RU2772687C1

RU2772687C1 - Method for navigation of mobile objects and apparatus of a multifunctional x-ray navigation system for implementation thereof

Info

Publication number: RU2772687C1
Application number: RU2020143590A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Нечаев; Виктор Петрович Назарук; Александр Геннадьевич Егоров; Николай Николаевич Потрахов; Геннадий Александрович Тимофеев; Владимир Витальевич Гребенщиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-испытательный институт эргатических систем"
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-05-24

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a method for navigation of mobile objects (MO) and to a multifunctional X-ray navigation system. For navigation of mobile objects, pulse X-ray radiation is generated on board of the MO towards the platform (PL) whereon the radiation is received and processed, an output signal is formed using an X-ray communication channel, received on board of the MO, wherein navigation information on the range and mutual orientation angles of the MO relative to the PL is generated. The system comprises equipment on board of the MO, including a control unit, an X-ray radiation source, detection units, an information processing unit, a navigation information display apparatus, and equipment on the PL, including detection units, an information processing unit, a control unit, an X-ray radiation source, a navigation information display apparatus, a swing apparatus, an information apparatus connected in a certain manner.

EFFECT: increase in the range, reduction in the level of X-ray radiation for protecting the personnel, possibility of information exchange with ensured mutual navigation of the MO and the PL.

9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способу навигации подвижных объектов и устройству многофункциональной рентгеновской навигационной системы (МРНС), реализующему этот способ. При этом в качестве подвижного объекта могут выступать летательные и космические аппараты, надводные суда, наземные транспортные средства, строительные и военные машины, подвижные роботы и другие объекты.The invention relates to a method for navigating moving objects and a device for a multifunctional X-ray navigation system (MRNS) that implements this method. At the same time, aircraft and spacecraft, surface vessels, ground vehicles, construction and military vehicles, mobile robots and other objects can act as a moving object.

Известны оптические системы навигации и посадки, основанные на измерении координат оптического изображения объектов на местности и в пространстве, оптических реперов (маяков, мишеней) или оптических лучей (секторов, трасс).Known optical navigation and landing systems based on measuring the coordinates of the optical image of objects on the ground and in space, optical reference points (beacons, targets) or optical beams (sectors, tracks).

Лазерные системы навигации используют дополнительную информацию о дальности по времени распространения импульсного или непрерывного лазерного излучения, а также используются для подсветки объектов в оптических системах (патенты: RU 2317233 «Оптическая система посадки летательных аппаратов на палубу корабля», пр. от 28.02.2008; RU 2550907 «Способ посадки воздушного судна с помощью ультрафиолетовых приемников и излучателей (2 варианта)», пр. от 27.04.2015; RU 2575554 «Лазерная система посадки летательных аппаратов», пр. от 20.02.2016).Laser navigation systems use additional information about the time range of propagation of pulsed or continuous laser radiation, and are also used to illuminate objects in optical systems (patents: RU 2317233 "Optical system for landing aircraft on the deck of a ship", pr. 28.02.2008; RU 2550907 "Aircraft landing method using ultraviolet receivers and emitters (2 options)", draft dated 04/27/2015; RU 2575554 "Laser aircraft landing system", draft dated 02/20/2016).

Оптические системы навигации и посадки обеспечивают:Optical navigation and landing systems provide:

- высокую точность измерений;- high accuracy of measurements;

- возможность так называемой «пассивной» навигации по изображениям объектов на основе их отраженного (рассеянного) или собственного оптического излучения;- the possibility of the so-called "passive" navigation through the images of objects based on their reflected (scattered) or intrinsic optical radiation;

- дальность навигации, например, по звездам, ограничена только условиями распространения оптического излучения.- the range of navigation, for example, by the stars, is limited only by the conditions of propagation of optical radiation.

К недостаткам оптических, в том числе лазерных систем относятся:The disadvantages of optical, including laser systems include:

- затруднение навигации и посадки в сложных метеоусловиях, в том числе в сильный дождь, снегопад (метель, снежную бурю);- difficulty in navigation and landing in adverse weather conditions, including heavy rain, snowfall (blizzard, snowstorm);

- существенное снижение надежности навигации и посадки в условиях пыльной бури, сильного задымления, пожаров и песчаных бурь;- a significant decrease in the reliability of navigation and landing in a dust storm, heavy smoke, fires and sandstorms;

- существенное затруднение посадки при наличии облаков пыли или снега, создаваемых вертолетами, особенно при посадке в группе, а также дымы из труб корабля при посадке на палубу.- significant landing difficulty in the presence of clouds of dust or snow created by helicopters, especially when landing in a group, as well as smoke from the ship's chimneys when landing on deck.

