RU2760975C1 - Method for determining radiation source location from aircraft - Google Patents

Method for determining radiation source location from aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2760975C1
RU2760975C1 RU2021104868A RU2021104868A RU2760975C1 RU 2760975 C1 RU2760975 C1 RU 2760975C1 RU 2021104868 A RU2021104868 A RU 2021104868A RU 2021104868 A RU2021104868 A RU 2021104868A RU 2760975 C1 RU2760975 C1 RU 2760975C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
radiation source
roll
angle
antenna
Prior art date
Application number
RU2021104868A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Замыслов
Александр Михайлович Мальцев
Сергей Борисович Михайленко
Надежда Викторовна Штанькова
Алексей Александрович Закота
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2021104868A priority Critical patent/RU2760975C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760975C1 publication Critical patent/RU2760975C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/026—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using moving transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/46—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using antennas spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radiation source location determination.
SUBSTANCE: invention relates to methods for determining the location of a radiation source using a phase direction finder located on board an aircraft flying in the direction of the radiation source. The claimed method is based on sequential measurement of bearings using a phase direction finder to the radiation source and calculating the distance to it. The aircraft is directed to the radiation source, it is aligned in the horizontal plane, the angle between the directions to the radiation source and to the right antenna is measured with the apex in the middle of the antenna base, which is parallel to the transverse axis of the associated coordinate system of the aircraft, and the flight altitude of the aircraft, the measured data is stored. Next, the aircraft is tilted, the roll angle is measured, and the angle with the top in the middle of the antenna base is measured between the directions to the radiation source and to the right antenna, and the distance to the source is calculated from the data obtained.
EFFECT: reduction of the time for determining the range to the radiation source with acceptable accuracy due to the implementation of a short-term roll by the aircraft instead of prolonged maneuvering with a turn away from the radiation source.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к методам определения местоположения источника излучения с использованием фазового пеленгатора, размещенного на борту летательного аппарата (ЛА), выполняющего полет в направлении источника излучения.The proposed invention relates to methods for determining the location of a radiation source using a phase direction finder located on board an aircraft (AC) flying in the direction of the radiation source.

Известен азимутально-угломестный способ определения местоположения источника излучения (ИИ), основанный на одновременном измерении азимута и угла места на источник излучения [Защита радиолокационных систем от помех. Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.: ил., стр. 314]. Недостатком способа являются технические сложности размещения антенн на борту летательного аппарата, обеспечивающих измерение угла на ИИ в угломестной плоскости с требуемой точностью.Known azimuth-angle method for determining the location of the radiation source (II), based on the simultaneous measurement of azimuth and elevation to the radiation source [Protection of radar systems from interference. Ed. A. I. Kanashenkova and Merkulova V.I. M .: Radiotekhnika, 2003. 416 p.: Ill., P. 314]. The disadvantage of this method is the technical complexity of the placement of antennas on board the aircraft, providing measurement of the angle on the AI in the elevation plane with the required accuracy.

Так, например, при использовании амплитудных методов пеленгации, погрешность определения углового направления на источник излучения в одной плоскости σα=(0,1÷0,25)2ϕ0,5 зависит от ширины диаграммы направленности антенны (ДНА) на уровне половинной мощности 2ϕ0,5 [Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М: Сов. радио, 1975. 336 с.: ил., стр. 87-91], а ширина ДНА обратно-пропорциональна длине волны λ принимаемого излучения 2ϕ0,5 ≈ (50°÷70°)λ/а, где а - линейный размер антенны в этой же плоскости [Г.Т. Марков. Антенны. М.: Госэнергоиздат, 1960. 636 с. С.118-123]. Соответственно для достижения требуемой точности σα ≈ 1° при λ=0,1 м требуется антенна размером а ≈ 5÷7 м, которую практически невозможно разместить на борту летательного аппарата для пеленгации ИИ в угломестной плоскости.So, for example, when using amplitude methods of direction finding, the error in determining the angular direction to the radiation source in one plane σ α = (0.1 ÷ 0.25) 2 ϕ0.5 depends on the width of the antenna directional pattern (BPD) at half power level 2 ϕ0.5 [Belotserkovsky G.B. Basics of radar and radar devices. M: Sov. radio, 1975. 336 p .: ill., pp. 87-91], and the width of the antenna beam is inversely proportional to the wavelength λ of the received radiation 2 ϕ0.5 ≈ (50 ° ÷ 70 °) λ / a , where a is the linear dimension antennas in the same plane [G.T. Markov. Antennas. Moscow: Gosenergoizdat, 1960.636 p. S. 118-123]. Accordingly, to achieve the required accuracy σ α ≈ 1 ° at λ = 0.1 m, an antenna with a size of a ≈ 5 ÷ 7 m is required, which is practically impossible to place on board the aircraft for direction finding of the IR in the elevation plane.

