RU2659821C1 - Aircraft ground speed and the crab angle measuring device - Google Patents

Aircraft ground speed and the crab angle measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2659821C1
RU2659821C1 RU2017130214A RU2017130214A RU2659821C1 RU 2659821 C1 RU2659821 C1 RU 2659821C1 RU 2017130214 A RU2017130214 A RU 2017130214A RU 2017130214 A RU2017130214 A RU 2017130214A RU 2659821 C1 RU2659821 C1 RU 2659821C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
directional couplers
mixer
mixers
circulators
Prior art date
Application number
RU2017130214A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владиленович Хаблов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2017130214A priority Critical patent/RU2659821C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2659821C1 publication Critical patent/RU2659821C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • G01S13/68—Radar-tracking systems; Analogous systems for angle tracking only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the measuring equipment, in particular to the aircraft ground speed and the crab angle measuring devices in autonomous navigation systems using electromagnetic waves. Aircraft ground speed and the crab angle meter contains two SHF generators, the first and second directional couplers, two circulators, two antennas oriented at an angle of β0 to the surface and angle of θ from the right and left sides of its axis, the first and second mixers and the computing unit. At that, the through directional couplers generators are connected to the circulators first terminals, the antennas are connected to their second terminals. By the first inputs mixers are connected to the directional couplers additional terminals, by the second inputs are connected to the circulators third terminals, and by the outputs are to the computing unit. In addition, the device comprises four directional couplers, filter and three mixers, at that, the third and fourth directional couplers are built-in between the generators and the first and second directional couplers inputs, and the additional terminals are connected to the third mixer inputs, the fifth and sixth directional couplers are included between the circulators third terminals and the first and second mixers inputs, and their additional terminals are connected to the fourth mixer inputs, the third mixer output is connected directly to the fifth mixer first input, and the fourth mixer output is connected to the fifth mixer second input via the filter, and its output is connected to the computing unit.
EFFECT: increase in the measurement accuracy.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата в автономных навигационных системах с использованием электромагнитных волн.The invention relates to measuring technique, in particular to devices for measuring ground speed and drift angle of an aircraft in autonomous navigation systems using electromagnetic waves.

Для решения ряда навигационных задач, в особенности основной задачи навигации - определения места самолета - необходимо знать его полную скорость WH (скорость относительно земной поверхности), где проекцией ее на горизонтальную плоскость является путевая скорость W.To solve a number of navigation problems, in particular the main navigation task - determining the location of an airplane - it is necessary to know its full speed W H (speed relative to the earth's surface), where its projection onto the horizontal plane is the ground speed W.

В настоящее время известны и применяются устройства для измерения скорости и угла сноса летательного аппарата ЛА, использующие барометрический принцип действия. Он отличается высокой надежностью и простотой реализации, однако имеет существенные недостатки. Барометрическое устройство измерения скорости определяет воздушную скорость V и не учитывает скорость и направление воздушного потока U. Путевая скорость W является суммой этих двух векторов с учетом вертикальной скорости, поэтому необходима постоянная коррекция из-за изменений в скорости ветра, температуры, плотности воздуха. Угол между скоростями V и W называется углом сноса ϕ. Его коррекция осуществляется передачей данных по ориентирам на местности или по сигналам спутниковой навигации. Это приводит к невысокой точности, особенно при отсутствии связи, видимости или при пропадании сигналов со спутников. Поэтому для определения путевой скорости W и угла сноса ϕ применяются радиоволновые устройства на основе эффекта Доплера. Эти устройства позволяют автономно измерять путевую скорость с учетом угла сноса. В частности, известно устройство, описанное в доплеровском измерителе путевой скорости и угла сноса самолета (ДИСС) (Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигационные системы. М., Радио и связь, 1994).Currently known and used devices for measuring the speed and drift angle of an aircraft of an aircraft using the barometric principle of operation. It is characterized by high reliability and ease of implementation, but it has significant disadvantages. The barometric speed measuring device determines the air speed V and does not take into account the speed and direction of the air flow U. The ground speed W is the sum of these two vectors taking into account the vertical speed, therefore, constant correction is necessary due to changes in wind speed, temperature, air density. The angle between the velocities V and W is called the drift angle ϕ. Its correction is carried out by transmitting data on landmarks on the ground or by satellite navigation signals. This leads to low accuracy, especially in the absence of communication, visibility or when the signals from satellites disappear. Therefore, to determine the ground speed W and drift angle ϕ, radio wave devices based on the Doppler effect are used. These devices allow you to autonomously measure ground speed taking into account the drift angle. In particular, a device is known that is described in a Doppler meter for ground speed and drift angle of an airplane (DISS) (Bakulev PA, Sosnovsky AA Radar and radio navigation systems. M., Radio and communications, 1994).