Известны радиотехнические, в том числе спутниковые системы навигации и посадки, использующие методы измерения направления и времени распространения радиоволн, излучаемых или отражаемых (рассеиваемых) объектами на местности и в пространстве. Выбором длины волны и способа кодирования радиоизлучения определяются основные параметры навигационных систем, в том числе точность определения положения и ориентации объектов, а также дальность действия и степень устойчивости к условиям распространения радиоизлучения (патенты: RU 2606240 «Навигация относительно площадки с использованием измерений расстояния», пр. от 13.07.2012, RU 2608183 «Многопозиционная система посадки воздушных судов», пр. от 17.11.2015, RU 2287838 «Система высокоточной автоматической посадки летательных аппаратов», пр. от 20.11.2006).Known radio, including satellite navigation and landing systems, using methods for measuring the direction and time of propagation of radio waves emitted or reflected (scattered) by objects on the ground and in space. The choice of the wavelength and method of encoding radio emission determines the main parameters of navigation systems, including the accuracy of determining the position and orientation of objects, as well as the range and degree of resistance to the conditions of propagation of radio emission (patents: RU 2606240 "Navigation relative to the site using distance measurements", etc. dated 07/13/2012, RU 2608183 "Multi-position aircraft landing system", pr. from 11/17/2015, RU 2287838 "System for high-precision automatic landing of aircraft", pr. from 11/20/2006).

Радиотехнические навигационные системы посадки, по сравнению с оптическими (лазерными) системами, имеют:Radio navigation landing systems, in comparison with optical (laser) systems, have:

- существенно меньшую зависимость от погодных условий и защищенность от оптических помех в зоне расположения объектов;- significantly less dependence on weather conditions and protection from optical interference in the area where objects are located;

- возможность навигации, локации и связи при отсутствии прямой оптической видимости объектов, например, за счет огибания препятствий радиоволнами;- the possibility of navigation, location and communication in the absence of direct optical visibility of objects, for example, due to the avoidance of obstacles by radio waves;

- возможность работы через радиопрозрачные (оптически непрозрачные) преграды, стены зданий, корпуса летательных аппаратов, листву деревьев;- the ability to work through radio-transparent (optically opaque) barriers, building walls, aircraft hulls, tree foliage;

- радиоизлучение способно проникать на десятки метров под землю (георадары).- radio emission is capable of penetrating tens of meters underground (ground penetrating radars).

К недостаткам радиотехнических навигационных систем и систем обеспечения посадки следует отнести:The disadvantages of radio navigation systems and landing support systems include:

- сложность обработки радиосигнала при наличии зеркальных отражений от водной поверхности и элементов конструкции корабля (посадочной платформы);- complexity of radio signal processing in the presence of specular reflections from the water surface and structural elements of the ship (landing platform);

- существенное снижение надежности в условиях пассивных и активных помех;- a significant decrease in reliability in conditions of passive and active interference;

- затруднена работа через плазму, при ионизации атмосферы во время полярных сияний и грозы, полете в ионосфере;- it is difficult to work through the plasma, with the ionization of the atmosphere during aurora and thunderstorms, flight in the ionosphere;

- невозможность работы через металлическую обшивку (конструкцию) летательного аппарата, в том числе для защиты от внешних воздействий:- the impossibility of working through the metal sheathing (structure) of the aircraft, including for protection from external influences:

- необходимость использования дублирующей системы в условиях режима «радиомолчания» (запрета на радиоизлучение).- the need to use a backup system in the conditions of the "radio silence" mode (ban on radio emission).

Известны системы навигации и посадки на основе использования рентгеновского излучения. Известен «Способ измерения малых высот и устройство для его осуществления» по патенту RU 2236024. Способ заключается в том, что поверхность отражателя облучают импульсами рентгеновского излучения с фиксированной частотой и длительностью, обратно рассеянное излучение регистрируют.Known navigation and landing systems based on the use of x-rays. Known "Method for measuring low altitudes and a device for its implementation" according to patent RU 2236024. The method consists in that the surface of the reflector is irradiated with X-ray pulses with a fixed frequency and duration, backscattered radiation is recorded.

