RU2525650C2 - Method of guiding aircraft to ground facilities - Google Patents
Method of guiding aircraft to ground facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525650C2 RU2525650C2 RU2012146963/28A RU2012146963A RU2525650C2 RU 2525650 C2 RU2525650 C2 RU 2525650C2 RU 2012146963/28 A RU2012146963/28 A RU 2012146963/28A RU 2012146963 A RU2012146963 A RU 2012146963A RU 2525650 C2 RU2525650 C2 RU 2525650C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- sight
- ground object
- ground
- line
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам наведения летательных аппаратов (ЛА) на наземные объекты, в частности к системам автономного наведения (самонаведения) ЛА, включающим в свой состав бортовые радиолокационные средства (БРЛС), обеспечивающие наведение летательных аппаратов на наземные объекты по радиолокационным изображениям (РЛИ) этих объектов, получаемым с использованием синтезирования антенного раскрыва (CAP).The invention relates to systems for guidance of aircraft (LA) to ground objects, in particular to systems for autonomous guidance (homing) of aircraft, including airborne radar systems (BRLS), which provide guidance to aircraft on ground objects from radar images (RLI) of these objects obtained using the synthesis of antenna aperture (CAP).
Под способом наведения аналогично [1, 2, 3] понимается закон формирования требуемой фазовой траектории наводимого объекта, определяемый правилом формирования сигналов траекторного управления.By the guidance method, similarly to [1, 2, 3], we mean the law of the formation of the required phase trajectory of the induced object, determined by the rule for generating trajectory control signals.
Специфической особенностью автономного наведения ЛА с бортовыми радиолокационными средствами, использующими режимы CAP, на наземные объекты является необходимость формирования криволинейных траекторий наведения ЛА с целью обеспечения требуемого линейного разрешения РЛИ, формируемых БРЛС в указанных режимах.A specific feature of autonomous guidance of aircraft with airborne radar systems using CAP modes to ground targets is the need to form curved guidance paths of the aircraft in order to provide the required linear resolution of the radar generated by the radar in these modes.
При определенных допущениях, указанных в [4, стр.143,…, 152], для обеспечения требуемого линейного азимутального ΔlТ разрешения РЛИ наземного объекта, формируемого БРЛС с CAP, траектория движения ЛА должна быть такой, чтобы бортовой пеленг этого объекта φГТ удовлетворял условиюUnder certain assumptions specified in [4, p. 143, ..., 152], to ensure the required linear azimuthal Δl T resolution of the radar image of the ground object formed by the radar with CAP, the aircraft trajectory must be such that the side bearing of this object φ ГТ satisfies condition
где: D - значение дальности от наводимого ЛА до наземного объекта;where: D is the value of the distance from the induced aircraft to the ground object;
VП - значение путевой скорости ЛА;V P - the value of the ground speed of the aircraft;
λ - длина волны бортовой радиолокационной станции;λ is the wavelength of the airborne radar station;
TС - время синтезирования антенного раскрыва БРЛС.T With - the synthesis time of the antenna aperture radar.
Очевидно, что для наземных объектов, скорость изменения положения которых, как правило, пренебрежимо мала по сравнению со скоростью полета наводимых ЛА, траектории наведения ЛА, удовлетворяющие (1), при фиксированных начальных значениях D и VП, детерминированном законе изменения VП, а также фиксированных ΔlТ, λ, ΔTС определяются единственным образом, исходя из требуемых значений φГТ. С учетом этого задача наведения ЛА с БРЛС, использующими CAP, на наземные объекты может рассматриваться как задача формирования криволинейных траекторий наведения, максимально приближающихся к требуемым.Obviously, for ground objects, the rate of change of position of which, as a rule, is negligible compared to the flight speed of induced aircraft, the guidance paths of the aircraft, satisfying (1), for fixed initial values of D and V P , the determined law of change of V P , and also fixed Δl T , λ, ΔT C are determined uniquely, based on the required values of φ GT . With this in mind, the task of pointing an aircraft with radar, using CAP, to ground objects can be considered as the task of forming curved guidance paths that are as close as possible to the required ones.
Известен [2] способ наведения ЛА на наземные объекты с использованием БРЛС с CAP, в соответствии с которым измеряют значения дальности от наводимого ЛА до наземного объекта и скорости их сближения, значения бортового пеленга наземного объекта и угловой скорости его линии визирования в горизонтальной плоскости, значения скорости наводимого ЛА и его ускорения в горизонтальной плоскости и формируют сигнал управления ΔГ летательным аппаратом в горизонтальной плоскости по соотношениюThere is a known [2] method of pointing an aircraft at ground objects using radar with a CAP, in accordance with which they measure the distance from the induced aircraft to the ground object and the speed of their approach, the side bearing of the ground object and the angular velocity of its line of sight in the horizontal plane, values the speed of the induced aircraft and its acceleration in the horizontal plane and form the control signal Δ G of the aircraft in the horizontal plane according to the ratio
где: qφГ, qωГ - коэффициенты, определяющие точность наведения по бортовому пеленгу и угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости;where: q φГ , q ωГ - coefficients that determine the accuracy of guidance along the side bearing and the angular velocity of the line of sight of a ground object in the horizontal plane;
kjГ - коэффициент, определяющий экономичность наведения ЛА в горизонтальной плоскости;k jГ - coefficient that determines the efficiency of guidance aircraft in the horizontal plane;
D - значение дальности от наводимого ЛА до наземного объекта;D is the value of the distance from the induced aircraft to the ground object;
VСБ - значение скорости сближения наводимого ЛА с наземным объектом;V SB - the value of the convergence rate of the induced aircraft with a ground object;
φГ - значение бортового пеленга наземного объекта в горизонтальной плоскости (при этом предполагается, что бортовой пеленг наземного объекта определяется как угол между проекцией вектора скорости ЛА на горизонтальную плоскость (земную поверхность) и направлением на наземный объект в этой плоскости);φ G is the value of the side bearing of the ground object in the horizontal plane (it is assumed that the side bearing of the ground object is defined as the angle between the projection of the aircraft's velocity vector onto the horizontal plane (earth surface) and the direction to the ground object in this plane);
ωГ - значение угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости;ω G is the value of the angular velocity of the line of sight of a ground object in the horizontal plane;
jГ - значение ускорения наводимого ЛА в горизонтальной плоскости;j G - the value of the acceleration of the induced aircraft in the horizontal plane;
φГТ - требуемый угол упреждения, обеспечивающий требуемое линейное азимутальное разрешение радиолокационных изображений, формируемых БРЛС наводимого ЛА в горизонтальной плоскости, который рассчитывают по соотношениюφ GT - the required lead angle, providing the required linear azimuthal resolution of the radar images generated by the radar of the guided aircraft in the horizontal plane, which is calculated by the ratio
где: λ - длина волны бортовой радиолокационной станции;where: λ is the wavelength of the airborne radar station;
ΔF - полоса пропускания доплеровского фильтра;ΔF is the bandwidth of the Doppler filter;
V - значение скорости (путевой) наводимого ЛА;V is the value of the speed (track) induced aircraft;
ΔlТ - требуемое линейное разрешение в горизонтальной плоскости.Δl T is the required linear resolution in the horizontal plane.
Недостатками известного способа [2] являются:The disadvantages of this method [2] are:
1. Формирование траектории ЛА, наводимого на наземный объект, осуществляется только в горизонтальной плоскости.1. The formation of the trajectory of the aircraft, aimed at a ground object, is carried out only in the horizontal plane.
2. Обеспечивается не точное, а преимущественное наведение по бортовому пеленгу, формируемому с учетом требуемого угла упреждения, или по угловой скорости линии визирования. «Вес ошибок по бортовому пеленгу и угловой скорости линии визирования» [2] может изменяться путем манипуляции значениями коэффициентов qφГ, qωГ.2. Provides not accurate, but preferential guidance along the side bearing, formed taking into account the required lead angle, or the angular velocity of the line of sight. “The weight of errors in the on-board bearing and angular velocity of the line of sight” [2] can be changed by manipulating the values of the coefficients q φГ , q ωГ .
Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является известный способ наведения [3] летательных аппаратов на наземные объекты, в соответствии с которым измеряют значения скорости сближения наводимого летательного аппарата и наземного объекта, угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости, а также поперечного ускорения наводимого летательного аппарата в горизонтальной плоскости и формируют сигнал управления летательным аппаратом в горизонтальной плоскости (параметр рассогласования) по соотношению, соответствующему методу пропорционального наведения со смещениемThe closest analogue (prototype) of the present invention is a known method of pointing [3] aircraft to ground objects, in accordance with which the values of the approach speed of the induced aircraft and ground object, the angular velocity of the line of sight of the ground object in the horizontal plane, as well as transverse acceleration induced aircraft in the horizontal plane and form the control signal of the aircraft in the horizontal plane (parameter mismatched ii) by the ratio corresponding to the method of proportional guidance with offset
где: N0 - навигационный параметр, рассчитываемый с учетом дальностей начала и конца наведения;where: N 0 - navigation parameter, calculated taking into account the ranges of the beginning and end of guidance;
φГ - значение угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости;φ G is the value of the angular velocity of the line of sight of a ground object in the horizontal plane;
φГТР - значение требуемого приращения (смещения) угловой скорости линии визирования в горизонтальной плоскости;φ GTR - the value of the required increment (offset) of the angular velocity of the line of sight in the horizontal plane;
jГ - значение поперечного ускорения наводимого летательного аппарата в горизонтальной плоскости.j G - the value of the lateral acceleration of the induced aircraft in the horizontal plane.
Значение требуемого приращения (смещения) угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости определяется, исходя из условия обеспечения требуемого разрешения Δl РЛИ, формируемых БРЛС с CAP, связываемого с бортовым пеленгом φГ наземного объекта в соответствии с выражениемThe value of the required increment (displacement) of the angular velocity of the line of sight of a ground object in the horizontal plane is determined based on the condition for ensuring the required resolution Δl of the radar data generated by the radar with CAP associated with the on-board bearing φ G of the ground object in accordance with the expression
где: D - дальность от ЛА до наземного объекта;where: D is the range from the aircraft to the ground object;
λ - длина волны БРЛС;λ is the radar wavelength;
ΔF - полоса пропускания доплеровского фильтра;ΔF is the bandwidth of the Doppler filter;
φГ - бортовой пеленг наземного объекта в горизонтальной плоскости. В выражении (5), преобразованном к видуφ G - side bearing of a ground object in the horizontal plane. In expression (5), converted to the form
левая часть в первом приближении соответствует угловой скорости линии визирования наземного объекта в горизонтальной плоскости при его визировании в этой плоскости с бортовым пеленгом φГ.to the first approximation, the left part corresponds to the angular velocity of the line of sight of a ground object in the horizontal plane when it is sighted in this plane with an onboard bearing φ Г.
Значение ΔωГТР в [3] рассчитывают с учетом коэффициента KУСТ,The value Δω GAD in [3] is calculated taking into account the coefficient K UST ,
определяющего точность наведения и стабилизацию требуемого линейного разрешения (Δl=ΔlТ) в горизонтальной плоскости по соотношениюdetermining the guidance accuracy and stabilization of the required linear resolution (Δl = Δl T ) in the horizontal plane according to the ratio
Недостатками известного способа [3] являются:The disadvantages of this method [3] are:
1. Формирование траектории ЛА, наводимого на наземный объект, осуществляется только в горизонтальной плоскости.1. The formation of the trajectory of the aircraft, aimed at a ground object, is carried out only in the horizontal plane.
2. Оценка значения требуемого приращения (смещения) угловой скорости линии визирования в горизонтальной плоскости, формируемая согласно (7), не учитывает возможного разброса и изменения скорости полета ЛА, от величины которой, как известно, зависит размер синтезируемой апертуры антенны БРЛС, а следовательно, и величина линейного разрешения формируемого РЛИ наземного объекта в горизонтальной плоскости.2. An estimate of the value of the required increment (offset) of the angular velocity of the line of sight in the horizontal plane, formed according to (7), does not take into account the possible spread and change in the flight speed of the aircraft, the size of which, as is known, depends on the size of the synthesized aperture of the radar antenna and, therefore, and the magnitude of the linear resolution of the radar generated by the ground object in the horizontal plane.
3. При реализации наведения ЛА на наземный объект в соответствии с известным способом [3] не осуществляется проверка степени соответствия обеспечиваемого угла φГ бортового пеленга наземного объекта в горизонтальной плоскости его требуемому значению φГТ.3. When implementing the guidance of an aircraft on a ground object in accordance with a known method [3], the degree of compliance of the provided angle φ G of the side bearing of the ground object in the horizontal plane with the required value of φ GT is not checked.
Основным недостатком известных способов [2, 3] наведения на наземные объекты ЛА с использованием бортовых радиолокационных средств (БРЛС) с синтезированием антенного раскрыва (CAP) является то, что указанное наведение осуществляется только в одной (горизонтальной) плоскости.The main disadvantage of the known methods [2, 3] of pointing at ground-based aircraft objects using airborne radar systems (CAP) with the synthesis of antenna aperture (CAP) is that this guidance is carried out only in one (horizontal) plane.
Отсутствует учет влияния вертикальной составляющей скорости полета ЛА на характеристики линейного разрешения радиолокационных изображений наблюдаемого наземного объекта, формируемых БРЛС с CAP в процессе наведения ЛА.There is no account of the influence of the vertical component of the flight speed of the aircraft on the linear resolution characteristics of the radar images of the observed ground object, formed by radar with CAP during the guidance of the aircraft.
Формирование сигналов управления ЛА в вертикальной плоскости влечет за собой изменение направления вектора скорости ЛА в этой плоскости и, соответственно изменение величины скорости полета ЛА в горизонтальной плоскости. В свою очередь, это изменение влечет за собой изменение величины азимутального линейного разрешения РЛИ, формируемых БРЛС с CAP. За счет вертикальной составляющей скорости полета ЛА, возможно возникновение искажений РЛИ, проявляющихся в увеличении размытости и развороте синтезированных радиолокационных изображений.The formation of aircraft control signals in the vertical plane entails a change in the direction of the aircraft's velocity vector in this plane and, accordingly, a change in the value of the aircraft’s flight speed in the horizontal plane. In turn, this change entails a change in the azimuthal linear resolution of the radar image generated by radar with CAP. Due to the vertical component of the flight speed of the aircraft, radar image distortion may occur, which manifests itself in an increase in the blur and spread of the synthesized radar images.
С другой стороны, движение ЛА в горизонтальной плоскости в общем случае влечет за собой изменение угла наклона линии визирования наземного объекта. При этом могут существенным образом меняться условия визирования этого объекта, проявляющиеся в нежелательных флуктуациях мощности отраженных радиолокационных сигналов, а также изменяется разрешение формируемых РЛИ по горизонтальной дальности.On the other hand, the movement of the aircraft in the horizontal plane in the general case entails a change in the angle of inclination of the line of sight of the ground object. In this case, the conditions of sighting of this object, which are manifested in undesirable fluctuations in the power of the reflected radar signals, can significantly change, and the resolution of the generated radar images along the horizontal range also changes.
Технический результат изобретения заключается в получении высокой точности наведения летательных аппаратов на наземные объекты, осуществляемого с использованием бортовых радиолокационных средств с CAP.The technical result of the invention is to obtain high precision guidance of aircraft on ground objects, carried out using on-board radar with CAP.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа наведения летательных аппаратов, оснащенных БРЛС с CAP, на наземные объекты путем реализации такого траекторного управления ЛА, при котором одновременно обеспечиваются:The objective of the present invention is to develop a method of pointing aircraft equipped with radar with CAP, on the ground by implementing such trajectory control of the aircraft, which simultaneously provides:
высокая точность наведения летательных аппаратов на наземные объекты с использованием на борту ЛА БРЛС с CAP;high accuracy of guidance of aircraft to ground objects using on-board CRL radar;
стабилизация линейного разрешения формируемых БРЛС с CAP радиолокационных изображений наземных объектов, как по азимуту, так и по горизонтальной дальности;stabilization of the linear resolution of radars formed with CAP radar images of ground objects, both in azimuth and in horizontal range;
минимальные искажения РЛИ наземных объектов, формируемых БРЛС с CAP в процессе наведения ЛА на эти объекты.minimal distortion of the radar image of ground objects formed by radar with CAP in the process of pointing aircraft at these objects.
Известно, что доплеровская частота радиолокационного сигнала, отраженного от неподвижного наземного точечного объекта, наблюдаемого с борта ЛА, зависит от величины скорости летательного аппарата, определяемой относительно какой-либо неподвижной земной системы координат, и угла отклонения линии визирования наземного объекта от направления вектора указанной скорости летательного аппарата. Значение этой частоты определяется соотношениемIt is known that the Doppler frequency of a radar signal reflected from a fixed ground-based point object, observed from the aircraft, depends on the speed of the aircraft, determined relative to any fixed-earth coordinate system, and the angle of deviation of the line of sight of the ground-based object from the direction of the vector of the indicated flying speed apparatus. The value of this frequency is determined by the ratio
где: Vr - скорость сближения носителя БРЛС (ЛА) с наблюдаемымwhere: V r is the speed of approach of the radar (LA) carrier to the observed
объектом (радиальная скорость);object (radial speed);
V - скорость ЛА относительно неподвижной земной системы координат;V is the speed of the aircraft relative to the motionless earth coordinate system;
φ - угол отклонения линии визирования наблюдаемого объекта от вектора скорости ЛА (в плоскости визирования объекта, образуемой линией его визирования и вектором скорости ЛА);φ is the angle of deviation of the line of sight of the observed object from the aircraft velocity vector (in the plane of sight of the object formed by its line of sight and the aircraft velocity vector);
λ - длина волны зондирующих сигналов БРЛС.λ is the wavelength of the probing radar signals.
