RU2498344C2 - Correlation device for measuring height and ground velocity vector components - Google Patents

Correlation device for measuring height and ground velocity vector components Download PDF

Info

Publication number
RU2498344C2
RU2498344C2 RU2012100936/07A RU2012100936A RU2498344C2 RU 2498344 C2 RU2498344 C2 RU 2498344C2 RU 2012100936/07 A RU2012100936/07 A RU 2012100936/07A RU 2012100936 A RU2012100936 A RU 2012100936A RU 2498344 C2 RU2498344 C2 RU 2498344C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
outputs
control unit
Prior art date
Application number
RU2012100936/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012100936A (en
Inventor
Николай Николаевич Калмыков
Виталий Иванович Вербицкий
Виталий Валерьевич Соловьев
Сергей Андреевич Мельников
Николай Александрович Дядьков
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
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 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority to RU2012100936/07A priority Critical patent/RU2498344C2/en
Publication of RU2012100936A publication Critical patent/RU2012100936A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498344C2 publication Critical patent/RU2498344C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: result is achieved owing to presence of a range of new units with interconnections thereof within the disclosed measuring device, as well as owing to radiation towards the underlying surface and receiving short radio pulse packets reflected from the underlying surface, which are converted in the receiver to bipolar video pulses whose amplitude fluctuates with a frequency defined by the Doppler frequency shift of signals, and ground velocity vector components are determined from the maximum of the cross-correlation function of spaced apart signals reflected from the underlying surface that are received by spaced apart antennae located on an aircraft, taking into account the shape of the antenna system.
EFFECT: broader functional capabilities, high accuracy of measuring the ground velocity vector of aircraft.
3 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в бортовых навигационных системах.The invention relates to the field of radar and can be used in airborne navigation systems.

Известно устройство [1], реализующее способ измерения скорости летательного аппарата относительно подстилающей поверхности, заключающийся в определении корреляционной временной задержки по равенству коэффициента автокорреляции в одном из приемных каналов, коэффициенту взаимной корреляции сигналов двух приемников, вычислении коэффициента автокорреляции во втором приемном канале и нахождении временного положения максимума функции взаимной корреляции сигналов этих приемников. При этом для вычисления скорости используют среднее значение коэффициентов автокорреляции.A device [1] is known that implements a method of measuring the speed of an aircraft relative to the underlying surface, which consists in determining the correlation time delay by equalizing the autocorrelation coefficient in one of the receiving channels, the mutual correlation coefficient of the signals of two receivers, calculating the autocorrelation coefficient in the second receiving channel and finding the temporary position the maximum cross-correlation function of the signals of these receivers. In this case, the average value of the autocorrelation coefficients is used to calculate the speed.

Основным недостатком данного устройства является использование двух приемных антенн, что не позволяет производить измерения с заданной точностью при эволюциях объекта над широким диапазоном типов поверхностей (море, лес и т.п.). Вариант расположения приемных антенн, предлагаемый в [1] не позволяет производить измерения при малых углах сноса (при отсутствии сноса), т.к. в этом случае максимум коэффициента взаимной корреляции определяется разносом антенн по поперечной оси летательного аппарата. При малых углах сноса коэффициент взаимной корреляции мал, что ведет к повышенным погрешностям измерения составляющих вектора путевой скорости. Повысить коэффициент взаимной корреляции возможно путем сближения приемных антенн, однако минимальное расстояние между антеннами ограничено их геометрическими размерами.The main disadvantage of this device is the use of two receiving antennas, which does not allow measurements to be made with a given accuracy when the object evolves over a wide range of surface types (sea, forest, etc.). The location option of the receiving antennas proposed in [1] does not allow measurements at small drift angles (in the absence of drift), because in this case, the maximum cross-correlation coefficient is determined by the spacing of the antennas along the transverse axis of the aircraft. At small drift angles, the cross-correlation coefficient is small, which leads to increased measurement errors of the components of the path velocity vector. It is possible to increase the cross-correlation coefficient by approaching the receiving antennas, however, the minimum distance between the antennas is limited by their geometric dimensions.

Кроме того, конструкция предлагаемой антенной системы не позволяет размещать устройство на относительно узкие и длинные борта летательных аппаратов.In addition, the design of the proposed antenna system does not allow the device to be placed on relatively narrow and long sides of aircraft.

Известен корреляционный измеритель скорости полета и угла сноса [2], который содержит четыре антенны, два приемника, два дискретизатора по времени, линию задержки, коммутатор, два перемножителя, направленный ответвитель, генератор тактовых импульсов, два фильтра нижних частот, передатчик, двигатель, индикатор пути, блок вычитания, блок слежения, три двухсторонних ограничителя, индикаторы скорости ветра и угла сноса, два блока совпадения и делитель.Known correlation meter for flight speed and drift angle [2], which contains four antennas, two receivers, two time discretizers, a delay line, a switch, two multipliers, a directional coupler, a clock, two low-pass filters, a transmitter, an engine, an indicator paths, subtraction unit, tracking unit, three double-sided limiters, wind speed and drift angle indicators, two coincidence units and a divider.

Основным недостатком данного устройства является использование для оценки положения максимумов взаимно-корреляционных функций (ВКФ) пространственно разнесенных сигналов метода вилки при определении транспортного запаздывания, который не позволяет обеспечить высокую точность измерений составляющих вектора путевой скорости.The main disadvantage of this device is the use of spatially separated signals of the fork method for determining the transport delay, which does not allow for high accuracy of measurements of the components of the ground speed vector, to estimate the position of the maxima of the cross-correlation functions (CCF).

Наиболее близким по технической сущности является устройство [3], которое относится к средствам контроля и измерения толщины слоев разнородных по электрофизическим свойствам жидкостей, а также их относительного изменения. Устройство содержит синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, последовательно соединенные антенную систему, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный, ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, вход/выход которого подключен к антенной системе, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с первым выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления.The closest in technical essence is the device [3], which relates to means for monitoring and measuring the thickness of the layers of liquids heterogeneous in the electrophysical properties, as well as their relative changes. The device contains a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, a BOSU, a gain control unit, an attenuation control unit, a voltage-controlled current source, an exchange controller, a series-connected antenna system, a circulator, a low-noise UHF phase detector, directional, coupler, discretely controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of a directional coupler, the second output of which is dined with the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the low-noise amplifier output, the input of which is connected to the output of the circulator, the input / output of which is connected to the antenna system, and the first output of the directional coupler is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second synchronizer output, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuato a, the output of which is connected to the input of the circulator, and the second input - to the output of a voltage-controlled current source, the input of which is connected to the output of the attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via the data bus to all the first inputs of the gain control unit, all six of the inputs of the BOS , all the first inputs / outputs of the exchange controller, all the third inputs / outputs of which are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs of the computing device, the second, third, fourth, fifth outputs of which They are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSU, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOSU, eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input is with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the first output of the BOSE, the first input otorrhea connected to the third output of the synchronizer and the second ADC input, all the outputs of which are connected to all inputs Bozu fifth, and the first ADC input - with the output of the video amplifier, a first input coupled to an output of the phase detector, the second input - to the output gain control unit.

