RU2531065C2 - Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor - Google Patents
Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531065C2 RU2531065C2 RU2012152598/28A RU2012152598A RU2531065C2 RU 2531065 C2 RU2531065 C2 RU 2531065C2 RU 2012152598/28 A RU2012152598/28 A RU 2012152598/28A RU 2012152598 A RU2012152598 A RU 2012152598A RU 2531065 C2 RU2531065 C2 RU 2531065C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- pitch angle
- linearly polarized
- horizontal plane
- electromagnetic waves
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в пилотажно-навигационных системах ориентации летательного аппарата (ЛА), например при заходе на посадку по приборам.The invention relates to radio navigation and can be used in flight navigation systems for aircraft orientation (LA), for example, when approaching instruments.
Известные способы и устройства измерения угла тангажа ЛА основаны на использовании инерциальных систем навигации, в частности гироскопических систем ориентации [1-3]. Таким способам измерения и устройствам, их реализующим, присущ ряд недостатков. Во-первых, с течением времени происходит постоянное накопление ошибки измерений и за один час полета она составляет величину единицы градусов [1, 2]. Во-вторых, если ЛА развивает значительные перегрузки, то происходит увеличение собственной скорости прецессии гироскопа, что в ряде случаев приводит к полной потере его работоспособности [1].Known methods and devices for measuring the pitch angle of an aircraft are based on the use of inertial navigation systems, in particular gyroscopic orientation systems [1-3]. A number of disadvantages are inherent in such measurement methods and devices implementing them. Firstly, over time, there is a constant accumulation of measurement errors and for one hour of flight it is a unit of degrees [1, 2]. Secondly, if an aircraft develops significant overloads, then the gyroscope’s own precession rate increases, which in some cases leads to a complete loss of its performance [1].
Поскольку известные способы измерения угла тангажа ЛА и устройства, их реализующие, основаны на другом физическом принципе, по сравнению с заявляемыми, то они не могут рассматриваться в качестве аналогов, так как не имеют общих признаков.Since the known methods for measuring the pitch angle of an aircraft and devices that implement them are based on a different physical principle compared to the claimed ones, they cannot be considered as analogues, since they do not have common features.
Сущность заявляемого способа измерения угла тангажа ξ ЛА заключается в следующем.The essence of the proposed method for measuring the pitch angle ξ of the aircraft is as follows.
Из точки (О) с известными координатами в направлении ЛА излучают горизонтально линейно поляризованные электромагнитные волны (см. фиг.1). Выберем систему координат таким образом, что направление излучения электромагнитных волн совпадает с осью OZ. Ось OY перпендикулярна горизонтальной плоскости OZX, а ось ОХ находится в этой плоскости. Совместно они образуют исходную неподвижную декартовую прямоугольную систему координат YOX. Вектор напряженности электрического поля
На борту ЛА, находящегося в точке О' (см. фиг.1), связанная с корпусом подвижная декартовая система прямоугольных координат Y'O'X' организована таким образом, что в исходном состоянии, когда угол тангажа ξ ЛА равен нулю, вертикальная O'Y' и продольная O'X' оси ЛА совпадают соответственно с осями OY и ОХ неподвижной декартовой прямоугольной системы координат YOX источника излучения электромагнитных волн. Таким образом, когда угол тангажа ξ ЛА равен нулю, вертикальная O'Y' ось ЛА совпадает с перпендикуляром к горизонтальной плоскости (или плоскости горизонта), т.е. с осью OY, а продольная ось O'X' ЛА находится в этой плоскости и совпадает с положительным направлением оси ОХ и направлением движения ЛА.On board the aircraft located at the point O '(see Fig. 1), the movable Cartesian system of rectangular coordinates Y'O'X' associated with the hull is organized in such a way that in the initial state, when the pitch angle ξ of the aircraft is zero, the vertical O The 'Y' and the longitudinal O'X 'axes of the aircraft coincide respectively with the OY and OX axes of the fixed Cartesian rectangular coordinate system YOX of the electromagnetic radiation source. Thus, when the pitch angle ξ of the aircraft is zero, the vertical O'Y 'axis of the aircraft coincides with the perpendicular to the horizontal plane (or horizon plane), i.e. with the axis OY, and the longitudinal axis O'X 'of the aircraft is in this plane and coincides with the positive direction of the axis OX and the direction of movement of the aircraft.