При применении фазового метода пеленгации в одной плоскости (одномерного пеленгования) необходимы минимум две слабонаправленные антенны малых размеров, разнесенные на расстояние d, называемое базой. При этом среднеквадратическая ошибка измерения угла σα=λ/(2πd⋅cos(α) q0,5) пропорциональна отношению (λ/d), где α - угол между нормалью к базе и направлением принимаемого излучения, q - отношение сигнал/шум [Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М.: Сов. радио, 1975. 336 с.: ил., стр. 91-93]. Требуемая точность в этом случае достигается за счет увеличения разноса антенн d фазового пеленгатора, что возможно для пеленгации в азимутальной плоскости, например, путем размещения антенн на законцовках крыла летательного аппарата, но технически не реализуемо для пеленгации в угломестной плоскости.When applying the phase direction finding method in one plane (one-dimensional direction finding), at least two weakly directional antennas of small dimensions are required, separated by a distance d, called the base. In this case, the root-mean-square error in measuring the angle σ α = λ / (2πd⋅cos (α) q 0.5 ) is proportional to the ratio (λ / d), where α is the angle between the normal to the base and the direction of the received radiation, q is the signal-to-noise ratio [Belotserkovsky G.B. Basics of radar and radar devices. M .: Sov. radio, 1975. 336 p .: ill., pp. 91-93]. The required accuracy in this case is achieved by increasing the antenna spacing d of the phase direction finder, which is possible for direction finding in the azimuth plane, for example, by placing antennas on the wingtips of an aircraft, but technically not feasible for direction finding in the elevation plane.

Известен триангуляционный способ определения местоположения ИИ при пеленгации его из нескольких (минимум двух) разнесенных точек [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 11-25. Защита радиолокационных систем от помех. Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.: ил., стр. 315-318]. Способ заключается в последовательной пеленгации ИИ с борта летательного аппарата в азимутальной плоскости (например, фазовым методом) из двух точек, расположенных на известном удалении друг от друга, и расчета дальности до ИИ путем решения задачи определения сторон треугольника по двум углам и основанию. Минимальная погрешность определения координат при двукратной пеленгации на базе, сравнимой с дальностью до объекта по линии траверза (перпендикуляра к базе от ИИ), и точности измерения пеленга порядка 1° составляет ~3%, где база - расстояние между точками пеленгации [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 13]. Недостатком способа является необходимость выполнения в течение продолжительного времени прямолинейного полета не на объект излучения, а мимо него на довольно большом удалении с углами пеленгации ИИ 30°<α<120°.Known triangulation method for determining the location of the AI when direction finding it from several (at least two) spaced points [Yu.P. Melnikov, S.V. Popov. Radio-technical intelligence. Methods for assessing the effectiveness of location of radiation sources. M .: Radiotekhnika, 2008.432 pp., Ill., P. 11-25. Protection of radar systems from interference. Ed. A. I. Kanashenkova and Merkulova V.I. M .: Radiotekhnika, 2003. 416 p.: Ill., P. 315-318]. The method consists in sequential direction finding of the AI from the aircraft in the azimuthal plane (for example, by the phase method) from two points located at a known distance from each other, and calculating the range to the AI by solving the problem of determining the sides of a triangle at two angles and a base. The minimum error in determining the coordinates with a double direction finding on the base, comparable to the distance to the object along the traverse line (perpendicular to the base from the AI), and the bearing measurement accuracy of the order of 1 ° is ~ 3%, where the base is the distance between the direction finding points [Yu.P. Melnikov, S.V. Popov. Radio-technical intelligence. Methods for assessing the effectiveness of location of radiation sources. M .: Radiotekhnika, 2008. 432 p.: Ill., P. 13]. The disadvantage of this method is the need to perform for a long time a straight flight not to the object of radiation, but past it at a fairly large distance with IR direction finding angles 30 ° <α <120 °.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является кинематический способ определения дальности до ИИ с летательного аппарата при осуществлении полета в направлении ИИ [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 158-163. Защита радиолокационных систем от помех. Под ред. Канащенкова А.И. и Меркулова В.И. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.: ил., стр. 319-322]. Способ заключается в последовательном выполнении угловых маневров летательным аппаратом и нахождении дальности до объекта радиоизлучения, как отношения тангенциальной скорости пеленгатора к угловой скорости линии визирования, определяемой путем обработки результатов нескольких измерений пеленгов. Недостатками способа являются необходимость движения летательного аппарата, на котором установлен пеленгатор, с отворотом от объекта, а также длительное время выполнения нескольких этапов маневра для достижения приемлемых точностей определения дальности до источника излучения (движение по «Змейке» в направлении ИИ). Относительная среднеквадратическая погрешность измерения дальности составляет 15-20% в диапазоне углов пеленгации до 30° при точности измерения пеленга 1,5°…3° и производной разности фаз принимаемых сигналов на разнесенные антенны от 0,5% до 23% [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 163].The closest in essence and the achieved effect (prototype) is a kinematic method for determining the distance to the AI from the aircraft when flying in the direction of the AI [Yu.P. Melnikov, S.V. Popov. Radio-technical intelligence. Methods for assessing the effectiveness of location of radiation sources. M .: Radiotekhnika, 2008.432 p.: Ill., P. 158-163. Protection of radar systems from interference. Ed. A. I. Kanashenkova and Merkulova V.I. M .: Radiotekhnika, 2003. 416 p.: Ill., P. 319-322]. The method consists in sequentially performing angular maneuvers by the aircraft and finding the range to the radio emission object as the ratio of the tangential velocity of the direction finder to the angular velocity of the line of sight, determined by processing the results of several measurements of bearings. The disadvantages of this method are the need to move the aircraft on which the direction finder is installed, with a turn away from the object, as well as a long time to perform several stages of the maneuver to achieve acceptable accuracy in determining the distance to the radiation source (movement along the "Snake" in the direction of the AI). The relative root-mean-square error of range measurement is 15-20% in the range of direction finding angles up to 30 ° with a bearing measurement accuracy of 1.5 ° ... 3 ° and the derivative of the phase difference of the received signals to spaced antennas from 0.5% to 23% [Yu.P. Melnikov, S.V. Popov. Radio-technical intelligence. Methods for assessing the effectiveness of location of radiation sources. M .: Radiotekhnika, 2008. 432 p.: Ill., P. 163].

