RU2537384C1 - Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation - Google Patents

Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2537384C1
RU2537384C1 RU2013131637/07A RU2013131637A RU2537384C1 RU 2537384 C1 RU2537384 C1 RU 2537384C1 RU 2013131637/07 A RU2013131637/07 A RU 2013131637/07A RU 2013131637 A RU2013131637 A RU 2013131637A RU 2537384 C1 RU2537384 C1 RU 2537384C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polarization
aircraft
output
plane
input
Prior art date
Application number
RU2013131637/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013131637A (en
Inventor
Владимир Леонидович Гулько
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority to RU2013131637/07A priority Critical patent/RU2537384C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537384C1 publication Critical patent/RU2537384C1/en
Publication of RU2013131637A publication Critical patent/RU2013131637A/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method and device apply radar navigation devices. A polarisation-modulation method of radar measurement of a roll angle of an airborne vehicle and a device for its implementation consists in the fact that a passive polarisation-anisotropic radar reflector of electromagnetic waves with horizontal linear proper polarisation is located at a point with known coordinates. The radar reflector is irradiated from the airborne vehicle board by a linearly polarised electromagnetic wave the polarisation plane of which rotates at some speed. The reflected electromagnetic wave, the polarisation of which coincides with polarisation of the emitted electromagnetic wave, is received on the board of the airborne vehicle. As per measured phase (at the receiver output) of spectrum component with double rotation speed of the polarisation plane of received signals there determined is a roll angle of the airborne vehicle.
EFFECT: avoiding constant build-up of a measurement error in course of time.
2 cl

Description

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в пилотажно-навигационных системах ориентации летательного аппарата (ЛА) при заходе на посадку по приборам.The invention relates to radio navigation and can be used in flight navigation systems for the orientation of the aircraft (LA) when approaching instruments.

Известные способы и устройства измерения угла крена ЛА основаны на использовании инерциальных систем навигации, в частности гироскопических систем ориентации [1-4]. Таким способам измерения и устройствам, их реализующих, присущ ряд недостатков. Во-первых, с течением времени происходит постоянное накапливание ошибки измерений и за один час полета она составляет величину единицы градусов [2, 3]. Во-вторых, если ЛА развивает значительные перегрузки, то происходит увеличение собственной скорости прецессии гироскопа, что в ряде случаев может привести к полной потере его работоспособности [2].Known methods and devices for measuring the roll angle of an aircraft are based on the use of inertial navigation systems, in particular gyroscopic orientation systems [1-4]. Such measurement methods and devices that implement them have a number of disadvantages. First, over time, there is a constant accumulation of measurement errors and for one hour of flight it is a unit of degrees [2, 3]. Secondly, if the aircraft develops significant overloads, then the gyroscope’s own precession rate increases, which in some cases can lead to a complete loss of its performance [2].

Поскольку известные способы измерения угла крена 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 roll angle of aircraft and devices implementing them are based on a different physical principle, in comparison with the claimed ones, they cannot be considered as analogues, since they do not have common features.

Сущность заявляемого поляризационно-модуляционного способа радиолокационного измерения угла крена ЛА заключается в следующем.The essence of the proposed polarization-modulation method of radar measurement of the roll angle of the aircraft is as follows.

В точке с известными координатами располагают поляризационно-анизотропный пассивный радиолокационный отражатель с горизонтальной линейной собственной поляризацией, выполненный в виде трехгранного уголкового отражателя (УО), состоящего из трех плоских взаимоперпендикулярных металлических или металлизированных треугольных граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны, в раскрыв которого помещена вертикально ориентированная поляризационная решетка из круглых металлических параллельных стержней (проволок) [5, 6].At a point with known coordinates, a polarization-anisotropic passive radar reflector with horizontal linear polarization of its own, made in the form of a trihedral angular reflector (UO), consisting of three planar mutually perpendicular metallic or metallized triangular faces of the same size, significantly exceeding the wavelength in which the opening is located vertically oriented polarizing grating of round metal parallel rods (wires) [5, 6].

Известно [5, 6], что сам по себе трехгранный УО является поляризационно-изотропным объектом, т.е. при падении на него плоской линейно поляризованной электромагнитной волны после трехкратного отражения, формируется плоская волна, распространяющаяся в направлении обратном направлению падения, при этом отраженная волна остается также линейно поляризованной с тем же углом ориентации, т.е. оказывается поляризованной параллельно падающей волне. Таким образом, трехгранный УО ведет себя как плоская металлическая пластина при нормальном падении и поэтому он рассматривается как поляризационно-изотропный объект [5, 6], а его матрица рассеяния (MP) в линейном поляризационном базисе имеет единичную диагональную форму [6]:It is known [5, 6] that the trihedral UO itself is a polarization-isotropic object, i.e. when a plane linearly polarized electromagnetic wave is incident upon it after triple reflection, a plane wave is formed, propagating in the direction opposite to the direction of incidence, while the reflected wave also remains linearly polarized with the same orientation angle, i.e. It turns out to be polarized in parallel to the incident wave. Thus, a trihedral UO behaves like a flat metal plate under normal incidence and therefore it is considered as a polarization-isotropic object [5, 6], and its scattering matrix (MP) in a linear polarizing basis has a unit diagonal shape [6]:

[ S 0 ] = λ [ 1 0 0 1 ] , ( 1 )

Figure 00000001
[ S 0 ] = λ [ one 0 0 one ] , ( one )
Figure 00000001

где λ - модуль собственного числа (значения) MP и имеет бесконечное множество соответствующих ему пар собственных векторов (собственных поляризаций), при которых квадрат модуля λ2 соответствует максимально возможной эффективной поверхности (площади) рассеяния (ЭПР) σm трехгранного УО, т.е. λ2m.where λ is the absolute value of the eigenvalue (value) MP and has an infinite number of pairs of eigenvectors (eigenpolarizations) corresponding to it, for which the square of the λ 2 module corresponds to the maximum possible effective scattering surface (area) ESR σ m of a trihedral EO, i.e. . λ 2 = σ m .

Для придания поляризационно-изотропному трехгранному УО с MP (1) поляризационно-анизотропных свойств в раскрыв УО размещается вертикально ориентированная поляризационная решетка из параллельных металлических стержней (или проволок) с шагом решетки А=5 мм и диаметром стержней В=0.64 мм [5, 6]. Параметры поляризационной решетки (диаметр стержней (проволок) В и шаг решетки А) выбираются такими, что составляющая вектора напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны с длиной λ=3.2 см, плоскость поляризации которой ортогональна стержням решетки (проволокам) и находится в горизонтальной плоскости, проходит через поляризационную решетку, практически не изменяясь, и после трехкратного отражения от граней трехгранного УО электромагнитная волна распространяется в направлении обратном направлению падения. При этом отраженная электромагнитная волна горизонтально линейно поляризована независимо от угла ориентации плоскости поляризации падающей волны, в то время как составляющая вектора напряженности электрического поля, плоскость поляризации которой параллельна круглым стержням (или проволокам) и находится в вертикальной плоскости, полностью отражается от поляризационной решетки как от плоской металлической пластины [5]. Таким образом, трехгранный УО с размещенной в плоскости раскрыва УО вертикально ориентированной поляризационной решеткой рассматривается как поляризационно-анизотропный объект [5, 6], а его MP в собственном линейном поляризационном базисе [^^^] имеет вид [5, 6]:To give a polarization-isotropic trihedral UO with MP (1) polarization-anisotropic properties, a vertically oriented polarizing grating of parallel metal rods (or wires) with a grating pitch A = 5 mm and a rod diameter B = 0.64 mm is placed in the UO opening (5, 6 ]. The parameters of the polarization lattice (the diameter of the rods (wires) B and the lattice pitch A) are chosen such that the component of the electric field vector of the incident electromagnetic wave with a length λ = 3.2 cm, the plane of polarization of which is orthogonal to the lattice rods (wires) and is in the horizontal plane, passes through the polarization lattice, practically unchanged, and after triple reflection from the faces of the trihedral UO, the electromagnetic wave propagates in the direction opposite to the direction of incidence. In this case, the reflected electromagnetic wave is horizontally linearly polarized regardless of the orientation angle of the plane of polarization of the incident wave, while the component of the electric field vector, the plane of polarization of which is parallel to round rods (or wires) and is in the vertical plane, is completely reflected from the polarization grating as a flat metal plate [5]. Thus, a trihedral UO with a vertically oriented polarization lattice located in the UO aperture plane is considered as a polarization-anisotropic object [5, 6], and its MP in its own linear polarization basis [^^^] has the form [5, 6]:

[ S 1 ] = [ λ 1 0 0 0 ] , ( 2 )

Figure 00000002
[ S one ] = [ λ one 0 0 0 ] , ( 2 )
Figure 00000002

где λ1 - модуль собственного числа MP.where λ 1 is the modulus of the eigenvalue MP.