На борту ЛА приемная антенна, ось симметрии диаграммы направленности которой перпендикулярна направлению движения ЛА, осуществляет боковой прием горизонтально линейно поляризованных электромагнитных волн в собственном линейном ортогональном поляризационном базисе, единичные вектора (орты)
Выбранная ориентация приемного линейного ортогонального поляризационного базиса
где векторы
Установим связь между амплитудами Ax и Ay, а также фазами φx и φy синфазно линейно ортогонально поляризованных составляющих
Для установления этой связи воспользуемся известным [4, 5] формализмом векторов и матриц Джонса. Тогда составляющие сигналов
где
-ξ - тангаж отрицателен, когда продольная ось O'X' ЛА находится ниже горизонтальной плоскости,-ξ - the pitch is negative when the longitudinal axis O'X 'of the aircraft is below the horizontal plane,
+ξ - тангаж положителен, когда продольная ось O'X' ЛА находится выше горизонтальной плоскости,+ ξ - the pitch is positive when the longitudinal axis O'X 'of the aircraft is above the horizontal plane,
Проделав в (2) и (3) необходимые матричные вычисления, получим аналитические выражения для ортогонально линейно поляризованных составляющих
соответственно их фазы:accordingly their phases:
Найдем отношение амплитуд Ax и Ay ортогонально линейно поляризованных составляющих
Подставляя в (6) θ=45°, а также учитывая определение угла тангажа [6], получим выражение для измерения угла тангажа ξ ЛА в виде:Substituting θ = 45 ° in (6), and also taking into account the definition of the pitch angle [6], we obtain the expression for measuring the pitch angle ξ of the aircraft in the form:
-γ - соответствует отрицательному углу тангажа, когда продольная ось ЛА находится ниже горизонтальной плоскости,-γ - corresponds to a negative pitch angle when the longitudinal axis of the aircraft is below the horizontal plane,
+γ - соответствует положительному углу тангажа, когда продольная ось ЛА находится выше горизонтальной плоскости,+ γ - corresponds to a positive pitch angle when the longitudinal axis of the aircraft is above the horizontal plane,
Ax - амплитуда линейно поляризованной составляющей вектора напряженности электрического поля
Ay - амплитуда линейно поляризованной составляющей вектора напряженности электрического поля
Из анализа (7) видим, что если отношение
В случае, если приемные каналы сигналов
Использование заявляемой совокупности признаков для измерения угла тангажа ЛА в известных решениях автором не обнаружено.The use of the claimed combination of features for measuring the pitch angle of an aircraft in known solutions by the author was not found.