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени определения дальности до источника излучения с приемлемой точностью за счет выполнения кратковременного крена летательным аппаратом вместо продолжительного маневрирования с отворотом от источника излучения.The technical result of the invention is to reduce the time for determining the range to the radiation source with acceptable accuracy due to the implementation of a short-term roll of the aircraft instead of prolonged maneuvering with a lapel from the radiation source.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения местоположения источника излучения с борта летательного аппарата, основанном на последовательном измерении пеленгов с помощью фазового пеленгатора на источник излучения и расчете дальности до него, согласно изобретению направляют летательный аппарат на источник излучения, выравнивают его в горизонтальной плоскости, измеряют угол между направлениями на источник излучения и на правую антенну с вершиной в середине антенной базы, которая параллельна поперечной оси связанной системы координат летательного аппарата, и высоту полета летательного аппарата, запоминают измеренные данные, осуществляют крен летательного аппарата, измеряют угол крена и повторно угол с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну, рассчитывают дальность до источника излучения по формуле

Figure 00000001
, где Н, γ - высота полета и угол крена летательного аппарата; θ1,2 - углы с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну фазового пеленгатора при полете летательного аппарата в горизонтальной плоскости и плоскости с креном, соответственно.This result is achieved by the fact that in the known method for determining the location of the radiation source from the aircraft, based on sequential measurement of bearings using a phase direction finder to the radiation source and calculating the distance to it, according to the invention, the aircraft is directed to the radiation source, it is aligned in the horizontal plane , measure the angle between the directions to the radiation source and to the right antenna with the apex in the middle of the antenna base, which is parallel to the transverse axis of the associated coordinate system of the aircraft, and the flight altitude of the aircraft, store the measured data, roll the aircraft, measure the roll angle and repeat the angle with the top in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna, calculate the distance to the radiation source using the formula
Figure 00000001
, where H, γ - flight altitude and roll angle of the aircraft; θ 1,2 - angles with apex in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna of the phase direction finder when the aircraft is flying in a horizontal plane and a plane with a roll, respectively.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлено взаимное расположение летательного аппарата и источника излучения в пространстве. На фиг.1 обозначены: 1 - горизонтальная плоскость; 1* - плоскость, образуемая после крена летательного аппарата; 2,3(2*,3*) - левая и правая антенны фазового пеленгатора до (после) выполнения крена; 4 - источник излучения; 5 (5*) - проекция правой антенны на землю до (после) выполнения крена; 6 - середина антенной базы; OXYZ - декартова система координат;