Физический смысл вырожденной MP (2) становится понятным, если обратиться к двухвибраторной модели рассеяния стабильной радиолокационной цели [6, 7], а именно: собственное число MP (2) λ1 имеет смысл эффективной длины вибратора, а его квадрат λ 1 2

Figure 00000003
- эффективной площади рассеяния (ЭПР) σ. При этом собственное число λ2 равно нулю, а ориентация собственного вектора (или собственной поляризации), соответствующего собственному числу λ1 вырожденной MP (2), соответствует геометрической ориентации вибратора. Тогда вырожденная MP (2) в собственном линейном поляризационном базисе [ e x , e y ]
Figure 00000004
поляризационно-анизотропного трехгранного УО может быть представлена в виде [6, 8]The physical meaning of degenerate MP (2) becomes clear if we turn to the two-vibrator scattering model of a stable radar target [6, 7], namely: the eigenvalue MP (2) λ 1 has the meaning of the effective length of the vibrator, and its square λ one 2
Figure 00000003
- effective scattering area (EPR) σ. In this case, the eigenvalue λ 2 is equal to zero, and the orientation of the eigenvector (or eigenpolarization) corresponding to the eigenvalue λ 1 of the degenerate MP (2) corresponds to the geometric orientation of the vibrator. Then the degenerate MP (2) in its own linear polarization basis [ e x , e y ]
Figure 00000004
polarization-anisotropic trihedral UO can be represented in the form [6, 8]

[ S 1 ] = σ m [ 1 0 0 0 ] ( 3 )

Figure 00000005
[ S one ] = σ m [ one 0 0 0 ] ( 3 )
Figure 00000005

где σ m = λ 1 2

Figure 00000006
- максимально возможная ЭПР поляризационно-анизотропного трехгранного УО при облучении его линейно горизонтально поляризованной электромагнитной волной.Where σ m = λ one 2
Figure 00000006
- the maximum possible ESR of a polarization-anisotropic trihedral UO when irradiated with a linearly horizontally polarized electromagnetic wave.

Из анализа (3) следует, что в собственном линейном поляризационном базисе вырожденная MP (3) трехгранного УО, в раскрыве которого помещена вертикально ориентированная поляризационная решетка из круглых параллельных металлических стержней, эквивалентна MP ярко выраженному поляризационно-анизотропному радиолокационному объекту, представляющему собой горизонтальный вибратор.From analysis (3), it follows that in its own linear polarization basis, the degenerate MP (3) of the trihedral UO, in the aperture of which a vertically oriented polarization lattice of round parallel metal rods is placed, is equivalent to the MP pronounced polarization-anisotropic radar object, which is a horizontal vibrator.

Тогда, облучая с борта ЛА поляризационно-анизотропный УО с MP (3) линейно поляризованный электромагнитной волной, вектор напряженности электрического поля Е которой вращается с частотой Q, отраженная, от граней трехгранного УО электромагнитная волна независимо от угла ориентации плоскости поляризации падающей волны будет всегда поляризована линейно горизонтально и, соответственно, вектор напряженности электрического поля отраженной от УО электромагнитной волны E

Figure 00000007
будет всегда совпадать с горизонтальной плоскостью. При этом интенсивность отраженной и, соответственно принятой на борту ЛА, электромагнитной волны будет изменяться с частотой 2Ω, от некоторого максимума, при совпадении горизонтальной линейной поляризации излученной электромагнитной волны с собственной горизонтальной линейной поляризацией поляризационно-анизотропного УО, до минимума, при вертикальной ориентации плоскости поляризации излученной электромагнитной волны. Однако эти условия соблюдаются только в том случае, когда поперечная ось ЛА находится в горизонтальной плоскости, т.е. крен ЛА отсутствует и, соответственно, излученная горизонтально линейно поляризованная электромагнитная волна и принятая на борту ЛА электромагнитная волна совпадают по поляризации и их плоскости поляризации совпадают с горизонтальной плоскостью (плоскостью горизонта). В тех случаях, когда крен ЛА отличен от нуля, т.е. поперечная ось ЛА не находится в горизонтальной плоскости, то угловые положения плоскости поляризации излученной линейно поляризованной электромагнитной волны, при которых достигаются максимум или минимум интенсивности отраженной от УО электромагнитной волны и, соответственно, принятой на борту ЛА электромагнитной волны, смещаются и определяются креном ЛА. При этом плоскость поляризации отраженной от УО электромагнитной волны по прежнему горизонтальная и находится в горизонтальной плоскости, а плоскость поляризации принимаемой на борту ЛА электромагнитной волны не совпадает с горизонтальной плоскостью и ее угол ориентации определяется величиной угла крена ЛА, что определяет физическую основу измерений его угла крена.Then, irradiating a polarized-anisotropic UO with MP (3) linearly polarized by an electromagnetic wave from the aircraft, the vector of the electric field E which rotates with frequency Q, reflected from the faces of a trihedral UO electromagnetic wave regardless of the angle of orientation of the plane of polarization of the incident wave will always be polarized linearly horizontal and, accordingly, the vector of the electric field intensity reflected from the electromagnetic field of the electromagnetic wave E
Figure 00000007
will always match the horizontal plane. In this case, the intensity of the reflected and, accordingly, accepted on board the aircraft, electromagnetic wave will change with a frequency of 2Ω, from a certain maximum, when the horizontal linear polarization of the radiated electromagnetic wave coincides with its own horizontal linear polarization of the polarization-anisotropic EO, to a minimum, with the vertical orientation of the plane of polarization radiated electromagnetic wave. However, these conditions are met only when the transverse axis of the aircraft is in the horizontal plane, i.e. the aircraft roll is absent and, accordingly, the horizontally linearly polarized electromagnetic wave emitted and the electromagnetic wave received on board the aircraft coincide in polarization and their plane of polarization coincides with the horizontal plane (horizon plane). In cases where the roll of the aircraft is non-zero, i.e. Since the transverse axis of the aircraft is not in the horizontal plane, the angular positions of the plane of polarization of the emitted linearly polarized electromagnetic wave, at which the maximum or minimum intensity of the electromagnetic wave reflected from the UO and, accordingly, the electromagnetic wave received on board the aircraft is reached, are shifted and determined by the aircraft roll. In this case, the plane of polarization of the electromagnetic wave reflected from the EO is still horizontal and is in the horizontal plane, and the plane of polarization of the electromagnetic wave received on board the aircraft does not coincide with the horizontal plane and its orientation angle is determined by the roll angle of the aircraft, which determines the physical basis for measuring its roll angle .

Таким образом, облучая поляризационно-анизотропный трехгранный УО электромагнитной волной ориентация вектора напряженности электрического поля E

Figure 00000008
которой совпадает с одной из собственных поляризаций УО, позволяет максимизировать или минимизировать уровень отраженной и, соответственно, принятой на борту ЛА, электромагнитной волны.Thus, by irradiating the polarization-anisotropic trihedral UO with an electromagnetic wave, the orientation of the electric field strength vector E
Figure 00000008
which coincides with one of the own polarizations of the OO, allows you to maximize or minimize the level of reflected and, accordingly, accepted on board the aircraft, electromagnetic waves.

