНДЖГАВА Г.И., ЧИГИН Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985, с.10-11, 19-22, 25-34. *
ЛЯПИН А.И., ХРУСТАЛЕВ А.А., СУВОРОВ Е.Ю., АНИКИНА Е.Н. Методы обработки изображений и распознавания объектов на меняющемся фоне // Тезисы докладов международной специализированной выставки-конференции военных и двойных технологий «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления». - Н.Новгород: 2002, с.64-65. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2525601C1 (en) * 2013-02-18 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex correlation-extreme navigation system
RU2536320C1 (en) * 2013-07-26 2014-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of aircrafts
RU2558699C1 (en) * 2014-05-22 2015-08-10 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Complex method of aircraft navigation
RU2559820C1 (en) * 2014-06-30 2015-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for navigation of moving objects
RU2623452C1 (en) * 2016-05-19 2017-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of moving objects
RU2694786C1 (en) * 2018-11-12 2019-07-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Navigation combined optical system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2471152C1 (en) Method of aircraft navigation
KR101625486B1 (en) Map-based positioning system and method thereof
JP4184351B2 (en) Method and apparatus for determining geomagnetism using compass and method and apparatus for determining azimuth angle of moving object
CN109416256B (en) Travel lane estimation system
Maier et al. Improved GPS sensor model for mobile robots in urban terrain
CN103616036B (en) A kind of airborne sensor systematic error estimation based on cooperative target and compensation method
CN108061889A (en) AIS and the correlating method of radar angular system deviation
CN104390646B (en) The location matching method of underwater hiding-machine terrain aided inertial navigation system
RU2611564C1 (en) Method of aircrafts navigation
US9943959B2 (en) Map localizing with partially obstructed ranging devices for autonomous robots and vehicles
CN109814133A (en) GNSS receiver inclinometric system, method, apparatus and storage medium
JP2021184280A (en) Aircraft landing system and method
CN110018450A (en) AIS is associated with calibration method with radar angular system deviation
RU2623452C1 (en) Method of navigation of moving objects
CN110441760A (en) A kind of large-scale seabed topographic map expansion patterning process based on priori topographic map
RU2515469C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2338158C1 (en) Method for aircraft navigation
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
RU2559820C1 (en) Method for navigation of moving objects
RU2284544C1 (en) Method of navigation of flying vehicles
RU2385468C1 (en) Method of navigating moving objects
RU2680969C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2340874C1 (en) Aircraft navigation method
Joerger et al. Measurement-level integration of carrier-phase GPS and laser-scanner for outdoor ground vehicle navigation
CN105526931A (en) Combined navigation method for underwater vehicle based on individual seabed transponder

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190514