Определив с использованием БРЛС с CAP значение Fd, доплеровской частоты радиолокационных сигналов, отраженных от наземного точечного объекта, зная величину скорости полета ЛА, можно получить оценку угла φ.Having determined the value of F d using the radar with CAP, the Doppler frequency of the radar signals reflected from the ground-based point object, knowing the value of the aircraft’s flight speed, we can estimate the angle φ.
Рассматривая Fd как функцию:Considering F d as a function:
угла φГ - отклонения проекции линии визирования наблюдаемого объекта на горизонтальную плоскость XOZ (земную поверхность, как это показано на рисунке фиг.1) от проекции вектора скорости ЛА (совпадающей по направлению с осью ОХ) на эту же плоскость (азимутальный угол);angle φ Г - deviation of the projection of the line of sight of the observed object on the horizontal XOZ plane (earth surface, as shown in Figure 1) from the projection of the aircraft velocity vector (coinciding in direction with the axis OX) on the same plane (azimuthal angle);
угла ε - наклона линии визирования наблюдаемого наземного точечного объекта,angle ε - the slope of the line of sight of the observed ground-based point object,
соотношение (8) можно записать в видеrelation (8) can be written as
где:Where:
VП - горизонтальная (путевая) составляющая скорости полета ЛА;V P - horizontal (track) component of the flight speed of the aircraft;
VY - вертикальная составляющая скорости полета ЛА.V Y - the vertical component of the flight speed of the aircraft.
С использованием разложения (10) в кратный ряд Тейлора [5], в его линейном приближении, для точки на земной поверхности, направление на которую отстоит от направления на рассматриваемый точечный наземный объект на малые углы ΔφГ в горизонтальной плоскости и Δε в вертикальной плоскости можно записать:Using the expansion of (10) into a multiple Taylor series [5], in its linear approximation, for a point on the earth’s surface, the direction of which is separated from the direction of the considered point ground object at small angles Δφ G in the horizontal plane and Δε in the vertical plane write down:
где:Where:
- величины, характеризующие изменение доплеровской частоты отраженного сигнала при смещении направления визирования рассматриваемого наземного объекта соответственно на угол ΔφГ в горизонтальной плоскости и угол Δε в вертикальной плоскости.- values characterizing the change in the Doppler frequency of the reflected signal when the direction of sight of the considered ground object is shifted, respectively, by an angle Δφ G in the horizontal plane and an angle Δε in the vertical plane.
Для ΔφГ, Δε, с учетом их предполагаемой малости, справедливоFor Δφ G , Δε, taking into account their assumed smallness,
где: Δl - линейное азимутальное отклонение наблюдаемого объекта на земной поверхности, соответствующее ΔφГ. Знак Δl определяется знаком ΔφГ;where: Δl is the linear azimuthal deviation of the observed object on the earth's surface, corresponding to Δφ G. The sign of Δl is determined by the sign of Δφ G ;
Δd - линейное отклонение наблюдаемого объекта на горизонтальной плоскости (земной поверхности) по направлению горизонтальной проекции линии визирования объекта, соответствующее Δε, как показано на рисунке фиг.2.Δd is the linear deviation of the observed object on a horizontal plane (earth's surface) in the direction of the horizontal projection of the line of sight of the object, corresponding to Δε, as shown in the figure of figure 2.
D, DГ соответственно дальность от ЛА до наземного объекта и горизонтальная дальность от ЛА до наземного объекта. Из (11), с учетом (12), а также того, чтоD, D G, respectively, the distance from the aircraft to the ground object and the horizontal distance from the aircraft to the ground object. From (11), taking into account (12), and also the fact that
где Θ - угол наклона вектора скорости
Данными выражениями определяется разностьThese expressions determine the difference
доплеровских частот сигналов, отраженных от двух точечных наземных объектов, наблюдаемых в условиях, характеризующихся параметрами (φГ, ε, Θ, V, D, λ), и отстоящих друг от друга на величины Δd и Δl.Doppler frequencies of signals reflected from two point ground objects, observed under conditions characterized by parameters (φ Г , ε, Θ, V, D, λ), and separated from each other by Δd and Δl.
Также (17), в первом приближении, характеризует ширину доплеровского спектра радиолокационных сигналов, отражаемых малоразмерным наземным объектом или участком местности, имеющим протяженность Δd и Δl соответственно по горизонтальной дальности, и азимуту при его радиолокационном наблюдении с борта ЛА.Also (17), to a first approximation, it characterizes the width of the Doppler spectrum of radar signals reflected by a small terrestrial object or site with a length of Δd and Δl in horizontal distance, respectively, and azimuth when it is radar observed from the aircraft.
Если величина Δd соответствует величине элемента разрешения БРЛС по дальности, формируемого за счет амплитудной или внутриимпульсной модуляции зондирующих сигналов БРЛС, то при наблюдении наземного объекта, имеющего пренебрежимо малую протяженность по азимуту (Δl=0), величина ΔFd(φГ, ε, Δd) определяет степень азимутальной размытости радиолокационной отметки от наблюдаемого объекта на РЛИ, формируемом с использованием CAP.If the value Δd corresponds to the value of the radar resolution element of the range, formed due to the amplitude or intrapulse modulation of the probing radar signals, then when observing a ground-based object having a negligible azimuth length (Δl = 0), the quantity ΔF d (φ Г , ε, Δd ) determines the degree of azimuthal blur of the radar mark from the observed object on the radar image generated using CAP.
Если величина Δd превышает величину элемента разрешения БРЛС по дальности, формируемого за счет амплитудной или внутриимпульсной модуляции зондирующих сигналов БРЛС, то величина ΔFd(φГ, ε, Δd) также определяет степень разворота радиолокационного изображения этого объекта в частотной области.If the value of Δd exceeds the value of the radar resolution element in range, formed due to the amplitude or intrapulse modulation of the probing radar signals, then the quantity ΔF d (φ Г , ε, Δd) also determines the degree of rotation of the radar image of this object in the frequency domain.
Оба указанных эффекта могут приводить к искажению радиолокационных изображений наземных объектов, формируемых БРЛС ЛА в полете при использовании CAP.Both of these effects can lead to distortion of radar images of ground objects formed by radar in flight when using CAP.
Данные искажения, очевидно, отсутствуют при выполнении условияThese distortions are obviously absent when the condition
Выполнение этого условия, как следует из (16), обеспечивается в том случае, когдаThe fulfillment of this condition, as follows from (16), is ensured when
или при заданных φГ и ε≠0 угол наклона траектории полета ЛА в процессе синтезирования антенного раскрываor for given φ Г and ε ≠ 0, the angle of inclination of the flight path of the aircraft during the synthesis of the antenna aperture
В этом случае горизонтальная проекция линии визирования наблюдаемого точечного наземного объекта является касательной к изодопе (линии равного доплеровского сдвига частоты [6]), проходящей через этот объект в горизонтальной плоскости (по земной поверхности), а вектор скорости ЛА в плоскости XOY направлен в точку (ВЦ), как показано на рисунке фиг.1, образованную пересечением перпендикуляра (НО-ВЦ) к горизонтальной проекции (О-НО) линии визирования наземного объекта, проходящего через этот объект и принадлежащего горизонтальной плоскости, с вертикальной плоскостью XOY, которой принадлежит вектор скорости летательного аппарата.In this case, the horizontal projection of the line of sight of the observed point-like ground object is tangent to the isodope (line of equal Doppler frequency shift [6]) passing through this object in the horizontal plane (along the earth's surface), and the speed vector of the aircraft in the XOY plane is directed to the point ( CC), as shown in Figure 1, formed by the intersection of the perpendicular (HOC) to the horizontal projection (O-HO) of the line of sight of a ground object passing through this object and belonging to a horizontal plane, with the XOY vertical plane to which the aircraft's velocity vector belongs.
Последнее утверждение подтверждается соотношениями:The last statement is confirmed by the relations:
где: YЛА - высота полета ЛА;where: Y LA - aircraft altitude;
DВЦ - дальность от ЛА до точки ВЦ,D CC - the distance from the aircraft to the point of the CC,
DГВЦ - горизонтальная дальность от ЛА до точки ВЦ,D MCC - the horizontal distance from the aircraft to the point of the CC,
при их подстановке в (20).when they are substituted in (20).
