RU2692818C1 - Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions - Google Patents

Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2692818C1
RU2692818C1 RU2018129065A RU2018129065A RU2692818C1 RU 2692818 C1 RU2692818 C1 RU 2692818C1 RU 2018129065 A RU2018129065 A RU 2018129065A RU 2018129065 A RU2018129065 A RU 2018129065A RU 2692818 C1 RU2692818 C1 RU 2692818C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
npc
antenna
aircraft
measuring
radio signal
Prior art date
Application number
RU2018129065A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Сазонов
Original Assignee
Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
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 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" filed Critical Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority to RU2018129065A priority Critical patent/RU2692818C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2692818C1 publication Critical patent/RU2692818C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/10—Radiation diagrams of antennas

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to methods of measuring characteristics of radiation (reception) of antennas, including measurement of spatial directional pattern (DP) of low-directional antennae of aircraft in real flight conditions, and can be used in flight and certification tests of radioelectronic equipment and aircraft systems for various purposes. In implementing the disclosed method of measuring the DP antennas in aircraft flight conditions, a prediction estimate is made of the relative change in the signal level between the SMP antenna and the analyzed aircraft antenna on the calibration section of the straight-line horizontal flight, comprising the turn area; determining aircraft range and altitude values, at which the signal level between the SMP antenna and the analyzed aircraft antenna changes monotonically and exceeds the sensitivity of the measuring channels of the SMP by at least 20 dB; performing straight-line horizontal flight by measuring the radio signal level at the outputs of the measuring antennas of the orthogonal polarizations of the SMP, depending on the distance between the SMP and the aircraft; as per the measured dependence of the radio signal level on range on the straight-line trajectory, coordinates of the CCT around which aircraft flights are made in circular trajectories are selected. After performing flights along the specified trajectories and documenting the measurement results on-board the aircraft and on the SMP, performing their combined processing with formation of combined data on the UTC time of the GPS/GLONAS receivers of the aircraft and SMP measurement systems and bringing the measurement results to the standard range conditions and the azimuth angle in the coordinate system of the analyzed antenna (associated aircraft coordinate system), results of estimating spatial DP and levels of suppression of orthogonal components of the field of the tested aircraft antenna in tabular and graphic forms are documented in polar (rectangular) coordinates for the entire range of angular positions of the tested aircraft antenna relative to the SMP.
EFFECT: high adequacy of measurement results and reduced errors in estimating the DP antennas of aircraft radio engineering systems during various stages of flight (certification) tests.
1 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способам измерений характеристик излучения (приема) антенн, включая измерение пространственных диаграмм направленности (ДН) слабонаправленных антенн воздушных судов (ВС) в условиях реального полета, и может быть использовано для повышения адекватности и точности измерения ДН при летных и сертификационных испытаниях радиоэлектронных средств и систем ВС различного назначения.The invention relates to methods for measuring the characteristics of the radiation (reception) antennas, including the measurement of spatial radiation patterns (DN) of weakly directional aircraft (aircraft) antennas in real flight conditions, and can be used to improve the adequacy and accuracy of measurement of radiation patterns during flight and certification tests of radio electronic equipment and aircraft systems for various purposes.

Уровень техники.The level of technology.

Одним из важнейших параметров АФУ, характеризующих их направленные свойства и функциональные возможности, является ее ДН, измерение которой в условиях полета ВС является сложной научно-технической задачей, а ее эффективное решение может быть реализовано на основе выполнения комплекса взаимосвязанных вопросов методического, алгоритмического и инструментального характера.One of the most important parameters of the AFU, characterizing their directional properties and functionalities, is its pattern, which measurement in the conditions of an aircraft flight is a complex scientific and technical task, and its effective solution can be implemented based on the implementation of a set of interrelated issues of methodological, algorithmic and instrumental nature .

Общие требования к АФУ, предназначенным для установки на ВС, изложены в авиационных правилах АП-23, АП-25, АП-29 и квалификационных требованиях КТ-34-01.General requirements for AFU designed for installation on the aircraft are set out in the aviation regulations AP-23, AP-25, AP-29 and the qualification requirements of КТ-34-01.

Методы измерения характеристик АФУ в наземных и летных условиях регламентируются государственным стандартом «ГОСТ Р 50860 – 2009. Самолеты и вертолеты. Устройства антенно-фидерные радиосвязи, навигации, посадки и управления воздушным движением. Общие технические требования, параметры, методы измерений», включая требования на допустимые уровни неравномерности их ДН и подавление ортогональной составляющей электромагнитного поля в горизонтальной плоскости.Methods for measuring the characteristics of the AFU in ground and flight conditions are governed by the state standard "GOST R 50860 - 2009. Airplanes and helicopters. Antenna-feeder radio communications devices, navigation, landing and air traffic control. General technical requirements, parameters, measurement methods ", including requirements for permissible levels of non-uniformity of their DN and suppression of the orthogonal component of the electromagnetic field in the horizontal plane.

В настоящее время известны и используются на практике два основных способа, которые обеспечивают измерения ДН антенн самых разных типов и назначения.Currently, two main methods are known and used in practice that provide measurements of the antenna pattern of various types and purposes.

Первый способ, изложенный в монографии Миклашевской А.В. «Автоматические измерители в диапазоне СВЧ». М. Связь, 1972, 167 с. и в патенте Российской Федерации «Способ измерения азимутальной диаграммы направленности антенны» № 2298198, от 27.04.2007 г. основан на последовательном изменении по азимуту и углу места углового положения исследуемой антенны, которая работает в режиме приема (излучения) относительно неподвижной измерительной антенны, которая работает в режиме излучения (приема). Амплитуда сигнала на выходе исследуемой антенны зависит от ее угловых положений относительно положения антенны источника излучения по азимуту и углу места.The first method described in the monograph Miklashevskoy A.V. "Automatic meters in the microwave range." M. Communications, 1972, 167 p. and in the patent of the Russian Federation "Method of measuring the azimuthal radiation pattern of the antenna" No. 2298198, dated April 27, 2007, is based on a successive change in azimuth and elevation angle of the angular position of the antenna under study, which operates in the reception (radiation) mode relative to a fixed measuring antenna, which works in the mode of radiation (reception). The amplitude of the signal at the output of the antenna under study depends on its angular positions relative to the position of the antenna of the radiation source in azimuth and elevation.

К недостаткам способа можно отнести ограничение на геометрические размеры исследуемых антенн и трудности измерения ДН антенны, установленной на габаритных объектах (например, на натурном ВС).The disadvantages of the method include the limitation on the geometric dimensions of the studied antennas and the difficulty of measuring the antenna ND installed on the overall objects (for example, on full-scale aircraft).

Известны «Способ измерения диаграммы направленности приемной антенны», (Патент на изобретение № 1778714, опуб. 30.11.1992 г.) и «Способ измерения диаграммы направленности диапазонной антенны», (Патент на изобретение № 1804627, опуб.23.03. 1993 г.), которые относятся к облетным способам измерений ДН наземных антенн и включают излучение сигнала на каждой частоте рабочего диапазона с борта ЛА, совершающего полет в дальней зоне исследуемой антенны по заданной траектории, прием сигнала исследуемой и опорной антеннами, одновременное измерение амплитуд принятого сигнала и координат ЛА относительно исследуемой антенны и определение ее ДН на каждой из частот рабочего диапазона по результатам измерений уровней радиосигнала с построением ДН.Known "Method of measuring the radiation pattern of the receiving antenna", (Patent for the invention No. 1778714, published. 30.11.1992) and "Method of measuring the radiation pattern of a band antenna", (Patent for the invention No. 1804627, Published 23.03. 1993) that relate to the flyby methods of measuring the ground antenna of the ground antennas and include signal emission at each frequency of the operating range from the aircraft flying in the far zone of the antenna under investigation at a given trajectory, receiving the signal of the investigated and reference antennas, simultaneous measurement of the amplitudes signal and coordinates of the aircraft relative to the antenna under study and the determination of its DN at each of the frequencies of the operating range from the results of measurements of the radio signal levels with the construction of the DN.

Основными недостатками облетных способов являются использование сложных технических решений с организацией дополнительного сверхвысокочастотного (СВЧ) радиоканала, а также высокие трудоемкость и стоимость проведения измерений.The main disadvantages of airborne methods are the use of complex technical solutions with the organization of an additional superhigh-frequency (UHF) radio channel, as well as high labor intensity and cost of measurement.

Для проведения измерений ДН антенн, установленных на ВС в условиях полета, первый способ реализован применительно к измерению ДН антенн вертолета, который принципиально может выполнить разворот по азимуту на 360° в точке зависания и обеспечить условия, близкие к необходимым. Краткое описание способа приведено в информационном сообщении «Определение диаграмм направленности антенн» на сайте фирмы «Скорпио Авиа Тех» в интернете. Непосредственное использование способа для измерения ДН бортовых антенн самолета требует его существенной модификации в связи с невозможностью выполнения режима висения с выполнением разворота по азимуту на 360°.For measurements of the antenna pattern installed on the aircraft under flight conditions, the first method is applied to measuring the antenna pattern of a helicopter, which can in principle rotate in azimuth by 360 ° at the point of hangup and provide conditions close to necessary. A brief description of the method is given in the information message “Definition of antenna radiation patterns” on the website of Scorpio Avia Tech on the Internet. The direct use of the method for measuring the NAM of the aircraft’s on-board antennas requires its substantial modification due to the impossibility of performing a hover mode with a rotation in azimuth of 360 °.

Второй способ получил наибольшее распространение при измерении ДН бортовых антенн ВС (как самолетов, так и вертолетов), а именно способ визирования установленной на ВС антенны под различными углами по азимуту путем выполнения полета по круговой траектории (вираж) с фиксированным значением крена ВС вокруг точки, вынесенной относительно положения наземного измерительного пункта (НИП) на значительное расстояние. Способ закреплен в нормативных документах, которые используют при выполнении, как летных, так и сертификационных испытаний бортового оборудования ВС: в государственном стандарте ГОСТ Р 50860-2009 и «Типовой методике испытаний антенно-фидерных устройств бортового радиооборудования, установленного на воздушных судах ГА», ГосНИИ «Аэронавигация», ЛИИ им.М.М. Громова, Москва, 1994 г..The second method is most common when measuring the on-board aircraft antennas (both airplanes and helicopters), namely the method of sighting an antenna mounted on the aircraft at different angles in azimuth by flying in a circular path (turn) with a fixed value of the air bank around relative to the position of the ground measuring point (NIP) at a considerable distance. The method is enshrined in regulatory documents that are used when performing both flight and certification tests of aircraft onboard aircraft: in the state standard GOST R 50860-2009 and “Typical test methods for antenna-feeder devices of onboard radio equipment installed on GA aircraft”, GosNII "Air Navigation", LII im.M.M. Gromov, Moscow, 1994

Из описания способа следует, что он включает ряд неучтенных методических факторов, оказывающих влияние, как на точность, так и на адекватность оценок и результирующуюFrom the description of the method it follows that it includes a number of unrecorded methodological factors that influence both the accuracy and the adequacy of the estimates and the resulting

погрешность измерения ДН антенн, установленных на ВС, что связано с использованием для синхронизации измеренных значений уровня радиосигнала значений углов курса, информации, передаваемой голосом по штатному речевому каналу радиосвязи ВС и построением оценок неравномерности ДН в системе координат «относительный уровень сигнала - курсовой угол НИП». Представление результатов в соответствии с «Типовой методикой...» приводит к искажениям в интерпретации оценок неравномерности ДН (при симметричных реальных ДН получают оценки с существенной асимметрией формы ДН по правому и левому бортам ВС).ND measurement error of antennas installed on aircrafts, which is associated with the use of course angle values for synchronization of measured signal level values, information transmitted by voice over a standard voice radio channel of the aircraft and the construction of estimates of non-uniformity of beam pattern in the coordinate system “relative signal level - heading angle NPC” . The presentation of the results in accordance with the “Typical Methodology ...” leads to distortions in the interpretation of the estimates of non-uniformity of DN (with symmetric real DNs, estimates are obtained with a significant asymmetry of the shape of the DN along the left and right sides of the aircraft).