Тогда вращение плоскости поляризации излучаемой электромагнитной волны с частотой Ω приведет к амплитудной модуляции с частотой 2Ω принятой на борту ЛА электромагнитной волны. Очевидно, что выделение из амплитуды принятого сигнала на выходе приемника спектральной составляющей на частоте 2Ω и измерение ее фазы относительно удвоенного углового положения плоскости поляризации излученной электромагнитной волны позволит измерить угол крена ЛА.Then the rotation of the plane of polarization of the emitted electromagnetic wave with a frequency of Ω will lead to amplitude modulation with a frequency of 2Ω taken on board the electromagnetic wave of the aircraft. Obviously, separation of the spectral component from the amplitude of the received signal at the output of the receiver at a frequency of 2Ω and measuring its phase relative to the doubled angular position of the plane of polarization of the emitted electromagnetic wave will make it possible to measure the roll angle of the aircraft.

Установим связь между амплитудой и фазой спектральной составляющей на частоте 2Q и углом крена ЛА.We establish a relationship between the amplitude and phase of the spectral component at a frequency of 2Q and the roll angle of the aircraft.

Для установления этой связи воспользуемся известным [9] формализмом векторов и матриц Джонса.To establish this connection, we use the well-known [9] formalism of vectors and Jones matrices.

Тогда сигнал на входе приемника в собственном линейном ортогональном поляризационном базисе, единичные орты [ e x , e y ]

Figure 00000004
которого совпадают соответственно с поперечной и вертикальной осями ЛА, можно найти, с учетом (3), с помощью преобразований вида:Then the signal at the input of the receiver in its own linear orthogonal polarization basis, unit unit vectors [ e x , e y ]
Figure 00000004
which coincide respectively with the transverse and vertical axes of the aircraft, can be found, taking into account (3), using transformations of the form:

E . в х = C { [ П ] [ R ( α ) ] [ R ( γ ) ] [ S 1 ] [ R ( ± γ ) ] [ R ( α ) ] E . } , [ 4 ]

Figure 00000009
E . at x = C { [ P ] [ R ( - α ) ] [ R ( γ ) ] [ S one ] [ R ( ± γ ) ] [ R ( α ) ] E . } , [ four ]
Figure 00000009

где E . = [ 1 0 ]

Figure 00000010
- вектор Джонса исходной горизонтально линейно поляризованной излучаемой электромагнитной волны, совпадающей с горизонтальной плоскостью и поперечной осью ЛА, представленный в собственном линейном поляризационном базисе [ e x , e y ]
Figure 00000011
,Where E . = [ one 0 ]
Figure 00000010
- Jones vector of the initial horizontally linearly polarized emitted electromagnetic wave, coinciding with the horizontal plane and the transverse axis of the aircraft, presented in its own linear polarizing basis [ e x , e y ]
Figure 00000011
,

[ R ( α ) ] = [ cos α sin α sin α cos α ]

Figure 00000012
- оператор вращателя линейной плоскости поляризации излучаемой электромагнитной волны по направлению движения часовой стрелки на угол α=Ωt (Ω - частота вращения, t - время), [ R ( α ) ] = [ cos α sin α - sin α cos α ]
Figure 00000012
- the operator of the rotator of the linear plane of polarization of the emitted electromagnetic wave in the clockwise direction at an angle α = Ωt (Ω is the rotation frequency, t is time),

[ R ( ± γ ) ] = [ cos γ ± sin γ sin γ cos γ ]

Figure 00000013
- прямой оператор поворота на угол крена ЛА ±γ, [ R ( ± γ ) ] = [ cos γ ± sin γ sin γ cos γ ]
Figure 00000013
- the direct operator of rotation at an angle of heel LA ± γ,

+γ - положительный угол крена, когда правое крыло или поперечная ось ЛА находится ниже горизонтальной плоскости,+ γ is the positive angle of heel when the right wing or the transverse axis of the aircraft is below the horizontal plane,

-γ - отрицательный угол крена, когда правое крыло или поперечная ось ЛА находится выше горизонтальной плоскости,-γ is the negative angle of heel when the right wing or the transverse axis of the aircraft is above the horizontal plane,

S 1 = [ 1 0 0 0 ]

Figure 00000014
- матрица рассеяния поляризационно-анизотропного трехгранного УО с горизонтальной линейной собственной поляризацией, S one = [ one 0 0 0 ]
Figure 00000014
- scattering matrix of a polarization-anisotropic trihedral UO with horizontal linear intrinsic polarization,

[ R ( γ ) ] = [ cos γ sin γ ± sin γ cos γ ]

Figure 00000015
- обратный оператор поворота на угол крена ЛА γ
Figure 00000016
, [ R ( γ ) ] = [ cos γ sin γ ± sin γ cos γ ]
Figure 00000015
- reverse operator of rotation by the angle of heel of the aircraft γ
Figure 00000016
,

[ R ( α ) ] = [ cos α sin α sin α cos α ]

Figure 00000017
- оператор вращателя плоскости поляризации принимаемой на борту ЛА электромагнитной волны на угол -α. [ R ( - α ) ] = [ cos α - sin α sin α cos α ]
Figure 00000017
- the operator of the rotator of the plane of polarization of the electromagnetic wave received on board the aircraft at an angle of -α.

П = [ 1 0 0 0 ]

Figure 00000018
- оператор линейного поляризатора (переход с круглого или квадратного волновода на прямоугольный волновод) с горизонтальной линейной собственной поляризацией, совпадающей с поперечной осью ЛА, P = [ one 0 0 0 ]
Figure 00000018
- the operator of a linear polarizer (transition from a round or square waveguide to a rectangular waveguide) with a horizontal linear intrinsic polarization coinciding with the transverse axis of the aircraft,

С - постоянная величина, учитывающая потенциал передатчика, расстояние от передатчика до поляризационно-анизотропного УО и обратно, его максимально возможную ЭПР σm и чувствительность приемника.C is a constant value taking into account the potential of the transmitter, the distance from the transmitter to the polarization-anisotropic VO and vice versa, its maximum possible ESR σ m and the sensitivity of the receiver.

Проделав в (4) необходимые матричные преобразования, получимHaving done the necessary matrix transformations in (4), we obtain

E . в х = С cos 2 ( α ± γ ) . ( 5 )

Figure 00000019
E . at x = FROM cos 2 ( α ± γ ) . ( 5 )
Figure 00000019

Соответственно, амплитуда сигнала на выходе приемника, имеющего логарифмическую амплитудную характеристику и линейный детектор, с учетом α=Ωt, будет равна:Accordingly, the amplitude of the signal at the output of the receiver having a logarithmic amplitude characteristic and a linear detector, taking into account α = Ωt, will be equal to:

E в ы х ( Ω t ) = lg C + lg 1 2 [ 1 + cos ( 2 Ω t ± 2 γ ) ] . ( 6 )

Figure 00000020
E at s x ( Ω t ) = lg C + lg one 2 [ one + cos ( 2 Ω t ± 2 γ ) ] . ( 6 )
Figure 00000020

Из анализа (6) видим, что в спектре огибающей выходного сигнала логарифмического приемника присутствует только спектральная составляющая на частоте 2Ω и ее фаза φ определяется только углом крена γ ЛА независимо от мощности передатчика, расстояния от передатчика до УО и обратно, ЭПР УО, и чувствительности приемника.From analysis (6), we see that in the spectrum of the envelope of the output signal of the logarithmic receiver there is only a spectral component at a frequency of 2Ω and its phase φ is determined only by the roll angle γ of the aircraft, regardless of the transmitter power, the distance from the transmitter to the UO and vice versa, the EPR of the UO, and receiver sensitivity.