Для получения временного спектра и его анализа перекрывают весь диапазон определяемых высот стробами одинаковой длительности, привязывают их к временной оси и в каждом стробе подсчитывают количество зарегистрированных импульсов N₁, N₂, …, N_k за такт накопления. Предварительно вычисляют пороговые значения n пор 1, n пор 2, …, n пор k и сравнивают количество импульсов в каждом стробе с соответствующим пороговым значением. По максимальному превышению выявляют номер строба m, в котором находится максимум сигнала.To obtain the time spectrum and analyze it, the entire range of determined heights is covered with gates of the same duration, tied to the time axis, and in each gate the number of registered pulses N ₁ , N ₂ , ..., N _k per accumulation cycle is counted. Pre-calculate the threshold values n pore 1, n pore 2, ..., n pore k and compare the number of pulses in each gate with the corresponding threshold value. According to the maximum excess, the number of the strobe m, in which the signal maximum is located, is revealed.

Вычисляют функционал G_m по формуле G_m=(N_m+1-N_m)/(N_m+1+N_m), где N_m и N_m+1 - число накопленных импульсов в стробах с порядковыми номерами m и m+1 соответственно, и определяют значение высоты, т.е. на предварительно построенной калибровочной кривой g_m находят точку, соответствующую численному значению функционала G_m (ординате), а ее абсцисса будет показывать искомое значение высоты, при этом рентгеновский высотомер, реализующий способ, содержит рентгеновский передатчик, блок детектирования, формирователь стробов, многоотводную линию задержки, к схем совпадений, к счетчиков и вычислитель, соединенных определенным образом.The functional G _m is calculated by the formula G _m =(N _m+1 -N _m )/(N _m+1 +N _m ), where N _m and N _m+1 are the number of accumulated pulses in gates with serial numbers m and m+ 1 respectively, and determine the value of the height, i.e. on a pre-built calibration curve g _m find a point corresponding to the numerical value of the functional G _m (ordinate), and its abscissa will show the desired value of the height, while the X-ray altimeter that implements the method contains an X-ray transmitter, a detection unit, a strobe shaper, a multi-tap delay line , to coincidence circuits, to counters and a calculator connected in a certain way.

В высотомере может быть дополнительно установлен управляемый задающий генератор, который соединяется с вычислителем высоты и рентгеновским передатчиком.In the altimeter, a controlled master oscillator can be additionally installed, which is connected to the altitude calculator and the x-ray transmitter.

Способ и устройство обеспечивают измерение высоты полета летательного аппарата путем измерения общего времени распространения импульса рентгеновского излучения от рентгеновского передатчика до подстилающей поверхности и времени распространения обратно рассеянного импульса рентгеновского излучения от подстилающей поверхности до блока детектирования. Применение описанного изобретения обеспечивает повышенную точность и надежность измерения высоты с использованием набора стробов с калибровочными характеристиками.The method and device provide measurement of the flight altitude of an aircraft by measuring the total propagation time of the X-ray pulse from the X-ray transmitter to the underlying surface and the propagation time of the backscattered X-ray pulse from the underlying surface to the detection unit. The application of the described invention provides increased accuracy and reliability of height measurement using a set of gates with calibration characteristics.

Данный патент RU 2236024 является одним из двух, наиболее близких технических решений к заявляемому способу и устройству.This patent RU 2236024 is one of the two closest technical solutions to the claimed method and device.

К недостаткам способа по патенту RU 2236024 относятся:The disadvantages of the method according to patent RU 2236024 include:

- малый диапазон измеряемых высот, обусловленный слабым уровнем обратно рассеянного рентгеновского излучения;- a small range of measured heights due to a weak level of backscattered X-rays;

- высокий уровень рентгеновского излучения, создающий опасность для персонала как на борту подвижного объекта, так и находящегося в зоне полета и посадки подвижного объекта;- a high level of X-ray radiation, which creates a danger to personnel both on board the mobile object and in the area of flight and landing of the mobile object;

- ограниченность функций, отсутствует возможность передачи информации, в том числе навигационной, с борта подвижного объекта на посадочную платформу, а также дополнительного контроля высоты подвижного объекта средствами платформы с целью повышения безопасности посадки.- limited functions, there is no possibility of transmitting information, including navigational information, from the board of the mobile object to the landing platform, as well as additional control of the height of the mobile object by means of the platform in order to improve landing safety.