Наиболее близким к заявляемому является «Способ измерения азимутальной диаграммы направленности антенны в составе наземных подвижных объектов больших размеров и устройство для его осуществления», патент RU №2 638 079С1, опубликованный 11.12.2017 г., который принят в качестве прототипа. Closest to the claimed is "Method of measuring the azimuthal radiation pattern of the antenna in the composition of ground-based mobile objects of large size and device for its implementation", patent RU №2638 079С1, published 11/12/2017, which was adopted as a prototype.

Этот способ, включающий исследуемую антенну, установленную на высоте h1 в составе подвижного объекта больших размеров, измерение азимутальной ДН исследуемой антенны путем перемещения объекта на измерительном участке открытого полигона с однородной структурой поверхности (например, типовой ВПП) вокруг выбранной точки (центра) по траектории, близкой к окружности небольшого радиуса (10…30 м), излучение тестового радиосигнала заданной частоты, сформированного программируемым генератором (ПГР) и усиленного широкополосным усилителем мощности (ШУМ), через исследуемую антенну объекта, регистрируя при этом измеренные навигационной системой объекта истинный курс ψo, географическую широту ϕo, долготу λo, а также время (UTC) приемника GPS/ГЛОНАСС системой измерения объекта (СИО), прием излученного антенной объекта радиосигнала измерительными антеннами ортогональной поляризации, размещенными на высоте h2 телескопической мачты передвижного наземного измерительного пункта (НИП), установленного от центра круговой траектории объекта в диапазоне дальностей от

Figure 00000001
до
Figure 00000002
измерение уровня радиосигнала, анализатором спектра реального времени (АСРВ), географических широты ϕнип, долготы λнип и времени UTC его приемника GPS/ГЛОНАСС совместно с навигационными параметрами объекта регистрируют и объединяют по времени UTC в единой базе данных ЭВМ из состава НИП, пересчет объединенных данных к фиксированным (нормированным) координатам антенны объекта, в качестве которых приняты оценки средних значений географических координат объекта, измеренных в каждой точке его круговой траектории, пересчет уровней напряженности радиосигнала Eri, измеренных на удалениях ri от антенн НИП, к уровням напряженности E0i, соответствующим значению дальности r0 до центра круговой траектории, с использованием математической модели изменения уровня радиосигнала от дальности, с учетом влияния отражений от поверхности измерительного участка полигона путем измерения значения коэффициента отражения γ0 поверхности измерительного участка, This method, which includes the antenna under investigation, mounted at a height h1 in a large-sized mobile object, measures the azimuth beam of the antenna under investigation by moving the object in the measuring area of an open polygon with a uniform surface structure (for example, a typical runway) around the selected point (center) along the path, close to the circumference of a small radius (10 ... 30 m), the radiation of a test radio signal of a given frequency, generated by a programmable generator (PRT) and amplified by a wide-band power amplifier (NOISE), through the test antenna object, registering with the measured navigation system true heading object ψ o, latitude φ o, longitude λ o, and the time (UTC) receiver GPS / GLONASS object measuring system (SIO) receiving the radiated antenna object radio signal measuring antennas orthogonal polarization, placed at a height h2 telescopic mast mobile ground measuring point (NPC) installed from the center of the circular path of the object in the range of distances from
Figure 00000001
before
Figure 00000002
measurement of radio signal level, real-time spectrum analyzer (ASRV), geographic latitude ϕ nip , longitude λ nip and UTC time of its GPS / GLONASS receiver together with the navigation parameters of the object are recorded and combined in UTC time in a single computer database from the NPC, recalculation of the combined data to the fixed (normalized) coordinates of the object's antenna, which were taken as estimates of the average values of the geographical coordinates of the object, measured at each point of its circular trajectory, recalculation of the levels of stress of the radio signal E ri , measured at distances r i from the NPC antennas, to intensity levels E 0i corresponding to the distance value r 0 to the center of the circular path, using a mathematical model of changing the radio signal level from the distance, taking into account the influence of reflections from the surface of the measuring portion of the polygon by measuring the value of the reflection coefficient γ 0 of the surface of the measuring section,

для чего перед измерением ДН антенны объекта в центре круговой траектории объекта на высоте h1 от уровня измерительной площадки установлена вспомогательная антенна, и излучение через нее тестового радиосигнала заданной частоты, прием излучаемого радиосигнала антеннами НИП, с регистрацией на фиксированном расстоянии

Figure 00000003
от вспомогательной антенны при непрерывном изменении высоты установки измерительных антенн НИП в диапазоне от h2min до h2max принятых этими антеннами уровней радиосигналов с выхода АСРВ на интервале формирования нескольких периодов интерференционного множителя:for which, before measuring the object's antenna DN, an auxiliary antenna is installed at the center of the circular trajectory of the object at a height h1 from the level of the measuring platform, and emitting a test radio signal of a given frequency through it, receiving the radiated signal by the NPC antennas, registering at a fixed distance
Figure 00000003
from the auxiliary antenna with a continuous change in the height of installation of the measuring antennas of the NPC in the range from h 2min to h 2max of the levels of radio signals received by these antennas from the output of ASRV on the interval of formation of several periods of the interference factor:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:

Figure 00000005
Where:
Figure 00000005

λ - длина волны радиосигнала, излучаемого антенной объекта, λ is the wavelength of the radio signal emitted by the antenna object,

определение максимального Vh2max минимального Vh2min модуляции измеренного радиосигнала и оценкой по формуле:determination of the maximum V h2max minimum V h2min modulation of the measured radio signal and the estimate by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

значения коэффициента отражения γ0 измерительной площадки, который учитывают при пересчете уровней напряженности поля Eri, измеренных на дальности ri к нормированным значениям E0i, соответствующим дальности го до центра круговой траектории, по формулеthe values of the reflection coefficient γ 0 of the measuring platform, which is taken into account when recalculating the field strength levels E ri measured at the distance r i to the normalized values E 0i corresponding to the distance go to the center of the circular path, according to the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

за нормированные значения курсовых углов приняты их оценки, полученные расчетным способом по значениям курса объекта, географических координат антенны объекта в каждой точке круговой траектории и географических координат НИП, выполненные в следующей последовательности:the normalized values of course angles were taken as their estimates obtained by calculation using the values of the course of the object, the geographical coordinates of the object’s antenna at each point of the circular path, and the geographical coordinates of the NPC, performed in the following sequence:

- расчет значения дальностей между НИП и условным центром круговой траектории объекта, а также между НИП и текущим положением объекта (приемника GPS/ГЛОНАСС) на круговой траектории ri по формулам:- calculation of the distance between the NPC and the conditional center of the circular trajectory of the object, as well as between the NPC and the current position of the object (GPS / GLONASS receiver) on the circular trajectory r i according to the formulas:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

где: P=6370,4912775 км;where: P = 6370.4912775 km;

ϕ0i, λ0i - измеренные приемником GPS/ГЛОНАСС географические координаты круговой траектории объекта;ϕ 0i , λ 0i - measured by the GPS / GLONASS receiver geographical coordinates of the circular trajectory of the object;

ϕНИП, λНИП - измеренные географические координаты НИП;ϕ NPC , λ NPC — measured NIP geographical coordinates;

Figure 00000010
- оценки географических координат центра круговой траектории объекта;
Figure 00000010
- estimates of the geographical coordinates of the center of the circular path of the object;

- расчет текущих значений курсового угла НИП в системе координат объекта по измеренным значениям географическим координатам НИП, текущих географических координат и курса объекта при его движении по круговой траектории по формулам:- calculation of the current values of the NIP exchange angle in the object’s coordinate system using the measured values of the geographical coordinates of the NIP, the current geographical coordinates and the course of the object as it moves along a circular path using the formulas:

Figure 00000011
Figure 00000011

где: αНИП=arctg (l/((cosϕo*tgϕНИП/sin(λo-λНИП))-sinϕНИП/tg(λo-λНИП))) азимутальный угол НИП относительно объекта;where: α NPC = a rctg (l / ((cosϕ o * tgϕ NPC / sin (λ o -λ NPC )) - sinϕ NPC / tg (λ o -λ NPC ))) the azimuth angle of the NPC relative to the object;

ψo - курс объекта;ψ o - the course of the object;

- введение при несовпадении координат антенны объекта с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС скорректированных текущих координат rik и αкуНИПk по формулам- introduction, when the coordinates of the antenna of the object do not coincide with the coordinates of the antenna of the GPS / GLONASS receiver, of the corrected current coordinates r ik and α kuNIPk by the formulas

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000012
Figure 00000013

где: xao и zao координаты антенны в связанной системе координат объекта с началом, совпадающим с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС, полученные оценки нормированных значений уровня радиосигнала для соответствующих значений курсового угла НИП, в системе координат объекта, принимают за оценку азимутальной ДН антенны объекта, которую в виде параметрической зависимости Eoi=ƒ(αкуНИП) отображают графически в линейных или полярных координатах, в линейном или логарифмическом масштабах.where: x ao and z ao antenna coordinates in the associated object coordinate system with the beginning coinciding with the GPS / GLONASS receiver antenna coordinates, the obtained estimates of the normalized values of the radio signal level for the corresponding values of the NPS heading angle, in the object coordinate system, are taken as the azimuth antenna antenna estimate object, which in the form of parametric dependence Eoi = ƒ (α kuNIP ) is displayed graphically in linear or polar coordinates, in linear or logarithmic scales.

К недостаткам способа прототипа относятся невозможность его непосредственного неполного набора навигационных параметров регистрируемых на ВС, необходимых для обеспечения испытаний, а также отсутствие методик и алгоритмов обработки результатов измерений с обеспечением коррекции методических погрешностей оцениваемых параметров ДН, в условиях полета ВС и приведения результатов измерений к нормированным условиям.The disadvantages of the prototype method include the impossibility of its direct incomplete set of navigation parameters recorded on the aircraft, necessary to ensure the tests, as well as the lack of methods and algorithms for processing the measurement results with the correction of the methodological errors of the estimated DN parameters, in the conditions of the flight of the aircraft and bringing the measurement results to normalized conditions .