Амплитуда этой спектральной составляющей может быть найдена какThe amplitude of this spectral component can be found as

A 2 Ω t = 1 π 0 2 π E в ы х ( Ω t ) cos 2 Ω t d ( Ω t ) , ( 7 )

Figure 00000021
A 2 Ω t = one π 0 2 π E at s x ( Ω t ) cos 2 Ω t d ( Ω t ) , ( 7 )
Figure 00000021

Или с учетом (6) и известного соотношенияOr, taking into account (6) and the known relation

0 2 π ln ( 1 + cos x ) cos x d x = 2 π , ( 8 )

Figure 00000022
0 2 π ln ( one + cos x ) cos x d x = 2 π , ( 8 )
Figure 00000022

а также с учетом того, что уровень сигнала при наличии логарифмического приемника обычно измеряют в децибелах, получим, что амплитуда спектральной составляющей максимальна и равнаand also taking into account the fact that the signal level in the presence of a logarithmic receiver is usually measured in decibels, we find that the amplitude of the spectral component is maximum and equal to

A 2 Ω t = 40 lg e 17.37 д Б , ( 9 )

Figure 00000023
A 2 Ω t = 40 lg e 17.37 d B , ( 9 )
Figure 00000023

а ее фаза φ с учетом (6) связана с углом крена γ ЛА соотношением:and its phase φ , taking into account (6), is related to the angle of heel γ LA by the ratio:

γ [ р а д . ] = ± ϕ 2 Ω 2 [ р а д ] . ( 10 )

Figure 00000024
γ [ R but d . ] = ± ϕ 2 Ω 2 [ R but d ] . ( 10 )
Figure 00000024

Использование заявляемой совокупности признаков для измерения угла крена γ ЛА в известных решениях автором не обнаружено.The use of the claimed combination of features for measuring the angle of heel γ LA in the known solutions by the author was not found.

На фиг.1 представлен пассивный поляризационно-анизотропный радиолокационный отражатель электромагнитных волн с горизонтальной линейной собственной поляризацией, расположенный в точке с известными координатами, и выполненный в виде трехгранного УО (позиция 1 вид спереди), в раскрыв которого помещена вертикально ориентированная поляризационная решетка из круглых металлических параллельных стержней (позиция 2) с шагом решетки А=5 мм и диаметром стержней В=0.64 мм. Позиция 3 - вид сбоку.Figure 1 shows a passive polarization-anisotropic radar reflector of electromagnetic waves with a horizontal linear intrinsic polarization, located at a point with known coordinates, and made in the form of a trihedral UO (position 1 front view), in the opening of which is placed a vertically oriented polarizing grating made of round metal parallel rods (position 2) with a grid pitch of A = 5 mm and a diameter of rods of B = 0.64 mm. Position 3 is a side view.

На фиг.2 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего предложенный поляризационно-модуляционный способ радиолокационного измерения угла крена ЛА, расположенного на борту ЛА. Устройство содержит передатчик 1, антенный переключатель 2, линейный поляризатор 3, вращатель плоскости поляризации 4, приемо-передающую антенну 5, синхронизатор 6, логарифмический приемник 7, задающий генератор 8, синхронный шаговый микродвигатель 9, датчик углового положения полуволновой фазовой пластины λ/2 10, следящий измеритель дальности 11, временной селектор 12, блок автоматической регулировки усиления (АРУ) 13, блок формирования опорного сигнала 14, балансный детектор 15, пиковый детектор 16, полосовой фильтр 17, фазовый детектор 18, индикатор угла крена 19.Figure 2 presents a structural electrical diagram of a device that implements the proposed polarization-modulation method of radar measurement of the angle of heel of an aircraft located on board the aircraft. The device includes a transmitter 1, an antenna switch 2, a linear polarizer 3, a polarization plane rotator 4, a transceiver antenna 5, a synchronizer 6, a logarithmic receiver 7, a master oscillator 8, a synchronous step micromotor 9, an angular position sensor for the half-wave phase plate λ / 2 10 , tracking range meter 11, time selector 12, automatic gain control (AGC) unit 13, reference signal generating unit 14, balanced detector 15, peak detector 16, band-pass filter 17, phase detector 18, indicator roll angle 19.

На фиг.3 представлена структурная электрическая схема следящего измерителя дальности (СИД) 11. СИД содержит схему поиска и захвата 20, временной дискриминатор 21, экстраполятор 22, формирователь следящих импульсов 23, блок управляемой временной задержки 24.Figure 3 presents the structural electric circuit of a tracking range meter (LED) 11. The LED contains a search and capture circuit 20, a time discriminator 21, an extrapolator 22, a servo pulse generator 23, a controlled time delay unit 24.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Синхронизатор 6 формирует периодическую последовательность видеоимпульсов запуска передатчика 1 (ИЗП). Передатчик 1 в момент поступления на его вход ИЗП с выхода синхронизатора 6 генерирует радиоимпульс, который через антенный переключатель (АП) 2, линейный поляризатор 3 с горизонтальной линейной собственной поляризацией, совпадающей с поперечной осью ЛА, выполненный в виде перехода с волновода прямоугольного сечения на круглый волновод и вращатель плоскости поляризации 4, поступает в антенну 5 и излучается в направлении поляризационно-анизотропного пассивного радиолокационного отражателя.The synchronizer 6 generates a periodic sequence of video pulses of the start of the transmitter 1 (IPP). The transmitter 1 at the time of receipt of its input from the output of the synchronizer 6 generates a radio pulse, which through the antenna switch (AP) 2, a linear polarizer 3 with a horizontal linear intrinsic polarization coinciding with the transverse axis of the aircraft, made in the form of a transition from a rectangular waveguide to a round the waveguide and the rotator of the plane of polarization 4, enters the antenna 5 and is radiated in the direction of the polarization-anisotropic passive radar reflector.

Вращатель плоскости поляризации 4 осуществляет вращение с частотой Ω плоскости поляризации излучаемых радиоимпульсов, причем частота вращения Ω много меньше величины 2πFn, где Fn - частота повторения радиоимпульсов, что необходимо для согласования поляризаций излучаемых и принимаемых сигналов. Вращение плоскости поляризации излучаемого сигнала в вращателе 4 осуществляется за счет механического вращения с частотой Ω1=Ω/2 секции круглого волновода с вмонтированной в нее полуволновой λ/2 фазовой пластиной. Частота механического вращения Ω1 полуволновой фазовой пластины выбирается с учетом того, что плоскость поляризации электромагнитной волны, излучаемой антенной 5 в направлении радиолокационного отражателя, будет, как известно [6, 7], поворачиваться на удвоенный угол ориентации полуволновой фазовой пластины. Поэтому непрерывное механическое вращение с частотой Ω1 полуволновой фазовой пластины приведет к тому, что плоскость поляризации излучаемой линейно поляризованной электромагнитной волны будет вращаться непрерывно с частотой Ω=2Ω1. Вращение вращающейся секции круглого волновода обеспечивается синхронным шаговым микродвигателем 9, механически связанным с помощью шестерной зубчатой передачи 1:1 с секцией круглого волновода. Частота вращения секции круглого волновода Ω1 задается задающим генератором 8, который генерирует непрерывную последовательность импульсов, преобразующихся в поворот вала ротора синхронного шагового микродвигателя 9 на некоторый угол. Поскольку вал ротора синхронного шагового микродвигателя механически связан с вращающейся секцией круглого волновода с вмонтированной в нее полуволновой фазовой пластиной, а последовательность импульсов, генерируемых задающим генератором 8, поступает на управляющий вход синхронного шагового микродвигателя 9 непрерывно, то происходит непрерывное вращение полуволновой фазовой пластины с частотой Ω1. Для получения информации об угловом положении полуволновой фазовой пластины вал ротора синхронного шагового микродвигателя 9 одновременно механически связан с датчиком углового положения фазовой пластины 10, выполненным на основе сельсина, ось которого механически связана с помощью зубчатой передачи с шаговым микродвигателем 9. Выходное напряжение сельсина детектируется в балансном детекторе 15, после чего в блоке формирования опорного сигнала 14, формируется на его выходе опорное синусоидальное напряжение с удвоенной частотой вращения плоскости поляризации 2Ω.The rotator of the plane of polarization 4 rotates at a frequency Ω of the plane of polarization of the emitted radio pulses, and the rotation frequency Ω is much less than 2πF n , where F n is the repetition frequency of the radio pulses, which is necessary for matching the polarizations of the emitted and received signals. The rotation of the plane of polarization of the emitted signal in the rotator 4 is due to mechanical rotation with a frequency of Ω 1 = Ω / 2 section of a circular waveguide with a half-wave λ / 2 phase plate mounted in it. The frequency of mechanical rotation Ω 1 of the half-wave phase plate is selected taking into account the fact that the plane of polarization of the electromagnetic wave emitted by the antenna 5 in the direction of the radar reflector will, as is known [6, 7], rotate by twice the orientation angle of the half-wave phase plate. Therefore, continuous mechanical rotation with a frequency of Ω 1 of the half-wave phase plate will cause the plane of polarization of the emitted linearly polarized electromagnetic wave to rotate continuously with a frequency of Ω = 2Ω 1 . The rotation of the rotating section of the circular waveguide is provided by a synchronous stepper micromotor 9, mechanically connected using a gear gear 1: 1 with a section of a circular waveguide. The rotation frequency of the circular waveguide section Ω 1 is set by the master oscillator 8, which generates a continuous sequence of pulses that are converted into a rotation of the rotor shaft of the synchronous stepper micromotor 9 by a certain angle. Since the rotor shaft of the synchronous stepless micromotor is mechanically connected to the rotating section of the circular waveguide with a half-wave phase plate mounted in it, and the sequence of pulses generated by the master oscillator 8 is fed to the control input of the synchronous stepwise micromotor 9 continuously, the half-wave phase plate with a frequency Ω 1 . To obtain information about the angular position of the half-wave phase plate, the rotor shaft of the synchronous step micromotor 9 is simultaneously mechanically connected to the angular position sensor of the phase plate 10, made on the basis of selsyn, whose axis is mechanically connected by means of a gear transmission with a step micromotor 9. The output voltage of the selsyn is detected in the balanced detector 15, after which a reference sinusoidal voltage with a doubled rotation frequency is formed at its output in the block for generating the reference signal 14 I have a polarization plane of 2Ω.