На фиг.2 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего предложенный способ измерения угла тангажа ЛА. Устройство содержит передатчик 1 и передающую антенну 2, расположенные в точке с известными координатами. На борту ЛА устройство содержит приемную антенну 3, линейный поляризационный разделитель 4, амплитудный угловой дискриминатор 5 и вычислитель 6.Figure 2 presents the structural electrical diagram of a device that implements the proposed method for measuring the pitch angle of an aircraft. The device comprises a
На фиг.3 представлена структурная электрическая схема амплитудного углового дискриминатора 5, приемные каналы которого используют усилители промежуточной частоты (УПЧ) с линейной амплитудной характеристикой, и включает в себя: первый смеситель 7, первый линейный УПЧ 8, первый амплитудный детектор 9, гетеродин 10, схему деления 11, второй смеситель 12, второй линейный УПЧ 13, второй амплитудный детектор 14.Figure 3 presents the structural electric circuit of the amplitude angular discriminator 5, the receiving channels of which use intermediate frequency amplifiers (IFA) with a linear amplitude characteristic, and includes: a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Передатчик 1 через передающую антенну 2, имеющую горизонтальную собственную поляризацию, излучает в направлении ЛА горизонтально линейно поляризованные электромагнитные волны, вектор напряженности электрического поля Е которых совпадает с горизонтальной плоскостью.The
На борту ЛА приемная антенна 3, ось симметрии диаграммы направленности которой перпендикулярна направлению движения ЛА, осуществляет боковой прием электромагнитных волн. После чего выходной сигнал приемной антенны 3 поступает на линейный поляризационный разделитель 4, собственные орты которого составляют угол θ=-45° с вертикальной O'Y' и продольной O'X' осями ЛА соответственно. В линейном поляризационном разделителе 4 происходит разложение (разделение) принятых электромагнитных волн с вектором напряженности электрического поля
В случае, если УПЧ 8 и 13 имеют логарифмическую амплитудную характеристику, то схема деления 11 (фиг.3) заменяется схемой вычитания и в этом случае на выходе амплитудного углового дискриминатора 5 (фиг.2) формируется разность логарифмов амплитуд Ay и Ax двух ортогонально линейно поляризованных составляющих
В 3-см диапазоне длин волн заявляемое устройство измерения угла тангажа ЛА может быть выполнено следующим образом.In the 3 cm wavelength range of the claimed device for measuring the pitch angle of an aircraft can be performed as follows.
В качестве передатчика 1 может использоваться, например, стандартный генератор высокочастотных колебаний типа ГЧ-83.As the
В качестве передающей антенны 2 может быть использована слабонаправленная в горизонтальной плоскости рупорная антенна с горизонтальной собственной линейной поляризацией [8].As the transmitting
Приемная антенна 3 может быть выполнена в виде слабонаправленного круглого рупора [9].The receiving
Линейный поляризационный разделитель 4 может быть выполнен в виде волновода круглого сечения с переходом на два ортогонально расположенных волновода прямоугольного сечения [10].Linear polarizing separator 4 can be made in the form of a waveguide of circular cross section with the transition to two orthogonally located waveguides of rectangular cross section [10].
Амплитудный угловой дискриминатор 5, выполненный в соответствие с функциональной схемой, приведенной на фиг.3, полностью совпадает с аналогичным амплитудным угловым дискриминатором известной амплитудно-амплитудной моноимпульсной системы [11].The amplitude angular discriminator 5, made in accordance with the functional diagram shown in figure 3, completely coincides with the same amplitude angular discriminator of the known amplitude-amplitude monopulse system [11].
Вычислитель 6 может быть выполнен на базе бортового компьютера ЛА.The
По сравнению с широко используемыми на практике методами и техникой измерения угла тангажа ЛА, основанными на применении инерциальных средств навигации, заявляемые способ и устройство определения угла тангажа ЛА позволяют исключить постоянное накапливание с течением времени ошибки измерения, присущее всем инерциальным средствам навигации, а также ошибки измерения не чувствительны к перегрузкам, которые возникают в случае нестационарного режима полета ЛА.Compared with widely used in practice methods and techniques for measuring the pitch angle of an aircraft, based on the use of inertial navigation aids, the inventive method and device for determining the pitch angle of an aircraft allow eliminating the permanent accumulation of measurement errors inherent in all inertial navigation tools over time, as well as measurement errors not sensitive to overloads that occur in the case of unsteady flight mode of the aircraft.
Источники информацииInformation sources
1. Александров А.С., Арно Г.Р. и др. Современное состояние и тенденции развития зарубежных средств и систем навигации подвижных объектов военного и гражданского назначения. - Санкт-Петербург, 1994. - 119 с.1. Alexandrov A.S., Arno G.R. and others. The current state and development trends of foreign means and navigation systems of moving objects of military and civil purposes. - St. Petersburg, 1994 .-- 119 p.