Известна также рентгеновская система и метод связи со спускаемым космическим аппаратом (патент US 3404278 пр. от 12.11.1963 г.), заключающаяся в излучении модулированного рентгеновского излучения рентгеновским передатчиком в направлении поверхности Земли (планеты), регистрации модулированного рентгеновского излучения одним или несколькими детекторами и ретрансляции принятого сигнала другими средствами связи. Предусмотрено размещение ряда детекторов рентгеновского излучения вокруг планируемой зоны посадки космического аппарата.Also known is an x-ray system and a method of communication with a descent spacecraft (patent US 3404278 pr. dated 11/12/1963), which consists in the emission of modulated x-ray radiation by an x-ray transmitter in the direction of the surface of the earth (planet), registration of modulated x-ray radiation by one or more detectors and relaying the received signal by other means of communication. It is envisaged to place a number of X-ray detectors around the planned spacecraft landing zone.

Достоинством этого метода и системы связи является возможность передачи информации через ионизированную среду (плазму), возникающую вокруг космического аппарата при его торможении в атмосфере.The advantage of this method and communication system is the possibility of transmitting information through an ionized medium (plasma) that arises around the spacecraft during its deceleration in the atmosphere.

К недостаткам технических решений по патенту US 3404278 является использование рентгеновского канала связи только от космического аппарата на наземные (напланетные) станции без обратной передачи информации на борт космического аппарата. Также в предложенном методе и системе связи не используется возможность измерения высоты космического аппарата над поверхностью Земли (планеты), например, по интенсивности принимаемого рентгеновского излучения.The disadvantages of the technical solutions according to the patent US 3404278 is the use of the X-ray communication channel only from the spacecraft to ground (planetary) stations without the return transmission of information to the spacecraft. Also, the proposed method and communication system does not use the ability to measure the height of the spacecraft above the surface of the Earth (planet), for example, by the intensity of the received X-ray radiation.

Известна навигационная система и метод, использующий источники излучения пульсаров (патент US 7197381 пр. от 08.12.2003) в соответствии с которым навигационная система космического аппарата оснащается детектором рентгеновского излучения пульсаров. Сигнал излучения пульсаров синхронизируется с таймером, который измеряет время прихода сигнала к детектору и сравнивает его с исходным сигналом по известной заранее его форме. Вычислитель рассчитывает время запаздывания между временем регистрации рентгеновских импульсов детектором с расчетным временем прихода импульсного сигнала от пульсара в барицентр Солнечной системы (SSBC).Known navigation system and method using pulsar radiation sources (patent US 7197381 etc. from 08.12.2003) according to which the navigation system of the spacecraft is equipped with a detector of x-ray radiation of pulsars. The pulsar emission signal is synchronized with a timer that measures the time of signal arrival at the detector and compares it with the original signal according to its known shape. The calculator calculates the delay time between the time of registration of X-ray pulses by the detector and the estimated time of arrival of the pulse signal from the pulsar to the solar system barycenter (SSBC).

Расположение и профиль импульсного сигнала пульсара запоминается в цифровой памяти и используется для определения навигационных параметров космического аппарата по известным расположениям пульсаров. Скорость, высота околоземной орбиты и фактическое время в точке расположения космического аппарата вычисляется относительно барицентра SSBC.The location and profile of the pulse signal of the pulsar is stored in digital memory and used to determine the navigation parameters of the spacecraft from the known locations of the pulsars. Velocity, Earth orbit altitude and actual time at the spacecraft location are calculated relative to the SSBC barycenter.

Основными преимуществами метода и навигационной системы космического аппарата по патенту US 7197381 является:The main advantages of the method and navigation system of the spacecraft according to US 7197381 are:

- использование естественных источников излучения в отличие от GPS метода, требующего вывода на геостационарные орбиты определенного количества космических аппаратов в качестве опорных источников радиоизлучения;- the use of natural sources of radiation, in contrast to the GPS method, which requires the launch of a certain number of spacecraft into geostationary orbits as reference sources of radio emission;

- отсутствие влияния ионосферы и потоков солнечного излучения, в том числе в периоды солнечной активности;- lack of influence of the ionosphere and solar radiation fluxes, including during periods of solar activity;

- повышенная точность навигации в дальнем Космосе по сравнению с известными радиотехническими средствами;- increased accuracy of navigation in deep space in comparison with known radio engineering means;

- обеспечение автономной навигации в дальнем Космосе.- providing autonomous navigation in outer space.