Отраженные поляризационно-анизотропным радиолокационным отражателем электромагнитные волны, плоскость поляризации которых всегда совпадает с горизонтальной плоскостью, принимаются антенной 5 и, пройдя вращающуюся секцию круглого волновода с вмонтированной внутрь полуволновой фазовой пластиной 4, поступают на линейный поляризатор 3, где происходит выделение горизонтально линейно поляризованной составляющей, которая через антенный переключатель 2 поступает на вход логарифмического приемника 7 с линейным детектором. В приемнике 7 сигнал усиливается до необходимого уровня и после детектирования подается на сигнальный вход временного селектора 12. Вращение плоскости поляризации излучаемых и, соответственно, принимаемых на борту ЛА отраженных от поляризационно-анизотропного радиолокационного отражателя электромагнитных волн с частотой Ω, приводит к тому, что на выходе логарифмического приемника формируется сигнал, имеющий вид (6), модулированный по амплитуде удвоенной частотой вращения плоскости поляризации 2Ω.Electromagnetic waves reflected by a polarization-anisotropic radar reflector, the plane of polarization of which always coincides with the horizontal plane, are received by antenna 5 and, having passed the rotating section of the circular waveguide with the half-wave phase plate 4 mounted inside, enter the linear polarizer 3, where a horizontally linearly polarized component is extracted, which through the antenna switch 2 is fed to the input of the logarithmic receiver 7 with a linear detector. In the receiver 7, the signal is amplified to the required level and, after detection, is fed to the signal input of the temporary selector 12. Rotation of the plane of polarization of the electromagnetic waves emitted from the polarization-anisotropic radar reflector of electromagnetic waves with a frequency of Ω, which are reflected from the polarization-anisotropic radar reflector, leads to The output of the logarithmic receiver generates a signal having the form (6), modulated in amplitude by twice the rotation frequency of the polarization plane 2Ω.

Одновременно выходные ИЗП с выхода синхронизатора 6 поступают на первый вход следящего измерителя дальности 11, а на его второй вход с выхода временного селектора 12 поступают отраженные импульсы от поляризационно-анизотропного радиолокационного отражателя. Следящий измеритель дальности 11 (СИД) предназначен для автоматического отслеживания задержки τ=2R/c, пропорциональной текущей дальности R(t) до радиолокационного отражателя и формирования на его выходе следящих импульсов (СИ), временное положение которых отображает плавное изменение дальности до радиолокационного отражателя. СИ поступают на управляющий вход временного селектора 12, выполненного в виде управляемого ключа, который открывается следящим импульсом СИД только для сигнала отслеживаемого радиолокационного отражателя, который нормируется с помощью АРУ 13. Обобщенная структурная электрическая схема СИД представлена на фиг.3 и выполнена по известной классической схеме [10-12], широко используемой в РЛС сопровождения целей по дальности [13].At the same time, the output SPDs from the output of the synchronizer 6 go to the first input of the tracking range meter 11, and reflected pulses from the polarization-anisotropic radar reflector arrive to its second input from the output of the temporary selector 12. Tracking range meter 11 (LED) is designed to automatically track the delay τ = 2R / c, proportional to the current range R (t) to the radar reflector and the formation of tracking pulses (SI) at its output, the temporary position of which displays a smooth change in the range to the radar reflector. SI arrive at the control input of the temporary selector 12, made in the form of a controlled key, which is opened by the tracking pulse of the LED only for the signal of the monitored radar reflector, which is normalized using AGC 13. The generalized structural electrical circuit of the LED is presented in figure 3 and is made according to the well-known classical circuit [10-12], widely used in radar tracking targets in range [13].

Работа СИД 11 заключается в следующем.The operation of the LED 11 is as follows.

Отраженные импульсы (ОИ) с выхода временного селектора 12 поступают на первый вход временного дискриминатора 21, а на его второй вход поступают следящие импульсы (СИ) с выхода формирователя следящих импульсов 23. В временном дискриминаторе 21 происходит сравнение временного положения ОИ и СИ. После чего временной дискриминатор 21 выдает на вход экстраполятора 22 сигнал рассогласования ΔU в аналоговом виде. Для исключения зависимости сигнала рассогласования ΔU от интенсивности ОИ производится нормировка с помощью схемы АРУ 13 по сигналу отслеживаемого радиолокационного отражателя, для чего временной селектор дальности 12 стробируется следящим импульсом. Под воздействием сигнала рассогласования ΔU экстраполятор 22 вырабатывает управляющее напряжение UR, поступающее на управляющий вход 2 блока управляемой временной задержки 24, а на его первый вход поступают ИЗП с выхода синхронизатора 6. Под воздействием управляющего напряжения UR изменяется временная задержка ИЗП. Величина временной задержки ИЗП определяется величиной управляющего напряжения UR с выхода экстраполятора 22. Задержанные импульсы воздействуют на формирователь следящих импульсов 23, который вырабатывает на своем выходе следящие импульсы. Временная задержка следящих импульсов может рассматриваться как ожидаемое запаздывание отраженного радиолокационным отражателем сигнала или, иначе, как экстраполированная оценка на текущий период работы дальномера, полученная по результатам измерений предыдущих циклов. С выхода формирователя следящих импульсов 23 следящие импульсы одновременно подаются на временной дискриминатор 21 и на управляющий вход временного селектора 12, в результате чего временное рассогласование между ОИ и СИ компенсируется и, таким образом, кольцо контура системы слежения за дальностью замыкается.The reflected pulses (OI) from the output of the temporary selector 12 are supplied to the first input of the temporary discriminator 21, and the second impulses of follow-up pulses (SI) from the output of the follower pulse generator 23. In the temporary discriminator 21, the temporary position of the OI and SI is compared. After that, the time discriminator 21 outputs to the input of the extrapolator 22 a mismatch signal ΔU in analog form. To exclude the dependence of the mismatch signal ΔU on the intensity of the optical radiation, a normalization is performed using the AGC circuit 13 according to the signal of the monitored radar reflector, for which the time range selector 12 is gated by a tracking pulse. Under the influence of the mismatch signal ΔU, the extrapolator 22 generates a control voltage U R supplied to the control input 2 of the controlled time delay unit 24, and the input from the synchronizer 6 is supplied to its first input. Under the influence of the control voltage U R , the time delay of the IZ changes. The value of the time delay of the SPD is determined by the value of the control voltage U R from the output of the extrapolator 22. The delayed pulses act on the shaper of the tracking pulses 23, which generates tracking pulses at its output. The time delay of the tracking pulses can be considered as the expected delay of the signal reflected by the radar reflector or, otherwise, as an extrapolated estimate for the current period of the range finder’s operation, obtained from the results of measurements of previous cycles. From the output of the servo pulse generator 23, the servo pulses are simultaneously fed to the time discriminator 21 and to the control input of the temporary selector 12, as a result of which the time mismatch between the OI and SI is compensated and, thus, the loop ring of the range tracking system is closed.