Устройство содержит генератор СВЧ, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну, смеситель, поворотное устройство антенны и вычислительный блок. Генератор соединен через направленный ответвитель с первым выводом циркулятора, антенна соединена со вторым выводом. Смеситель первым входом соединен с дополнительным выводом направленного ответвителя, вторым входом с третьим выводом циркулятора, а выходом с вычислительным блоком. После смешивания части мощности падающих СВЧ волн и отраженных от поверхности, на выходе смесителя формируется доплеровский сигнал, частота которого определяется в вычислительном блоке.The device comprises a microwave generator, a directional coupler, a circulator, a transceiver antenna, a mixer, an antenna rotator, and a computing unit. The generator is connected through a directional coupler to the first output of the circulator, the antenna is connected to the second output. The mixer with the first input is connected to the additional output of the directional coupler, the second input with the third output of the circulator, and the output with the computing unit. After mixing part of the power of the incident microwave waves and reflected from the surface, a Doppler signal is generated at the mixer output, the frequency of which is determined in the computing unit.

На Фиг. 1 поясняется принцип действия доплеровского однолучевого измерителя путевой скорости и угла сноса.In FIG. 1, the principle of operation of the Doppler single-beam measuring instrument for ground speed and drift angle is explained.

Как показано на Фиг. 1, в простейшем однолучевом ДИСС радиоволновое излучение с частотой ƒu направляется антенной с ЛА на подстилающую поверхность под углом β0 по направлению полета. Для определения спектра частот отраженного сигнала необходимо вырезать из облучаемой площади А элементарную полоску Ai, все точки которой расположены на направлениях, составляющих угол βi с вектором скорости W. Имея в виду, что каждой из N элементарных полосок соответствует доплеровский сдвиг частоты ƒDi, для всей облучаемой площади спектр отраженного сигнала можно представить последовательностью частотAs shown in FIG. 1, in the simplest single-beam DISS, radio wave radiation with a frequency ƒ u is directed by an antenna from an aircraft to the underlying surface at an angle β 0 in the direction of flight. To determine the frequency spectrum of the reflected signal, it is necessary to cut out from the irradiated area A an elementary strip A i , all points of which are located on the directions making an angle β i with the velocity vector W. Bearing in mind that each of the N elementary bands corresponds to a Doppler frequency shift ƒ Di , for the entire irradiated area, the spectrum of the reflected signal can be represented by a sequence of frequencies

Figure 00000001
Figure 00000001

где λu=c/ƒu - длина волны излучаемого колебания, с - скорость света в воздухе. where λ u = c / ƒ u is the wavelength of the emitted oscillation, and c is the speed of light in air.

Если отражающие свойства поверхности в пределах облучаемой площади одинаковы, то форма огибающей спектра определяется формой диаграммы направленности (ДНА) измерителя в вертикальной плоскости. Максимальную мощность в этом случае имеет сигнал на средней частоте доплеровского спектра, соответствующей направлению W (оси ДНА).If the reflective properties of the surface within the irradiated area are the same, then the shape of the envelope of the spectrum is determined by the shape of the radiation pattern (BOTTOM) of the meter in the vertical plane. The maximum power in this case has a signal at the average frequency of the Doppler spectrum corresponding to the direction of W (bottom axis).