2. Пельпор Д.С., Ягодкин В.В. Гироскопические системы. - М., Высшая школа, 1977. - 216 с.2. Pelpor D.S., Yagodkin V.V. Gyroscopic systems. - M., Higher School, 1977 .-- 216 p.
3. Агаджапов П.А., Воробьев В.Г. и др. Автоматизация самолетовождения и управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1980. - 357 с.3. Agadzhapov P.A., Vorobev V.G. et al. Automation of aircraft navigation and air traffic control. - M.: Transport, 1980 .-- 357 p.
4. О'Нейл Э. Введение в статистическую оптику. Пер. с англ. Под ред. Паршина П.Ф. - М.: Мир, 1966. - 354 с.4. O'Neill E. Introduction to statistical optics. Per. from English Ed. Parshina P.F. - M.: Mir, 1966 .-- 354 p.
5. Азам Р., Башара П. Эллипсометрия и поляризованный свет. - М.: Мир, 1981. - 588 с.5. Azam R., Bashar P. Ellipsometry and polarized light. - M .: Mir, 1981. - 588 p.
6. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. - М.: Радио и связь, 1985. - 344 с.6. Yarlykov M.S. Statistical theory of radio navigation. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 344 p.
7. Ширман Я.Д., Голиков В.Н. и др. Теоретические основы радиолокации. - М.: «Советское радио», 1970. - 560 с.7. Shirman Y.D., Golikov V.N. and other Theoretical foundations of radar. - M .: "Soviet Radio", 1970. - 560 p.
8. Дрябкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. - М.: «Советское радио», 1974. - 535 с.8. Dryabkin A.L. and other Antenna-feeder devices. - M .: "Soviet Radio", 1974. - 535 p.
9. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М.: «Энергия», 1966.9. Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design of antenna-feeder devices. - M .: "Energy", 1966.
10. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: «Советское радио», 1966. - 440 с.10. Kanareikin D.B., Pavlov N.F., Potekhin V.A. Polarization of radar signals. - M .: "Soviet Radio", 1966. - 440 p.
11. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: «Советское радио», 1970. - 383 с.11. Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. - M .: "Soviet Radio", 1970. - 383 p.
Claims (2)
,
где -ξ - отрицательный угол тангажа летательного аппарата, когда его продольная ось находится ниже горизонтальной плоскости,
+ξ - положительный угол тангажа летательного аппарата, когда его продольная ось находится выше горизонтальной плоскости,
Ax - амплитуда линейно поляризованной составляющей вектора напряженности электрического поля ,
Ay - амплитуда линейно поляризованной составляющей вектора напряженности электрического поля .1. A method of measuring the pitch angle of an aircraft when it moves in a known direction, characterized in that horizontally linearly polarized electromagnetic waves, an electric field vector, are emitted from a point with known coordinates which coincides with the horizontal plane, on board the aircraft, the receiving antenna, the axis of symmetry of which is perpendicular to the direction of movement of the aircraft, receives electromagnetic waves in its own linear orthogonal polarization basis, the unit vectors of which make an angle of -45 ° with the longitudinal and vertical axes of the aircraft, share the accepted horizontally linearly polarized electromagnetic waves into two in-phase orthogonally linearly polarized components and electric field vector , measure their amplitudes A x and A y, respectively, calculate the pitch angle ξ between the longitudinal axis of the aircraft and the horizontal plane according to the formula:
,
where -ξ is the negative pitch angle of the aircraft when its longitudinal axis is below the horizontal plane,
+ ξ is the positive pitch angle of the aircraft when its longitudinal axis is above the horizontal plane,
A x is the amplitude of the linearly polarized component of the electric field vector ,
A y is the amplitude of the linearly polarized component of the electric field vector .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152598/28A RU2531065C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152598/28A RU2531065C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012152598A RU2012152598A (en) | 2014-06-20 |
RU2531065C2 true RU2531065C2 (en) | 2014-10-20 |
Family
ID=51213383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152598/28A RU2531065C2 (en) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531065C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1251003A1 (en) * | 1985-01-29 | 1986-08-15 | Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Method and apparatus for measuring the bearing of mobile object |