Режиму слежения или измерения предшествует режим поиска и захвата. Начальное совмещение следящих импульсов с отраженными от радиолокационного отражателя импульсами производится с помощью схемы поиска и захвата 20. В режиме поиска кольцо слежения разорвано, так как временное положение ОИ неизвестно и рассогласование между ОИ и СИ настолько велико, что они не перекрываются. В этом случае схема поиска и захвата 20 воздействует на экстраполятор 22, периодически изменяя линейно по пилообразному закону управляющее напряжение UR на выходе экстраполятора 22 и тем самым медленно смещая по времени следящие импульсы в пределах диапазона измеряемых дальностей. Это перемещение осуществляется периодически с периодом Тп повторения зондирующих импульсов в интервале априорных задержек. Как только в процессе медленной перестройки по дальности следящие импульсы совместятся с отраженными от радиолокационного отражателя импульсами, срабатывает автомат захвата, переключающий СИД из режима поиска в режим сопровождения радиолокационного отражателя по дальности. При этом схема поиска отключается от экстраполятора 22 и управляющее напряжение UR на его выходе пропорционально дальности до радиолокационного отражателя. Таким образом временной селектор по дальности 12, выполненный в виде ключа, открывается следящим импульсом дальности только для отраженных импульсов от отслеживаемого радиолокационного отражателя, которые затем нормируются в приемнике 7 с помощью АРУ 13.The tracking or measurement mode is preceded by the search and capture mode. The initial alignment of the tracking pulses with the pulses reflected from the radar reflector is carried out using the search and capture circuit 20. In the search mode, the tracking ring is broken, since the temporary position of the OI is unknown and the mismatch between the OI and SI is so large that they do not overlap. In this case, the search and capture circuit 20 acts on the extrapolator 22, periodically changing the control voltage U R at the output of the extrapolator 22 linearly according to a sawtooth law, and thereby slowly shifting the tracking pulses in time within the range of measured ranges. This movement is carried out periodically with a period T p repetition of the probe pulses in the interval of a priori delays. As soon as the tracking pulses are combined with the pulses reflected from the radar reflector during the slow range adjustment, the capture automaton is triggered, switching the LED from the search mode to the tracking mode of the radar reflector in range. In this case, the search circuit is disconnected from the extrapolator 22 and the control voltage U R at its output is proportional to the range to the radar reflector. Thus, the time range selector 12, made in the form of a key, is opened by a tracking range pulse only for reflected pulses from the monitored radar reflector, which are then normalized in receiver 7 using AGC 13.

С выхода временного селектора 12 отраженные от радиолокационного отражателя импульсы поступают на вход пикового детектора 16, где осуществляется выделение и запоминание уровня принятого сигнала на время, равное периоду следования излучаемых импульсов. С выхода пикового детектора 16 сигнал поступает на вход полосового фильтра 17, настроенного в соответствии с выражением (6) на удвоенную частоту вращения плоскости поляризации 2Ω. Полосовой фильтр 17 выделяет спектральную составляющую на частоте 2Ω и этот сигнал поступает на первый сигнальный вход фазового детектора 18, а на его второй вход с выхода блока формирования опорного сигнала 14 поступает опорный сигнал с удвоенной частотой вращения плоскости поляризации 2Ω. В фазовом детекторе 18 измеряется фаза φ спектральной составляющей на частоте 2Ω, по которой определяется угол крена γ ЛА. С выхода фазового детектора 18 сигнал, пропорциональный синусу разности фаз входных сигналов, поступает на индикатор 19, шкала которого проградуирована с учетом соотношения (10) в градусах угла крена γ ЛА.From the output of the temporary selector 12, the pulses reflected from the radar reflector are fed to the input of the peak detector 16, where the received signal is extracted and stored for a time equal to the period of the emitted pulses. From the output of the peak detector 16, the signal is fed to the input of the bandpass filter 17, tuned in accordance with expression (6) to twice the frequency of rotation of the plane of polarization 2Ω. The band-pass filter 17 selects the spectral component at a frequency of 2Ω and this signal is fed to the first signal input of the phase detector 18, and the reference signal with a doubled frequency of rotation of the polarization plane 2Ω is supplied to its second input from the output of the reference signal generating unit 14. In the phase detector 18, the phase φ 2Ω of the spectral component is measured at a frequency of 2Ω, from which the roll angle γ of the aircraft is determined. From the output of the phase detector 18, a signal proportional to the sine of the phase difference of the input signals is supplied to indicator 19, the scale of which is calibrated taking into account relation (10) in degrees of roll angle γ LA.

В 3-см диапазоне длин волн заявляемое устройство измерения угла крена ЛА может быть реализовано следующим образом.In the 3 cm wavelength range of the claimed device for measuring the angle of heel of the aircraft can be implemented as follows.

Основные функциональные элементы устройства измерения, включающие в себя: передатчик 1, антенный переключатель 2, приемо-передающая антенна 5, синхронизатор 6, логарифмический приемник 7, временной селектор 12, блок автоматической регулировки усиления (АРУ) 13, балансный детектор 15, пиковый детектор 16, полосовой фильтр 17, фазовый детектор 18 могут быть выполнены с помощью известных технических решений, широко используемых в бортовых радиолокационных системах (РЛС) обзора земной поверхности, применяемых на летательных аппаратах [14].The main functional elements of the measuring device, including: transmitter 1, antenna switch 2, transceiver antenna 5, synchronizer 6, logarithmic receiver 7, time selector 12, automatic gain control unit (AGC) 13, balanced detector 15, peak detector 16 , a band-pass filter 17, a phase detector 18 can be performed using well-known technical solutions widely used in airborne radar systems (radars) for surveying the earth’s surface, used on aircraft [14].

Линейный поляризатор 3 выполнен в виде перехода с волновода прямоугольного сечения с горизонтальной линейной собственной поляризацией на волновод с круглым сечением [6, 7].Linear polarizer 3 is made in the form of a transition from a rectangular waveguide with horizontal linear intrinsic polarization to a circular waveguide [6, 7].

Вращатель плоскости поляризации 4 выполнен в виде вращающейся секции круглого волновода с вмонтированной внутрь полуволновой λ/2 фазовой пластиной [7], механически связанной с помощью шестерной передачи 1:1 с синхронным шаговым микродвигателем 9 типа ДШ-0,025А.The rotator of the plane of polarization 4 is made in the form of a rotating section of a circular waveguide with a half-wave plate λ / 2 mounted inwardly [7] mechanically connected using a 1: 1 gear transmission with a synchronous step micromotor 9 of the DSh-0.025A type.

Датчик углового положения 10 может быть выполнен в виде сельсина [14], ось которого с помощью шестерной передачи связана с валом ротора синхронного шагового микродвигателя 9.The angular position sensor 10 can be made in the form of a selsyn [14], the axis of which is connected via a gear to the rotor shaft of a synchronous step micromotor 9.

Следящий измеритель дальности 11 может быть выполнен с помощью известных технических решений, широко используемых в радиолокационных системах (РЛС) автоматического сопровождения целей по дальности [10-13].Tracking range meter 11 can be performed using well-known technical solutions widely used in radar systems (radar) automatic tracking of targets in range [10-13].

Блок формирования опорного сигнала с удвоенной частотой вращения плоскости поляризации 2Ω 14 может быть выполнен по известной схеме [6, 7].The block generating the reference signal with a double frequency of rotation of the plane of polarization 2Ω 14 can be performed according to the known scheme [6, 7].