Если вектор W горизонтален (высота полета Н постоянна и угол α=0) и составляет с осью ДНА угол γ в горизонтальной и β0 в вертикальной плоскости, то доплеровская частота:If the vector W is horizontal (the flight height H is constant and the angle α = 0) and makes the angle γ in the horizontal and β 0 in the vertical plane with the DN axis, then the Doppler frequency:

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

В процессе вращения антенны, при совмещении направления облучения в горизонтальной плоскости с вектором W угол γ=0 и доплеровское приращение частоты достигает максимума:In the process of rotation of the antenna, when combining the direction of irradiation in the horizontal plane with the vector W, the angle γ = 0 and the Doppler frequency increment reaches its maximum:

Figure 00000003
Figure 00000003

В этот момент средняя доплеровская частота равна ƒDm и путевая скорость W вычисляется по формуле (2). Угол сноса ϕ равен углу, составленному осью самолета и осью ДНА в момент ее совмещения с направлением вектора путевой скорости.At this moment, the average Doppler frequency is ƒ Dm and the ground speed W is calculated by formula (2). The drift angle ϕ is equal to the angle compiled by the axis of the aircraft and the axis of the bottom at the moment of its combination with the direction of the directional velocity vector.

Данное устройство не обладает достаточной точностью из-за его низкой чувствительности к изменению угла γ при небольших рассогласованиях направлений W и оси ДНА в горизонтальной плоскости. Снижают точность также наличие вибрации, нестабильность частоты и амплитуды генератора, неравномерные отражающие свойства облучаемой поверхности, - поскольку весь шум, вызванный этими факторами, накладывается на спектр доплеровского сигнала. Особо следует отметить влияние крена и возможного наличия вертикальной составляющей скорости, которые влияют на величину W, но никак не учитываются. Это приводит к необходимости дополнительного измерения высоты или поддержания антенной системы строго в горизонтальном положении, что сильно усложняет и удорожает общую систему навигации.This device does not have sufficient accuracy due to its low sensitivity to changes in the angle γ with small mismatches of the directions W and the axis of the DND in the horizontal plane. The presence of vibration, the instability of the frequency and amplitude of the generator, and the uneven reflective properties of the irradiated surface also reduce accuracy, since all the noise caused by these factors is superimposed on the spectrum of the Doppler signal. Of particular note is the influence of the roll and the possible presence of a vertical velocity component, which affect the value of W, but are not taken into account in any way. This leads to the need for additional height measurement or maintaining the antenna system strictly in a horizontal position, which greatly complicates and increases the cost of the overall navigation system.

Более высокую точность показывают многолучевой измеритель путевой скорости и угла сноса. Наиболее близким по технической сущности является устройство измерения путевой скорости и угла сноса (Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. - Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / М.: Высш. шк., 1990. с. 362), принятый за прототип.A higher accuracy is shown by a multipath measuring instrument for ground speed and drift angle. The closest in technical essence is a device for measuring ground speed and drift angle (Yu.P. Grishin, V.P. Ipatov, Yu.M. Kazarinov and others; Edited by Yu.M. Kazarinov. - Radio systems: Textbook. for universities in the specialty "Radio Engineering" / M .: Higher school, 1990. S. 362), adopted as a prototype.

На Фиг. 2 показана схема, поясняющая принцип действия доплеровского двухлучевого измерителя путевой скорости и угла сноса, выбранного в качестве прототипа.In FIG. 2 shows a diagram explaining the principle of operation of the Doppler dual-beam measuring instrument for ground speed and drift angle, selected as a prototype.