Точка ВЦ при этом может рассматриваться в качестве виртуального наземного объекта, на который должно осуществляться наведение ЛА в текущий момент времени.In this case, the VC point can be considered as a virtual ground object, on which the aircraft should be guided at the current time.
В условиях геометрического построения, соответствующего рисунку фиг.1, отрезок (НО-ВЦ) также перпендикулярен линии визирования (ЛА-НО) наземного объекта и при этом справедливо следующее соотношение:In terms of geometric construction, corresponding to the figure of figure 1, the segment (BUT-VC) is also perpendicular to the line of sight (LA-BUT) of the ground object and the following relation is true:
где: φ - угол отклонения линии визирования наземного объекта от направления вектора скорости ЛА.where: φ is the angle of deviation of the line of sight of the ground object from the direction of the aircraft velocity vector.
Данное утверждение подтверждается соотношениями:This statement is confirmed by the relations:
при их подстановке в (22).when they are substituted in (22).
Соотношение (22) отражает те условия формирования траектории полета ЛА в процессе его наведения на наземный объект, при которых БРЛС с CAP обеспечивает формирование РЛИ наземного объекта с наименьшими искажениями, возникающими за счет наличия вертикальной составляющей скорости полета ЛА.Relation (22) reflects those conditions for the formation of the flight path of an aircraft during its guidance to a ground object, in which radar with CAP provides the formation of radar information of a ground object with the least distortion arising from the presence of the vertical component of the flight speed of the aircraft.
Помимо обеспечения минимальных искажений радиолокационных изображений, формируемых БРЛС с CAP в процессе наведения ЛА на наземный объект, целесообразно осуществление стабилизации линейной разрешающей способности этих изображений по азимуту и горизонтальной дальности. При этом существенно упрощаются процедуры обработки РЛИ, с использованием которых осуществляется наведение ЛА на наземный объект.In addition to ensuring minimal distortion of radar images generated by radar with CAP in the process of pointing the aircraft at a ground object, it is advisable to stabilize the linear resolution of these images in azimuth and horizontal range. At the same time, the radar processing procedures are significantly simplified, using which the aircraft is guided to a ground object.
Стабилизация требуемой разрешающей способности БРЛС с CAP по горизонтальной дальности (ΔdТ=const) при использовании в БРЛС модулированных зондирующих сигналов, как следует из рисунка фиг.2, требует поддержания постоянства угла визирования наземного объекта в вертикальной плоскости (ε=εТ=const).The stabilization of the required resolution of the radar with CAP in the horizontal range (Δd Т = const) when using modulated probing signals in the radar, as follows from Figure 2, requires maintaining a constant viewing angle of the ground object in the vertical plane (ε = ε Т = const) .
При обеспечении постоянства угла визирования наземного объекта в вертикальной плоскости снижаются уровень и частота флуктуации радиолокационных сигналов, отраженных от этого объекта, обусловленных изрезанностью его диаграммы обратного рассеяния в вертикальной плоскости.By ensuring a constant viewing angle of the ground object in the vertical plane, the level and frequency of fluctuations of the radar signals reflected from this object are reduced due to the indentation of its backscatter pattern in the vertical plane.
Для стабилизации требуемого линейного азимутального разрешения (ΔlТ=const) формируемого РЛИ при выполнении условий визирования наземного объекта, представленных на рисунке фиг.1, требуется обеспечивать отклонение направления линии визирования этого объекта от направления вектора скорости ЛА в плоскости, образуемой вектором скорости ЛА и указанной линией визирования (плоскости визирования наземного объекта), аналогично (I):To stabilize the required linear azimuthal resolution (Δl T = const) of the generated radar image when fulfilling the conditions for sighting a ground object, shown in Figure 1, it is necessary to provide a deviation of the direction of the line of sight of this object from the direction of the speed vector of the aircraft in the plane formed by the speed vector of the aircraft and indicated line of sight (plane of sight of a ground object), similar to (I):
где: TС - время синтезирования антенного раскрыва БРЛС;where: T With - the synthesis time of the antenna aerial radar;
V - скорость ЛА относительно неподвижной земной системы координат.V is the speed of the aircraft relative to the motionless earth coordinate system.
При этом значения (φТ, εТ) в соответствии с (22) определяют требуемый угол наклона вектора скорости ЛА в процессе синтезирования антенного раскрыва БРЛСIn this case, the values (φ Т , ε Т ) in accordance with (22) determine the required angle of inclination of the aircraft velocity vector during the synthesis of the radar antenna aperture
При наведении на наземные объекты стабилизированных по крену летательных аппаратов, управление которыми осуществляется путем формирования нормального и бокового (поперечных) ускорений, являющихся проекциями вектора полного ускорения ЛА на оси O1Y1, O1Z1 прямоугольной показанной на рисунке фиг.1 подвижной системы координат O1X1Y1Z1, начало которой (O1) совпадает с ЛА, ось O1X1 совпадает с вектором земной скорости ЛА, ось O1Y1 принадлежит вертикальной плоскости, проходящей через ось O1X1, а ось O1Z1 дополняет систему координат до правой, для условий синтезирования антенного раскрыва БРЛС, соответствующих рисунку фиг.1, должно обеспечиваться выполнение следующего соотношенияWhen pointing roll-stabilized aircraft, which are controlled by forming normal and lateral (transverse) accelerations, which are projections of the full acceleration vector of the aircraft on the axis O 1 Y 1 , O 1 Z 1 of the rectangular mobile system shown in Figure 1 coordinate O 1 X 1 Y 1 Z 1 , the origin of which (O 1 ) coincides with the aircraft, the axis O 1 X 1 coincides with the ground speed vector of the aircraft, the axis O 1 Y 1 belongs to the vertical plane passing through the axis O 1 X 1 , and O 1 Z 1 completes axis coordinate system to the right, for synthesizing conditions aperture radar antenna corresponding to Figure 1, it shall be ensured that the following relation
где: φБТ - требуемое значение угла φБ бокового отклонения проекции линии визирования наземного объекта на наклонную плоскость X1O1Z1 (в которой осуществляется продольное движение ЛА по направлению оси O1X1, а также боковое управление ЛА) от направления вектора скорости ЛА.where: Т BT is the required value of the angle Б B of the lateral deviation of the projection of the line of sight of the ground object on the inclined plane X 1 O 1 Z 1 (in which the aircraft moves longitudinally along the axis O 1 X 1 , as well as the lateral control of the aircraft) from the direction of the vector aircraft speeds.
Значения φБТ, ΘТ, получаемые с использованием соотношений (24), (25), (26), определяют требуемую траекторию полета ЛА в процессе его наведения на наземный объект, при заданном εТ=const. Траекторию, обеспечивающую минимальные искажения радиолокационных изображений, формируемых БРЛС с CAP в полете, и стабилизацию требуемого линейного разрешения этих изображений, как по горизонтальной дальности, так и по азимуту.The values of φ BT , Θ T , obtained using relations (24), (25), (26), determine the required flight path of the aircraft during its guidance to a ground object, for a given ε Т = const. A trajectory that ensures minimal distortion of radar images generated by radar with CAP in flight, and stabilization of the required linear resolution of these images, both in horizontal range and in azimuth.
Несоответствие текущих значений параметров (φБ, ε, Θ), характеризующих траекторию полета ЛА в процессе его наведения на наземный объект, их требуемым значениям (φБТ, εТ, ΘТ) обуславливает необходимость осуществления соответствующего траекторного управления полетом ЛА.The mismatch of the current values of the parameters (φ B , ε, Θ) characterizing the flight path of the aircraft during its pointing to the ground object, their required values (φ BT , ε T , Θ T ) necessitates the implementation of the appropriate trajectory control of the flight of the aircraft.
При наведении ЛА на наземные объекты с использованием предлагаемого способа должна осуществляться оценка текущих отклонений (невязок) от требуемых значений:When pointing the aircraft at ground objects using the proposed method, an assessment of the current deviations (residuals) from the required values should be carried out:
угла φБ - бокового отклонения проекции линии визирования наземного объекта на наклонную плоскость бокового управления ЛА от направления вектора скорости ЛА (рисунок фиг.1),angle φ B - lateral deviation of the projection of the line of sight of the ground object on the inclined plane of the lateral control of the aircraft from the direction of the velocity vector of the aircraft (figure 1),
угла ε - наклона линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости,angle ε - the slope of the line of sight of a ground object in a vertical plane,
угла Θ наклона вектора скорости ЛА в вертикальной плоскости,angle Θ of the slope of the aircraft velocity vector in the vertical plane,
Для условий синтезирования антенного раскрыва БРЛС, соответствующих рисунку фиг.1, с учетом соотношения (26) в линейном приближении величина ΔφБ связана с величинойFor the conditions for synthesizing an antenna aperture of radar, corresponding to Figure 1, taking into account relation (26) in a linear approximation, the quantity Δφ B is related to
текущего отклонения угла φ, оцениваемого по соотношению (9), от его требуемого значения φТ соотношениемthe current deviation of the angle φ, estimated by the relation (9), from its required value φ T by the relation
где:Where:
При реализации синтезирования антенного раскрыва величина φ поддается непосредственной и весьма точной оценке (до десятых долей градуса и выше).When realizing the synthesis of the antenna aperture, the quantity φ can be directly and very accurately estimated (up to tenths of a degree and above).