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении адекватности интерпретации результатов измерений и уменьшении погрешностей оценок ДН антенн радиотехнических систем ВС, при проведении различных этапов летных (сертификационных) испытаний, за счет совершенствования технологии испытаний, использования методик измерений, обработки и интерпретации экспериментальных данных, обеспечивающих приведение результатов измерений к нормированным условиям с оценкой The present invention is directed to the achievement of the technical result, which consists in improving the adequacy of the interpretation of measurement results and reducing the error estimates of the antenna NAM of radio systems of the aircraft, during the various stages of flight (certification) tests, by improving test technology, using measurement techniques, processing and interpreting experimental data , ensuring the reduction of measurement results to normalized conditions with an estimate

пространственной ДН бортовой антенны в условиях полета ВС во всем диапазоне рабочих углов по азимуту и углу места, при сокращении объема и стоимости испытаний.spatial antenna of the on-board antenna in the conditions of the flight of the aircraft over the entire range of working angles in azimuth and elevation, while reducing the volume and cost of testing.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе измерения пространственной ДН антенны ВС в условиях полета, включающем установку исследуемой антенны на высоте h1 в составе подвижного объекта больших размеров, измерение азимутальной ДН исследуемой антенны путем перемещения объекта на измерительном участке открытого полигона с однородной структурой поверхности (например, типовой ВПП) вокруг выбранной точки (центра) по траектории, близкой к окружности небольшого радиуса (10…30 м), излучение тестового радиосигнала заданной частоты, сформированного программируемым генератором (ПГР) и усиленного широкополосным усилителем мощности (ШУМ), через исследуемую антенну объекта, регистрируя при этом измеренные навигационной системой объекта истинный курс ψo, географическую широту ϕo, долготу λo, а также время (UTC) приемника GPS/ГЛОНАСС системой измерения объекта (СИО), прием излученного антенной объекта радиосигнала измерительными антеннами ортогональной поляризации, размещенными на высоте h2 телескопической мачты передвижного наземного измерительного пункта (НИП), установленного от центра круговой траектории объекта в диапазоне дальностей от

Figure 00000001
до
Figure 00000002
измерение уровня радиосигнала, анализатором спектра реального времени (АСРВ), географических широты ϕнип, долготы λнип и времени UTC его приемника GPS/ГЛОНАСС совместно с навигационными параметрами объекта регистрируют и объединяют по времени UTC в единой базе данных ЭВМ из состава НИП, пересчет объединенных данных к фиксированным (нормированным) координатам антенны объекта, в качестве которых приняты оценки средних значений географических координат объекта, измеренных в каждой точке его круговой траектории, пересчет уровней напряженности радиосигнала Eri, измеренных на удалениях ri от антенн НИП, к уровням напряженности E0i, соответствующим значению дальности r0 до центра круговой траектории, с использованием математической модели изменения уровня радиосигнала от дальности, с учетом влияния отражений от поверхности измерительного участка полигона путем измерения значения коэффициента отражения γ0 поверхности измерительного участка, для чего перед измерением ДН антенны объекта в центре круговой траектории объекта на высоте h1 от уровня измерительной площадки установлена вспомогательная антенна, и излучение через нее тестового радиосигнала заданной частоты, прием излучаемого радиосигнала антеннами НИП, с регистрацией на фиксированном расстоянии
Figure 00000003
от вспомогательной антенны при непрерывном изменении высоты установки измерительных антенн НИП в диапазоне от h2min до h2max принятых этими антеннами уровней радиосигналов с выхода АСРВ на интервале формирования нескольких периодов интерференционного множителя:To obtain the specified technical result in the proposed method of measuring the spatial NF of the antenna of the aircraft in flight conditions, including the installation of the antenna under investigation at a height h1 in the composition of a large moving object, measuring the azimuth DN of the antenna under investigation by moving the object on the measuring area of an open polygon with a uniform surface structure (for example typical runway) around the selected point (center) along a trajectory close to a circle of small radius (10 ... 30 m), the radiation of a test radio signal adannoy frequency generated by the programmable oscillator (PGR) and the amplified broadband power amplifier (NOISE), through the test antenna object, registering with the measured navigation system object true heading ψ o, latitude φ o, longitude λ o, and the time (UTC) GPS / GLONASS receiver with an object measurement system (SIW), receiving a radio signal object radiated by an antenna by measuring antennas of orthogonal polarization, located at h2 of a telescopic mast mobile ground measuring pu nkta (NPC) installed from the center of the circular path of the object in the range of distances from
Figure 00000001
before
Figure 00000002
measurement of radio signal level, real-time spectrum analyzer (ASRV), geographic latitude ϕ nip , longitude λ nip and UTC time of its GPS / GLONASS receiver together with the navigation parameters of the object are recorded and combined in UTC time in a single computer database from the NPC, recalculation of the combined data to the fixed (normalized) coordinates of the object's antenna, which were taken as estimates of the average values of the geographical coordinates of the object, measured at each point of its circular trajectory, recalculation of the levels of stress of the radio signal E ri , measured at distances r i from the NPC antennas, to intensity levels E 0i corresponding to the distance value r 0 to the center of the circular path, using a mathematical model of changing the radio signal level from the distance, taking into account the influence of reflections from the surface of the measuring portion of the polygon by measuring the value of the reflection coefficient γ 0 of the surface of the measuring section, for which, prior to measuring the NAM of the antenna of the object, in the center of the circular trajectory of the object, at Lena auxiliary antenna, and the radiation through it of the test radio signal of a given frequency, the reception of the radiated radio signal by the NPC antennas, with registration at a fixed distance
Figure 00000003
from the auxiliary antenna with a continuous change in the height of installation of the measuring antennas of the NPC in the range from h 2min to h 2max of the levels of radio signals received by these antennas from the output of ASRV on the interval of formation of several periods of the interference factor:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:

Figure 00000005
Where:
Figure 00000005

λ - длина волны радиосигнала, излучаемого антенной объекта,λ is the wavelength of the radio signal emitted by the antenna object,

определение максимального Vh2max минимального Vh2min модуляции измеренного радиосигнала и оценкой по формуле:determination of the maximum V h2max minimum V h2min modulation of the measured radio signal and the estimate by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

значения коэффициента отражения γ0 измерительной площадки, который учитывают при пересчете уровней напряженности поля Eri, измеренных на дальности ri к нормированным значениям E0i, соответствующим дальности го до центра круговой траектории, по формулеthe values of the reflection coefficient γ 0 of the measuring platform, which is taken into account when recalculating the field strength levels E ri measured at the distance r i to the normalized values E 0i corresponding to the distance go to the center of the circular path, according to the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

за нормированные значения курсовых углов приняты их оценки, полученные расчетным способом по значениям курса объекта, географических координат антенны объекта в каждой точке круговой траектории и географических координат НИП, выполненные в следующей последовательности:the normalized values of course angles were taken as their estimates obtained by calculation using the values of the course of the object, the geographical coordinates of the object’s antenna at each point of the circular path, and the geographical coordinates of the NPC, performed in the following sequence:

- расчет значения дальностей между НИП и условным центром круговой траектории объекта, а также между НИП и текущим положением объекта (приемника GPS/ГЛОНАСС) на круговой траектории ri по формулам:- calculation of the distance between the NPC and the conditional center of the circular trajectory of the object, as well as between the NPC and the current position of the object (GPS / GLONASS receiver) on the circular trajectory r i according to the formulas:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

где: P=6370,4912775 км;where: P = 6370.4912775 km;

ϕ0i, λ0i - измеренные приемником GPS/ГЛОНАСС географические координаты круговой траектории объекта;ϕ 0i , λ 0i - measured by the GPS / GLONASS receiver geographical coordinates of the circular trajectory of the object;

ϕНИП, λНИП - измеренные географические координаты НИП;ϕ NPC , λ NPC — measured NIP geographical coordinates;

Figure 00000010
- оценки географических координат центра круговой траектории объекта;
Figure 00000010
- estimates of the geographical coordinates of the center of the circular path of the object;

- расчет текущих значений курсового угла НИП в системе координат объекта по измеренным значениям географическим координатам НИП, текущих географических координат и курса объекта при его движении по круговой траектории по формулам:- calculation of the current values of the NIP exchange angle in the object’s coordinate system using the measured values of the geographical coordinates of the NIP, the current geographical coordinates and the course of the object as it moves along a circular path using the formulas:

Figure 00000011
Figure 00000011

где: αНИП=arctg (l/((cosϕo*tgϕНИП/sin(λo-λНИП))-sinϕНИП/tg(λo-λНИП))) азимутальный угол НИП относительно объекта;where: α NPC = a rctg (l / ((cosϕ o * tgϕ NPC / sin (λ o -λ NPC )) - sinϕ NPC / tg (λ o -λ NPC ))) the azimuth angle of the NPC relative to the object;

ψo - курс объекта;ψ o - the course of the object;

- введение при несовпадении координат антенны объекта с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС скорректированных текущих координат rik и αкуНИПk по формулам- introduction, when the coordinates of the antenna of the object do not coincide with the coordinates of the antenna of the GPS / GLONASS receiver, of the corrected current coordinates r ik and α kuNIPk by the formulas

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

где: xao и zao координаты антенны в связанной системе координат объекта с началом, совпадающим с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС, полученные оценки нормированных значений уровня радиосигнала для соответствующих значений курсового угла НИП, в системе координат объекта, принимают за оценку азимутальной ДН антенны объекта, которую в виде параметрической зависимости Eoi=ƒ(αкуНИП) отображают графически в линейных или полярных координатах, в линейном или логарифмическом масштабах, до начала испытательных полетов по измерению ДН антенны проводят калибровку испытательной трассы полетов путем измерения коэффициента отражения поверхности γ0 в районе размещения НИП по формуле (1), оценивают прогнозные значения высоты полета hвс и удаления r0 условного центра круговых траекторий (ЦКТ) ВС от НИП на основе прогнозных оценок по формуле (2) интерференционного множителя отражения радиосигнала на трассе «НИП - ЦКТ» на заданных рабочих частотах испытываемой антенны, выполняют калибровочные полеты ВС на прогнозной высоте hвс по прямолинейной траектории, проходящей через координаты НИП и ЦКТ с излучением тестового сигнала заданной частоты через антенну ВС в диапазоне дальностей ri, от ro-50 км до ro+50 км, при этом, минимальная дальность ro-50 км должна быть