Индикатор 19 может быть выполнен в виде стрелочного прибора, шкала которого прокалибрована в градусах угла крена ЛА.Indicator 19 can be made in the form of a pointer device, the scale of which is calibrated in degrees of the angle of heel of the aircraft.

По сравнению с широко используемыми средствами измерения угла крена ЛА, основанными на использовании гироскопических систем ориентации, заявляемые поляризационно-модуляционный способ радиолокационного измерения угла крена ЛА и устройство для его реализации позволяют избежать постоянного накапливания с течением времени ошибки измерения. Кроме того, использование радиолокационных отражателей с ярко выраженными поляризационно-анизотропными свойствами в качестве пассивных маркерных радиолокационных маяков при заходе на посадку ЛА на необорудованные полосы позволит снизить затраты на их обслуживание, так как пассивные маяки не требуют электропитания и регламентного обслуживания аппаратуры.Compared with widely used instruments for measuring the roll angle of an aircraft, based on the use of gyroscopic orientation systems, the inventive polarization-modulation method for radar measuring the roll angle of an aircraft and a device for its implementation allow avoiding the constant accumulation of measurement errors over time. In addition, the use of radar reflectors with pronounced polarization-anisotropic properties as passive marker radar beacons when landing on non-equipped strips will reduce the cost of their maintenance, since passive beacons do not require power and routine maintenance of the equipment.

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. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. - М.: Радио и связь, 1985. - 344 с.4. Yarlykov M.S. Statistical theory of radio navigation. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 344 p.

5. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. - М.: Сов.радио, 1975. - 248 с.5. Kobak V.O. Radar reflectors. - M .: Sov.radio, 1975 .-- 248 p.

6. Канарейкин Д.Б., Потехин В.А., Шишкин Н.Ф. Морская поляриметрия. - Л.: Судостроение, 1963. - 328 с.6. Kanareikin D. B., Potekhin V. A., Shishkin N. F. Marine polarimetry. - L .: Shipbuilding, 1963. - 328 p.

7. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. - М.: Советское радио, 1966. - 440 с.7. Kanareikin D. B., Pavlov N. F., Potekhin V. A. Polarization of radar signals. - M .: Soviet Radio, 1966 .-- 440 p.

8. Бадулин Н.Н., Гулько В.Л., Масалов Е.В. Внешняя калибровка радиолокационных поляриметров с помощью пассивных отражателей. - Изв. Вузов MB и ССО СССР Радиоэлектроника, Том 29, №11, 1986. - с.81-82.8. Badulin NN, Gulko V.L., Masalov E.V. External calibration of radar polarimeters using passive reflectors. - Izv. Universities MB and MTR USSR Radioelectronics, Volume 29, No. 11, 1986. - p.81-82.

9. Аззам Р., Башара П. Эллипсометрия и поляризованный свет. - М.: Мир, 1981. - 588 с.9. Azzam R., Bashar P. Ellipsometry and polarized light. - M .: Mir, 1981. - 588 p.

10. Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации. - М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.10. Dulevich V.E. Theoretical foundations of radar. - M .: Owls. Radio, 1978.- 608 p.

11. Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. - М.: Сов. радио, 1968. - 406 с.11. Kazarinov Yu.M. Radio engineering systems. - M .: Owls. Radio, 1968 .-- 406 p.

12. Пестряков В.Б., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы. - М.: Радио и связь, 1985. - 376 с.12. Pestryakov VB, Kuzenkov VD Radio engineering systems. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 376 p.

13. Сколник М. Справочник по радиолокации. - М.: Сов. радио, 1978, Т.4. - 376 с.13. Skolnik M. Handbook of radar. - M .: Owls. Radio, 1978, Vol. 4. - 376 p.

14. Давыдов П.С. Радиолокационные системы воздушных судов. - М.: Транспорт, 1988. - 359 с.14. Davydov P.S. Aircraft radar systems. - M .: Transport, 1988 .-- 359 p.

Claims (2)