При формировании сигналов управления (ΔБ, ΔН,) стабилизированного по крену ЛА в боковой и нормальной плоскостях управления следует учитывать, что угол ε визирования наземного объекта в вертикальной плоскости изменяется, как при управлении ЛА по курсу, так и по тангажу. Отклонение (Δε) этого угла от требуемого значения, обусловленное действием сигналов управления, формируемых в плоскости бокового управления, как и отклонение (ΔΘ) от требуемого значения угла наклона вектора скорости ЛА должно компенсироваться соответствующим сигналом управления в плоскости нормального управления.When generating control signals (Δ B , Δ H ,) stabilized along the roll of the aircraft in the lateral and normal control planes, it should be taken into account that the angle ε of the sight of the ground object in the vertical plane changes, both during the control of the aircraft along the course and pitch. The deviation (Δε) of this angle from the required value, due to the action of control signals generated in the side control plane, as well as the deviation (ΔΘ) from the required value of the angle of inclination of the aircraft speed vector should be compensated by the corresponding control signal in the normal control plane.
В соответствии с изложенным предлагаемый способ наведения ЛА на наземные объекты предполагает формирование сигналов управления (ΔБ, ΔН,) ЛА с учетом следующих функциональных связей:In accordance with the above, the proposed method of pointing the aircraft to ground objects involves the formation of control signals (Δ B , Δ N ,) of the aircraft, taking into account the following functional relationships:
В рамках предлагаемого способа наведения ЛА на наземные объекты с использованием формирования сигналов управления (ΔБ, ΔН,) ЛА по методу пропорционального наведения со смещением [7, стр.59] сигнал бокового управления ЛАIn the framework of the proposed method of guidance of an aircraft to ground objects using the formation of control signals (Δ B , Δ H ,) of an aircraft according to the method of proportional guidance with an offset [7, p. 59] the signal of lateral control of the aircraft
где: ωБ - угловая скорость линии визирования наземного объекта в плоскости бокового управления;where: ω B is the angular velocity of the line of sight of the ground object in the lateral control plane;
ωБС - требуемое смещение угловой скорости линии визирования наземного объекта в плоскости бокового управления;ω BS - the required offset of the angular velocity of the line of sight of the ground object in the lateral control plane;
jБ - ускорение движения ЛА в плоскости бокового управления. При этом требуемое смещение ωБС угловой скорости линии визирования определяется с периодом синтезирования антенного раскрыва следующим образом:j B - acceleration of the aircraft in the plane of lateral control. In this case, the required shift of the BS of the angular velocity of the line of sight is determined with the synthesis period of the antenna aperture as follows:
где: kБ - коэффициент, учитывающий способ формирования оценки φБ и, в том числе, временную задержку ее формирования при реализации CAP в процессе наведения ЛА на наземный объект, а также динамику изменения значений угла φ при воздействии сигналов бокового управления ЛА.where: k B is a coefficient that takes into account the method of forming an estimate of φ B and, including the time delay of its formation during the implementation of CAP in the process of pointing the aircraft at a ground object, as well as the dynamics of changes in the values of the angle φ under the influence of the signals of the lateral control of the aircraft.
Из (34) и (35) видно, что при приближении к наземному объекту и стремлении φБТ к нулю обеспечивается пропорциональное наведение ЛА непосредственно по данным об угловой скорости линии визирования объекта в плоскости бокового управления.It can be seen from (34) and (35) that when approaching a ground-based object and the BT φ tends to zero, the aircraft is proportionally guided directly from the data on the angular velocity of the line of sight of the object in the lateral control plane.
При формировании по методу пропорционального наведения со смещением сигнала управления ЛА (ΔН) в плоскости нормального управленияWhen forming by the method of proportional guidance with the offset of the aircraft control signal (Δ N ) in the plane of normal control
где: ωН - угловая скорость линии визирования наземного объекта в плоскости нормального управления;where: ω N is the angular velocity of the line of sight of a ground object in the plane of normal control;
ωНС - требуемое смещение угловой скорости линии визирования наземного объекта в плоскости нормального управления;ω NS - the required offset of the angular velocity of the line of sight of a ground object in the plane of normal control;
jН - ускорение движения ЛА в плоскости нормального управления. При этом требуемое смещение ωНС угловой скорости определяется с периодом синтезирования антенного раскрыва следующим образом:j N - acceleration of the aircraft in the plane of normal control. In this case, the required displacement ω NS of the angular velocity is determined with the period of synthesis of the antenna aperture as follows:
где: kε, kθ,. - весовые коэффициенты, учитывающие способ формирования оценок углов наклона линии визирования наземного объекта (ε) и вектора скорости ЛА (Θ), включая временную задержку их формирования при реализации CAP в процессе наведения ЛА на наземный объект, а также динамику изменения значений углов (ε, Θ,) при воздействии сигналов нормального управления ЛА.where: k ε , k θ,. - weighting coefficients that take into account the method of forming estimates of the angles of inclination of the line of sight of the ground object (ε) and the velocity vector of the aircraft (Θ), including the time delay of their formation during the implementation of CAP in the process of pointing the aircraft at the ground object, as well as the dynamics of the values of the angles (ε, Θ,) when exposed to normal control signals of the aircraft.
С учетом изложенного, достижение технического результата предлагаемого способа наведения летательного аппарата на наземный объект с использованием БРЛС с CAP, обеспечивается тем, что при заданном постоянном значении угла наклона линии визирования наземного объекта, в процессе наведения ЛА на этот объект с использованием бортовой навигационной системы ЛА осуществляют измерение текущей скорости полета ЛА, текущего угла наклона вектора скорости ЛА, с использованием БРЛС с CAP осуществляют измерение текущей дальности до наземного объекта, текущего угла отклонения линии визирования наземного объекта от направления вектора скорости ЛА, текущего угла наклона линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости, с использованием полученных результатов осуществляют управление полетом ЛА в плоскостях управления ЛА таким образом, чтобы обеспечивалась стабилизация линейного азимутального разрешения радиолокационного изображения наземного объекта, формируемого БРЛС с CAP, стабилизация разрешения указанного радиолокационного изображения по горизонтальной дальности, а направление вектора скорости ЛА в вертикальной плоскости в каждый момент времени совпадало с направлением на точку пересечения перпендикуляра к проекции линии визирования наземного объекта на горизонтальную плоскость (земную поверхность), проходящего через наземный объект и принадлежащего горизонтальной плоскости, с вертикальной плоскостью, которой принадлежит вектор скорости летательного аппарата, для чего рассчитывают по соотношениям (24), (25) требуемое значение угла между направлением линии визирования объекта и направлением вектора скорости ЛА в наклонной плоскости, образуемой вектором скорости ЛА и линией визирования цели, требуемое значение угла наклона вектора скорости ЛА в процессе синтезирования антенного раскрыва БРЛС, формируют оценки величин отклонений текущих значений угла наклона вектора скорости ЛА, угла наклона линии визирования наземного объекта, угла между направлением вектора скорости ЛА и линией визирования наземного объекта, угла между направлением вектора скорости ЛА и линией визирования наземного объекта в плоскости бокового управления ЛА от их требуемых значений, с использованием указанных оценок отклонений, с учетом длительности синтезирования антенного раскрыва БРЛС рассчитывают необходимые величины требуемых смещений угловой скорости линии визирования наземного объекта в плоскостях бокового и нормального управления ЛА и формируют сигналы траекторного управления ЛА в плоскостях бокового и нормального управления по методу пропорционального наведения со смещением, обеспечивающие устранение отклонений текущих значений угла наклона вектора скорости ЛА, угла наклона линии визирования наземного объекта, угла между направлением вектора скорости ЛА и линией визирования наземного объекта от их требуемых значений.Based on the foregoing, the achievement of the technical result of the proposed method of pointing the aircraft at a ground object using radar with CAP is ensured by the fact that at a given constant value of the angle of inclination of the line of sight of a ground object, in the process of pointing the aircraft at this object using the on-board navigation system of the aircraft measuring the current flight speed of the aircraft, the current angle of the vector of the speed of the aircraft, using radar with CAP measure the current distance to the ground object, the current angle of deviation of the line of sight of the ground object from the direction of the speed vector of the aircraft, the current angle of inclination of the line of sight of the ground object in the vertical plane, using the results, control the flight of the aircraft in the control planes of the aircraft in such a way as to stabilize the linear azimuthal resolution of the radar image of the ground object, formed radar with CAP, stabilization of the resolution of the specified radar image in horizontal range and the direction of the aircraft’s velocity vector in the vertical plane at each moment of time coincided with the direction to the point of intersection of the perpendicular to the projection of the line of sight of the ground object on the horizontal plane (earth surface) passing through the ground object and belonging to the horizontal plane with the vertical plane to which the vector belongs the speed of the aircraft, which is calculated by the relations (24), (25) the required value of the angle between the direction of the line of sight of the object and the direction in the velocity vector of the aircraft in an inclined plane formed by the velocity vector of the aircraft and the line of sight of the target, the required value of the slope of the velocity vector of the aircraft during the synthesis of the antenna aerial radar, form estimates of the deviations of the current values of the angle of inclination of the velocity vector of the aircraft, the angle of the line of sight of the ground object, the angle between the direction of the speed vector of the aircraft and the line of sight of the ground object, the angle between the direction of the speed vector of the aircraft and the line of sight of the ground object in the lateral plane I LA from their required values, using the indicated estimates of deviations, taking into account the duration of the synthesis of the antenna aperture of the radar, they calculate the necessary values of the required displacements of the angular velocity of the line of sight of a ground object in the aircraft's side and normal control planes and generate trajectory control signals of the aircraft in the side and normal control planes by the method of proportional guidance with displacement, ensuring the elimination of deviations of the current values of the angle of inclination of the aircraft velocity vector, angle n the slope of the line of sight of the ground object, the angle between the direction of the velocity vector of the aircraft and the line of sight of the ground object from their required values.