Figure 00000002
- вектор скорости ЛА; Н - высота полета ЛА; D - расстояние от ЛА до ИИ; R - расстояние от проекции ЛА на землю до ИИ; γ - угол крена ЛА; d - расстояние между антеннами (база); D1 (D2) - расстояние от правой антенны до ИИ до (после) выполнения крена; θ0 - угол на ИИ без учета высоты полета ЛА (на плоскости); θ1 (θ2) - измеряемые углы на ИИ до (после) выполнения крена; R1, (R2) - расстояние от проекции правой антенны на землю до (после) выполнения крена до ИИ.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows the relative position of the aircraft and the radiation source in space. Figure 1 shows: 1 - horizontal plane; 1 * - plane formed after the aircraft roll; 2,3 (2 *, 3 *) - left and right antennas of the phase direction finder before (after) the roll; 4 - radiation source; 5 (5 *) - projection of the right antenna to the ground before (after) the roll; 6 - the middle of the antenna base; OXYZ - Cartesian coordinate system;
Figure 00000002
is the aircraft velocity vector; Н - aircraft flight altitude; D is the distance from the aircraft to the AI; R is the distance from the projection of the aircraft on the ground to the AI; γ is the aircraft roll angle; d is the distance between antennas (base); D 1 (D 2 ) - the distance from the right antenna to the AI before (after) the roll; θ 0 - angle on the AI without taking into account the aircraft flight altitude (on the plane); θ 1 (θ 2 ) - measured angles on the AI before (after) the roll; R 1 , (R 2 ) is the distance from the projection of the right antenna to the ground before (after) the roll to the AI.

Как видно из фиг.1 углы θ1 и θ2 на ИИ до и после выполнении крена ЛА отличаются и максимальная их разница получается при углах крена порядка 90° и увеличивается по мере приближения ЛА к ИИ (повышения отношения высоты полета ЛА к дальности до ИИ). Для определения дальности до ИИ необходимо знание высоты полета ЛА, значений углов θ1 и θ2 на ИИ до и после выполнения крена ЛА и самого крена γ. Однако следует отметить, что максимально возможный крен для каждого ЛА свой и ограничен с учетом безопасности полета, а в данном случае еще и условием не изменения курса ЛА до момента измерения угла θ2. Дальность до источника излучения рассчитывают по предлагаемой в способе формуле.As can be seen from Fig. 1, the angles θ 1 and θ 2 on the AI before and after the aircraft roll are different and their maximum difference is obtained at roll angles of the order of 90 ° and increases as the aircraft approaches the AI (increasing the ratio of the aircraft's flight altitude to the range to the AI ). To determine the range to the AI, it is necessary to know the flight altitude of the aircraft, the values of the angles θ 1 and θ 2 on the AI before and after the aircraft roll and the roll γ itself. However, it should be noted that the maximum possible roll for each aircraft is different and is limited taking into account the safety of the flight, and in this case also by the condition that the aircraft's course does not change until the angle θ 2 is measured. The distance to the radiation source is calculated according to the formula proposed in the method.

Местоположение ИИ определяется измеренным углом θ1 (направлением на ИИ до выполнения крена ЛА) и рассчитанной дальностью D.The position of the AI is determined by the measured angle θ 1 (direction to the AI before the aircraft rolls) and the calculated range D.

При выводе формулы расчета дальности до ИИ сделано допущение, что время, необходимое для выполнения крена, мало и расстояние между точками местонахождения ЛА до и после выполнения крена незначительно по сравнению с дальностью до источника излучения. Из треугольников, представленных на фиг.1, Δ1 (середина антенной базы 6, ИИ 4, правая антенна до крена 3), Δ2 (середина антенной базы 6, ИИ 4, правая антенна после крена 3*), Δ3 (правая антенна до крена 3, ИИ 4, проекция правой антенны на землю до выполнения крена 5), Δ4 (правая антенна после крена точка 3*, ИИ 4, проекция правой антенны на землю после выполнения крена 5*), Δ5 (О, середина антенной базы 6, ИИ 4), Δ6 (О, ИИ 4, проекция правой антенны на землю до выполнения крена 5) и Δ7 (О, ИИ 4, проекция правой антенны на землю после выполнения крена 5*) можно получить систему уравнений:When deriving the formula for calculating the range to the AI, the assumption was made that the time required to roll is small and the distance between the aircraft location points before and after roll is insignificant in comparison with the range to the radiation source. From the triangles shown in Fig. 1, Δ1 (middle of antenna base 6, AI 4, right antenna before bank 3), Δ2 (middle of antenna base 6, AI 4, right antenna after bank 3 *), Δ3 (right antenna before bank 3, AI 4, projection of the right antenna to the ground before roll 5), Δ4 (right antenna after roll point 3 *, AI 4, projection of the right antenna to the ground after roll 5 *), Δ5 (O, middle of antenna base 6, AI 4), Δ6 (O, II 4, projection of the right antenna to the ground before roll 5) and Δ7 (O, II 4, projection of the right antenna to the ground after roll 5 *), you can get the system of equations:

Figure 00000003
Figure 00000003

Здесь было принято, что Δ3, Δ4 и Δ5 - прямоугольные, высота середины антенной базы равна высоте полета ЛА. Из фиг.1 также следует, что разность высот правой антенны до и после выполнения крена равна

Figure 00000004
, а длина отрезка [О, проекция правой антенны на землю 5*] равна
Figure 00000005
.Here it was assumed that Δ3, Δ4 and Δ5 are rectangular, the height of the middle of the antenna base is equal to the flight altitude of the aircraft. It also follows from Fig. 1 that the difference in the heights of the right antenna before and after the roll is equal to
Figure 00000004
, and the length of the segment [О, projection of the right antenna to the ground 5 *] is
Figure 00000005
...