1. Поляризационно-модуляционный способ радиолокационного измерения угла крена летательного аппарата при его движении на пассивный радиолокационный отражатель электромагнитных волн, отличающийся тем, что в точке с известными координатами располагают пассивный поляризационно-анизотропный радиолокационный отражатель электромагнитных волн с горизонтальной линейной собственной поляризацией, совпадающей с горизонтальной плоскостью, с борта летательного аппарата облучают пассивный поляризационно-анизотропный радиолокационный отражатель линейно поляризованной электромагнитной волной, плоскость поляризации которой вращается с частотой Ω, на борту летательного аппарата принимают отраженную поляризационно-анизотропным радиолокационным отражателем электромагнитную волну, поляризация которой совпадает с поляризацией излученной электромагнитной волны, выделяют из принятого сигнала, в линейном ортогональном поляризационном базисе, единичные орты которого совпадают с поперечной и вертикальной осями летательного аппарата, горизонтально линейно поляризованную компоненту, определяют амплитуду выходного сигнала приемника, имеющего логарифмическую амплитудную характеристику и линейный детектор,
Figure 00000025
,
где С - постоянная величина, учитывающая потенциал передатчика, расстояние от передатчика до поляризационно-анизотропного радиолокационного отражателя и обратно, его эффективную площадь рассеяния (ЭПР) и чувствительность приемника, выделяют из выходного сигнала логарифмического приемника спектральную составляющую на частоте 2Ω, измеряют ее фазу φ относительно удвоенного углового положения плоскости поляризации излученной электромагнитной волны и определяют угол крена γ летательного аппарата между поперечной осью летательного аппарата и горизонтальной плоскостью по формуле
Figure 00000026
,
где φ - фаза спектральной составляющей на частоте 2Ω (в радианах),
+γ - положительный угол крена, когда правое крыло летательного аппарата или его поперечная ось находится ниже горизонтальной плоскости,
-γ - отрицательный угол крена, когда правое крыло летательного аппарата или его поперечная ось находится выше горизонтальной плоскости.
1. Polarization-modulation method of radar measurement of the roll angle of the aircraft when it is moving to a passive radar reflector of electromagnetic waves, characterized in that at a point with known coordinates have a passive polarization-anisotropic radar reflector of electromagnetic waves with a horizontal linear intrinsic polarization that coincides with the horizontal plane , passive polarization-anisotropic radar reflection is irradiated from the aircraft A linearly polarized electromagnetic wave, the plane of polarization of which rotates with frequency Ω, receives an electromagnetic wave reflected by a polarization-anisotropic radar reflector, the polarization of which coincides with the polarization of the radiated electromagnetic wave, from the received signal, in a linear orthogonal polarizing basis, single unit vectors which coincide with the transverse and vertical axes of the aircraft, horizontally linearly polarized ponent, determine the amplitude of the output signal of the receiver having a logarithmic amplitude characteristic and a linear detector,
Figure 00000025
,
where C is a constant taking into account the potential of the transmitter, the distance from the transmitter to the polarization-anisotropic radar reflector and vice versa, its effective scattering area (EPR) and the sensitivity of the receiver, the spectral component at a frequency of 2Ω is extracted from the output signal of the logarithmic receiver, its phase φ 2Ω is measured relative to the doubled angular position of the plane of polarization of the emitted electromagnetic wave and determine the angle of heel γ of the aircraft between the transverse axis of the aircraft parata and horizontal plane according to the formula
Figure 00000026
,
where φ is the phase of the spectral component at a frequency of 2Ω (in radians),
+ γ is the positive angle of heel when the right wing of the aircraft or its transverse axis is below the horizontal plane,
-γ is the negative angle of heel when the right wing of the aircraft or its transverse axis is above the horizontal plane.
2. Устройство для измерения угла крена летательного аппарата, отличающееся тем, что в точке с известными координатами располагается поляризационно-анизотропный пассивный радиолокационный отражатель электромагнитных волн с горизонтальной линейной собственной поляризацией, выполненный в виде трехгранного уголкового отражателя, состоящего из трех плоских взаимоперпендикулярных металлических или металлизированных треугольных граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны λ=3.2 см, в раскрыв которого помещена вертикально ориентированная поляризационная решетка из круглых параллельных металлических стержней (или проволок) с шагом А=5 мм и диаметром В=0.64 мм и расположенные на борту летательного аппарата последовательно соединенные синхронизатор, передатчик, антенный переключатель, линейный поляризатор, выполненный в виде перехода с прямоугольного волновода на круглый волновод, вращатель плоскости поляризации с частотой Ω, выполненный в виде секции круглого волновода с вмонтированной в нее полуволновой фазовой пластиной λ/2, вращающейся с частотой Ω1=Ω/2 и антенну, при этом секция круглого волновода механически связана с помощью шестерной зубчатой передачи 1:1 с валом ротора синхронного шагового микродвигателя и датчиком углового положения полуволновой фазовой пластины, выполненным в виде сельсина, ось которого механически связана с помощью шестерной передачи с валом ротора синхронного шагового микродвигателя, при этом управляющий вход синхронного шагового микродвигателя подключен к выходу задающего генератора, а сигнальный выход датчика углового положения полуволновой фазовой пластины подключен к входу балансного детектора, а его выход подключен к входу блока формирования опорного сигнала, второй выход антенного переключателя подключен к последовательно соединенным логарифмическому приемнику и временному селектору, выполненному в виде управляемого ключа, выход синхронизатора подключен также к первому входу следящего измерителя дальности, выход временного селектора одновременно подключен к второму входу следящего измерителя дальности, к входу блока автоматической регулировки усиления и к последовательно соединенным пиковому детектору и полосовому фильтру, при этом выход следящего измерителя дальности подключен к управляющему входу временного селектора, выход блока автоматической регулировки усиления подключен к управляющему входу логарифмического приемника, а выход полосового фильтра подключен к первому входу фазового детектора, а его второй вход подключен к выходу блока формирования опорного сигнала, а выход фазового детектора подключен к входу индикатора, шкала которого проградуирована в градусах угла крена летательного аппарата, причем центральная частота полосового фильтра и частота опорного сигнала равны удвоенной частоте вращения плоскости поляризации, а собственная поляризация линейного поляризатора линейная горизонтальная и совпадает с поперечной осью летательного аппарата. 2. A device for measuring the roll angle of an aircraft, characterized in that at a point with known coordinates there is a polarization-anisotropic passive radar reflector of electromagnetic waves with horizontal linear intrinsic polarization, made in the form of a trihedral angular reflector, consisting of three planar mutually perpendicular metal or metallized triangular faces of the same size, significantly exceeding the wavelength λ = 3.2 cm, the opening of which is placed vertically A newly oriented polarization array made of round parallel metal rods (or wires) with a pitch of A = 5 mm and a diameter of B = 0.64 mm and sequentially connected synchronizer, transmitter, antenna switch, linear polarizer arranged on board an aircraft, made in the form of a transition from a rectangular waveguide on a circular waveguide, a polarization plane rotator with a frequency Ω made in the form of a section of a circular waveguide with a half-wave plate λ / 2 mounted in it and rotating with a frequency Ω 1 = Ω / 2 and the antenna, while the circular waveguide section is mechanically connected using a gear 1: 1 gear with the rotor shaft of the synchronous step micromotor and the angular position sensor of the half-wave phase plate made in the form of a selsyn, the axis of which is mechanically connected using a gear with the rotor shaft of the synchronous stepper micromotor, while the control input of the synchronous stepper micromotor is connected to the output of the master oscillator, and the signal output of the angular position sensor is half-wave phase the plate is connected to the input of the balanced detector, and its output is connected to the input of the reference signal generating unit, the second output of the antenna switch is connected to a logarithmic receiver and a temporary selector made in the form of a controlled key, the synchronizer output is also connected to the first input of the tracking range meter, the output the time selector is simultaneously connected to the second input of the tracking range meter, to the input of the automatic gain control unit and to the follower about a connected peak detector and a band-pass filter, while the output of the tracking range meter is connected to the control input of the temporary selector, the output of the automatic gain control unit is connected to the control input of the logarithmic receiver, and the output of the band-pass filter is connected to the first input of the phase detector, and its second input is connected to the output of the reference signal generating unit, and the output of the phase detector is connected to the indicator input, the scale of which is calibrated in degrees of the roll angle of the aircraft and the central frequency of the bandpass filter and the frequency of the reference signal are equal to twice the frequency of rotation of the plane of polarization, and the intrinsic polarization of the linear polarizer is linear horizontal and coincides with the transverse axis of the aircraft.
RU2013131637/07A 2013-07-09 2013-07-09 Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation RU2537384C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131637/07A RU2537384C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131637/07A RU2537384C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2537384C1 true RU2537384C1 (en) 2015-01-10
RU2013131637A RU2013131637A (en) 2015-01-20

Family

ID=53280570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013131637/07A RU2537384C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537384C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745836C1 (en) * 2020-08-10 2021-04-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Polarization-modulating radio washing system for measuring aircraft roll angle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2139553C1 (en) * 1998-02-23 1999-10-10 Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации Multipolarization method for identification of air targets
RU2191351C1 (en) * 2001-10-22 2002-10-20 ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Reading gyrostabilization system
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
US7894948B2 (en) * 2007-11-01 2011-02-22 L-3 Communications Integrated Systems L.P. Systems and methods for coordination of entities and/or communicating location information
RU2475863C1 (en) * 2011-08-04 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method
RU2485538C1 (en) * 2011-10-07 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Method to measure roll angle of mobile object and device for its realisation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2139553C1 (en) * 1998-02-23 1999-10-10 Военная академия противовоздушной обороны сухопутных войск Российской Федерации Multipolarization method for identification of air targets
RU2191351C1 (en) * 2001-10-22 2002-10-20 ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Reading gyrostabilization system
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
EP1794660B1 (en) * 2004-09-28 2010-09-01 Eurocopter Rotary-wing aircraft piloting assistance method and device for use close to a take-off or landing site
US7894948B2 (en) * 2007-11-01 2011-02-22 L-3 Communications Integrated Systems L.P. Systems and methods for coordination of entities and/or communicating location information
RU2475863C1 (en) * 2011-08-04 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ГОУ ВПО ТУСУР) Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method
RU2485538C1 (en) * 2011-10-07 2013-06-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Method to measure roll angle of mobile object and device for its realisation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745836C1 (en) * 2020-08-10 2021-04-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» Polarization-modulating radio washing system for measuring aircraft roll angle

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013131637A (en) 2015-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Browne et al. Radio echoes from the moon
US2837738A (en) Passive range measuring device
CN107782694A (en) Terahertz time-domain spectroscopy complete polarization electromagnetic scattering measuring system and acquisition methods
US2407287A (en) Course beacon
Gorham On the possibility of radar echo detection of ultra-high energy cosmic ray-and neutrino-induced extensive air showers
JP2015215211A (en) Measurement point information provision device, fluctuation detection device, method, and program
US4660044A (en) Spinning linear polarization radar mapping method
CN109633663A (en) Quantum polarization lidar STOKES parameter detection accuracy analysis method
Lang et al. Size and motion of the interstellar scintillation pattern from observations of CP 1133
RU2537384C1 (en) Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation
RU2569843C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
RU2475785C1 (en) Gravitational wave detector
RU2622908C1 (en) Radar location method for detecting aircrafts
RU2516697C2 (en) Method of aircraft bank measurement and device to this end
Panfilova et al. Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal
RU2475863C1 (en) Method of measuring banking angle of aircraft and apparatus for realising said method
RU2563312C1 (en) Coherent laser target locator
Hennessy et al. Velocity ambiguity resolution using opposite chirprates with LFM radar
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method
RU2611720C1 (en) Method for radar target identification (alternatives)
Häggström 3.8. Incoherent and coherent scatter radars
RU2485538C1 (en) Method to measure roll angle of mobile object and device for its realisation
RU2567240C1 (en) Method of measuring aircraft bank angle
RU2521137C1 (en) Method of measuring pitch angle of aircraft and apparatus for realising said method
RU2018873C1 (en) Surface seaway meter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160710