Figure 00000014
а фактический уровень сигнала на входе антенн НИП на этой дальности должен превышать значение чувствительности приемных трактов НИП не менее, чем на 20 дб, Измерение и регистрацию в ЭВМ НИП зависимости уровня Ei радиосигнала от дальности ri, для реализации большого динамического диапазона выполняют в дБ, измеренные зависимости уровня калибровочного радиосигнала от дальности сглаживают путем аппроксимации полиномом второй степениwhere: x ao and z ao antenna coordinates in the associated object coordinate system with the beginning coinciding with the GPS / GLONASS receiver antenna coordinates, the obtained estimates of the normalized values of the radio signal level for the corresponding values of the NPS heading angle, in the object coordinate system, are taken as the azimuth antenna antenna estimate object, which in a parametric dependence E oi = ƒ (α kuNIP) displayed graphically in linear or polar coordinates, in linear or logarithmic scale prior to the test flight by measuring Nam ant nna performed calibration test track flight by measuring the reflectance of the surface of γ 0 in NPC formula accommodation area (1) to evaluate the predicted values altitude h Sun and removal r 0 conditional center circular trajectories (CCT) Sun from NPC based predictive formula assessments (2) an interference reflection multiplier radio signal on a line "NPC - CCT" at predetermined operating frequencies of the antenna under test, the calibration is performed on BC flying target height h entirely along a rectilinear trajectory, passing through the coordinates Ata NPC and CCT predetermined frequency from the test signal through the sun radiation antenna at distances r i ranging from r o -50 km to r o +50 km, while the minimum distance r o -50 km should be
Figure 00000014
and the actual signal level at the antenna input of the NPC at this range must exceed the sensitivity value of the receiving paths of the NPC by no less than 20 db. Measurement and recording in the NPC computer of the dependence of the level E i of the radio signal on the distance r i to implement a large dynamic range are performed in dB , the measured dependences of the level of the calibration radio signal on the range are smoothed by approximation by a second-degree polynomial

Figure 00000015
Figure 00000015

значения калибровочных поправок к уровням радиосигнала, измеренного на дальностях ri траектории полета ВС, для их приведения к нормированному значению дальности ro рассчитывают по формулеthe values of the calibration corrections to the levels of the radio signal measured at the distances r i of the flight path of the aircraft, to bring them to the normalized value of the distance r o, are calculated by the formula

Figure 00000016
Figure 00000016

угловое положение испытываемой антенны относительно НИП изменяют путем выполнения полетов по круговым траекториям при постоянных значениях высоты полета hвс, положительных (отрицательных) значениях углов крена +γ (-γ) и изменением курса на 360° вокруг условного ЦКТ, удаленного от НИП на расстояние ro, значения высоты полета hвс и удаления ro от НИП определяют по результатам прогноза и калибровки трассы полета, дискретные значения углов крена ВС задают в рабочем диапазоне углов γ=±(i*Δγ), i=0.1…n с шагом Δγ≤10°, через испытываемую антенну на заданной частоте излучают тестовый радиосигнал, который принимают одновременно две линейно поляризованные логопериодические измерительные антенны НИП, которые обеспечивают неизменную ДН на вертикальной и горизонтальной поляризациях в широком диапазоне частот и развязку по поляризациям не менее 20 дБ, радиосигнал с выходов антенн измеряют АСРВ в дБ и регистрируют совместно с временем UTC приемника GPS/ГЛОНАСС в ПЭВМ из состава НИП, данные, зарегистрированные системами измерений НИП и ВС, синхронизируют по единому времени в базе данных ПЭВМ НИП, уровни радиосигнала, измеренные на заданной частоте в каждой точке полета ВС, пересчитывают к условному ЦКТ, с координатами соответствующими оценкам средних значений координат

Figure 00000017
по всем круговым траекториям полета ВС, при этом, указанную коррекцию относительных изменений уровня радиосигнала выполняют в следующей последовательности:the angular position of the antenna under test relative to the NPC is changed by performing flights along circular trajectories with constant values of flight altitude h sun , positive (negative) values of heel angle + γ (-γ) and a course change of 360 ° around the conventional CCT, remote from the NPC by distance r o , values of flight altitude h bc and distances r o from NPC are determined from the results of the forecast and calibration of the flight path, discrete values of the aircraft roll angles are set in the operating angle range γ = ± (i * Δγ), i = 0.1 ... n with a step Δγ≤ 10 ° through test antenna A test radio signal is emitted to this frequency, which is simultaneously received by two linearly polarized log-periodic measuring antennas NPCs that provide constant DNs on the vertical and horizontal polarizations in a wide frequency range and polarization isolation of at least 20 dB, the radio signal from the antenna outputs measure the AESR in dB and register together with the UTC time of the GPS / GLONASS receiver in the PC from the NPC, the data recorded by the NPC and VS measurement systems are synchronized in a single time in the PC NI database , Signal levels measured at a given frequency at each point Sun flight converted to conditional CCT, with coordinates corresponding to an estimated average coordinate values
Figure 00000017
on all circular paths of the flight of the aircraft, while the specified correction of the relative changes in the level of the radio signal is performed in the following sequence:

• за счет изменения дальности «ВС-НИП» r0 • due to a change in the range “VS-NPC” r 0

- по формулам (4) оценивают значения дальности г0 между ВС и НИП», и текущих дальностей ri между центром круговых траекторий ВС и НИП, при этом в качестве координат объекта ϕ0i, λ0i, принимают измеренные приемником GPS/ГЛОНАСС географические координаты ϕ0BCi, λ0BCi круговой траектории ВС;- according to formulas (4), the values of the distance r 0 between the aircraft and the NPC "are estimated, and the current distances r i between the center of the circular trajectories of the aircraft and the NPC, while the coordinates of the object ϕ 0i , λ 0i are the geographical coordinates measured by the GPS / GLONASS receiver ϕ 0BCi , λ 0BCi circular trajectory of the sun;

- по формулам (8) и (9) оценивают поправки для приведения уровней радиосигнала к нормированной дальности r0, а значение нормированного уровня радиосигнала в дБ определяют по формуле- according to formulas (8) and (9), the corrections are estimated to bring the radio signal levels to the normalized range r 0 , and the normalized radio signal level in dB is determined by the formula

Figure 00000018
Figure 00000018

• за счет изменения угла визирования ВС антеннами НИП по азимуту• due to a change in the angle of sight of the aircraft by the NPC antennas in azimuth

- по формулам (5) определяют текущие значения αНИПВС=αНИП+π азимутального угла ВС относительно НИП и азимутального угла ЦКТ относительно НИП по формуле αЦКТ=αНИПВС при значениях

Figure 00000019
- using formulas (5), determine the current values of α NIPVS = α NIP + π azimuth angle of the aircraft relative to the NPC and azimuth angle of the CCT relative to the NPC according to the formula α CCT = α NIPVS with values
Figure 00000019

- изменение амплитуды в дБ на выходе логопериодических измерительных антенн НИП при изменении азимутальных углов визирования ВС в диапазоне Δα=±30° относительно ее максимума ДН с высокой точностью аппроксимируют полиномами второй степени,- the change in amplitude in dB at the output of the log-periodic measuring antennas of the NPC when the azimuthal viewing angles of the aircraft change in the range Δα = ± 30 ° relative to its maximum DN with high accuracy is approximated by second-degree polynomials,

Figure 00000020
Figure 00000020

максимумы их ДН направляют в центр круговых траекторий, а учет модуляции уровня радиосигнала ДН измерительных антенн НИП выполняют путем вычисления поправки к измеренному уровню радиосигнала по формуле (11), при этом оценку уровня радиосигнала с учетом коррекции за счет изменения дальности и модуляции ДН измерительных антенн определяют по формулеtheir DN maxima are sent to the center of circular trajectories, and taking into account the modulation of the radio signal level of the measuring antenna NIPs are performed by calculating the corrections to the measured radio signal level using the formula (11), while estimating the radio signal level taking into account the correction due to changing the range and modulating the DN of measuring antennas according to the formula

Figure 00000021
Figure 00000021

для всех Δαi=αНИПЦКТ-αНИПBCi, измеренных на круговой траектории ВС, путем пересчета измерений в связанную систему координат ВС с использованием соотношений для расчета:for all Δα i = α NIPTSKT -α NIPBCi measured on a circular trajectory of the sun, by converting measurements associated sun coordinate system using the relations for calculation:

курсового угла НИПcourse angle NPC

Figure 00000022
Figure 00000022

где: αНИП=arctg(l/((cosαBC*tgϕНИП/sin(λBC-λНИП))-sinϕНИП/tg(λBC-λИКП))), угла визирования НИПwhere: α NPC = arctg (l / ((cosα BC * tgφ NPC / sin (λ BC -λ NPC)) - sinφ NPC / tg (λ BC -λ IKP))), the angle of sight NPC

Figure 00000023
Figure 00000023

где: βBC=-arctg(hBC/rГ)where: β BC = -arctg (h BC / r G )

горизонтальной дальности между НИП и ВСhorizontal range between NPC and AF

Figure 00000024
Figure 00000024

где=6370,4912775 кмwhere = 6370.4912775 km

наклонной дальности между НИП и ВСslant range between NPC and AF

Figure 00000025
Figure 00000025

и приведения значений уровней сигнала, измеренных при текущих значениях параметров полета ВС, к значениям параметров, которые используются при совместной обработке и оценке пространственной ДН, интерполируют результаты измерений уровней сигналов для каждой круговой траектории с дискретным шагом (обычно ≈1,0°) как по азимуту, так и по углу визирования НИП испытываемой антенной ВС с формированием двумерного нормированного массива данных, при этом объединенные результаты измерений, полученные при полетах по всем круговым траекториям, используют для табличного и графического отображения пространственной ДН антенны ВС в полярных (прямоугольных) координатах и оценки ее пространственной неравномерности по формуле:and reducing the values of the signal levels measured at the current values of the parameters of the flight of the aircraft to the values of the parameters that are used in the joint processing and estimation of spatial DN, interpolate the results of measurements of the signal levels for each circular trajectory with discrete steps (usually ≈1.0 °) as azimuth, as well as the angle of sight of the NPC tested by the aircraft antenna with the formation of a two-dimensional normalized data array, with the combined measurement results obtained during flights along all circular trajectories, It is used for tabular and graphical display of the spatial pattern of the antenna of the aircraft in polar (rectangular) coordinates and the estimation of its spatial non-uniformity using the formula:

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

где: Emax и Emin - максимальное и минимальное значения уровней сигналов в (дБ) вертикальной (вп) и горизонтальной (гп) поляризаций соответственно, а среднее значение уровня подавления ортогональной составляющей поля по формуле:where: E max and E min are the maximum and minimum values of signal levels in (dB) vertical (w) and horizontal (hp) polarizations, respectively, and the average value of the level of suppression of the orthogonal field component according to the formula:

Figure 00000028
Figure 00000028

для всего диапазона угловых положений бортовой антенны относительно НИП.for the entire range of angular positions of the onboard antenna relative to the NPC.