Решение системы уравнений относительно дальности до источника излучения D с учетом того, что R cos (θ0)=D cos (θ1), позволяет получить выражение для расчета дальностиThe solution of the system of equations for the distance to the radiation source D, taking into account the fact that R cos (θ 0 ) = D cos (θ 1 ), makes it possible to obtain an expression for calculating the range

Figure 00000006
Figure 00000006

Способ может быть реализован устройством определения местоположения ИИ, например, по схеме, представленной на фиг.2, где обозначено: 7 - фазовый пеленгатор, 8 - датчик высоты, 9 - датчик крена, 10 - запоминающее устройство, 11 - блок расчета дальности. Назначение фазового пеленгатора 7, датчиков высоты 8, крена 9 и запоминающего устройства 10 ясны из названия. Они могут быть выполнены с использованием известных устройств. Например, в качестве датчика крена может быть применена гировертикаль (см., например, Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. 399 с.: ил., стр. 239-260.). Блок расчета дальности 11 может быть выполнен на микроконтроллерах (например, на однокристальном восьмиразрядном микроконтроллере типа PIC16F62X) с программным обеспечением по формуле 1.The method can be implemented by a device for determining the location of the AI, for example, according to the scheme shown in Fig. 2, where it is indicated: 7 - phase direction finder, 8 - height sensor, 9 - roll sensor, 10 - memory device, 11 - range calculator. The purpose of the phase direction finder 7, the height sensors 8, the roll 9 and the storage device 10 are clear from the name. They can be performed using known devices. For example, a gyro-vertical can be used as a roll sensor (see, for example, Vorobyov V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation devices, information-measuring systems and complexes. M .: Transport, 1992. 399 p .: ill., Pp. 239-260.). The block for calculating the range 11 can be performed on microcontrollers (for example, on a single-chip eight-bit microcontroller of the PIC16F62X type) with software according to formula 1.

Устройство работает следующим образом. После выравнивания ЛА в горизонтальной плоскости в Запоминающее устройство 10 с Фазового пеленгатора 7 записывается значение измеренного угла на ИИ относительно правой антенны (θ1). После выполнения крена ЛА в Блок расчета дальности 11 поступают данные: на вход 1 - запомненное значение угла на ИИ (θ1) с Запоминающего устройства 10; на вход 2 - текущее значение измеренного угла на ИИ (θ2) с Фазового пеленгатора 7; на вход 3 - высота полета ЛА с Датчика высоты 8; на вход 4 - значение угла крена γ с Датчика крена 9. С выхода устройства определения местоположения ИИ выдаются угловое положение ИИ относительно ЛА θ1 с выхода Запоминающего устройства 10 и дальность до ИИ с выхода Блока расчета дальности 11.The device works as follows. After the aircraft is aligned in the horizontal plane, the value of the measured angle on the AI relative to the right antenna (θ 1 ) is written into the Memory 10 s of the Phase Direction Finder 7. After the aircraft roll, the range calculation unit 11 receives data: input 1 - the stored angle value on the AI (θ 1 ) from the storage device 10; to input 2 - the current value of the measured angle on the AI (θ 2 ) from the Phase direction finder 7; to entrance 3 - aircraft flight altitude from Altitude Sensor 8; to the input 4 - the value of the roll angle γ from the roll sensor 9. From the output of the device for determining the position of the AI, the angular position of the AI relative to the aircraft θ 1 from the output of the Memory device 10 and the range to the AI from the output of the Range calculator 11 are given.