Устройство содержит два одинаковых доплеровских измерителя скорости, подобных описанным выше, и содержит два генератора СВЧ, два направленных ответвителя, два циркулятора, две антенны и два смесителя. При этом генераторы соединены через направленные ответвители с первыми выводами циркуляторов, антенны соединены с их вторыми выводами. Смесители первыми входами соединены с дополнительными выводами направленных ответвителей, вторыми входами соединены с третьими выводами циркуляторов, а выходами с вычислительным блоком. При этом антенны расположенны по сторонам ЛА и ориентированы под углом θ к его оси в горизонтальной плоскости и под углом β0 в вертикальной (см. Фиг. 2). В результате приема отраженных СВЧ волн и смешивания их с частью мощности излучаемых волн выделяются два доплеровских сигнала с частотами ƒD1 и ƒD2. Они поступают в вычислительный блок, где определяется путевая скорость W и угол сноса ϕ, после решения системы уравнений:The device contains two identical Doppler speed meters, similar to those described above, and contains two microwave generators, two directional couplers, two circulators, two antennas and two mixers. In this case, the generators are connected through directional couplers to the first leads of the circulators, the antennas are connected to their second leads. The mixers with the first inputs are connected to additional outputs of the directional couplers, the second inputs are connected to the third outputs of the circulators, and the outputs are with the computing unit. In this case, the antennas are located on the sides of the aircraft and are oriented at an angle θ to its axis in the horizontal plane and at an angle β 0 in the vertical (see Fig. 2). As a result of receiving the reflected microwave waves and mixing them with part of the power of the emitted waves, two Doppler signals with frequencies ƒ D1 and ƒ D2 are distinguished. They enter the computing unit, where the ground speed W and the drift angle ϕ are determined after solving the system of equations:

Figure 00000004
Figure 00000004

При этом не используется поворотное устройство для системы антенн.It does not use a rotary device for the antenna system.

Данный способ позволяет определить путевую скорость с углом сноса и поперечную составляющую скорости с высокой точностью, благодаря высокой чувствительности к изменению доплеровских частот при отклонении оси самолета в горизонтальной плоскости. Положительное влияние на точность также оказывает отказ от использования поворотного устройства. Однако способ не устраняет ошибки от наличия вертикальной составляющей скорости (при α≠0).This method allows you to determine the ground speed with a drift angle and the transverse component of the speed with high accuracy, due to the high sensitivity to changes in Doppler frequencies when the axis of the plane deviates in the horizontal plane. Refusal to use a rotary device also has a positive effect on accuracy. However, the method does not eliminate errors from the presence of the vertical velocity component (for α ≠ 0).

Если же ЛА летит с набором высоты или снижается, то появляется вертикальная составляющая полной скорости WY (см. Фиг. 1 и Фиг. 2), которая не дает приращения горизонтального пути ЛА, но входит в результат измерений доплеровских частот для обеих антенных систем, соответственно уменьшая или увеличивая ее значение. Это может привести к значительной ошибке в измерении путевой скорости. С учетом вертикальной составляющей скорости система уравнений (3) примет вид:If the aircraft flies with climb or decreases, then the vertical component of the total speed W Y appears (see Fig. 1 and Fig. 2), which does not increment the horizontal path of the aircraft, but is included in the measurement of Doppler frequencies for both antenna systems, correspondingly decreasing or increasing its value. This can lead to a significant error in the measurement of ground speed. Given the vertical component of the velocity, the system of equations (3) takes the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

знак « - » у второго члена в уравнениях идет при наборе высоты (кабрировании), а «+» -при снижении (пикировании).the “-” sign in the second term in the equations is used for climbing (cabrio), and “+” for decreasing (diving).

Таким образом, для точного измерения путевой скорости необходимо также знать текущее значение вертикальной скорости WY.Thus, for accurate measurement of ground speed it is also necessary to know the current value of the vertical speed W Y.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of measuring ground speed and drift angle of the aircraft.