Кроме того, для оценки при минимальном объеме эксперимента пространственной ДН испытываемой антенны ВС в связанной системе координат ВС выполняют один левый и один правый вираж с постоянным значением крена, равным γ=0,5*arctg(hвс/rГ), результаты измерений, полученные при выполнении правого и левого виражей, нормируют, и формируют новые массивы путем объединения измеренных значений уровней радиосигнала в диапазоне изменения курсовых углов НИП от 0 до 180 градусов при выполнении левого виража с оценками уровней радиосигнала в диапазоне изменения курсовых углов НИП от 180 до 360 градусов при выполнении правого виража, и наоборот, что обеспечивает получение оценок в двух зонах (освещения и затенения) ДН испытываемой бортовой антенны максимально близких к нулевым значениям углов визирования источника радиосигнала НИП, а также их максимальное соответствие оценкам неравномерности ДН, которые получают при испытаниях антенн ВС в наземных условиях.In addition, for evaluation with a minimum amount of experimental spatial DN of the tested antenna, in the associated coordinate system, the BCs perform one left and one right bend with a constant value of heel equal to γ = 0.5 * arctg (h sun / r G ), the measurement results obtained when performing the right and left turns, normalize and form new arrays by combining the measured values of the radio signal levels in the range of NIP exchange rate angles from 0 to 180 degrees when performing the left turn with estimates of the radio signal levels in the change range NIP NIPs from 180 to 360 degrees when performing the right turn, and vice versa, which provides estimates in two zones (lighting and shading) of the test antenna onboard antenna as close as possible to zero values of the angle of sight of the radio signal source NPC irregularities of the beam pattern, which are obtained when testing aircraft antennas in ground conditions.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фигуре 1 показана схема выполнения виражей с отрицательным - а) и положительным - б) значениями углов крена γ при экспериментальной оценке ДН бортовых антенн ВС методом полета по круговой траектории на заданном удалении rг от КП; - в) изменение углов визирования НИП при выполнении правого и левого виражей с постоянными кренами +10° и -10°;The figure 1 shows a diagram of the execution of turns with negative - a) and positive - b) values of roll angles γ when experimentally evaluating the NF of the aircraft side antennas by flying along a circular path at a given distance r g from the gearbox; - c) changing the angle of sight of the NIP when performing right and left bends with constant rolls of + 10 ° and -10 °;

На фигуре 2 показана структурная схема последовательности выполнения процедур для реализации предлагаемого способа:The figure 2 shows the structural diagram of the sequence of procedures for the implementation of the proposed method:

1 - ВС с испытываемой антенной;1 - aircraft with a test antenna;

2 - испытываемая антенна;2 - tested antenna;

3 - широкополосный усилитель мощности (ШУМ);3 - broadband power amplifier (DIN);

4 - программируемый генератор (синтезатор) ВЧ радиосигналов (ПРГ);4 - programmable generator (synthesizer) of HF radio signals (PRG);

5 - аккумулятор;5 - battery;

6 - подключаемая ПЭВМ для программирования режимов работы синтезатора;6 - plug-in PC for programming synthesizer operating modes;

7 - антенна GPS/ГЛОНАСС приемника из состава навигационной системы ВС;7 - GPS / GLONASS antenna of the receiver from the navigation system of the aircraft;

8 - GPS/ГЛОНАСС приемник из состава навигационной системы ВС;8 - GPS / GLONASS receiver from the navigation system of the aircraft;

9 - навигационная система ВС;9 - aircraft navigation system;

10 - бортовая система регистрации навигационной информации ВС;10 - onboard system for registration of aircraft navigation information;

11 - наземный измерительный пункт (НИП);11 - ground measuring point (NIP);

12 - измерительная приемная антенна НИП вертикальной поляризации (ВП);12 - measuring receiving antenna NPC vertical polarization (VP);

13 - измерительная приемная антенна НИП горизонтальной поляризации (ГП);13 - measuring receiving antenna NPC horizontal polarization (GP);

14 - анализатор спектра реального времени сигнала антенны ВП (АСРВ);14 - analyzer of a spectrum of a real time signal of the antenna of EP (ASRV);

15 - анализатор спектра реального времени сигнала антенны ГП (АСРВ);15 - analyzer spectrum real-time signal antenna GP (ASRV);

16 - ПЭВМ обработки и регистрации измерений параметров НИП;16 - PC processing and registration of measurements of the parameters of the NIP;

17 - устройство электропитания измерительных датчиков НИП;17 - power supply device measuring sensors NPC;

18 - антенна GPS/ГЛОНАСС приемника из состава НИП;18 - GPS / GLONASS antenna of the receiver of the NPC;

19 - GPS/ГЛОНАСС приемник из состава НИП.19 - GPS / GLONASS receiver from the NPC.

На фигуре 3 показаны примеры применения предложенных алгоритмов и качества сглаживания экспериментальных данных с использованием квадратичного полинома:The figure 3 shows examples of the application of the proposed algorithms and the quality of smoothing the experimental data using a quadratic polynomial:

а) при аппроксимации ДН логопериодической антенны из состава НИП (CLP 5130-1);a) when the NF approximation of a log-periodic antenna from the NIP (CLP 5130-1);

б) при аппроксимации экспериментальных результатов измерения зависимостей уровня от частоты радиосигнала и дальности между НИП и ВС;b) when approximating the experimental results of measuring the dependence of the level on the frequency of the radio signal and the distance between the NPC and AF;

На фигуре 4 представлены:The figure 4 presents:

а) схема выполнения экспериментов при выполнении полетов по прямолинейной калибровочной траектории и измерительного полета по круговой траектории, где обозначено:a) a scheme for carrying out experiments when flying along a straight-line calibration trajectory and measuring flight along a circular trajectory, where:

- 20 прямолинейная калибровочная траектория,- 20 rectilinear calibration trajectory,

- 21 измерительная круговая траектория,- 21 measuring circular trajectory,

- 22 ДН измерительной антенны ВП в горизонтальной плоскости,- 22 DN metering antenna VP in the horizontal plane,

- 23 ДН измерительной антенны ГП в горизонтальной плоскости,- 23 DN measuring antenna GP in the horizontal plane,

- 24 центр круговых траекторий (ЦКТ);- 24 center of circular trajectories (CCT);

б) результаты обработки экспериментальных измерений ДН двух антенн ВС и их коррекции с использованием технологии, заявленной в способе;b) the results of processing the experimental measurements of the DN of two BC antennas and their correction using the technology declared in the method;

На фигуре 5 представлены экспериментальные результаты обработки измерений ДН антенны ВС при минимальном объеме эксперимента (при выполнении по одной круговой траектории с правым креном +10° и левым креном -10°):The figure 5 presents the experimental results of processing measurements of the antenna antenna of the aircraft with a minimum experiment volume (when performed on one circular trajectory with a right roll of + 10 ° and a left roll of -10 °):

- а) измеренные ДН и соответствующие зависимости углов визирования НИП от КУР;- a) measured dips and the corresponding dependences of the viewing angle of the NPC on the CSD;

- б) результаты обработки с оценками ДН по предложенным алгоритмам при наличии и отсутствии затенения испытываемой антенны элементами конструкции ВС с соответствующими зависимостями углов визирования НИП от КУР;- b) the results of processing with DN estimates for the proposed algorithms in the presence and absence of shading of the antenna under test with structural elements of the aircraft with the corresponding dependencies of the viewing angle of the NPC on the CSD;

Заявленный способ измерения пространственных ДН антенн ВС в условиях полета осуществляют следующим образом.The claimed method of measuring the spatial bottoms of the sun antennas in flight conditions is as follows.

На ВС 1 устанавливают ПРГ4 и ШУМ 3, с использованием подключаемой ПЭВМ 6 в ПРГ4 задают выбранные значения испытательных частот тестового радиосигнала в рабочем диапазоне исследуемой антенны 2. Выход ПРГ 4 подключают ко входу ШУМ 3, а выход ШУМ 3 соединяют с входом испытываемой антенны 2.On VS 1, PRG4 and ShUM 3 are installed, using the connected PC 6 in PRG4, the selected test radio signal test frequency values are set in the operating range of the antenna under study 2. PRG 4 output is connected to the SHUM 3 input, and SHUM 3 output is connected to the input of the test antenna 2.

В соответствии с формулой

Figure 00000029
In accordance with the formula
Figure 00000029

где: - hвс и h2 - высоты испытываемой (высота полета ВС) и измерительных антенн НИП,where: - h sun and h 2 - the height of the test (flight altitude) and measuring antennas of the NPC,

- λ - длина волны,- λ - wavelength,

определяют минимальное расстояние от выбранного ЦКТ 24 до места установки НИП 11. ВС 1 выполняет взлет, набор заданной высоты hвс и полет на постоянной высоте по прямолинейной (калибровочной) траектории, проходящей через координаты НИП 11 и ЦКТ 24. После набора высоты hвс в начале прямолинейного участка траектории включают ПРГ 4 и ШУМ 3, с выхода которого тестовый радиосигнал излучают через испытываемую антенну 2 как при полете по прямолинейной (калибровочной), так и по круговым траекториям 21 вокруг выбранного ЦКТ с постоянными значениями крена γвс determining the minimum distance from the selected CCT 24 to the installation site NPC 11. Sun 1 performs off, set a predetermined height h and the sun flight at a constant height along a straight (gauge) trajectory passing through coordinates NPC 11 and CCT 24. After the height h set in Sun the beginning of the straight path segment includes the PRG 4 and the SHUM 3, from the output of which the test radio signal is emitted through the antenna 2 under test, both when flying straight (calibration) and circular paths 21 around the selected CCT with constant heel values Sun

Одновременно с началом излучения тестового радиосигнала включают бортовую систему измерений 10, которая в течение полета регистрирует параметры полета с навигационной системы 9 ВС1: географические широту (ϕ) и долготу (λ), высоту полета hвс, курс (ψ), крен (γ), тангаж (υ) и время (UTC) бортового приемника GPS/ГЛОНАСС 8.Simultaneously with the start of radiation of the test radio signal, an on-board measurement system 10 is included, which during flight registers the flight parameters from the navigation system 9 BC1: geographical latitude (ϕ) and longitude (λ), flight altitude h sun , course (), roll (γ) , pitch (υ) and time (UTC) of the onboard GPS / GLONASS receiver 8.

При подготовке к выполнению испытательного полета после размещения НИП 11 на испытательной площадке полигона на расчетном удалении r0 от ВС 1 в его системе измерений фиксируют (регистрируют): географические координаты: широту (ϕнип) и долготу (λнип), высоту h2 установки измерительных антенн 12,13, которые измеряют GPS/ГЛОНАСС 19 приемником из состава НИП 11. В систему обработки данных НИП 11 заносят также значения фактических параметров ее измерительных антенн 12, 13: угловые положения максимумов их ДН по азимуту (αo), уравнения аппроксимации сечений ДН антенн в азимутальной плоскости Fгп(α) и Fвп(α), а также высоту h2 установки антенн над уровнем земли.In preparation for the test flight after placing the NIP 11 at the test site of the landfill at the estimated distance r 0 from aircraft 1, its measurement system is recorded (recorded): geographical coordinates: latitude (ϕ nip ) and longitude (λ nip ), height h 2 settings measuring antennas 12,13, which measure GPS / GLONASS 19 as a receiver from the NPC 11. The data processing system of the NPC 11 also includes the values of the actual parameters of its measuring antennas 12, 13: the angular positions of the maxima of their DN in azimuth (α o ), the approximation equations section th DN antenna in the azimuthal plane F gp (α) and F vp (α), as well as the height h 2 installation of antennas above ground level.