Оценим время, необходимое для выполнения крена 45°. При угловой скорости крена ωx=1 с-1 [Красовский А.А., Вавилов Ю.А., Сучков А.И. Системы автоматического управления летательного аппарата. Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1986. 480 с.: ил., стр. 133] оно будет составлять примерно 0,8 с. За это время ЛА при скорости 250 м/с пролетит 200 м, что составит 0,4% от дальности до ИИ, расположенного на удалении 50 км. Время, необходимое для определения дальности до ИИ кинематическим способом-прототипом, критично к углу пеленгации ИИ и погрешности измерения скорости изменения разности фаз сигналов на входе разнесенных антенн фазового пеленгатора и составляет минимум несколько секунд [Ю.П. Мельников, С.В. Попов. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности место определения источников излучения. М.: Радиотехника, 2008. 432 с.: ил., стр. 158-162, 271-272]. Например, при скорости ЛА 250 м/с, отношении антенной базы к длине волны принимаемого излучения равном 10, угле на источник излучения относительно правой антенны 60° и удалении ЛА от ИИ 50 км скорость изменения разности фаз будет составлять ~4,5% и для оценки дальности с точностью порядка 10% при погрешности измерения разности фаз 7° необходимо минимум 15 с. С увеличением угла на излучения относительно правой антенны (уменьшением пеленга ИИ) это значение будет еще больше.Let us estimate the time it takes to complete a 45 ° roll. At the angular rate of roll ω x = 1 s -1 [Krasovsky AA, Vavilov Yu.A., Suchkov A.I. Aircraft automatic control systems. Ed. VVIA them. prof. NOT. Zhukovsky, 1986. 480 p.: Ill., P. 133] it will be approximately 0.8 p. During this time, the aircraft at a speed of 250 m / s will fly 200 m, which will be 0.4% of the range to the AI located at a distance of 50 km. The time required to determine the distance to the AI using the prototype kinematic method is critical to the direction finding angle of the AI and the error in measuring the rate of change in the phase difference of signals at the input of the spaced-apart antennas of the phase direction finder and is at least a few seconds [Yu.P. Melnikov, S.V. Popov. Radio-technical intelligence. Methods for assessing the effectiveness of the location of identification of radiation sources. M .: Radiotekhnika, 2008. 432 p.: Ill., Pp. 158-162, 271-272]. For example, at an aircraft speed of 250 m / s, the ratio of the antenna base to the wavelength of the received radiation equal to 10, the angle to the radiation source relative to the right antenna is 60 ° and the distance of the aircraft from the AI is 50 km, the rate of change in the phase difference will be ~ 4.5%, and for for estimating the range with an accuracy of about 10% with an error in measuring the phase difference of 7 °, a minimum of 15 s is required. With an increase in the angle of radiation relative to the right antenna (decrease in the bearing of the IR), this value will be even greater.

В интересах оценки относительной погрешности определения дальности (σD/D) от ЛА до ИИ в зависимости от угла крена было осуществлено имитационное моделирование для двух случаев, когда измеренные углы на ИИ в горизонтальном полете ЛА (до выполнения крена) составляли θ1 - 90° (полет ЛА на ИИ) и θ1=60° (полет ЛА на ИИ под углом ~30°). Зависимости, представленные на фиг.3, получены при следующих допущениях:In the interests of assessing the relative error in determining the range (σ D / D) from the aircraft to the AI, depending on the roll angle, simulation modeling was carried out for two cases when the measured angles on the AI in horizontal flight of the aircraft (before the roll) were θ 1 - 90 ° (flight of the aircraft on the AI) and θ 1 = 60 ° (flight of the aircraft on the AI at an angle of ~ 30 °). The dependencies shown in Fig. 3 were obtained under the following assumptions:

- среднеквадратическая ошибка измерения угла крена σγ=1°;- root-mean-square error in measuring the roll angle σ γ = 1 °;

- относительная среднеквадратическая ошибка измерения высоты полета летательного аппарат (σH/H)=1%;- relative root-mean-square error in measuring the flight altitude of the aircraft (σ H / H) = 1%;

- отношение высоты полета ЛА к дальности до ИИ (H/D)=0,1;- the ratio of the aircraft flight altitude to the range to AI (H / D) = 0.1;

- погрешность определения углового направления на ИИ σα=0,5°.- error in determining the angular direction on the AI σ α = 0.5 °.

При определении σα для фазового метода пеленгации была использована формула σα=λ/(2πd⋅cos(α)q0,5), где d - база антенной системы, λ - длина пеленгуемой волны, α - угол между нормалью к базе и направлением принимаемого излучения, q - отношение сигнал/шум [Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М.: Сов. радио, 1975. 336 с.: ил., стр. 91-93]. Для отношений (λ/d)=0,1 и q=5 среднеквадратическая ошибка определения углового направления на ИИ σα равна 0,41° при угле α=0° (прием излучения с направления, перпендикулярного базе) и 0,47° при угле α=30° (прием излучения под углом 30° от направления, перпендикулярного базе).When determining σ α for the phase direction finding method, we used the formula σ α = λ / (2πd⋅cos (α) q 0.5 ), where d is the base of the antenna system, λ is the length of the direction finding wave, α is the angle between the normal to the base and the direction of the received radiation, q is the signal-to-noise ratio [Belotserkovsky GB. Basics of radar and radar devices. M .: Sov. radio, 1975. 336 p .: ill., pp. 91-93]. For the ratios (λ / d) = 0.1 and q = 5, the root-mean-square error in determining the angular direction on the AI σ α is equal to 0.41 ° at the angle α = 0 ° (reception of radiation from the direction perpendicular to the base) and 0.47 ° at angle α = 30 ° (reception of radiation at an angle of 30 ° from the direction perpendicular to the base).