Недостатком прототипа рассматриваемого устройства является то, что он не измеряет составляющие вектора путевой скорости.The disadvantage of the prototype of the device in question is that it does not measure the components of the ground speed vector.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности измерения вектора путевой скорости летательного аппарата.The aim of the invention is to expand the functionality of the device, improving the accuracy of measuring the vector of the ground speed of the aircraft.

Указанная цель достигается тем, что в устройство [3], содержащее синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, циркулятор, последовательно соединенные малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, а первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первым входом циркулятора, а второй вход которого соединен с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по. шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, введены антенный переключатель, блок управления антенным переключателем, антенная система [4], средняя из которых может использоваться в качестве приемопередающей антенны, при этом, второй вход/выход циркулятора соединен со вторым входом/выходом антенной системы, первый и третий выходы которой соединены с пятым и шестым входами антенного переключателя, выход которого соединен со входом малошумящего УВЧ, выход циркулятора соединен с первым входом антенного переключателя, второй, третий, четвертый входы которого соединены с первым, вторым, третьим выходами блока управления антенным переключателем, первый, второй, третий входы которого соединены соответственно с первым, вторым и пятым выходами синхронизатора.This goal is achieved by the fact that in the device [3], containing a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, a BOZU, a gain control unit, an attenuation control unit, a voltage controlled current source, a controller exchange, circulator, series-connected low-noise UHF, phase detector, directional coupler, discretely controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the second output of which is connected to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the low-noise amplifier, and the first output of the directional coupler is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first the input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the first input of the circulator, and the second input to orogo connected to the output of the current source, the voltage controlled oscillator having an input coupled to an output attenuation control unit, all first inputs of which are connected by. data bus with all the first inputs of the gain control unit, all six inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all of the third inputs / outputs of which are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs of the computing device, the second, third, fourth , the fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSE, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, the seventh inputs of the BOSE, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the output of the BOSU, the first the input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all the outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC is connected to the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the output of a gas detector, the second input - with the output of the gain control unit, an antenna switch, an antenna switch control unit, an antenna system [4] are introduced, the middle of which can be used as a transceiver antenna, while the second input / output of the circulator is connected to the second input / the output of the antenna system, the first and third outputs of which are connected to the fifth and sixth inputs of the antenna switch, the output of which is connected to the input of a low-noise UHF, the output of the circulator is connected to the first input of the antenna switch A second, third, fourth, inputs of which are connected to first, second, third antenna switch outputs of control unit, first, second and third inputs connected respectively to the first, second and fifth outputs of the synchronizer.

Для измерения предельно малых высот передающая антенна может быть выполнена в виде отдельного блока, подключенного к выходу управляемого аттенюатора и разнесена с приемной антенной системой на определенное расстояние для обеспечения высокой развязки по наведенному в момент излучения на приемник «прямому» сигналу. При этом, на первый вход циркулятора подключается согласованная нагрузка.To measure extremely low heights, the transmitting antenna can be made in the form of a separate unit connected to the output of the controlled attenuator and spaced with the receiving antenna system at a certain distance to ensure high isolation from the “direct” signal induced at the time of radiation to the receiver. At the same time, a matched load is connected to the first input of the circulator.

Заявляемый корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости излучает в направлении подстилающей поверхности и принимает короткие пакеты радиоимпульсов. При этом, радиоимпульсы в приемнике преобразуются в биполярные видеоимпульсы, огибающая которых флюктуирует по амплитуде с частотой, определяемой доплеровским сдвигом частоты сигналов, отраженных от подстилающей поверхности.The inventive correlation meter height and components of the vector of ground speed radiates in the direction of the underlying surface and receives short packets of radio pulses. In this case, the radio pulses in the receiver are converted into bipolar video pulses, the envelope of which fluctuates in amplitude with a frequency determined by the Doppler frequency shift of the signals reflected from the underlying surface.

Составляющие вектора путевой скорости определяются по максимуму взаимно-корреляционных функции пространственно разнесенных между собой отраженных от подстилающей поверхности сигналов, принимаемыми разнесенными антеннами, расположенными на ЛА, с учетом геометрии антенной системы [5].The components of the path velocity vector are determined by the maximum of the cross-correlation functions of the spatially spaced signals reflected from the underlying surface, received by the spaced antennas located on the aircraft, taking into account the geometry of the antenna system [5].

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между собой и с другими блоками прототипа.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new blocks and their relationships with each other and with other blocks of the prototype.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что введенные блоки известны [3, 4, 6]. Однако, введение их в заявляемый корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости в указанной совокупности признаков не обнаружено и приводит к расширению функциональных возможностей и повышению точности измерений, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the introduced blocks are known [3, 4, 6]. However, their introduction into the inventive correlation height meter and components of the ground speed vector in the indicated set of signs were not found and leads to the expansion of functionality and increase the accuracy of measurements, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 представлена блок-схема корреляционного измерителя высоты и составляющих вектора путевой скорости. На фиг.2 представлена блок-схема антенного переключателя. На фиг.3 представлена блок-схема управления антенным переключателем. На фиг.4 представлена блок-схема синхронизатора (отличается от прототипа добавлением провода 83). На фиг.5 представлен алгоритм работы подпрограммы установки режима приемопередающего модуля при излучении радиоимпульсов и накоплении радиоимпульсов, отраженных от подстилающей поверхности. На фиг.6 представлены временные диаграммы работы блока управления антенным переключателем. На фиг.7 представлена антенная система корреляционного измерителя скорости и угла сноса летательного аппарата. На фиг.8 представлено восстановление отраженного сигнала методом нониуса. На фиг.9 представлен алгоритм программной регулировки усиления приемного тракта и мощности излучения. На фиг.10 представлен алгоритм работы подпрограммы вычисления продольной и боковой составляющих Vx и Vz.Figure 1 presents a block diagram of a correlation meter height and components of the vector of ground speed. Figure 2 presents a block diagram of an antenna switch. Figure 3 presents the control block diagram of the antenna switch. Figure 4 presents the block diagram of the synchronizer (differs from the prototype by the addition of wire 83). Figure 5 presents the algorithm of the routine of setting the mode of the transceiver module when emitting radio pulses and the accumulation of radio pulses reflected from the underlying surface. Figure 6 presents the timing diagrams of the operation of the control unit of the antenna switch. Figure 7 presents the antenna system of the correlation meter for speed and drift angle of the aircraft. On Fig presents the restoration of the reflected signal by the vernier method. Figure 9 presents the algorithm for programmatically adjusting the gain of the receiving path and the radiation power. Figure 10 presents the algorithm of the subroutine for calculating the longitudinal and lateral components Vx and Vz.

Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости содержит дискретно управляемый СВЧ генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, антенный переключатель 6, блок управления антенным переключателем 7, циркулятор 8, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11, АЦП 12, БОЗУ 13, синхронизатор 14, вычислительное устройство 15, контроллер 16 обмена, блок 17 регулировки усиления, блок 18 регулировки ослабления, источник 19 тока, управляемый напряжением, антенную систему 70, а также передающую антенну 71, согласованную нагрузку 72 при использовании передающей антенны в качестве отдельного блока.The correlation meter for height and components of the ground speed vector contains a discretely controlled microwave generator 1, a directional coupler 2, a pulse modulator 3, a phase shifter 4, a controlled attenuator 5, an antenna switch 6, an antenna switch control unit 7, a circulator 8, a low-noise UHF 9, a phase detector 10 , video amplifier 11, ADC 12, BOSU 13, synchronizer 14, computing device 15, exchange controller 16, gain control unit 17, attenuation adjustment unit 18, voltage-controlled current source 19, antenna system 70, as well as transmit antenna 71, matched load 72 when using transmit antenna as a separate unit.

При этом выход дискретно управляемого СВЧ генератора 1 соединен со входом направленного ответвителя 2, первый выход которого подключен к первому входу импульсного модулятора 3, второй вход которого подключен ко второму входу блока управления антенным переключателем 7 и второму выходу синхронизатора 14, первые и пятые выходы которого соединены соответственно с первыми и третьими входами блока управления антенным переключателем 7 и фазовращателя 4, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора 3, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора 5, выход которого соединен с первым входом циркулятора 8, выход которого соединен с первым входом антенного переключателя 6, а второй вход/выход - со вторым входом/выходом антенной системы 70, первый и третий выходы которой соединены соответственно с пятым и шестым входами антенного переключателя 6, второй, третий, четвертый входы которого соединены с первым, вторым, третьим выходами блока управления антенным переключателем (АП) 7, выход - со входом малошумящего УВЧ 9, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя 2, а выход - с первым входом видеоусилителя, второй вход которого соединен с выходом блока 17 регулировки усиления, а выход - с первым входом АЦП 12, все выходы которого соединены.со всеми пятыми входами БОЗУ 13, первый вход которого соединен со вторым входом АЦП 12 и третьим выходом синхронизатора 14, четвертый выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 15, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока 18 регулировки ослабления, блока 17 регулировки усиления, контроллера 16 обмена, БОЗУ 13, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ 13, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора 1, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора 14, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ 13, все шестые входы/выходы которого по шине данных соединены со всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства 12, всеми первыми входами/выходами контроллера 16 обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами корреляционного измерителя высоты и составляющих вектора путевой скорости, а также со всеми первыми входами блока 17 регулировки усиления, всеми первыми входами блока 18 регулировки ослабления, выход которого соединен со входом источника 19 тока, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 5.The output of the discretely controlled microwave generator 1 is connected to the input of the directional coupler 2, the first output of which is connected to the first input of the pulse modulator 3, the second input of which is connected to the second input of the control unit of the antenna switch 7 and the second output of the synchronizer 14, the first and fifth outputs of which are connected respectively, with the first and third inputs of the control unit of the antenna switch 7 and the phase shifter 4, the second input of which is connected to the output of the pulse modulator 3, and the output to the first input autonomous attenuator 5, the output of which is connected to the first input of the circulator 8, the output of which is connected to the first input of the antenna switch 6, and the second input / output - to the second input / output of the antenna system 70, the first and third outputs of which are connected respectively to the fifth and sixth inputs antenna switch 6, the second, third, fourth inputs of which are connected to the first, second, third outputs of the control unit of the antenna switch (AP) 7, the output is to the input of low-noise UHF 9, the output of which is connected to the first input of the phase detector torus 10, the second input of which is connected to the second output of the directional coupler 2, and the output to the first input of the video amplifier, the second input of which is connected to the output of the gain control unit 17, and the output to the first input of the ADC 12, all outputs of which are connected. the inputs of the BOZU 13, the first input of which is connected to the second input of the ADC 12 and the third output of the synchronizer 14, the fourth output of which is connected to the first input of the computing device 15, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second the odes of the attenuation adjustment block 18, the gain control block 17, the exchange controller 16, the BOSE 13, the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOSU 13, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator 1, the eighth, ninth outputs respectively with the second and third inputs of the synchronizer 14, the first input of which is connected to the output of the BOZ 13, all sixth inputs / outputs of which are connected via data bus to all twelve inputs / outputs of the calculator an adapter device 12, with all the first inputs / outputs of the exchange controller 16, all the third inputs / outputs of which are inputs / outputs of a correlation height meter and components of the ground speed vector, as well as with all the first inputs of the gain control unit 17, all the first inputs of the attenuation adjustment unit 18 the output of which is connected to the input of the voltage controlled current source 19, the output of which is connected to the second input of the controlled attenuator 5.

Передающая антенна 71 может быть выполнена в виде отдельного блока, подключенного к выходу управляемого аттенюатора 5. При этом, на первый вход циркулятора 8 подключается согласованная нагрузка 72.The transmitting antenna 71 can be made in the form of a separate unit connected to the output of the controlled attenuator 5. At the same time, a matched load 72 is connected to the first input of the circulator 8.

В состав антенного переключателя 6 входят первый СВЧ ключ 73, второй СВЧ ключ 74, третий СВЧ ключ 75. При этом, первый вход первого СВЧ ключа 73 является первым входом антенного переключателя 6, второй вход первого СВЧ ключа 73 является третьим входом антенного переключателя 6, выход которого соединен с выходами первого СВЧ ключа 73, второго и третьего СВЧ ключей 74 и 75, первые входы которых являются соответственно пятым и шестым входами антенного переключателя 6, а вторые входы- вторым и четвертым входами антенного переключателя 6.The composition of the antenna switch 6 includes the first microwave key 73, the second microwave key 74, the third microwave key 75. In this case, the first input of the first microwave key 73 is the first input of the antenna switch 6, the second input of the first microwave key 73 is the third input of the antenna switch 6, the output of which is connected to the outputs of the first microwave key 73, the second and third microwave keys 74 and 75, the first inputs of which are the fifth and sixth inputs of the antenna switch 6, and the second inputs are the second and fourth inputs of the antenna switch 6.

В состав блока 7 (фиг.3) управления антенным переключателем входят блок 76 «НЕ», первый блок 77 «И-НЕ», второй блок 78 «И-НЕ», третий блок 79 «И-НЕ», четвертый блок 80 «И-НЕ», пятый блок 81 «И-НЕ», регистр сдвига 82. При этом, вход блока 76 «И-НЕ», являющийся первым входом блока 7 управления антенным переключателем, соединен со вторым входом второго блока 78 «И-НЕ», первый вход которого, являющийся вторым входом блока 7 управления антенным переключателем, соединен с первым входом первого блока 77 «И-НЕ», выход которого соединен соответственно с первыми входами третьего 79, четвертого 80, пятого 81 блоков «И-НЕ», выходы которых являются соответственно первым, вторым, третьим выходами блока 7 управления антенным переключателем, все третьи входы которых соединены между собой и выходом второго блока 78 «И-НЕ», а вторые входы - соответственно с первым, вторым, третьим выходами регистра 82 сдвига, первый вход которого соединен с выходом блока «НЕ» и вторым входом первого блока 77 «И-НЕ», а второй вход регистра 82 сдвига является пятым выходом синхронизатора 14 (фиг.4), сигнал 83 соединен со вторым входом триггера 28 флага излучения.The structure of the antenna switch control unit 7 (FIG. 3) includes a “NOT” block 76, a first “AND-NOT” block 77, a second “AND-NOT” block 78, a third AND-NOT block 79, and a fourth 80 "block AND-NOT ”, fifth AND-NOT block 81, shift register 82. Moreover, the input of AND-NOT block 76, which is the first input of the antenna switch control unit 7, is connected to the second input of the second AND-NOT block 78 ", The first input of which, which is the second input of the antenna switch control unit 7, is connected to the first input of the first AND-NOT block 77, the output of which is connected respectively to the first inputs third 79, fourth 80, fifth 81 “NAND” blocks, the outputs of which are respectively the first, second, third outputs of the antenna switch control unit 7, all of the third inputs of which are connected to each other and the output of the second “AND-NOT” block 78, and the second inputs, respectively, with the first, second, third outputs of the shift register 82, the first input of which is connected to the output of the “NOT” block and the second input of the first AND-NOT block 77, and the second input of the shift register 82 is the fifth output of the synchronizer 14 (FIG. .4), the signal 83 is connected to the second input of the trigger 28 flag radiation.

Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости работает следующим образом.Correlation meter height and components of the vector of ground speed works as follows.

После подачи питания на измеритель вычислительное устройство 15 проводит сигналом 40 начальную установку триггера 28 флага излучения синхронизатора 14, сигналом 83 начальную установку регистра 82 сдвига блока 7 управления АП, сигналами 65 и 64 записывает нулевое значение усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nуc=0, Nосл=0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливается тем самым низкий логический уровень сигнала 39-окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера 16 обмена с внешними системами, который переводит измеритель в режим измерения задержки отраженного от подстилающей поверхности сигнала, устанавливает сигналами 63 и 67 несущую частоту СВЧ - генератора 1 на середину рабочего диапазона.After supplying power to the meter, the computing device 15 carries out with the signal 40 the initial setting of the trigger 28 of the radiation flag of the synchronizer 14, with the signal 83 the initial setting of the shift register 82 of the AP control unit 7, the signals 65 and 64 record the zero gain and attenuation values in the gain control blocks 17 and 18 and attenuation (Nc = 0, Nrel = 0), writes the code value 44 to signals 44 of the RAM RAM address 13 by signals 52 and 53 on the data bus 55 to the counter (thereby setting a low logic level of the signal 39 — end of the radiation mode and accumulation Ia), the exchange conducts polling controller 16 with external systems, which translates to caliper delay measurement signal reflected by the underlying surface mode, sets the signals 63 and 67 of the microwave carrier frequency - the generator 1 to the middle working range.

После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления. Алгоритм работы подпрограммы приведен на фиг.5. Подпрограмма устанавливает несущую частоту Fнес на дискретно управляемом СВЧ - генераторе 1, записывает в блоки 17 и 18 регулировки усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение кода в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ, запускает таймер на время tуcт.ппм - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ - генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11), после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.After that, the computing device 15 starts the subroutine setting the parameters of the transceiver module (MRP) and the start of radiation and accumulation. The algorithm of the subroutine is shown in figure 5. The subroutine sets the carrier frequency Fnes on a discretely controlled microwave generator 1, writes the gain and attenuation values to the gain and attenuation control units 17 and 18, writes the zero value of the code to the counter 44 of the RAM address of the RAM, starts the timer for the time tp.ppm - parameter setting time in PPM (discretely controlled microwave generator 1, directional coupler 2, pulse modulator 3, phase shifter 4, controlled attenuator 5, low-noise UHF 9, phase detector 10, video amplifier 11), after which the radiation mode is started of accumulation and analysis, analysis of the radiation flag 42.

На фиг.6 показаны временные диаграммы работы блока 7 управления антенным переключателем в режиме излучения и накопления. Антенный переключатель 6 подключает на прием попеременно первую, вторую, третью антенны (фиг.7). Каждая антенна включается на прием радиоимпульсов в течение времени, равным длительности двух периодов излучения (периоды с фазами 0 и π/2). Через время, равное длительности шести периодов излучения зондирующих импульсов, повторяется цикл приема (на три приемные антенны) радиоимпульсов, отраженных от подстилающей поверхности.Figure 6 shows the timing diagrams of the operation of the unit 7 for controlling the antenna switch in the radiation and accumulation modes. The antenna switch 6 connects to the reception alternately the first, second, third antennas (Fig.7). Each antenna is turned on to receive radio pulses for a time equal to the duration of two periods of radiation (periods with phases 0 and π / 2). After a time equal to the duration of six periods of radiation of the probe pulses, the reception cycle (for three receiving antennas) of radio pulses reflected from the underlying surface is repeated.

Через циркулятор 8, приемопередающую антенну (вход/выход 2) антенной системы 8 обеспечивается излучение радиоимпульсов по направлению к подстилающей поверхности.Through the circulator 8, the transceiver antenna (input / output 2) of the antenna system 8, radiation of radio pulses is provided in the direction of the underlying surface.

Принятые от подстилающей поверхности антенной системой 8 радиоимпульсы 95 (через второй СВЧ ключ 74), радиоимпульсы 94 (через третий СВЧ ключ 75), радиоимпульсы 96 через циркулятор 8, первый СВЧ ключ 73 поочередно поступают на вход малошумящего УВЧ 9 (сигнал 93). По окончании работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего проводит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временную задержку цифровых сигналов от подстилающей поверхности.The radio pulses 95 (via the second microwave key 74), the radio pulses 94 (through the third microwave key 75), the radio pulses 96 through the circulator 8, and the first microwave key 73 are received at the input of the low-noise UHF 9 (signal 93) received from the underlying surface by the antenna system 8. At the end of the subroutine, the computing device 15 reads the data BOSU 13, and then carries out data processing, scanning the range of delays, determining the time delay of the digital signals from the underlying surface.

Излучение и тактирование АЦП 12 и запись в БОЗУ 13 начинаются в момент времени t0(фиг.8) [3]. Радиоимпульсы излучаются по тактам с номерами 0, km+1, 2km+3, …, nk(m+1), … (фиг.8а, 8б), где m - параметр нониуса, k - расширитель временного диапазона для сигнала и n - номер излучения, Тизл - период тактовых импульсов.The radiation and timing of the ADC 12 and the recording in the BOSU 13 begin at time t0 (Fig. 8) [3]. Radio pulses are emitted at ticks with numbers 0, km + 1, 2km + 3, ..., nk (m + 1), ... (figa, 8b), where m is the nonius parameter, k is the time range extender for the signal, and n is radiation number, Teesl - period of clock pulses.

Преобразование принятого сигнала (фиг.8в) в АЦП 12 и запись в БОЗУ 13 проводится по каждому такту с периодом Тозу (фиг.8г, 8д). Если выполняется условие совпадения фронтов тактовых импульсов излучения и тактирования АЦП 12 и БОЗУ 13:The conversion of the received signal (pigv) in the ADC 12 and recording in the BOSU 13 is carried out for each clock cycle with a period of Tozu (pigg, 8d). If the condition for the coincidence of the fronts of the clock pulses of radiation and the timing of the ADC 12 and BOSU 13:

Figure 00000001
Figure 00000001

Условие (1) можно записать в виде:Condition (1) can be written as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Fизл=1/Тизл - частота тактовых импульсов излучения; Fозу=1./Тозу - частота тактовых импульсов АЦП 12 и БОЗУ 13.where Fizl = 1 / Tizl - frequency of radiation clock pulses; Fozu = 1. / Tozu - the clock frequency of the ADC 12 and BOSU 13.