К ограничениям данного метода и системы навигации относятся:The limitations of this method and navigation system include:

- невозможность определения углов ориентации космического аппарата в пространстве;- the impossibility of determining the angles of orientation of the spacecraft in space;

- поглощение рентгеновского излучения пульсаров атмосферой, навигация по рентгеновским пульсарам возможна только вне атмосферы Земли и планет;- absorption of X-ray radiation of pulsars by the atmosphere, navigation through X-ray pulsars is possible only outside the atmosphere of the Earth and planets;

- недостаточная точность (в настоящее время порядка нескольких километров) для обеспечения посадки летательных аппаратов и космических аппаратов.- insufficient accuracy (currently on the order of several kilometers) to ensure the landing of aircraft and spacecraft.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является «Комбинированная рентгеновская система связи и измерения дальности» [7], которая основана на использовании двусторонней (дуплексной) системы связи между космическим аппаратом и космической станцией.The closest technical solution to the claimed is "Combined X-ray communication and ranging system" [7], which is based on the use of a two-way (duplex) communication system between the spacecraft and the space station.

Измерение расстояния (дальности) между космическим аппаратом и космической станцией выполняется путем измерения суммарного времени распространения импульсного рентгеновского излучения между источником рентгеновского излучения космического аппарата и блоком детектирования космической станции, а также между источником рентгеновского излучения космической станции и блоком детектирования космического аппарата.The measurement of the distance (range) between the spacecraft and the space station is performed by measuring the total propagation time of pulsed x-ray radiation between the x-ray source of the spacecraft and the space station's detection unit, as well as between the x-ray source of the space station and the spacecraft's detection unit.

Блоки обработки информации передают выходную информацию на устройства отображения соответственно. Входная информация от информационных устройств через блоки управления передаются на источники рентгеновского излучения соответственно.The information processing units transmit output information to display devices, respectively. Input information from information devices through control units are transmitted to X-ray sources, respectively.

Дуплексная передача информации между космическим аппаратом и космической станцией выполняется с использованием специального кодирования рентгеновского излучения, а также дополнительной поляризационной модуляции.Duplex transmission of information between the spacecraft and the space station is performed using special X-ray coding, as well as additional polarization modulation.

Обеспечиваются:Provided:

- повышенная дальность благодаря использованию прямого рентгеновского излучения в двух каналах связи;- increased range due to the use of direct X-ray radiation in two communication channels;

- сочетание функций связи и измерения дальности;- combination of communication and ranging functions;

- высокая помехозащищенность и устойчивость к внешним условиям благодаря использованию только рентгеновского вида излучения без необходимости применения радиотехнических и оптических средств.- high noise immunity and resistance to external conditions due to the use of only X-ray radiation without the need for radio engineering and optical means.

К недостаткам системы следует отнести:The disadvantages of the system include:

- высокий уровень нерегулируемого рентгеновского излучения, создающий опасность для персонала, как на борту космического аппарата и космической станции, так и находящегося в зоне полета космического аппарата и космической станции;- a high level of unregulated X-ray radiation, which creates a danger to personnel, both on board the spacecraft and the space station, and those located in the flight zone of the spacecraft and space station;

- не обеспечивается возможность измерения углов ориентации космического аппарата относительно космической станции, а также углового положения космической станции относительно космического аппарата;- it is not possible to measure the orientation angles of the spacecraft relative to the space station, as well as the angular position of the space station relative to the spacecraft;

- нет возможности получения навигационной информации, в том числе о дальности, на борту космической станции для повышения надежности и безопасности взаимной навигации;- there is no way to obtain navigation information, including range, on board the space station to improve the reliability and safety of mutual navigation;

- не предусмотрено угловое сканирование направлением диаграммы рентгеновского излучения для поиска и взаимного наведения космического аппарата и космической станции;- no provision is made for angular scanning by the direction of the X-ray pattern for searching and mutual guidance of the spacecraft and the space station;

- не предусмотрено размещение аппаратуры в подвесных (мобильных) контейнерах для возможности оперативной установки при различных условиях эксплуатации;- there is no provision for placing the equipment in hanging (mobile) containers for the possibility of prompt installation under various operating conditions;

- не предусмотрена возможность измерения расстояния по обратно рассеянному рентгеновскому излучению на малых дальностях (высотах).- it is not possible to measure the distance by backscattered X-ray radiation at short ranges (altitudes).