Как видно из зависимостей, если измеренный угол на ИИ в горизонтальном полете ЛА составлял θ1=90° (полет ЛА на ИИ), то после выполнения ЛА крена 45° относительная ошибка определения дальности (σD/D) будет составлять менее 17%, а если θ1=60° (полет ЛА на ИИ под углом ~30°) - (σD/D) ≤ 20%. Для маневренного ЛА, который способен выполнить крен до углов ~70°, относительные ошибки будут составлять ~ 10° и ~ 15° для θ1=90° и θ1=60°, соответственно. Относительная ошибка определения дальности будет снижаться по мере подлета ЛА к ИИ, так как сильно зависит от отношения (λ/d), которая не изменяется (зависит только от длины волны излучения пеленгуемого ИИ), и от отношений q и (HID), которые растут по мере подлета ЛА к ИИ. Сравнительный анализ ошибок измерения дальности до ИИ способом-прототипом и предлагаемым способом показывает, что они сопоставимы.As can be seen from the dependences, if the measured angle on the AI in horizontal flight of the aircraft was θ 1 = 90 ° (aircraft flight on the AI), then after the aircraft rolls 45 ° the relative error in determining the range (σ D / D) will be less than 17%, and if θ 1 = 60 ° (flight of the aircraft on the AI at an angle of ~ 30 °) - (σ D / D) ≤ 20%. For a maneuverable aircraft that is able to roll up to angles of ~ 70 °, the relative errors will be ~ 10 ° and ~ 15 ° for θ 1 = 90 ° and θ 1 = 60 °, respectively. The relative error in determining the range will decrease as the aircraft approaches the AI, since it strongly depends on the ratio (λ / d), which does not change (depends only on the radiation wavelength of the direction finding AI), and on the ratios q and (HID), which grow as the aircraft approaches the AI. Comparative analysis of errors in measuring the range to AI by the prototype method and the proposed method shows that they are comparable.

Таким образом, заявленный способ определения местоположения источника излучения с борта летательного аппарата обеспечивает уменьшение времени определения дальности до источника излучения с приемлемой точностью за счет выполнения кратковременного крена летательным аппаратом вместо продолжительного маневрирования с отворотом от источника излучения.Thus, the claimed method for determining the location of the radiation source from the aircraft provides a decrease in the time for determining the range to the radiation source with acceptable accuracy due to the implementation of a short-term roll by the aircraft instead of prolonged maneuvering with a turn from the radiation source.

Claims (1)

Способ определения местоположения источника излучения с борта летательного аппарата, основанный на последовательном измерении пеленгов с помощью фазового пеленгатора на источник излучения и расчете дальности до него, отличающийся тем, что направляют летательный аппарат на источник излучения, выравнивают его в горизонтальной плоскости, измеряют угол между направлениями на источник излучения и на правую антенну с вершиной в середине антенной базы, которая параллельна поперечной оси связанной системы координат летательного аппарата, и высоту полета летательного аппарата, запоминают измеренные данные, осуществляют крен летательного аппарата, измеряют угол крена и повторно угол с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну, рассчитывают дальность до источника излучения по формуле
Figure 00000007
, где H, γ - высота полета и угол крена летательного аппарата; θ1,2 - углы с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну фазового пеленгатора при полете летательного аппарата в горизонтальной плоскости и плоскости с креном соответственно.A method for determining the location of a radiation source from an aircraft, based on sequential measurement of bearings using a phase direction finder to the radiation source and calculating the distance to it, characterized in that the aircraft is directed to the radiation source, it is aligned in a horizontal plane, the angle between the directions is measured the radiation source and to the right antenna with the apex in the middle of the antenna base, which is parallel to the transverse axis of the associated coordinate system of the aircraft, and the flight altitude of the aircraft, store the measured data, roll the aircraft, measure the roll angle and repeat the angle with the apex in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna, calculate the distance to the radiation source using the formula
Figure 00000007
, where H, γ - flight altitude and roll angle of the aircraft; θ 1,2 - angles with apex in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna of the phase direction finder when the aircraft is flying in a horizontal plane and a plane with a roll, respectively.
RU2021104868A 2021-02-25 2021-02-25 Method for determining radiation source location from aircraft RU2760975C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104868A RU2760975C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Method for determining radiation source location from aircraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104868A RU2760975C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Method for determining radiation source location from aircraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760975C1 true RU2760975C1 (en) 2021-12-02