Если второе и последующие излучения выдавать в моментыIf the second and subsequent radiation to give out in moments

n*(km+1)*Тизл, то следующий такт АЦП 12 и БОЗУ 13 придет в моментn * (km + 1) * Teesl, then the next cycle of the ADC 12 and BOSU 13 will come at the moment

n*(k(m-1)+1)*Toзy с задержкой dtn, то из уравнения:n * (k (m-1) +1) * Tozy with a delay dtn, then from the equation:

n*(km+1)*Тизл+dtn=n*(k(m-1)+1)*Тозуn * (km + 1) * Tizzle + dtn = n * (k (m-1) +1) * Tosu

можно показать, что n-тое излучение начинается раньше n*(k(m-1)+1) тактового импульса АЦП 12 и БОЗУ 13 на величину:it can be shown that the nth radiation begins earlier than n * (k (m-1) +1) of the ADC 12 and BOSU 13 clock pulses by:

dtn=n*Тозу/m.dtn = n * Tozu / m.

Отсюда получаем, что для восстановления принятого сигнала с шагом Тозу/m необходимо Nизл=m, а объем БОЗУ 13 Lозу определяется из уравнения:From this we obtain that in order to restore the received signal with a step of Tozu / m, Nizl = m is necessary, and the volume of the BOSU 13 Lozu is determined from the equation:

m*(km+1)*Тизл=Lозу*Тозу, тогда объем БОЗУ 13, необходимой для восстановления принятого сигнала, равен Lозу=(km+1)(m-1).m * (km + 1) * Tizl = Lozu * Tozu, then the volume of BOSU 13 needed to restore the received signal is equal to Lozu = (km + 1) (m-1).

Выше проведенные рассуждения позволяют получить, что для восстановления значения принятого сигнала на задержке i*dt в цифровом виде можно вывести выражение:The above reasoning allows us to obtain that to restore the value of the received signal at the delay i * dt in digital form, we can derive the expression:

Ui=ОЗУ{(i mod M)*m+[i/M]},Ui = RAM {(i mod M) * m + [i / M]},

где скобки {…} означают содержимое ячейки ОЗУ с данным номером, выражение (i mod М) - остаток от деления i на М, и скобка […] - целая часть числа, М=k(m-1)+1.where the brackets {...} mean the contents of the RAM cell with the given number, the expression (i mod M) is the remainder of dividing i by M, and the bracket [...] is the integer part of the number, M = k (m-1) +1.

На фиг.8е показан пример восстановленного сигнала для k=1, m=8.On fig.8e shows an example of the restored signal for k = 1, m = 8.

При отражении от подстилающей поверхности изменение ослабления отраженных сигналов на входе малошумящего УВЧ 9 может составлять порядка 30 дБ, что приводит к флюктуациям амплитуды и изменению крутизны фронта отраженного сигнала и, как следствие, к дополнительной погрешности измерения задержки отраженного сигнала и высоты полета летательного аппарата.When reflected from the underlying surface, the change in the attenuation of the reflected signals at the input of the low-noise UHF 9 can be of the order of 30 dB, which leads to amplitude fluctuations and a change in the steepness of the reflected signal front and, as a result, to an additional error in measuring the delay of the reflected signal and the flight altitude of the aircraft.

Для поддержания стабильной крутизны фронта восстановленного сигнала на задержке i*dt вычислительное устройство 15 запускает после окончания каждого цикла излучения и накопления подпрограмму автоматической регулировки усиления видеоусилителя 11 и мощности излученных радиоимпульсов посредством блока 17 регулировки усиления, блока 18 регулировки усиления и источника 19 тока УН соответственно (фиг.9). Проводится оценка уровня восстановленного отраженного сигнала. Если уровень сигнала превышает пороговый, то производится уменьшение излучаемой мощности и усиления видеоусилителя 11, если не превышает порога, то увеличение.To maintain a stable slope of the front of the reconstructed signal at a delay of i * dt, the computing device 15 starts after each radiation cycle and accumulation, a subroutine for automatically adjusting the gain of the video amplifier 11 and the power of the emitted radio pulses by the gain control unit 17, the gain control unit 18, and the UN current source 19, respectively ( Fig.9). The level of the reconstructed reflected signal is estimated. If the signal level exceeds the threshold, then the radiated power and the gain of the video amplifier 11 are reduced, if it does not exceed the threshold, then an increase.

После стабилизации крутизны фронта отраженного сигнала (примерно 5-6 излученных пакетов радиоимпульсов) вычислительное устройство 15 выдает результат измеренной высоты полета в контроллер обмена 16 и переводит измеритель в режим измерения продольной и поперечной составляющих вектора путевой скорости.After stabilization of the steepness of the front of the reflected signal (approximately 5-6 emitted packets of radio pulses), the computing device 15 provides the result of the measured flight altitude to the exchange controller 16 and puts the meter in the mode of measuring the longitudinal and transverse components of the ground speed vector.

Включается алгоритм работы подпрограммы вычисления продольной и боковой составляющих Vx и Vz (фиг.10).The algorithm of the subroutine for calculating the longitudinal and lateral components Vx and Vz is turned on (Fig. 10).

Одним из факторов, влияющих на точность измерения составляющих вектора скорости, является положение сигнального строба (сечения) на отраженном от подстилающей поверхности сигнале. На максимуме импульса обеспечивается максимальная мощность флюктуации сигнала, поэтому сечение на огибающей отраженного от подстилающей поверхности сигнала устанавливается в области его максимума. Затем, на этом сечении производится выборка значений сигнального среза, запоминание их в БОЗУ 13.One of the factors affecting the accuracy of measuring the components of the velocity vector is the position of the signal strobe (cross-section) on the signal reflected from the underlying surface. At the maximum of the pulse, the maximum fluctuation power of the signal is provided, therefore, the cross section on the envelope of the signal reflected from the underlying surface is set in the region of its maximum. Then, at this section, the values of the signal slice are sampled, storing them in BOSU 13.