Технический результат достигается тем, что измеритель путевой скорости и угла сноса летательного аппарата содержит два генератора СВЧ, первый и второй направленные ответвители, два циркулятора, две антенны, ориентированные под углом β0 к поверхности и углом θ с правой и левой сторон от его оси, первый и второй смесители и вычислительный блок. При этом генераторы соединены через направленные ответвители с первыми выводами циркуляторов, антенны соединены с их вторыми выводами. Смесители первыми входами соединены с дополнительными выводами направленных ответвителей, вторыми входами соединены с третьими выводами циркуляторов, а выходами с вычислительным блоком. Дополнительно устройство содержит четыре направленных ответвителя, фильтр и три смесителя, при этом третий и четвертый направленные ответвители встроены между генераторами и входами первого и второго направленных ответвителей, а дополнительные выводы соединены с входами третьего смесителя, пятый и шестой направленные ответвители включены между третьими выводами циркуляторов и входами первого и второго смесителей, а их дополнительные выводы соединены с входами четвертого смесителя, выход третьего смесителя соединен с первым входом пятого смесителя напрямую, а выход четвертого смесителя соединен с вторым входом пятого смесителя через фильтр, а его выход соединен с вычислительным блоком.The technical result is achieved in that the ground speed and drift angle meter of the aircraft contains two microwave generators, the first and second directional couplers, two circulators, two antennas oriented at an angle β 0 to the surface and an angle θ on the right and left sides of its axis, first and second mixers and a computing unit. In this case, the generators are connected through directional couplers to the first leads of the circulators, the antennas are connected to their second leads. The mixers with the first inputs are connected to additional outputs of the directional couplers, the second inputs are connected to the third outputs of the circulators, and the outputs are with the computing unit. Additionally, the device contains four directional couplers, a filter and three mixers, with the third and fourth directional couplers embedded between the generators and the inputs of the first and second directional couplers, and additional leads connected to the inputs of the third mixer, the fifth and sixth directional couplers included between the third terminals of the circulators and the inputs of the first and second mixers, and their additional outputs are connected to the inputs of the fourth mixer, the output of the third mixer is connected to the first input yatogo mixer directly and fourth mixer output is connected to the second input of the fifth mixer through a filter, and its output is connected to the computing unit.

Пусть частоты первого и второго генераторов СВЧ равны соответственно ƒ1 и ƒ2, тогда система уравнений (4) преобразуется к следующему виду:Let the frequencies of the first and second microwave generators be equal to ƒ 1 and ƒ 2 , respectively, then the system of equations (4) is converted to the following form:

Figure 00000006
Figure 00000006

где λ1=c/ƒ1 и λ2=c/ƒ2 - длины волн излучаемых колебаний. В этой системе уравнений имеются три неизвестных W, ϕ и WY. where λ 1 = c / ƒ 1 and λ 2 = c / ƒ 2 are the wavelengths of the emitted oscillations. There are three unknowns W, ϕ, and W Y in this system of equations.

Вертикальную составляющую скорости WY, можно определить следующим образом.The vertical component of the speed W Y can be determined as follows.

Каждая из волн, излучаемых первой и второй антеннами с частотами ƒ1 и ƒ2 - S21 и S22, после отражения приходит обратно на смесители с задержкой по времени Each of the waves emitted by the first and second antennas with frequencies ƒ 1 and ƒ 2 - S 21 and S 22 , after reflection, comes back to the mixers with a time delay

Figure 00000007
или
Figure 00000008
,
Figure 00000007
or
Figure 00000008
,

где L - расстояние по оси диаграммы направленности до поверхности земли в м, а Н - высота в м:where L is the distance along the axis of the radiation pattern to the earth's surface in m, and N is the height in m:

S21=S210sin(2πƒ1t+2πλ1/c) и S22=S220sin(2πƒ2t+2πλ2τ/c),S 21 = S 210 sin (2πƒ 1 t + 2πλ 1 / s) and S 22 = S 220 sin (2πƒ 2 t + 2πλ 2 τ / s),

где S210 и S220 - амплитуды принятых волн с частотами ƒ1 и ƒ2. where S 210 and S 220 are the amplitudes of the received waves with frequencies ƒ 1 and ƒ 2 .

Если теперь с помощью смесителя выделить сигнал разностной частоты этих двух принятых волн Sψ, то его фаза ψ тоже будет сдвинута на время τ:If now using a mixer to select the difference frequency signal of these two received waves S ψ , then its phase ψ will also be shifted by time τ:

Figure 00000009
Figure 00000009

где F=ƒ1-ƒ2 - частота сигнала разностной частоты Sψ с амплитудой Sψ0 между принятыми отраженными сигналами S21 и S22. Из формулы (6) видно, что фаза этого сигнала ψ зависит от времени τ и, следовательно, высоты ЛА - Н. При этом из-за периодичности синусоидального сигнала, диапазон однозначности будет повторяться через каждую полуволну сигнала Sψ, что соответствует высоте where F = ƒ 1 -ƒ 2 is the frequency of the difference frequency signal S ψ with amplitude S ψ0 between the received reflected signals S 21 and S 22 . It can be seen from formula (6) that the phase of this signal ψ depends on the time τ and, consequently, the height of the aircraft - N. Moreover, due to the periodicity of the sinusoidal signal, the range of uniqueness will be repeated through each half-wave of the signal S ψ , which corresponds to the height

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Таким образом, измеряя изменения фазы ψ относительно опорного сигнала за небольшой интервал времени Δt - Δψ/Δt, из формулы (6) можно определить вертикальную составляющую скорости WY=ΔH/Δt, при изменениях высоты полета Н:Thus, by measuring the changes in the phase ψ relative to the reference signal for a small time interval Δt - Δψ / Δt, from the formula (6) we can determine the vertical component of the speed W Y = ΔH / Δt, with changes in the flight altitude H:

Figure 00000011
Figure 00000011

В качестве опорного сигнала S0 можно использовать сигнал разностной частоты от излучаемых волн S11 и S12 с частотами ƒ1 и ƒ2, выделяемый на отдельном смесителе. Для устранения влияния доплеровских частот, можно использовать пропускающий фильтр на частоту F для сигнала разностной частоты Sψ от принимаемых волн S21 и S22.As the reference signal S 0, you can use the differential frequency signal from the emitted waves S 11 and S 12 with frequencies ƒ 1 and ƒ 2 , allocated on a separate mixer. To eliminate the influence of Doppler frequencies, a transmission filter can be used on the frequency F for the difference frequency signal Sψ from the received waves S 21 and S 22 .

Таким образом, по полученному значению WY из уравнения (7) и измеренным значениям ƒD1 и ƒD2 можно найти значения W и ϕ, решая систему двух уравнений с двумя неизвестными любым численным методом (5).Thus, from the obtained value of W Y from equation (7) and the measured values of ƒ D1 and ƒ D2, one can find the values of W and ϕ by solving a system of two equations with two unknowns by any numerical method (5).

На Фиг. 3 показана структурная схема заявляемого устройства.In FIG. 3 shows a structural diagram of the inventive device.

Устройство содержит генераторы СВЧ 1, 8, направленные ответвители 2, 3, 6 и 9, 10, 13, циркуляторы 4, 11, антенны 5, 12, смесители 7, 14, 15, 17, 18, фильтр 16 и вычислительный блок 19.The device contains microwave generators 1, 8, directional couplers 2, 3, 6 and 9, 10, 13, circulators 4, 11, antennas 5, 12, mixers 7, 14, 15, 17, 18, a filter 16 and a computing unit 19.