Тестовые радиосигналы, излучаемые через испытываемую антенну 2, поступают на вход приемных антенн 12,13 НИП 11, с выхода которых АСВР 14,15 измеряет уровни радиосигналов на всех излучаемых частотах и регистрируют их на жестком диске ПЭВМ 16 совместно с временем UTC приемника GPS/ГЛОНАСС 19 в течение всего испытательного полета. При этом оператор НИП 11 обеспечивает контроль частотной панорамы АСВР 14,15 и помечает маркерами фрагменты регистрируемых данных, при наличии перекрытия спектра измеряемого тестового радиосигнала со спектрами внешних мешающих радиосигналов для исключения этих фрагментов из последующей обработки.The test radio signals emitted through the tested antenna 2 are fed to the input of receiving antennas 12,13 NPC 11, from the output of which ACWP 14,15 measures the levels of radio signals at all radiated frequencies and register them on the hard disk of the PC / GLONASS receiver 19 throughout the test flight. At the same time, the operator of the NPC 11 provides control of the ASRP frequency band 14,15 and marks fragments of the recorded data with markers, if there is an overlap of the spectrum of the measured test signal with the spectra of external interfering radio signals to exclude these fragments from subsequent processing.

Зарегистрированные системами измерений ВС 1 и НИП 11 данные объединяют в базе данных ПЭВМ 16 из состава НИП 11 на основе единого времени UTC, для каждой круговой траектории, полученной при фиксированном значении крена, результаты измерения уровня в зависимости от курсового угла НИП 11 интерполируют и приводят измерения всех реализаций к одинаковым дискретным значениям с постоянным шагом (обычно достаточно величины шага 1,0°) для реализации их последующей совместной обработки.The data recorded by the measurement systems VS 1 and NIP 11 are combined in the database of PC 16 of NIP 11 on the basis of a single UTC time. For each circular trajectory obtained at a fixed roll value, the level measurement results interpolate depending on the course angle of the NPC 11 and measure all implementations to the same discrete values with a constant step (usually a step size of 1.0 ° is sufficient) for the realization of their subsequent joint processing.

После выполнения полетов по заданным (круговым) траекториям вокруг выбранного ЦКТ и регистрации результатов измерений на борту ВС и на НИП проводят совместную обработку объединенных данных с приведением результатов измерений к нормированным условиям (коррекции) и их пересчетом в систему координат исследуемой антенны (связанную систему координат ВС) на основе использования формул (13…19). Полученные нормированные оценки пространственных ДН исследуемой антенны 2 и уровней подавления сигналов ортогональной поляризации документируют в табличной и графической формах.After performing flights along specified (circular) trajectories around the selected CCT and recording the measurement results on board the aircraft and on the NPC, they carry out joint processing of the combined data with reduction of the measurement results to normalized conditions (correction) and their conversion to the coordinate system of the antenna under investigation ) based on the use of formulas (13 ... 19). The obtained normalized estimates of the spatial patterns of the antenna under study 2 and the levels of signal suppression of orthogonal polarization are documented in tabular and graphical forms.

Таким образом, заявленный способ измерения ДН антенны в составе подвижного объекта больших размеров обеспечивает:Thus, the claimed method of measuring the antenna DN in the composition of a large-sized moving object provides:

- измерение направленных свойств испытываемой антенны в составе ВС в условиях полета ВС, что актуально для оценки ДН антенн ВС, так как позволяет измерить «реальные» ДН антенн при штатном размещении в составе ВС с учетом взаимного влияния всей совокупности бортовых антенн и элементов конструкции фюзеляжа;- measurement of the directional properties of the tested antenna as part of the aircraft under the conditions of the flight of the aircraft, which is important for evaluating the antenna NFs, as it allows to measure the “real” NF antennas at normal placement as part of the aircraft, taking into account the mutual influence of the entire set of airborne antennas and elements of the fuselage design;

- получение оценок пространственных ДН бортовых антенн в связанной системе координат ВС для всего рабочего диапазона изменений угловых положений относительно НИП, обеспечивающих адекватную интерпретацию результатов испытаний;- obtaining estimates of spatial bottoms of airborne antennas in the associated aircraft coordinate system for the entire working range of changes in the angular positions relative to the NPC, which provide an adequate interpretation of the test results;

- возможность оценки пространственной ДН антенн ВС при значениях углов визирования НИП, близких к условиям измерения азимутальных ДН антенн в наземных условиях, что позволяет определить соответствие полученных оценок при наземных и летных испытаниях;- the possibility of estimating the spatial NF of the AF antennas at the values of the viewing angles of the NPC, close to the measurement conditions of azimuthal NF antennas in ground conditions, which allows to determine the consistency of the obtained estimates during ground and flight tests;

- определение степени подавления испытываемой антенной ВС ортогональной составляющей излучаемого (принимаемого) радиосигнала для всех рабочих значений угловых положений ВС относительно НИП на основе одновременного измерения уровней как основной, так и ортогональной составляющих электромагнитного поля антенны ВС;- determination of the degree of suppression of the orthogonal component of the radiated (received) radio signal being tested by the antenna antenna for all operating values of the angular positions of the aircraft relative to the NPC based on simultaneous measurement of the levels of both the main and orthogonal components of the electromagnetic field of the antenna of the aircraft;

- синхронизацию параметров, измеряемых на борту ВС и на наземном НИП, по времени UTC их приемников GPS/ГЛОНАСС, с реализацией совместной послеполетной обработки без организации специальных радиоканалов передачи синхросигналов;- synchronization of parameters measured onboard the aircraft and on the ground NPC, according to the UTC time of their GPS / GLONASS receivers, with the implementation of joint post-flight processing without the organization of special radio channels for the transmission of sync signals;

- уменьшение погрешностей оценок пространственной ДН антенн в составе ВС в условиях полета до 2…3 дБ и упрощение интерпретации полученных результатов на основе приведения измерений к нормированным условиями коррекции методических погрешностей измерения уровня радиосигнала, обусловленных изменением дальности «ВС-НИП» и его модуляцией ДН измерительных антенн при полетах ВС по круговым траекториям;- reducing the error estimates of the spatial antenna ND in the aircraft under flight conditions up to 2 ... 3 dB and simplifying the interpretation of the obtained results based on bringing the measurements to the normalized conditions for correcting the methodological errors of measuring the radio signal level caused by the change in the VS-NPC range and measuring it antennas when flying aircraft along circular paths;

- возможность реализации заявленного способа испытаний при минимальном составе инструментальных средств при упрощении летного эксперимента за счет независимого проведения измерительных процедур, выполняемых на борту ВС и НИП в процессе испытательного полета.- the possibility of implementing the inventive method of testing with a minimum composition of tools while simplifying the flight experiment due to the independent carrying out of measurement procedures performed onboard the aircraft and the NPC during the test flight.

Основные измерительные процедуры и алгоритмы обработки, изложенные в заявленном способе, прошли экспериментальную апробацию при выполнении летных испытаний бортовых антенн ряда отечественных самолетов, при которых подтверждена их работоспособность, эффективность и реализуемость на основе промышленных измерительных средств.The main measurement procedures and processing algorithms set forth in the inventive method have been experimentally tested when performing flight tests of onboard antennas of a number of domestic aircraft, which confirmed their performance, efficiency and feasibility based on industrial measurement tools.

Claims (56)