Предлагаемый способ наведения летательного аппарата на наземный объект с использованием БРЛС с CAP реализуется следующим образом.The proposed method of pointing an aircraft to a ground object using radar with CAP is implemented as follows.
1. При выводе ЛА в заданную точку начала работы БРЛС с CAP и обнаружении БРЛС наземного объекта, на который должно осуществляться наведение ЛА, задается требуемое значение угла (εТ) наклона линии визирования этого объекта в вертикальной плоскости.1. When the aircraft is brought to the specified point of the beginning of the radar with CAP and the radar is detected on the ground object to which the aircraft is to be guided, the required value of the angle (ε T ) of the slope of the line of sight of this object in the vertical plane is set.
2. В процессе наведения летательного аппарата на наземный объект с использованием БРЛС с CAP по результатам измерений формируют оценки:2. In the process of pointing the aircraft at a ground object using radar with CAP according to the measurement results form estimates:
D - текущей дальности от ЛА до наземного объекта;D - current range from the aircraft to the ground object;
V - текущей скорости полета ЛА;V is the current flight speed of the aircraft;
ε - текущего угла наклона линии визирования наземного объекта (например, по результатам измерений с использованием моноимпульсного пеленгования, реализуемого БРЛС с CAP, или по результатам оценок текущей наклонной дальности до наземного объекта и текущей высоты полета ЛА с использованием бортовой системы навигации);ε is the current angle of inclination of the line of sight of the ground object (for example, according to the results of measurements using monopulse direction-finding radar with CAP, or according to the estimates of the current slant range to the ground object and the current flight altitude of the aircraft using the on-board navigation system);
Θ - текущего угла наклона вектора скорости ЛА (с использованием бортовой системы навигации);Θ - the current angle of the aircraft velocity vector (using the on-board navigation system);
φ - текущего угла отклонения линии визирования наблюдаемого объекта от направления вектора скорости ЛА (по результатам измерений с использованием доплеровской фильтрации, реализуемых БРЛС с CAP);φ is the current angle of deviation of the line of sight of the observed object from the direction of the aircraft velocity vector (according to the results of measurements using Doppler filtering implemented by radar with CAP);
3. В процессе наведения летательного аппарата на наземный объект с использованием БРЛС с CAP на основе данных о:3. In the process of pointing the aircraft at a ground object using radar with CAP based on data on:
требуемой величине (ΔlТ) линейной азимутальной разрешающей способности РЛИ, подлежащих формированию БРЛС с CAP;the required value (Δl T ) of the linear azimuthal resolution of the radar image to be formed radar with CAP;
длине волны (λ) зондирующих сигналов БРЛС;wavelength (λ) of probing radar signals;
времени (TС) синтезирования антенного раскрыва;time (T C ) synthesizing the antenna aperture;
текущей дальности (D) до наземного объекта;current range (D) to the ground object;
текущей скорости (V) полета ЛАcurrent speed (V) of flight of the aircraft
в соответствии с (24) определяется требуемое боковое отклонение (φТ) линии визирования наземного объекта от направления вектора скорости ЛА.in accordance with (24), the required lateral deviation (φ T ) of the line of sight of the ground object from the direction of the aircraft velocity vector is determined.
4. По известным значениям (φТ, εТ) по соотношению (25) определяется значение требуемого угла (ΘТ) наклона вектора скорости ЛА в процессе синтезирования антенного раскрыва БРЛС.4. Using the known values of (φ Т , ε Т ), relation (25) determines the value of the required angle (Θ Т ) of the slope of the aircraft velocity vector during the synthesis of the radar antenna aperture.
5. По соотношениям (26)-(31) определяют величину текущих отклонений (невязок) (ΔφБ, Δε, ΔΘ) угла между линией визирования наблюдаемого объекта и направлением вектора скорости ЛА в плоскости бокового управления ЛА, угла наклона линии визирования наземного объекта, угла наклона вектора скорости ЛА от их требуемых значений и с учетом соотношений (33)-(37) формируют сигналы управления ЛА.5. Using the relations (26) - (31), determine the value of the current deviations (residuals) (Δφ B , Δε, ΔΘ) of the angle between the line of sight of the observed object and the direction of the speed vector of the aircraft in the plane of the side control of the aircraft, the angle of the line of sight of the ground object, the angle of inclination of the aircraft velocity vector from their required values and taking into account relations (33) - (37) form the control signals of the aircraft.
На рисунке фиг.3 представлена упрощенная структурная схема возможного варианта системы, реализующей предлагаемый способ наведения летательного аппарата на наземный объект с использованием БРЛС с CAP, где:Figure 3 shows a simplified block diagram of a possible version of a system that implements the proposed method of pointing an aircraft to a ground object using radar with CAP, where:
1 - антенная система БРЛС;1 - radar antenna system;
2 - приемник-передатчик БРЛС;2 - radar receiver / transmitter;
3 - измеритель дальности и скорости сближения;3 - measuring range and speed of approach;
4 - угломер наклонного канал;4 - an inclinometer of an inclined channel;
5 - устройство запоминания значения требуемого угла наклона линии визирования;5 - a device for storing the value of the required angle of inclination of the line of sight;
6 - измеритель углового положения линии визирования объекта относительно направления вектора скорости ЛА;6 - measuring the angular position of the line of sight of the object relative to the direction of the velocity vector of the aircraft;
7 - вычислитель требуемого смещения угла бокового канала;7 - calculator of the required offset of the angle of the side channel;
8 - вычислитель требуемого смещения угла нормального канала;8 - calculator of the required offset of the angle of the normal channel;
9 - вычислитель сигналов управления;9 - computer control signals;
10 - система управления;10 - control system;
11 - блок акселерометров;11 - block accelerometers;
12 - летательный аппарат.12 - aircraft.
Представленный на рисунке фиг.3 вариант моноимпульсной БРЛС с CAP, реализующей предлагаемый способ наведения летательного аппарата на наземный объект, функционирует следующим образом.Presented in the figure of FIG. 3, a variant of a single-pulse radar with a CAP that implements the proposed method of pointing an aircraft to a ground object, operates as follows.
Моноимпульсная антенная система 1 БРЛС осуществляет пространственную селекцию радиолокационного сигнала, отраженного от наземного объекта. С выхода антенной системы сигнал поступает на вход приемника 2 БРЛС, в котором за счет узкополосной доплеровской фильтрации, осуществляемой при реализации CAP, происходит выделение сигнала, отраженного от наземного объекта, на фоне шумов и мешающих отражений от земной поверхности. С выхода приемника 2 сигнал поступает на вход измерителя 3 наклонной дальности от ЛА до наземного объекта и скорости сближения ЛА с этим объектом, на вход угломера 4 наклонного моноимпульсного канала БРЛС, а также на вход измерителя 6 углового положения линии визирования объекта относительно направления вектора скорости ЛА.