Устройство работает следующим образом. СВЧ волны с частотами ƒ1 и ƒ2 через направленные ответвители 2, 3 и 9, 10, циркуляторы 4, 11 поступают на антенны 5, 12, ориентированные под углом β0 к поверхности и углом θ к оси ЛА. Отраженные волны S21 и S22 принимаются антеннами и через циркуляторы поступают на первые входы смесителей 7 и 14 через направленные ответвители 6 и 13. На вторые входы этих смесителей поступает часть мощности излучаемых волн от дополнительных выводов направленных ответвителей 3 и 10. Доплеровские сигналы с выходов этих смесителей ƒD1 и ƒD2 поступают на входы вычислительного блока 19. Части мощности отраженных сигналов поступают с дополнительных выводов направленных ответвителей 6 и 13 на входы смесителя 15. Сигнал с его выхода Sψ поступает через фильтр на частоту F 16 на первый вход смесителя 17. На второй его вход поступает сигнал с выхода смесителя 18 S0, на входы которого поступает часть мощности излучаемых волн через дополнительные выводы направленных ответвителей 2 и 9. На выходе смесителя 17 образуется сигнал, пропорциональный фазе сигнала разностной частоты ψ, который поступает на вычислительный блок 19. В этом блоке происходит вычисление по изменению фазы Δψ относительно опорного сигнала S0 за интервал времени Δt, вертикальной составляющей скорости WY, а затем путевой скорости W и угла сноса ϕ из решения системы уравнений (5) с учетом измеренных ƒD1 и ƒD2 и вычисленной скорости WY.The device operates as follows. Microwave waves with frequencies ƒ 1 and ƒ 2 through directional couplers 2, 3 and 9, 10, circulators 4, 11 are fed to antennas 5, 12, oriented at an angle β 0 to the surface and angle θ to the axis of the aircraft. The reflected waves S 21 and S 22 are received by the antennas and fed through the circulators to the first inputs of the mixers 7 and 14 through the directional couplers 6 and 13. The second inputs of these mixers receive a part of the power of the emitted waves from the additional outputs of the directional couplers 3 and 10. Doppler signals from the outputs these mixers ƒ D1 and ƒ D2 to the inputs of the computing unit 19. Part of the power of the reflected signals arrive with additional pins 6 and the directional couplers 13 to the mixer 15. The input signal from its output is supplied through S ψ f ltr 16 at frequency F to a first input of the mixer 17. At its second input signal from the mixer output 18 S 0, which is supplied to the inputs of the power radiated waves through additional findings directional couplers 2 and 9. At the output of the mixer 17 forms a signal proportional to the phase ψ difference frequency signal which is fed to the calculating section 19. this calculation block occurs to change the relative phase Δψ reference signal S 0 over the time interval Δt, the vertical component W Y speed, then the ground speed and W SFA drift φ solutions of the system of equations (5) with the measurement and ƒ D1 ƒ D2 and computed velocity W Y.

Claims (1)

Измеритель путевой скорости и угла сноса летательного аппарата, содержащий два генератора СВЧ, первый и второй направленные ответвители, два циркулятора, две антенны, ориентированные под углом β0 к поверхности и углом θ с правой и левой сторон от его оси, первый и второй смесители и вычислительный блок, при этом генераторы соединены через направленные ответвители с первыми выводами циркуляторов, антенны соединены с их вторыми выводами, смесители первыми входами соединены с дополнительными выводами направленных ответвителей, вторыми входами соединены с третьими выводами циркуляторов, а выходами с вычислительным блоком, отличающийся тем, что дополнительно содержит четыре направленных ответвителя, фильтр и три смесителя, при этом третий и четвертый направленные ответвители встроены между генераторами и входами первого и второго направленных ответвителей, а дополнительные выводы соединены с входами третьего смесителя, пятый и шестой направленные ответвители включены между третьими выводами циркуляторов и входами первого и второго смесителей, а их дополнительные выводы соединены с входами четвертого смесителя, выход третьего смесителя соединен с первым входом пятого смесителя напрямую, а выход четвертого смесителя соединен с вторым входом пятого смесителя через фильтр, а его выход соединен с вычислительным блоком.A ground speed and drift angle measuring instrument comprising two microwave generators, first and second directional couplers, two circulators, two antennas oriented at an angle β 0 to the surface and an angle θ on the right and left sides of its axis, the first and second mixers and a computational unit, wherein the generators are connected via directional couplers to the first terminals of the circulators, the antennas are connected to their second terminals, the mixers by the first inputs are connected to additional terminals of the directed couplers, the second inputs the dams are connected to the third outputs of the circulators, and the outputs to the computing unit, characterized in that it additionally contains four directional couplers, a filter and three mixers, while the third and fourth directional couplers are built between the generators and the inputs of the first and second directional couplers, and additional outputs are connected with the inputs of the third mixer, the fifth and sixth directional couplers are connected between the third outputs of the circulators and the inputs of the first and second mixers, and their additional output s are connected to the inputs of a fourth mixer, a third mixer output is connected to the first input of the fifth mixer directly and fourth mixer output is connected to the second input of the fifth mixer through a filter, and its output is connected to the computing unit.
RU2017130214A 2017-08-25 2017-08-25 Aircraft ground speed and the crab angle measuring device RU2659821C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130214A RU2659821C1 (en) 2017-08-25 2017-08-25 Aircraft ground speed and the crab angle measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130214A RU2659821C1 (en) 2017-08-25 2017-08-25 Aircraft ground speed and the crab angle measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659821C1 true RU2659821C1 (en) 2018-07-04