RU8812U1 (en) * | 1998-02-05 | 1998-12-16 | Государственный научный центр Российской Федерации "Летно-исследовательский институт им.М.М.Громова" | FLIGHT TEST COMPLEX OF AIRCRAFT AND ON-BOARD EQUIPMENT |
RU24576U1 (en) * | 2002-04-03 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | ON-BOARD EQUIPMENT OF CONTROL SYSTEMS FOR UNMANNED AIRCRAFT |
RU2207613C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Airborne equipment of control systems of drone |
US7672758B2 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-02 | Eurocopter | Method and a device for assisting the piloting of a rotary wing aircraft in the vicinity of a landing or takeoff point |
-
2012
- 2012-12-06 RU RU2012152598/28A patent/RU2531065C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1251003A1 (en) * | 1985-01-29 | 1986-08-15 | Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Method and apparatus for measuring the bearing of mobile object |
RU8812U1 (en) * | 1998-02-05 | 1998-12-16 | Государственный научный центр Российской Федерации "Летно-исследовательский институт им.М.М.Громова" | FLIGHT TEST COMPLEX OF AIRCRAFT AND ON-BOARD EQUIPMENT |
RU2207613C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | Airborne equipment of control systems of drone |
RU24576U1 (en) * | 2002-04-03 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" | ON-BOARD EQUIPMENT OF CONTROL SYSTEMS FOR UNMANNED AIRCRAFT |
US7672758B2 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-02 | Eurocopter | Method and a device for assisting the piloting of a rotary wing aircraft in the vicinity of a landing or takeoff point |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012152598A (en) | 2014-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Simonov et al. | Polarization direction finding method of interfering radio emission sources | |
RU2619915C1 (en) | Method for determining the source of radio emissions coordinate from the aircraft | |
RU2475863C1 (en) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method | |
RU2516697C2 (en) | Method of aircraft bank measurement and device to this end | |
US4387376A (en) | Phase linear interferometer system and method | |
Yurkov et al. | Signal Polarization Selection for Aircraft Radar Control: Models and Methods | |
RU2510038C2 (en) | Ranging-differential-ranging method for determining coordinates of radio-frequency radiation sources and apparatus realising said method | |
WO1992016856A1 (en) | A synthetic aperture radar | |
RU2531065C2 (en) | Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus therefor | |
US10814998B2 (en) | Non-GPS methods and devices for refueling remotely piloted aircraft | |
RU2475862C1 (en) | Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method | |
RU2528170C1 (en) | Method to measure pitch angle of aircraft and radio navigation system for its implementation | |
CN107515841B (en) | Method for calculating electromagnetic wave arrival angle | |
RU2527943C1 (en) | Method of processing signals during multichannel phase-based direction-finding of short-wave radio sources | |
RU2521435C1 (en) | Polarisation-phase method of measuring angle of roll of mobile object and radio navigation system for realising said method | |
Shcherbyna et al. | Accuracy characteristics of radio monitoring antennas | |
RU2521137C1 (en) | Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus for realising said method | |
RU2567240C1 (en) | Method of measuring aircraft bank angle | |
RU2745836C1 (en) | Polarization-modulating radio washing system for measuring aircraft roll angle | |
RU2485538C1 (en) | Method to measure roll angle of mobile object and device for its realisation | |
RU2507529C1 (en) | Radio navigation system for measurement of mobile object bearing | |
RU2662803C1 (en) | Aircraft ground speed and the crab angle measuring method | |
Gulko et al. | Polarization Methods of Measuring the Roll Angle of an Object in Motion in Radio Beacon Navigation Systems. | |
RU2659821C1 (en) | Aircraft ground speed and the crab angle measuring device | |
RU2507530C1 (en) | Radio navigation system for measurement of mobile object bearing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161207 |