Поскольку, ослабления сигналов в СВЧ - трактах каждой из приемных антенн могут несколько отличаться, то для обеспечения точности измерения составляющих вектора путевой скорости, перед построением ВКФ в вычислительном устройстве 15 производится нормирование мощности сигналов по каждой из трех антенн:Since the attenuation of signals in the microwave paths of each of the receiving antennas can be somewhat different, then to ensure the accuracy of the measurement of the components of the ground speed vector, before constructing the FCF in the computing device 15, the signal power is normalized for each of the three antennas:

Figure 00000003
,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
, k=0…N-1,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
, k = 0 ... N-1,

где

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- значения исходных ненормированных сигналов, принятых на 1-ю, 2-ю и 3-ю антенны в моменты времени tk; если отсчитывать время от начала пакета, тоWhere
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- the values of the initial unnormalized signals received at the 1st, 2nd and 3rd antennas at time t k ; if you count the time from the start of the packet, then

t0=0, t1=Δt,…, tN-1=(N-1)·Δt,t 0 = 0, t 1 = Δt, ..., t N-1 = (N-1) · Δt,

где Δt=временной шаг оцифровки сигнала,where Δt = time step of digitizing the signal,

N - количество отсчетов времени;N is the number of time samples;

Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- нормированные сигналы, принятые на 1-ю, 2-ю и 3-ю антенны в те же моменты времени tk;
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- normalized signals received at the 1st, 2nd and 3rd antennas at the same time t k ;

Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
- средние значения исходных сигналов на промежутке времени от t0 до tN-1;
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
- average values of the source signals over a period of time from t 0 to t N-1 ;

U0 - константа, задающая средний уровень нормированных сигналов. Вычисляются мгновенные значения взаимно корреляционных функций между сигналами, принятых 1-й и 2-й и 2-й и 3-й антеннами.U 0 is a constant that sets the average level of normalized signals. The instantaneous values of the cross-correlation functions between the signals received by the 1st and 2nd and 2nd and 3rd antennas are calculated.

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

Figure 00000016
,
Figure 00000016
,

где В - количество отсчетов времени в базовом интервале, использующемся при построении ВКФ;where B is the number of time samples in the base interval used in the construction of the VKF;

К - количество отсчетов построения ВКФ (подразумевается, что выполняется условие B+K≤N, где N - количество отсчетов времени оцифрованного сигнала);K is the number of counts for constructing the VKF (it is understood that the condition B + K≤N is fulfilled, where N is the number of samples of the time of the digitized signal);

Z - номер отсчета ВКФ, соответствующий 0-й задержке между сигналами (подразумевается, что выполняются условия Z<К и Z+K≤N);Z is the reference number of the VKF corresponding to the 0th delay between the signals (it is understood that the conditions Z <K and Z + K≤N are satisfied);

Figure 00000017
- взаимная корреляционная функция между сигналами, принятыми на 1-ю и 2-ю антенну, k принимает значения от 0 до К-1 и соответствует значениям ВКФ при задержках между сигналами τk:
Figure 00000017
- the mutual correlation function between the signals received at the 1st and 2nd antenna, k takes values from 0 to K-1 and corresponds to the values of the TCF at delays between the signals τ k :

τ0=-Z·Δt, τ1=(-Z+1)·Δt,…, τZ=0, τZ+1=Δt,…, τK-1=(K-Z-1)·Δt,τ 0 = -Z · Δt, τ 1 = (- Z + 1) · Δt, ..., τ Z = 0, τ Z + 1 = Δt, ..., τ K-1 = (KZ-1) · Δt,

где Δt - дискрет построения ВКФ, равный временному шагу оцифровки сигнала;where Δt is the discrete of constructing the VCF equal to the time step of digitizing the signal;

Figure 00000018
- взаимная корреляционная функция между сигналами, принятыми 2-й и 3-й антеннами, k принимает значения от 0 до К-1;
Figure 00000018
- the mutual correlation function between the signals received by the 2nd and 3rd antennas, k takes values from 0 to K-1;

Figure 00000019
,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
- нормированные сигналы, принятые на 1-ю, 2-ю и 3-ю антенны в моменты времени tj.
Figure 00000019
,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
- normalized signals received at the 1st, 2nd and 3rd antennas at time t j .

Мгновенные ВКФ помещаются в магазин, позволяющий хранить ВКФ, построенные по М последним пакетам излучения и усредняются обыкновенным суммированиемInstant VKF are placed in the store, allowing you to store VKF, built on M last radiation packets and averaged by ordinary summation

Figure 00000022
,
Figure 00000022
,

Figure 00000023
,
Figure 00000023
,

где

Figure 00000024
- значения ВКФ из магазина, вычисленной по пакету с номером i, между сигналами, принятыми на 1-ю и 2-ю антенну, k принимает значения от 0 до К-1 и соответствует значениям ВКФ при задержках между сигналами τk;Where
Figure 00000024
- VKF values from the store, calculated by the packet with number i, between the signals received at the 1st and 2nd antenna, k takes values from 0 to K-1 and corresponds to the VKF values with delays between the signals τ k ;

Figure 00000025
- значения усредненной по М последним пакетам ВКФ между сигналами, принятыми на 1-ю и 2-ю антенну, k принимает значения от 0 до K-1;
Figure 00000025
- values averaged over the M last VKF packets between the signals received at the 1st and 2nd antenna, k takes values from 0 to K-1;

Figure 00000026
- значения ВКФ из магазина, вычисленной по пакету с номером i, между сигналами, принятыми на 2-ю и 3-ю антенну, k принимает значения от 0 до K-1;
Figure 00000026
- VKF values from the store, calculated by the packet with number i, between the signals received at the 2nd and 3rd antenna, k takes values from 0 to K-1;

Figure 00000027
- значения усредненной по М последним пакетам ВКФ между сигналами, принятыми на 2-ю и 3-ю антенну, k принимает значения от 0 до K-1.
Figure 00000027
- the values averaged over the M last VKF packets between the signals received at the 2nd and 3rd antenna, k takes values from 0 to K-1.

Количество усреднений М устанавливается адаптивно к уровню ВКФ.The number of averages M is set adaptively to the level of the VKF.

Для точного определения положения максимумов ВКФ производится аппроксимация ВКФ параболой методом наименьших квадратов с использованием треугольной весовой функции.To accurately determine the position of the VKF maxima, the VKF is approximated by a parabola using the least squares method using a triangular weight function.

Уравнение параболы можно записать в видеThe parabola equation can be written as

Fpk=a·k2+b·k+c.Fp k = a · k 2 + b · k + c.

Параметры а, b и с определяются из системы уравненийParameters a, b and c are determined from the system of equations

Figure 00000028
Figure 00000028

где a, b, с - искомые коэффициенты аппроксимирующей функции;where a, b, c are the desired coefficients of the approximating function;

2М+1 - количество точек, по которым производится аппроксимация;2M + 1 - the number of points at which the approximation is made;

N - номер дискрета, на который приходится максимум ВКФ;N is the number of the discrete, which accounts for the maximum VKF;

FN+j - значения усредненной ВКФ при задержках между сигналами τN+j;F N + j — values of the averaged FCF for delays between signals τ N + j ;

Figure 00000029
- треугольная весовая функция.
Figure 00000029
- triangular weight function.

Использование треугольной весовой функции при аппроксимации обусловлено стремлением снизить влияние искажения формы боковых склонов на точность определения положения максимума ВКФ.The use of a triangular weight function during approximation is due to the desire to reduce the influence of distortion in the shape of the side slopes on the accuracy of determining the position of the maximum VKF.

По известным параметрам параболы определяется положение ее вершины и, следовательно, максимума ВКФ (в относительных единицах)The well-known parameters of the parabola determine the position of its peak and, consequently, the maximum VKF (in relative units)

Figure 00000030
,
Figure 00000030
,

где Nt - положение максимума ВКФ (в относительных единицах);where Nt is the position of the maximum VKF (in relative units);

а, b - найденные коэффициенты аппроксимирующей функции.a, b are the found coefficients of the approximating function.