1. Способ измерения пространственной диаграммы направленности (ДН) антенны воздушного судна (ВС) в условиях полета, включающий установку исследуемой антенны на высоте h1 в составе подвижного объекта больших размеров, измерение азимутальной ДН исследуемой антенны путем перемещения объекта на измерительном участке открытого полигона с однородной структурой поверхности (например, типовой ВПП) вокруг выбранной точки (центра) по траектории, близкой к окружности небольшого радиуса (10…30 м), излучение тестового радиосигнала заданной частоты, сформированною программируемым генератором (ПГР) и усиленного широкополосным усилителем мощности (ШУМ), через исследуемую антенну объекта, регистрируя при этом измеренные навигационной системой объекта истинный курс ψо, географическую широту ϕо, долготу λо, а также время (UTC) приемника GPS/ГЛОНАСС системой измерения объекта (СИО), прием излученного антенной объекта радиосигнала измерительными антеннами ортогональной поляризации, размещенными на высоте h2 телескопической мачты передвижного наземного измерительного пункта (НИП), установленного неподвижно на расстоянии от
Figure 00000030
до
Figure 00000031
от центра круговой траектории объекта, измерение уровня радиосигнала, анализатором спектра реального времени (АСРВ), географических широты ϕнип, долготы λнип и времени UTC его приемника GPS/ГЛОНАСС совместно с навигационными параметрами объекта регистрируют и объединяют по времени UTC в единой базе данных ЭВМ из состава НИП, пересчет объединенных данных к фиксированным (нормированным) координатам антенны объекта, в качестве которых приняты оценки средних значений географических координат объекта, измеренных в каждой точке его круговой траектории, пересчет уровней напряженности радиосигнала Eri, измеренных на удалениях ri от антенн НИП, к уровням напряженности E0i, соответствующим значению дальности r0 до центра круговой траектории, с использованием математической модели изменения уровня радиосигнала от дальности, с учетом влияния отражений от поверхности измерительного участка полигона путем измерения значения коэффициента отражения γ0 поверхности измерительного участка, для чего перед измерением ДН антенны объекта в центре круговой траектории объекта на высоте h1 от уровня измерительной площадки установлена вспомогательная антенна, и излучение через нее тестового радиосигнала заданной частоты, прием излучаемого радиосигнала антеннами НИП с регистрацией на фиксированном расстоянии
Figure 00000032
от вспомогательной антенны при непрерывном изменении высоты установки измерительных антенн НИП в диапазоне от h2min до h2max принятых этими антеннами уровней радиосигналов с выхода АСРВ на интервале формирования нескольких периодов интерференционного множителя1. A method of measuring the spatial radiation pattern (NF) of an aircraft antenna (VS) in flight conditions, including the installation of the antenna under study at a height h1 as part of a large-sized moving object, measuring azimuth DN of the antenna under investigation by moving the object on the measuring section of an open-ended polygon with a uniform structure the surface (for example, a typical runway) around a selected point (center) along a trajectory close to the circumference of a small radius (10 ... 30 m), the radiation of a test radio signal of a given frequency, sf programmed generator (PRT) and amplified by a wideband power amplifier (DIN), through the object antenna under investigation, registering the true heading, о , geographical latitude ϕ о , longitude λ о and GPS receiver / UTC measured by the object’s navigation system GLONASS object measurement system (SIO), receiving a radiated antenna object of a radio signal by measuring antennas of orthogonal polarization, placed at a height h2 of the telescopic mast of a mobile ground measuring station (NIP), motionless at a distance from
Figure 00000030
before
Figure 00000031
from the center of the circular trajectory of the object, measurement of the radio signal level, real-time spectrum analyzer (ASRV), geographic latitude ϕ nip , longitude λ nip and UTC time of its GPS / GLONASS receiver together with the navigation parameters of the object are recorded and combined by UTC time in a single computer database from the composition of the NPC, recalculation of the combined data to the fixed (normalized) coordinates of the object's antenna, which were taken as estimates of the average values of the geographical coordinates of the object, measured at each point of its circular path vector, recalculation of radio signal strength levels E ri measured at distances r i from NPC antennas to strength levels E 0i corresponding to the distance value r 0 to the center of the circular path, using a mathematical model of the change in radio signal level from the distance of the measuring area of the polygon by measuring the value of the reflection coefficient γ 0 of the surface of the measuring section, for which before measuring the antenna pattern of the object in the center of the circular trajectory of the object at height h1 from a measuring antenna is installed at the level of the measuring platform, and the radiation through it of a test radio signal of a given frequency, the reception of the radiated radio signal by the NPC antennas with registration at a fixed distance
Figure 00000032
from the auxiliary antenna with a continuous change in the height of installation of the measuring antenna of the NPC in the range from h 2min to h 2max of the levels of radio signals received by these antennas from the output of the ASRV in the interval of formation of several periods of the interference factor
Figure 00000033
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000034
 где λ - длина волны радиосигнала, излучаемого антенной объекта, определение максимального Vh2max и минимального Vh2min уровней модуляции измеренного радиосигнала и оценка по формулеwhere λ is the wavelength of the radio signal emitted by the antenna object, the definition of the maximum V h2max and minimum V h2min modulation levels of the measured radio signal and the estimate by the formula
Figure 00000035
Figure 00000035
 значения коэффициента отражения γ0 измерительной площадки, который учитывают при пересчете уровней напряженности поля Eri, измеренных на дальности ri к нормированным значениям E0i, соответствующим дальности r0 до центра круговой траектории, по формулеthe values of the reflection coefficient γ 0 of the measuring platform, which is taken into account when recalculating the field strength levels E ri measured at the distance r i to the normalized values E 0i corresponding to the distance r 0 to the center of the circular path, according to the formula
Figure 00000036
Figure 00000036
 за нормированные значения курсовых углов приняты их оценки, полученные расчетным способом по значениям курса объекта, географических координат антенны объекта в каждой точке круговой траектории и географических координат НИП, выполненные в следующей последовательности:the normalized values of course angles were taken as their estimates obtained by calculation using the values of the course of the object, the geographical coordinates of the object’s antenna at each point of the circular path, and the geographical coordinates of the NPC, performed in the following sequence: - расчет значения дальностей между НИП и условным центром круговой траектории объекта, а также между НИП и текущим положением объекта (приемника GPS/ГЛОНАСС) на круговой траектории ri по формулам- calculation of the distance between the NPC and the conditional center of the circular trajectory of the object, as well as between the NPC and the current position of the object (GPS / GLONASS receiver) on the circular trajectory r i according to the formulas
Figure 00000037
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000038
 где Р=6370,4912775 км;where P = 6370.4912775 km; ϕ0i, λ0i - измеренные приемником GPS/ГЛОНАСС географические координаты круговой траектории объекта;ϕ 0i , λ 0i - measured by the GPS / GLONASS receiver geographical coordinates of the circular trajectory of the object; ϕНИП, λ НИП - измеренные географические координаты НИП;ϕ NPC , λ NPC — measured NIP geographical coordinates;
Figure 00000039
- оценки географических координат центра круговой траектории объекта;
Figure 00000039
- estimates of the geographical coordinates of the center of the circular path of the object; - расчет текущих значений курсового угла НИП в системе координат объекта по измеренным значениям географических координат НИП, текущих географических координат и курса объекта при его движении по круговой траектории по формулам- calculation of the current values of the NIP heading angle in the object's coordinate system using the measured values of the geographic coordinates of the NPC, the current geographical coordinates and the object's course as it moves along a circular path using the formulas
Figure 00000040
Figure 00000040
 где
Figure 00000041
азимутальный угол НИП относительно объекта;Where
Figure 00000041
the azimuth angle of the NPC relative to the object; ψ0 - курс объекта;ψ 0 is the object's course; - введение при несовпадении координат антенны объекта с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС скорректированных текущих координат rik и αкуНИПk по формулам- introduction, when the coordinates of the antenna of the object do not coincide with the coordinates of the antenna of the GPS / GLONASS receiver, of the corrected current coordinates r ik and α kuNIPk by the formulas
Figure 00000042
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000043
 где хао и zao - координаты антенны в связанной системе координат объекта с началом, совпадающим с координатами антенны приемника GPS/ГЛОНАСС, полученные оценки нормированных значений уровня радиосигнала для соответствующих значений курсового угла НИП, в системе координат объекта, принимают за оценку азимутальной ДН антенны объекта, которую в виде параметрической зависимости Eoi=ƒ(αкуНИП) отображают графически в линейных или полярных координатах, в линейном или логарифмическом масштабах, отличающийся тем, что до начала испытательных полетов по измерению ДН антенны ВС проводят калибровку испытательной трассы полетов путем измерения коэффициента отражения поверхности γ0 в районе размещения НИП по формуле (1), оценивают прогнозные значения высоты полета hвс и дальности до условного центра круговых траекторий ВС от НИП на основе прогнозных расчетов по формуле (2) интерференционного множителя отражения радиосигнала на трассе «НИП - центр круговых траекторий» на заданных рабочих частотах радиосигнала, излучаемого антенной ВС, выполняют калибровочные полеты ВС на прогнозной высоте hвс по прямолинейной траектории, проходящей через координаты НИП и центра круговых траекторий с излучением тестового сигнала заданной частоты через антенну ВС в диапазоне дальностей ri, от ro-50 км до ro+50 км, при этом минимальная дальность ro-50 км должна быть
Figure 00000044
, на которой фактический уровень сигнала на входе антенн НИП превышает значение чувствительности приемных трактов НИП не менее чем на 20 дБ, измерение и регистрацию в ЭВМ НИП зависимости уровня Ei радиосигнала от дальности ri, для реализации большого динамического диапазоне их измеряют в дБ, измеренные зависимости уровня калибровочного радиосигнала от дальности сглаживают путем аппроксимации измерений полиномом второй степениwhere x ao and z ao are the coordinates of the antenna in the connected object coordinate system with the beginning coinciding with the coordinates of the GPS / GLONASS receiver antenna, the obtained estimates of the normalized values of the radio signal level for the corresponding values of the NPS heading angle, in the object coordinate system, are taken as the estimate of the azimuth antenna pattern object, which in a parametric dependence E oi = ƒ (α kuNIP) displayed graphically in linear or polar coordinates, in linear or logarithmic scale, characterized in that prior to the test field comrade by measuring the antenna pattern sun calibration test track flight by measuring the surface reflectance γ 0 in location area NPC by the formula (1) is evaluated predicted values altitude h Sun and range to the conditioned center sun circular trajectories from NPC based on predictive calculations of the formula (2) of the interference reflection signal of the radio signal on the route “NIP - center of circular trajectories” at the specified operating frequencies of the radio signal emitted by the aircraft antenna, perform calibration flights of the aircraft at the predicted height h sun along a straight path passing through the coordinates of the NPC and the center of circular trajectories with radiation of a test signal of a given frequency through the aircraft antenna in the range of distances r i , from r o -50 km to r o +50 km, with the minimum distance r o - 50 km should be
Figure 00000044
on which the actual signal level at the antenna input of the NPC exceeds the value of the sensitivity of the receiving paths of the NPC by at least 20 dB, the measurement and recording in the NPC computer of the dependence of the radio signal level E i on the distance r i to measure a large dynamic range is measured in dB, measured the dependence of the level of the calibration signal on the range is smoothed by approximation of measurements by a second-degree polynomial
Figure 00000045
Figure 00000045
 значения калибровочных поправок к уровням радиосигнала, измеренного на дальностях ri траектории полета ВС, для их приведения к нормированному значению дальности ro рассчитывают по формулеthe values of the calibration corrections to the levels of the radio signal measured at the distances r i of the flight path of the aircraft, to bring them to the normalized value of the distance r o, are calculated by the formula
Figure 00000046
Figure 00000046
 угловое положение испытываемой антенны относительно НИП изменяют путем выполнения полетов по круговым траекториям при постоянных значениях высоты полета hвс, положительных (отрицательных) значениях углов крена +γ(-γ) и изменением курса на 360° вокруг условного центра, удаленного от НИП на расстояние ro, значения высоты полета hвс и удаления ro от НИП определяют по результатам прогноза и калибровки трассы полета, дискретные значения углов крена ВС задают в рабочем диапазоне углов γ=Δ(i*Δγ), i=0.1…n с шагом Δγ≤10°, при этом через испытываемую антенну на заданной частоте излучают тестовый радиосигнал, который принимают одновременно две линейно-поляризованные широкополосные логопериодические измерительные антенны НИП вертикальной и горизонтальной поляризации, обеспечивающие практически неизменную ДН в широком диапазоне частот и поляризационную развязку между ними не менее 20 дБ, радиосигнал с выходов антенн измеряют АСРВ в дБ и регистрируют совместно с временем UTC приемника GPS/ГЛОНАСС в ПЭВМ из состава НИП, данные, зарегистрированные системами измерений НИП и ВС, синхронизируют по единому времени в базе данных ПЭВМ НИП, уровни радиосигнала, измеренные на заданной частоте в каждой точке
Figure 00000047
,
Figure 00000048
полета ВС, пересчитывают к условному центру круговых траекторий, с координатами, равными оценкам средних значений координат
Figure 00000049
,
Figure 00000050
по всем j круговым траекториям полета ВС, при этом указанную коррекцию относительных изменений уровня радиосигнала выполняют в следующей последовательности:the angular position of the antenna under test relative to alter NIP by performing flight along circular trajectories at constant altitude h Sun, positive (negative) values of roll angles + γ (-γ) and the change rate at 360 ° around the center conditional remote from NPC by a distance r o, flight altitude value h sun and removal from NPC r o is determined by results of prediction and calibration flight path, discrete sun roll angles values set in the operating range of angles γ = Δ (i * Δγ) , i = 0.1 ... n increments Δγ≤ 10 °, while through the test ant At a given frequency, a test radio signal is emitted, which is simultaneously received by two linearly polarized broadband log-periodic measuring antennas NPCs of vertical and horizontal polarization, providing a practically unchanged DN in a wide frequency range and polarization isolation between them at least 20 dB, the radio signal from the antenna outputs measure ASRV in dB and register, together with the UTC time of the GPS / GLONASS receiver in the PC from the NPC, the data recorded by the NPC and VS measurement systems synchronize according to a single time in database PC NPC, signal levels measured at a given frequency at each point
Figure 00000047
,
Figure 00000048
the flight of the aircraft, recalculated to the conditional center of circular trajectories, with coordinates equal to the estimated average values of the coordinates
Figure 00000049
,
Figure 00000050
for all j circular trajectories of the flight of the aircraft, while the specified correction of the relative changes in the level of the radio signal is performed in the following sequence: • за счет изменения дальности «ВС-НИП»• due to the change of the range "VS-NIP" - по формулам (4) оценивают значения дальностей r0 между ВС и НИП», а также ri между центром круговых траекторий ВС и НИП, при этом в качестве координат объекта, ϕ0i, λ0i, принимают измеренные приемником GPS/ГЛОНАСС координаты ϕ0BCi, λ0BCi круговой траектории ВС;- according to formulas (4), the values of the distances r 0 between the aircraft and the NPC ", as well as r i between the center of the circular trajectories of the aircraft and the NPC, are estimated, while the coordinates ϕ measured by the GPS / GLONASS receiver are taken as object coordinates, ϕ 0i , λ 0i 0BCi , λ 0BCi circular trajectory of the Armed Forces; - по формулам (8) и (9) оценивают поправки для приведения уровней радиосигнала к нормированной дальности r0, а значение нормированного уровня радиосигнала в дБ определяют по формуле- according to formulas (8) and (9), the corrections are estimated to bring the radio signal levels to the normalized range r 0 , and the normalized radio signal level in dB is determined by the formula
Figure 00000051
Figure 00000051
 • за счет изменения угла визирования ВС антеннами НИП по азимуту• due to a change in the angle of sight of the aircraft by the NPC antennas in azimuth - по формулам (5) определяют текущие значения αНИПВС=αНИП+π азимутального угла ВС относительно НИП и азимутального угла ЦКТ относительно НИП по формуле αЦКТ=αНИПВС при значениях
Figure 00000052
- using formulas (5), determine the current values of α NIPVS = α NIP + π azimuth angle of the aircraft relative to the NPC and azimuth angle of the CCT relative to the NPC according to the formula α CCT = α NIPVS with values
Figure 00000052
 - изменение амплитуды в дБ на выходе логопериодических измерительных антенн НИП при изменении азимутальных углов визирования ВС в диапазоне Δα=±30° относительно ее максимума ДН с высокой точностью аппроксимируют полиномами второй степени,- the change in amplitude in dB at the output of the log-periodic measuring antennas of the NPC when the azimuthal viewing angles of the aircraft change in the range Δα = ± 30 ° relative to its maximum DN with high accuracy is approximated by second-degree polynomials,
Figure 00000053
Figure 00000053
 максимумы их ДН направляют в центр круговых траекторий, а учет модуляции уровня радиосигнала ДН измерительных антенн НИП выполняют путем вычисления поправки к измеренному уровню радиосигнала по формуле (11), при этом оценку уровня радиосигнала с учетом коррекции за счет изменения дальности и модуляции ДН измерительных антенн определяют по формулеtheir DN maxima are sent to the center of circular trajectories, and taking into account the modulation of the radio signal level of the measuring antenna NIPs are performed by calculating the corrections to the measured radio signal level using the formula (11), while estimating the radio signal level taking into account the correction due to changing the range and modulating the DN of measuring antennas according to the formula
Figure 00000054
Figure 00000054
 для всех Δαi=αНИПЦКТ-αНИПBCi, измеренных на круговой траектории ВС, путем пересчета измерений в связанную систему координат ВС с использованием соотношений для расчета:for all Δα i = α NIPTSKT -α NIPBCi measured on a circular trajectory of the sun, by converting measurements associated sun coordinate system using the relations for calculation: курсовой угол НИПcourse angle NPC
Figure 00000055
Figure 00000055
 где αНИП=arctg(1/((cosϕВС*tgϕНИП/sin(λВС-λНИП))-sinϕНИП/tg(λВС-λИКП))) угол визирования НИПwhere αNPC= arctg (1 / ((cosϕThe sun* tgϕNPC/ sin (λThe sun-λNPC)) - sinϕNPC/ tg (λThe sun-λIkp))) angle of sight
Figure 00000056
Figure 00000056
 где βВС=-arctg(hВС/ri)where β sun = -arctg (h sun / r i ) горизонтальная дальность между НИП и ВСhorizontal range between NPC and AF
Figure 00000057
Figure 00000057
 где Р=6370,4912775 км,where P = 6370.4912775 km, наклонная дальность между НИП и ВСslant range between NPC and AF
Figure 00000058
Figure 00000058
 и формируют двумерный нормированный массив данных, который используют для графического отображения пространственной ДН антенны ВС в полярных (прямоугольных) координатах и оценки ее неравномерности по формуламand form a two-dimensional normalized data array, which is used to graphically display the spatial antenna pattern of the aircraft antenna in polar (rectangular) coordinates and estimate its irregularity using the formulas
Figure 00000059
Figure 00000059
Figure 00000060
Figure 00000060
 где Emax и Emin - максимальное и минимальное значения уровней сигналов в (дБ) вертикальной (вп) и горизонтальной (гп) поляризаций соответственно,where E max and E min are the maximum and minimum values of the signal levels in (dB) vertical (bp) and horizontal (hp) polarizations, respectively, а среднего значения уровня подавления ортогональной составляющей поля по формулеand the average value of the level of suppression of the orthogonal component of the field by the formula
Figure 00000061
Figure 00000061
 для всего диапазона угловых положений антенны ВС относительно НИП.for the entire range of angular positions of the aircraft antenna relative to the NPC. 2. Способ измерения пространственной диаграммы направленности антенны воздушного судна в условиях полета по п.1, отличающийся тем, что для оценки ДН испытываемой бортовой антенны при минимальном объеме эксперимента выполняют один левый и один правый вираж с постоянным значением крена, равным γ=0,5*arctg (hвс/rг), результаты измерений, полученные при выполнении правого и левого виражей, нормируют и формируют новые массивы путем объединения измеренных значений уровней радиосигнала в диапазоне изменения курсовых углов НИП от 0 до 180 градусов при выполнении левого виража с оценками уровней радиосигнала в диапазоне изменения курсовых углов НИП от 180 до 360 градусов при выполнении правого виража, и наоборот, что обеспечивает получение оценок ДН испытываемой антенны в двух зонах, максимально близких к нулевым значениям углов визирования источника радиосигнала ИП, а также их наилучшее приближение к оценкам азимутальных ДН, которые получают при испытаниях антенн ВС в наземных условиях.2. A method for measuring the spatial radiation pattern of an aircraft antenna in flight conditions according to claim 1, characterized in that in order to evaluate the NF of the on-board antenna under test with a minimum experiment volume, one left and one right turn with a constant roll value equal to γ = 0.5 * arctg (h Sun / r r), measurement results obtained when the right and left turns, and normalized form new arrays by combining measured values of radio signal levels change in a range NPC course angles from 0 to 180 degrees etc. performing a left turn with estimates of radio signal levels in the range of changes in NIP angle angles from 180 to 360 degrees when performing a right turn, and vice versa, which provides estimates of the DN of the antenna under test in two zones as close as possible to zero values of the source angle of the radio signal source PI, and their best approximation to the azimuth beam estimates, which are obtained when testing aircraft antennas in ground conditions.
RU2018129065A 2018-08-08 2018-08-08 Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions RU2692818C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129065A RU2692818C1 (en) 2018-08-08 2018-08-08 Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018129065A RU2692818C1 (en) 2018-08-08 2018-08-08 Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2692818C1 true RU2692818C1 (en) 2019-06-28