Измеритель 6 формирует и выдает в вычислитель 9 текущие оценки углового положения линии визирования объекта относительно направления вектора скорости ЛА. Эти оценки формируются по соотношению (9) по данным о доплеровской частоте сигналов, отраженных от наземного объекта, и данным о величине скорости полета ЛА, поступающим в измеритель 6 из вычислителя сигналов управления 9. Угломер 4 с использованием данных, поступающих по наклонному каналу моноимпульсной БРЛС, формирует оценку текущего угла наклона линии визирования наземного объекта. Эта оценка, полученная в начальный момент времени реализации наведения ЛА на наземный объект, поступает в устройство 5, в котором запоминается в качестве значения требуемого угла наклона линии визирования наземного объекта. Указанное значение требуемого угла наклона линии визирования наземного объекта с выхода устройства 5 поступает в вычислитель 7 текущего требуемого угла отклонения линии визирования наземного объекта от направления скорости ЛА, в вычислитель 8 требуемого угла наклона траектории полета ЛА, а также в вычислитель 9 сигналов управления ЛА. В вычислителе 7 текущие оценки требуемого угла отклонения линии визирования наземного объекта от направления скорости ЛА формируются по соотношению (24) и выдаются в вычислитель 8 требуемого текущего угла наклона траектории полета ЛА, а также в вычислитель 9 сигналов управления ЛА. Из вычислителя 8 оценки требуемого текущего угла наклона траектории полета ЛА, формируемые по соотношению (25), также выдаются в вычислитель 9 сигналов управления ЛА. Вычислителем 9 сигналов управления ЛА по соотношениям (26)-(31) с использованием результатов оценки отклонений текущих значений углов φБ, ε, Θ от их требуемых значений, а также измеренных блоком акселерометров 11 величин нормального и бокового (поперечных) ускорений ЛА 12 формируются сигналы управления летательным аппаратом в плоскостях управления, поступающие в систему управления 10, которая осуществляет преобразование сформированных сигналов управления в соответствующие управляющие воздействия, которые поступают на управляющие элементы непосредственно летательного аппарата 12.The
Для оценки эффективности предлагаемого способа наведения летательного аппарата на наземный объект было проведено его моделирование. Целью моделирования являлось исследование возможностей предлагаемого способа наведения ЛА на наземный объект в части одновременного обеспечения требуемого линейного разрешения РЛИ, формируемых БРЛС с CAP, по дальности и азимуту в горизонтальной плоскости и требуемой точности наведения ЛА.To assess the effectiveness of the proposed method of pointing the aircraft to a ground object, its modeling was carried out. The purpose of the simulation was to study the capabilities of the proposed method of targeting an aircraft to a ground object in terms of simultaneously providing the required linear resolution of the radar generated by the radar with CAP in range and azimuth in the horizontal plane and the required accuracy of pointing the aircraft.
В процессе моделирования для определения качества предлагаемого способа наведения ЛА на наземный объект оценивались следующие показатели.In the modeling process, to determine the quality of the proposed method for targeting an aircraft to a ground object, the following indicators were evaluated.
Величина отклонения Δφ фактического значения угла φ* между направлением линии визирования наземного объекта и вектором скорости ЛА от его требуемого значенияThe deviation Δφ of the actual value of the angle φ * between the direction of the line of sight of the ground object and the velocity vector of the aircraft from its required value
Величина отклонения фактического значения угла линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости от требуемогоThe deviation of the actual value of the angle of the line of sight of the ground object in the vertical plane from the required
где: ε* - фактическое значение угла линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости.where: ε * is the actual value of the angle of the line of sight of a ground object in a vertical plane.
Величина отклонения фактического значения угла наклона траектории полета ЛА от требуемогоThe deviation of the actual value of the angle of inclination of the flight path of the aircraft from the required
где: Θ* - фактическое значение угла наклона траектории полета ЛА. В процессе моделирования в качестве показателей эффективности предлагаемого способа рассматривались оценки текущих линейных бокового и нормального промахов (hБ, hН). Указанные промахи определялись соответственно по соотношениямwhere: Θ * is the actual value of the angle of inclination of the flight path of the aircraft. In the modeling process, as indicators of the effectiveness of the proposed method, the estimates of the current linear lateral and normal misses (h B , h N ) were considered. These misses were determined respectively by the ratio
где:
Исследования проводились посредством моделирования во времени процесса изменения пространственного положения ЛА в неподвижной нормальной земной системе координат, начало которой совмещено с наземным объектом, как это показано на рисунке фиг.4.The studies were carried out by modeling over time the process of changing the spatial position of the aircraft in a stationary normal terrestrial coordinate system, the beginning of which is aligned with the ground object, as shown in Figure 4.
В том числе моделировались: V - скорость полета ЛА; D - наклонная дальность до наземного объекта; φ* - фактическое значение угла отклонения направления линии визирования наземного объекта от вектора скорости ЛА;
При этом требуемое значение φТ угла отклонения линии визирования наземного объекта от вектора скорости ЛА вычислялось по соотношению (24), требуемое значение ΘТ угла наклона траектории ЛА по соотношению (25), смещение угловой скорости ωБС линии визирования наземного объекта в плоскости бокового управления по (35), смещение угловой скорости ωНС линии визирования наземного объекта в плоскости нормального управления по (37), сигналы бокового и нормального управления (ΔБ, ΔН,) соответственно по (34) и (36), показатели качества функционирования (Δφ, Δε, ΔΘ, hБ, hН,) предлагаемого способа по (38), (39), (40), (41). Текущее местоположение ЛА определялось путем счисления координат.In this case, the required value φ T of the angle of deviation of the line of sight of the ground object from the aircraft velocity vector was calculated by the relation (24), the required value Θ T of the angle of inclination of the aircraft trajectory by the relation (25), the shift of the angular velocity ω BS of the line of sight of the ground object in the lateral control plane according to (35), the displacement of the angular velocity ω NS of the line of sight of a ground object in the normal control plane according to (37), the signals of lateral and normal control (Δ B , Δ Н ,) respectively according to (34) and (36), indicators of the quality of functioning ( Δφ , Δε, ΔΘ, h B , h N ,) of the proposed method according to (38), (39), (40), (41). The current location of the aircraft was determined by reckoning coordinates.
Результаты моделирования, приведенные на рисунках фиг.5-10, получены в предположении, что начальное значение наклонной дальности от ЛА до наземного объекта D=10000 м, начальная скорость движения ЛА V=300 м/с, ускорение торможения ЛА составляет - 3 м/с2 и является постоянным на всей траектории полета ЛА до окончания процесса наведения ЛА на наземный объект, завершение наведения ЛА на наземный объект осуществляется при уменьшении дальности до наземного объекта до 150 м, начальный угол наклона линии визирования наземного объекта ε=-35°, требуемое разрешение формируемых РЛИ по горизонтальной дальности ΔdТ=10 м, требуемое линейное разрешение формируемых РЛИ по азимуту ΔlТ=10 м, длина волны БРЛС ЛА λ=4,0 см, время синтезирования антенного раскрыва ТС=128 мс.The simulation results shown in Figures 5-10 are obtained under the assumption that the initial value of the inclined range from the aircraft to the ground object is D = 10,000 m, the initial speed of the aircraft is V = 300 m / s, and the acceleration of braking of the aircraft is 3 m / c 2 and is constant on the entire flight path of the aircraft until the end of the aircraft guidance process on the ground object, the completion of the aircraft guidance on the ground object is carried out by reducing the distance to the ground object to 150 m, the initial angle of inclination of the line of sight of the ground object ε = -35 °, required section ix radar image generated by the horizontal distance Δd T = 10 m, the desired linear resolution radar image generated azimuth Δl T = 10 m, the wavelength radar LA λ = 4,0 cm, while the antenna aperture synthesizing C T = 128 ms.
На рисунке фиг.5 приведена проекция полученной по результатам моделирования траектории полета ЛА на горизонтальную плоскость нормальной земной системы координат, соответствующей рисунку фиг.4.Figure 5 shows the projection of the flight path obtained from the simulation of the aircraft on the horizontal plane of the normal earth coordinate system corresponding to the figure of figure 4.
На рисунке фиг.6 приведены полученные в результате моделирования графики изменения значений углов ε*, Θ* (угла наклона линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости и угла наклона вектора скорости ЛА в процессе его наведения на наземный объект).Figure 6 shows the simulation results of a graph of changes in the values of the angles ε *, Θ * (the angle of inclination of the line of sight of a ground object in the vertical plane and the angle of inclination of the velocity vector of the aircraft during its pointing at the ground object).