Переход к транспортным задержкам в единицах времени осуществляется по формулеThe transition to transport delays in time units is carried out according to the formula

Figure 00000031
,
Figure 00000031
,

где

Figure 00000032
- транспортная задержка между сигналами;Where
Figure 00000032
- transport delay between signals;

Nt - положение максимума ВКФ (в относительных единицах);Nt is the position of the maximum VKF (in relative units);

Δt - дискрет построения ВКФ, равный временному шагу оцифровки сигнала.Δt is the discrete of constructing the VCF equal to the time step of digitizing the signal.

Поскольку запись сигналов, принимаемых 1-й, 2-й и 3-й антеннами производится не в одни и те же моменты времени, то при определении транспортных задержек между сигналами возникает методическая ошибка. С учетом структуры пакета излучения она составляет 1/3 дискрета ВКФ. Поэтому перед вычислением составляющих вектора скорости производится поправкаSince the signals received by the 1st, 2nd, and 3rd antennas are not recorded at the same time instants, a methodological error arises when determining the transport delays between the signals. Taking into account the structure of the radiation packet, it amounts to 1/3 of the VKF discrete. Therefore, before calculating the components of the velocity vector, a correction is made

Figure 00000033
,
Figure 00000033
,

где

Figure 00000034
- найденная транспортная задержка между сигналами;Where
Figure 00000034
- found transport delay between signals;

τ - транспортная задержка после коррекции;τ - transport delay after correction;

Δt - дискрет построения ВКФ, равный временному шагу оцифровки сигнала.Δt is the discrete of constructing the VCF equal to the time step of digitizing the signal.

Для уменьшения случайной составляющей погрешности перед вычислением проекций вектора скорости производится усреднение транспортных задержек между сигналамиTo reduce the random component of the error, before calculating the projections of the velocity vector, the transport delays between the signals are averaged

Figure 00000035
,
Figure 00000035
,

τ - мгновенная транспортная задержка в текущем пакете;τ is the instantaneous transport delay in the current packet;

Figure 00000036
- усредненная транспортная задержка, полученная в предыдущем пакете;
Figure 00000036
- The average transport delay received in the previous packet;

Figure 00000037
- усредненная транспортная задержка в текущем пакете,
Figure 00000037
- average transport delay in the current packet,

b - количество усреднений транспортных задержек.b is the number of averages of transport delays.

Взаимное расположение излучающей и приемных антенн, дает формулы для вычисления составляющих вектора скорости [4, 5]The relative position of the emitting and receiving antennas gives formulas for calculating the components of the velocity vector [4, 5]

Figure 00000038
,
Figure 00000038
,

Figure 00000039
,
Figure 00000039
,

где Vx, Vz - составляющие вектора скорости в проекции на оси связанной системы координат;where V x , V z are the components of the velocity vector in the projection on the axis of the associated coordinate system;

τ1 - транспортная задержка между сигналами, принятыми на 1-ю и 2-ю антенны;τ 1 - transport delay between signals received at the 1st and 2nd antennas;

τ2 - транспортная задержка между сигналами, принятыми на 2-ю и 3-ю антенны;τ 2 - transport delay between signals received at the 2nd and 3rd antennas;

Х0 и Y0 - параметры антенной системы (фиг.7).X 0 and Y 0 are the parameters of the antenna system (Fig.7).

После измерения высоты полета и составляющих Vx и Vz цикл измерения вышеуказанных параметров повторяется периодически.After measuring the flight altitude and components Vx and Vz, the measurement cycle of the above parameters is repeated periodically.

Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить точность измерения составляющих вектора путевой скорости летательного аппарата.Using the invention allows to expand the functionality of the device, to increase the accuracy of the measurement of the components of the vector of the ground speed of the aircraft.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР №1596934, кл. G01S 13/58. Опубл. 28.04.1988 г.1. USSR author's certificate No. 1596934, cl. G01S 13/58. Publ. 04/28/1988

2. Лобач В.Т., Уваров С.Н., Боков Г.И. Корреляционный измеритель скорости полета и угла сноса. Авторское свидетельство СССР №1503527, кл. G01S 13/60. Опубл. 28.07.1987 г.2. Lobach V.T., Uvarov S.N., Bokov G.I. Correlation meter of flight speed and drift angle. USSR copyright certificate No. 1503527, class G01S 13/60. Publ. 07/28/1987

3. Патент РФ №2188399 от 21.06.1999 г., кл. 7 G01F 23/284. Опубл. 21.06.1999 г.3. RF patent No. 2188399 dated 06/21/1999, class. 7 G01F 23/284. Publ. 06/21/1999

4. Авторское свидетельство СССР №01689897 от 08.07.1991 г., кл. G01S 13/48 «Приемная антенная система корреляционного измерителя скорости и угла сноса летательного аппарата». Авт. Банников В.М., Дядьков Н.А. Опубл. 07.11.1991 г.4. USSR author's certificate No. 01689897 of 07/08/1991, class. G01S 13/48 “Receiving antenna system for a correlation meter for drift velocity and drift angle”. Auth. Bannikov V.M., Dyadkov N.A. Publ. November 7, 1991

5. Боркус М.К., Черный А.Е. Корреляционные измерители путевой скорости и угла сноса летательных аппаратов. М. Сов. радио - 1973 г.5. Borkus M.K., Cherny A.E. Correlation meters of ground speed and drift angle of aircraft. M. Sov. radio - 1973

6. СВЧ ключи. Режим доступа: http://www.eltech.spb.ru/pdf/270.pdf.6. Microwave keys. Access mode: http://www.eltech.spb.ru/pdf/270.pdf.

Claims (3)

1. Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости, содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), фазовращатель, импульсный модулятор, управляемый аттенюатор, видеоусилитель, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, циркулятор, малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ), фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый серхвысокочастотный (СВЧ) генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего УВЧ, первый выход направленного ответвителя соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен с первым входом циркулятора, второй вход управляемого аттенюатора соединен с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами/выходами БОЗУ, всеми первыми входами/выходами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ-генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, второй вход - с выходом блока регулировки усиления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, повышения точности измерения вектора путевой скорости летательного аппарата, в него введены антенный переключатель, блок управления антенным переключателем, антенная система приемопередающего модуля, при этом второй вход/выход циркулятора соединен со вторым входом/выходом антенной системы, первый и третий выходы которой соединены с пятым и шестым входами антенного переключателя, выход которого соединен со входом малошумящего УВЧ, выход циркулятора соединен с первым входом антенного переключателя, второй, третий, четвертый входы которого соединены с первым, вторым, третьим выходами блока управления антенным переключателем, первый, второй, третий входы которого соединены соответственно с первым, вторым и пятым выходами синхронизатора.1. A correlation meter for altitude and components of the ground speed vector, comprising a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter (ADC), a phase shifter, a pulse modulator, a controlled attenuator, a video amplifier, a buffer memory (BOSU), a gain control unit, an attenuation adjustment unit , voltage-controlled current source, exchange controller, circulator, low-noise high-frequency amplifier (UHF), phase detector, directional coupler, discretely controlled with an ultrahigh-frequency (microwave) generator whose output is connected to the input of a directional coupler, the second output of which is connected to the second input of a phase detector, the first input of which is connected to the output of a low-noise UHF, the first output of the directional coupler is connected to the first input of a pulse modulator, the second input of which is connected to the second synchronizer output, the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first control input a controlled attenuator, the output of which is connected to the first input of the circulator, the second input of the controlled attenuator is connected to the output of a voltage controlled current source, the input of which is connected to the output of the attenuation control unit, all of the first inputs of which are connected via the data bus to all the first inputs of the gain control unit, all six inputs / outputs of the BOZU, all the first inputs / outputs of the exchange controller, all third inputs / outputs of which are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs of the calculator an integral device, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSU, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOSU, eighth, the ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input with the fourth output of the synchronizer the first input of which is connected to the output of the BOZU, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all the outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC is connected to the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the output of the phase detector, the second input - with the output of the gain control unit, the second input - with the output of the gain control unit, characterized in that, in order to expand the functionality of the device, improve the accuracy of measuring the flying vector of the flying speed of the first apparatus, the antenna switch, the antenna switch control unit, the antenna system of the transceiver module are introduced into it, while the second input / output of the circulator is connected to the second input / output of the antenna system, the first and third outputs of which are connected to the fifth and sixth inputs of the antenna switch, the output which is connected to the input of a low-noise UHF, the output of the circulator is connected to the first input of the antenna switch, the second, third, fourth inputs of which are connected to the first, second, third outputs of the control unit an antenna switch, the first, second, third inputs of which are connected respectively to the first, second and fifth outputs of the synchronizer. 2. Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости по п.1, отличающийся тем, что одна из антенн антенной системы выполнена в виде приемопередающей.2. A correlation meter for height and components of the ground speed vector according to claim 1, characterized in that one of the antennas of the antenna system is made in the form of a transceiver. 3. Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости по п.1, отличающийся тем, что передающая антенна антенной системы приемопередающего модуля выполнена в виде отдельного блока, подключенного к выходу управляемого аттенюатора, а первый вход циркулятора подключен к согласованной нагрузке. 3. The correlation meter for the height and components of the ground speed vector according to claim 1, characterized in that the transmit antenna of the antenna system of the transceiver module is made as a separate unit connected to the output of the controlled attenuator, and the first input of the circulator is connected to the matched load.
RU2012100936/07A 2012-01-11 2012-01-11 Correlation device for measuring height and ground velocity vector components RU2498344C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100936/07A RU2498344C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Correlation device for measuring height and ground velocity vector components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100936/07A RU2498344C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Correlation device for measuring height and ground velocity vector components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012100936A RU2012100936A (en) 2013-07-20
RU2498344C2 true RU2498344C2 (en) 2013-11-10

Family

ID=48791593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012100936/07A RU2498344C2 (en) 2012-01-11 2012-01-11 Correlation device for measuring height and ground velocity vector components

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498344C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2555865C2 (en) * 2013-10-10 2015-07-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of measuring altitude and radar altimeter with continuous chirp signal using said method
RU2605442C1 (en) * 2015-09-22 2016-12-20 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Radar altimeter system adapted to smooth water surface
RU2715740C1 (en) * 2019-05-24 2020-03-03 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Device for measuring components of track speed vector
RU2782374C1 (en) * 2021-11-09 2022-10-27 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method for single-beam determination of the altitude and speed parameters of an aircraft based on the signals of a coherent radio altimeter

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995024706A1 (en) * 1994-03-07 1995-09-14 Honeywell Inc. In-flight radar warning receiver training system
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
RU2188399C2 (en) * 1999-06-21 2002-08-27 Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
RU2314553C1 (en) * 2006-07-18 2008-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова" System for estimation of onboard radar accuracy characteristics
RU2334995C1 (en) * 2007-05-29 2008-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Doppler meter of absolute speed
EP1860455B1 (en) * 2005-07-04 2009-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Position measuring system and method using wireless broadband (WIBRO) signal
RU2412450C2 (en) * 2008-03-11 2011-02-20 ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
WO1995024706A1 (en) * 1994-03-07 1995-09-14 Honeywell Inc. In-flight radar warning receiver training system
RU2188399C2 (en) * 1999-06-21 2002-08-27 Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy
EP1860455B1 (en) * 2005-07-04 2009-05-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Position measuring system and method using wireless broadband (WIBRO) signal
US7119732B1 (en) * 2005-12-01 2006-10-10 Raytheon Company Bistatic and multistatic system for space situational awareness
RU2314553C1 (en) * 2006-07-18 2008-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова" System for estimation of onboard radar accuracy characteristics
RU2334995C1 (en) * 2007-05-29 2008-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Doppler meter of absolute speed
RU2412450C2 (en) * 2008-03-11 2011-02-20 ОАО "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2555865C2 (en) * 2013-10-10 2015-07-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method of measuring altitude and radar altimeter with continuous chirp signal using said method
RU2605442C1 (en) * 2015-09-22 2016-12-20 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Radar altimeter system adapted to smooth water surface
RU2715740C1 (en) * 2019-05-24 2020-03-03 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Device for measuring components of track speed vector
RU2782374C1 (en) * 2021-11-09 2022-10-27 Акционерное общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Method for single-beam determination of the altitude and speed parameters of an aircraft based on the signals of a coherent radio altimeter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012100936A (en) 2013-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2498344C2 (en) Correlation device for measuring height and ground velocity vector components
EP2462463B1 (en) Method and system for motion compensation for hand held mti radar sensor
US8497799B2 (en) FMCW-type radar level gauge
EP3054316B1 (en) Systems and methods for measuring velocity with a radar altimeter
KR101135982B1 (en) Synchronization method of radar systems for the rejection of interference in FMCW radars
EP3054314B1 (en) Systems and methods for using velocity measurements to adjust doppler filter bandwidth
US11378686B2 (en) Ultrasonic echo processing in presence of Doppler shift
US9031811B2 (en) System and method for pulse-echo ranging
US20120309324A1 (en) Measurement method and apparatus
CN107390210B (en) Digital processing method of beat signal in material level measurement
EP3208633B1 (en) Method and system for fmcw radar altimeter system height measurement resolution improvement
CN109581350B (en) Radar distance and speed measurement method and device based on time-frequency integral interpolation
RU2672098C1 (en) Radar altimeter system adapted to smooth water surface
RU2605442C1 (en) Radar altimeter system adapted to smooth water surface
RU2515524C2 (en) Pulse-doppler radar altimetric system
KR100940577B1 (en) Amplitude modulation radar and method for measuring distance thereof
RU2296346C2 (en) Mode of measuring distance in pulse-doppler radar stations
US20110288801A1 (en) Method and system for determining the time-of-flight of a signal
RU2237265C1 (en) Range meter on the basis of linear-frequency modulation lfm
JP2011185661A (en) Radar system and sensor interface system
Jahagirdar A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar
JP5196959B2 (en) Radar equipment
RU2522907C2 (en) Pulse-doppler radio altimeter
RU2446407C1 (en) Method to detect area of power transmission and communication lines damage and device for its realisation
RU2400769C2 (en) Device for measuring vertical component of wind velocity for wind shift detector