Family

ID=67251714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018129065A RU2692818C1 (en) 2018-08-08 2018-08-08 Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692818C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799625C1 (en) * 2022-08-02 2023-07-07 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Radio fluctuation method for measuring the spatial radiation pattern of weakly directional receiving and transmitting antennas of airborne radio stations and airborne flight and navigation equipment of an aircraft in flight conditions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1804627A3 (en) * 1990-03-11 1993-03-23 Omckий Haучho-Иccлeдobateльckий Иhctиtуt Пpибopoctpoehия Method of measuring directional pattern of wide-band untuned aerial
JPH09178790A (en) * 1995-12-22 1997-07-11 Mitsubishi Electric Corp Device and method for measuring antenna pattern
SU1309741A1 (en) * 1984-11-06 1998-11-27 В.П. Чернолес Device for measurement of antenna radiation pattern using fly-around method
JP2003315397A (en) * 2002-04-25 2003-11-06 Communication Research Laboratory Antenna measuring method and device
JP2009147687A (en) * 2007-12-14 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corp Antenna measuring device and method
RU2638079C1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1309741A1 (en) * 1984-11-06 1998-11-27 В.П. Чернолес Device for measurement of antenna radiation pattern using fly-around method
SU1804627A3 (en) * 1990-03-11 1993-03-23 Omckий Haучho-Иccлeдobateльckий Иhctиtуt Пpибopoctpoehия Method of measuring directional pattern of wide-band untuned aerial
JPH09178790A (en) * 1995-12-22 1997-07-11 Mitsubishi Electric Corp Device and method for measuring antenna pattern
JP2003315397A (en) * 2002-04-25 2003-11-06 Communication Research Laboratory Antenna measuring method and device
JP2009147687A (en) * 2007-12-14 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corp Antenna measuring device and method
RU2638079C1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799625C1 (en) * 2022-08-02 2023-07-07 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Radio fluctuation method for measuring the spatial radiation pattern of weakly directional receiving and transmitting antennas of airborne radio stations and airborne flight and navigation equipment of an aircraft in flight conditions
RU2799625C9 (en) * 2022-08-02 2023-11-16 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Radio fluctuation method for measuring the spatial radiation pattern of low-directional receiving and transmitting antennas of airborne radio stations and airborne flight and navigation equipment of an aircraft in flight conditions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110426690B (en) Automatic calibration method for airborne weather radar beam pointing
CN104678369A (en) Dual-polarization weather radar calibration method based on non-fixed metal ball
RU2411538C2 (en) Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method
CN103257340B (en) Method for calibrating amplitude consistency of a plurality of ground receivers with radar satellite
CN107968686B (en) Method for testing emission power radiation of 300MHz-800MHz analog television station
CN111239741A (en) Phased array weather radar polarization control method and phased array weather radar system
CN114578325A (en) SAR satellite calibration inspection field construction method and device and electronic equipment
JPH05302947A (en) Measuring method of radiation characteristic of transmitting antenna by utilizing gps
JP5102403B1 (en) Radar test equipment
RU2282867C1 (en) Method for determination of object spatial attitude
CN111596272B (en) Airborne multi-polarization SAR system external calibration method based on corner reflector
CN103792519A (en) Spaceborne radar clock drifting on-orbit correction method based on active calibrator
RU2692818C1 (en) Method of measuring spatial directional patterns of aircraft antennas in flight conditions
RU2501031C2 (en) Method for flight inspection of ground-based radio flight support equipment and apparatus for realising said method
CN104020465A (en) Outer radiation source radar angle measurement method based on eight-unit small-bore circular array antenna
US8952848B2 (en) System and method for determining the location of the phase center of an antenna
RU2638079C1 (en) Method of measuring azimuthal antenna directional pattern in composition of large size surface-mobile objects and device for its implementation
RU2758979C1 (en) Method for automatic measurement of antenna direction diagram parameters in the far zone by flight method using uav
US20230009797A1 (en) Method and device for measuring the altitude of an aircraft in flight relative to at least one point on the ground
KR20190107772A (en) System for analyzing DME signal using drone
KR102229191B1 (en) Calibration system of direction finding equipment
Schubert et al. Generation of VHF ground clutter map employing partially cooperative transmitter
RU2693842C1 (en) Method for probing the ionosphere and troposphere
US8682510B2 (en) Method for enabling landing on an offset runway
CN106054120B (en) A method of amendment airborne platform interference direction-finding system phase table