Family

ID=62815544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130214A RU2659821C1 (en) 2017-08-25 2017-08-25 Aircraft ground speed and the crab angle measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2659821C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715740C1 (en) * 2019-05-24 2020-03-03 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Device for measuring components of track speed vector

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
WO2003073125A1 (en) * 2002-02-22 2003-09-04 Robert Bosch Gmbh Radar sensor for motor vehicles
WO2005045459A3 (en) * 2003-09-22 2005-07-07 Northrop Grumman Corp Direction finding method and system using digital directional correlators
RU2556286C1 (en) * 2014-04-17 2015-07-10 Сергей Михайлович Мужичек Measurement of aircraft heading
RU154776U1 (en) * 2015-03-10 2015-09-10 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") SYSTEM OF MEASUREMENT AND DISPLAY OF THE COMPONENTS OF THE VECTOR COMPONENTS OF THE VEHICLE SPEED AND THE DEMO ANGLE FOR THE HELICOPTER
RU2626411C1 (en) * 2016-09-22 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Radio-wave method of measuring ground speed and drift angle of aircraft

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549477A (en) * 1992-11-17 1996-08-27 Honeywell Inc. Integrated aircraft survivability equipment in-flight simulation
WO2003073125A1 (en) * 2002-02-22 2003-09-04 Robert Bosch Gmbh Radar sensor for motor vehicles
WO2005045459A3 (en) * 2003-09-22 2005-07-07 Northrop Grumman Corp Direction finding method and system using digital directional correlators
RU2556286C1 (en) * 2014-04-17 2015-07-10 Сергей Михайлович Мужичек Measurement of aircraft heading
RU154776U1 (en) * 2015-03-10 2015-09-10 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") SYSTEM OF MEASUREMENT AND DISPLAY OF THE COMPONENTS OF THE VECTOR COMPONENTS OF THE VEHICLE SPEED AND THE DEMO ANGLE FOR THE HELICOPTER
RU2626411C1 (en) * 2016-09-22 2017-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Radio-wave method of measuring ground speed and drift angle of aircraft

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Радиотехнические системы. Под ред. КАЗАРИНОВА Ю.М., Высшая школа, 1990, с.362. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715740C1 (en) * 2019-05-24 2020-03-03 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Device for measuring components of track speed vector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013181246A1 (en) Wide band clear air scatter doppler radar
RU2384861C1 (en) Disturbance parametre measurement device
RU2643168C2 (en) Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method
RU2711400C1 (en) Method of determining the emitter or direction-finding antennas above the earth's surface
RU2625567C1 (en) Device for imitation of a false radar objective at sensing with signals with linear frequency modulation
RU2659821C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring device
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method
RU2626411C1 (en) Radio-wave method of measuring ground speed and drift angle of aircraft
JP4893883B2 (en) Radio altitude speed measuring apparatus and altitude speed measuring method using radio wave
RU2535174C1 (en) Method of two-dimensional direction finding of air object
JP7396630B2 (en) Distance measuring device and method
RU2551896C2 (en) Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor
RU2018864C1 (en) Method of measuring distance in doppler speed vector meters for flying vehicles
RU2449310C2 (en) Radar meter of low heights
RU2492504C1 (en) Method of determining non-radial projection of target velocity vector
RU2449311C1 (en) Method for remote measurement of wind speed and direction
RU2584332C1 (en) Device for determining motion parameters of target
RU2787576C1 (en) Radiolocation target simulator
Júnior et al. Improved landing radio altimeter for unmanned aerial vehicles based on an antenna array
RU2603971C1 (en) Method of measuring angles in phase multi-scale angular systems and device therefor
CN109444870A (en) A kind of distance measuring method, device and its system
US2923932A (en) Stavisetal
US2865020A (en) Aircraft vertical velocity and drift angle measuring system
US4151529A (en) Radio beacon for aerial navigation system
RU2637048C1 (en) Asteroid motion parameters determining system