Абсцисса графика отражает изменение координаты ЛА по оси X нормальной земной системы координат, соответствующей рисунку фиг.4.The abscissa of the graph reflects the change in the coordinate of the aircraft along the X axis of the normal earth coordinate system corresponding to the figure of Fig. 4.
На рисунке фиг.7 приведен полученный в результате моделирования график, характеризующий в соответствии с (38) в плоскости бокового управления ЛА величину Δφ отклонения величины угла между линией визирования наземного объекта и вектором скорости ЛА от требуемого значения.Figure 7 shows a graph obtained as a result of modeling, characterizing, in accordance with (38), in the aircraft lateral control plane, the value Δφ of the deviation of the angle between the line of sight of the ground object and the aircraft velocity vector from the required value.
На рисунке фиг.8 приведен полученный в результате моделирования график, характеризующий в соответствии с (39) величину Δε отклонения фактического значения угла линии визирования наземного объекта в вертикальной плоскости от требуемого в процессе наведения ЛА на наземный объект.Figure 8 shows the graph obtained as a result of the simulation, characterizing, in accordance with (39), the deviation Δε of the deviation of the actual value of the angle of the line of sight of the ground object in the vertical plane from that required in the process of pointing the aircraft at the ground object.
На рисунке фиг.9 наведен полученный в результате моделирования график, характеризующий в соответствии с (40) величину ΔΘ отклонения фактического значения угла наклона траектории полета ЛА от требуемого.In the figure of Fig. 9, a graph obtained as a result of the simulation is shown, which characterizes, in accordance with (40), the ΔΘ deviation of the actual value of the angle of inclination of the aircraft flight path from the required one.
На рисунке фиг.10 приведены полученные в результате моделирования графики изменения значений бокового и нормального промахов (hБ, hН,) в процессе наведения ЛА на наземный объект.Figure 10 shows the results of modeling the graphs of changes in the values of the lateral and normal misses (h B , h H ,) in the process of pointing the aircraft at a ground object.
Финальные значения промахов по результатам моделирования процесса наведения ЛА на наземный объект составили:, hБ=-1,5 м, hН,=-0,01 м.The final miss values according to the results of modeling the process of pointing the aircraft at a ground object were :, h B = -1.5 m, h H , = - 0.01 m.
Результаты исследований подтвердили работоспособность предлагаемого способа наведения ЛА на наземный объект с использованием БРЛС с CAP.The research results confirmed the efficiency of the proposed method of targeting an aircraft on a ground object using radar with CAP.
Предлагаемый способ наведения ЛА на наземный объект позволяет обеспечить:The proposed method of pointing aircraft at a ground object allows to provide:
- высокую точность наведения летательных аппаратов на наземные объекты;- high precision guidance of aircraft on ground objects;
- стабилизацию линейного разрешения формируемых БРЛС с CAP радиолокационных изображений наземных объектов, как по азимуту, так и по горизонтальной дальности;- stabilization of the linear resolution of radars formed with CAP radar images of ground objects, both in azimuth and horizontal range;
- минимальные искажения РЛИ наземного объекта, формируемых БРЛС с CAP в процессе наведения ЛА на этот объект.- minimal distortion of the radar image of the ground object formed by radar with CAP in the process of pointing the aircraft at this object.
Использование предлагаемого способа не накладывает сколь-нибудь существенных дополнительных ограничений на элементную базу и возможно при существующих характеристиках вычислителей БРЛС с CAP по их быстродействию и объему памяти.Using the proposed method does not impose any significant additional restrictions on the element base and is possible with the existing characteristics of radar computers with CAPs in terms of their speed and memory size.
Источники информацииInformation sources
1. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. - М.: Радио и связь. 1982. - 304 с.1. Maximov M.V., Gorgonov G.I. Electronic homing systems. - M .: Radio and communication. 1982. - 304 p.
2. Патент на изобретение №2164654.2. Patent for the invention No. 2164654.
3. Патент на изобретение №2148235 - прототип.3. Patent for the invention No. 2148235 - prototype.
4. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Теоретические основы построения радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли. М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2009, с.143 - 152.4. Kondratenkov G.S., Frolov A.Yu. Theoretical foundations of building radar systems for remote sensing of the Earth. M .: Publishing. VVIA them. prof. NOT. Zhukovsky, 2009, p. 143 - 152.
5. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. Для научных работников и инженеров. - М., Наука, 1974, с 146.5. Korn G., Korn T. Handbook of mathematics. For scientists and engineers. - M., Science, 1974, p. 146.
6. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Пер. с англ. (в четырех томах) Том 1. - М., Советское радио, 1976, с.280, 281.6. Reference radar. Ed. M. Skolnik. Per. from English (in four volumes)
7. Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. и др. Авиационные системы радиоуправления. Т.2. Радиоэлектронные системы самонаведения / под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. М.: Радиотехника, 2003. - 390 с.7. Merkulov V.I., Drogalin V.V., Kanaschenkov A.I. and other Aviation systems of radio control. T.2. Radio-electronic homing systems / ed. A.I. Kanaschenkova and V.I. Merkulova. M .: Radio engineering, 2003 .-- 390 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146963/28A RU2525650C2 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Method of guiding aircraft to ground facilities |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146963/28A RU2525650C2 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Method of guiding aircraft to ground facilities |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012146963A RU2012146963A (en) | 2014-05-10 |
RU2525650C2 true RU2525650C2 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=50629402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146963/28A RU2525650C2 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Method of guiding aircraft to ground facilities |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525650C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714531C1 (en) * | 2018-10-08 | 2020-02-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for homing to ground target |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2220397C1 (en) * | 2002-05-21 | 2003-12-27 | ОАО "Корпорация "Фазотрон-НИИР" | Method for guidance of flight vehicles on ground targets at semi-active synthesizing of antenna aperture |
RU2261411C1 (en) * | 2004-06-01 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method of proportional guidance of aircrafts at ground targets |
US7537181B2 (en) * | 2001-09-26 | 2009-05-26 | Mbda Uk Limited | Guidance system |
RU2460963C2 (en) * | 2010-11-29 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" | Method of missile radar-beam-control guidance and device to this end |
-
2012
- 2012-11-02 RU RU2012146963/28A patent/RU2525650C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7537181B2 (en) * | 2001-09-26 | 2009-05-26 | Mbda Uk Limited | Guidance system |
RU2220397C1 (en) * | 2002-05-21 | 2003-12-27 | ОАО "Корпорация "Фазотрон-НИИР" | Method for guidance of flight vehicles on ground targets at semi-active synthesizing of antenna aperture |
RU2261411C1 (en) * | 2004-06-01 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Method of proportional guidance of aircrafts at ground targets |
RU2460963C2 (en) * | 2010-11-29 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" | Method of missile radar-beam-control guidance and device to this end |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714531C1 (en) * | 2018-10-08 | 2020-02-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for homing to ground target |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012146963A (en) | 2014-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3056922B1 (en) | Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter | |
EP0097491B1 (en) | Range/azimuth angle ship imaging for ordnance control | |
US9304198B1 (en) | Navigator alignment using radar scan | |
RU2521890C2 (en) | Method of guiding aircraft to ground object | |
RU2510861C1 (en) | Method for radar determination of time of end of active phase of ballistic trajectory | |
Siegmund et al. | First demonstration of surface currents imaged by hybrid along-and cross-track interferometric SAR | |
JPH044557B2 (en) | ||
CN106526583B (en) | A kind of ground moving object localization method based on antenna radiation pattern information | |
US6803878B2 (en) | Methods and apparatus for terrain correlation | |
CA2485707A1 (en) | Methods and apparatus for radar data processing | |
RU2411538C2 (en) | Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method | |
RU2558699C1 (en) | Complex method of aircraft navigation | |
RU2643168C2 (en) | Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method | |
RU2525650C2 (en) | Method of guiding aircraft to ground facilities | |
RU2660159C1 (en) | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle | |
RU2483324C1 (en) | Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface | |
RU2229671C1 (en) | Method for guidance of flight vehicles on ground objects | |
RU2564552C1 (en) | Navigation method of airborne vehicle as per radar images of earth surface | |
RU2529649C1 (en) | Method for angular orientation of object based on spacecraft radio navigation signals | |
RU2499279C1 (en) | Method of estimating aircraft altitude from radar images of earth's surface | |
RU2551896C2 (en) | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor | |
RU2261411C1 (en) | Method of proportional guidance of aircrafts at ground targets | |
RU2468384C1 (en) | Method of determining speed and direction of ground target using synthetic-aperture radar | |
Oh et al. | A new method to calculate relative distance of closest terrain point using interferometric radar altimeter output in real flight environment | |
RU187671U1 (en) | Doppler speed and drift meter with a combined radio altimeter with an antenna system stabilized by the antenna |