Family

ID=79174121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021104868A RU2760975C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Method for determining radiation source location from aircraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760975C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796121C1 (en) * 2022-06-14 2023-05-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6577272B1 (en) * 2002-01-29 2003-06-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Moving emitter passive location from moving platform
US20040027257A1 (en) * 2002-08-12 2004-02-12 Yannone Ronald M. Method for passive "360-degree coverage" tactical fighter target tracking incorporating adaptive pilot maneuver cue processing
RU2232402C2 (en) * 2002-09-16 2004-07-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Method for determination of range to sources of radio emission and rate of closure to them in single-position radar systems
WO2005024455A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-17 Northrop Grumman Corporation A method for using signal frequency change to differentially resolve long baseline interferometer measurements
RU2432580C1 (en) * 2010-08-03 2011-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method to determine coordinates of radio-wave radiation source in process of amplitude-phase direction finding on board of aircraft
RU2510618C2 (en) * 2012-07-27 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Связь" Method of determining coordinates of radio-frequency radiation source onboard aircraft
RU2619915C1 (en) * 2016-06-22 2017-05-19 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining the source of radio emissions coordinate from the aircraft
RU2638177C1 (en) * 2016-06-29 2017-12-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft
RU2732505C1 (en) * 2020-01-27 2020-09-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6577272B1 (en) * 2002-01-29 2003-06-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Moving emitter passive location from moving platform
US20040027257A1 (en) * 2002-08-12 2004-02-12 Yannone Ronald M. Method for passive "360-degree coverage" tactical fighter target tracking incorporating adaptive pilot maneuver cue processing
RU2232402C2 (en) * 2002-09-16 2004-07-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Method for determination of range to sources of radio emission and rate of closure to them in single-position radar systems
WO2005024455A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-17 Northrop Grumman Corporation A method for using signal frequency change to differentially resolve long baseline interferometer measurements
RU2432580C1 (en) * 2010-08-03 2011-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method to determine coordinates of radio-wave radiation source in process of amplitude-phase direction finding on board of aircraft
RU2510618C2 (en) * 2012-07-27 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Связь" Method of determining coordinates of radio-frequency radiation source onboard aircraft
RU2619915C1 (en) * 2016-06-22 2017-05-19 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining the source of radio emissions coordinate from the aircraft
RU2638177C1 (en) * 2016-06-29 2017-12-12 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft
RU2732505C1 (en) * 2020-01-27 2020-09-18 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for detection and azimuth direction finding of ground-based radio-frequency sources from a flight-lifting means

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРШАКЯН А.А., КОМАРЕВЦЕВ Н.В. Определение координат источника излучения с борта летательного аппарата // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2. Сс.268-273. *
ПОТАПОВА Т.П., ТОПОРКОВ Н.В., ШАБАТУРА Ю.М. Алгоритм определения координат источников радиоизлучения с летательного аппарата на основе фазово-временной сигнальной информации от двух приемных модулей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия "Приборостроение". 2010. N 1. Сс.52-61. *
ПОТАПОВА Т.П., ТОПОРКОВ Н.В., ШАБАТУРА Ю.М. Алгоритм определения координат источников радиоизлучения с летательного аппарата на основе фазово-временной сигнальной информации от двух приемных модулей // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия "Приборостроение". 2010. N 1. Сс.52-61. АРШАКЯН А.А., КОМАРЕВЦЕВ Н.В. Определение координат источника излучения с борта летательного аппарата // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2. Сс.268-273. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796121C1 (en) * 2022-06-14 2023-05-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder
RU2809745C1 (en) * 2023-02-03 2023-12-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерстве обороны Российской Федерации Method for finding coordinates of ground radiation source from aircraft and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. LIDAR/MEMS IMU integrated navigation (SLAM) method for a small UAV in indoor environments
Foy Position-location solutions by Taylor-series estimation
CN111221018B (en) GNSS multi-source information fusion navigation method for inhibiting marine multipath
RU2510861C1 (en) Method for radar determination of time of end of active phase of ballistic trajectory
RU2458358C1 (en) Goniometric-correlation method of determining location of surface radio sources
KR20160098985A (en) Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter
RU2551355C1 (en) Method of coordinates determination of radio emission source
JP2021184280A (en) Aircraft landing system and method
CN103616036A (en) System error estimation and compensation method for airborne sensor based on cooperative target
RU2695642C1 (en) Method for determining the location of a ground-based radiation source
CN102004244A (en) Doppler direct distance measurement method
RU2611564C1 (en) Method of aircrafts navigation
RU2471152C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2515469C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2338158C1 (en) Method for aircraft navigation
RU2760975C1 (en) Method for determining radiation source location from aircraft
US6256264B1 (en) Localization of a submerged tow vehicle (lost)
RU2559820C1 (en) Method for navigation of moving objects
RU2638177C1 (en) Method for determining source of radio emissions coordinate from aircraft
RU2284544C1 (en) Method of navigation of flying vehicles
RU2680969C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2617447C1 (en) Method of determining range to fixed radiation source by moving direction finder
CN110388917B (en) Aircraft monocular vision scale estimation method and device, aircraft navigation system and aircraft
RU2777147C1 (en) Method for location of radiation source from board aircraft
RU137394U1 (en) DEVICE FOR PROCESSING INFORMATION OF NETWORK DISTANCED IN THE SPACE OF PELENGATION POST