Решаемая техническая задача заявленного изобретения заключается в существенном увеличении измеряемой высоты (наклонной дальности) подвижного объекта относительно платформы, снижение уровня рентгеновского излучения и повышение безопасности персонала.Solved technical problem of the claimed invention is to significantly increase the measured height (slant range) of the moving object relative to the platform, reduce the level of x-rays and improve personnel safety.

Для решения указанной задачи предложен Способ навигации подвижных объектов, который заключается в формировании на борту подвижного объекта источника рентгеновского излучения, направленного в сторону платформы, регистрации рентгеновского излучения одним или несколькими блоками детектирования, расположенными на платформе, и последующей обработке сигналов блоков детектирования в блоке обработки информации платформы.To solve this problem, a method for navigating moving objects is proposed, which consists in forming an X-ray source on board the moving object directed towards the platform, detecting X-ray radiation by one or more detection units located on the platform, and subsequent processing of signals from the detection units in the information processing unit platforms.

С целью повышения дальности, снижения уровня рентгеновского излучения и обеспечения передачи информации с платформы на подвижный объект, выходной сигнал блока обработки информации платформы передается на подвижный объект с помощью рентгеновского канала связи, реализуемого путем формирования рентгеновского излучения источника рентгеновского излучения платформы, направленного в сторону подвижного объекта, приема рентгеновского излучения одним или несколькими блоками детектирования на борту подвижного объекта, последующей обработки сигналов в блоке обработки информации подвижного объекта, причем в качестве опорного сигнала для измерений дальности и углов ориентации используется сигнал блока управления источника рентгеновского излучения подвижного объекта.In order to increase the range, reduce the level of X-ray radiation and ensure the transmission of information from the platform to the moving object, the output signal of the platform information processing unit is transmitted to the moving object using an X-ray communication channel implemented by generating X-ray radiation from the platform X-ray source directed towards the moving object , reception of X-ray radiation by one or more detection units on board the mobile object, subsequent signal processing in the information processing unit of the mobile object, and the signal of the control unit of the X-ray source of the mobile object is used as a reference signal for measuring the range and orientation angles.

В результате на выходе блока обработки информации подвижного объекта формируется навигационная информация о дальности и углах взаимной ориентации подвижного объекта относительно платформы, отображаемая на устройстве отображения и передаваемая в систему управления подвижного объекта.As a result, at the output of the information processing unit of the moving object, navigation information is generated about the range and angles of the relative orientation of the moving object relative to the platform, which is displayed on the display device and transmitted to the control system of the moving object.

Многофункциональная рентгеновская навигационная система (представлена на фиг. 1), реализующая способ навигации подвижного объекта 1 относительно платформы 2, содержит на борту подвижного объекта 1 блок управления 3, выход которого подключен к входу управления источника рентгеновского излучения 4, рентгеновское излучение которого направлено в сторону платформы 2 и регистрируется одним или несколькими блоками детектирования 5 (5-1…5-4), размещенными на платформе 2, выходы блоков детектирования 5 платформы 2 соединены с входами блока обработки информации 6 платформы 2.The multifunctional x-ray navigation system (shown in Fig. 1), which implements the method of navigating a moving object 1 relative to the platform 2, contains on board the moving object 1 a control unit 3, the output of which is connected to the control input of the x-ray source 4, the x-ray radiation of which is directed towards the platform 2 and is registered by one or more detection units 5 (5-1…5-4) located on the platform 2, the outputs of the detection units 5 of the platform 2 are connected to the inputs of the information processing unit 6 of the platform 2.

С целью повышения дальности, снижения уровня рентгеновского излучения и обеспечения передачи информации с платформы 2 на борт подвижного объекта 1, информационный выход 7 блока обработки информации 6 платформы 2 соединен с входом блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы 2, рентгеновское излучение которого направлено в сторону подвижного объекта 1 и регистрируется одним или несколькими блоками детектирования 10 (10-1…10-4) подвижного объекта 1, выходы которых соединены со входами блока обработки информации 11 подвижного объекта 1, причем вход синхронизации блока обработки информации 11 соединен с выходом сигнала синхронизации 12 блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта, а выход навигационной информации блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 соединен с входом устройства отображения 13 подвижного объекта 1, а также с информационным выходом 14 для соединения со входом системы управления подвижного объекта 1.In order to increase the range, reduce the level of X-ray radiation and ensure the transmission of information from the platform 2 to the board of the moving object 1, the information output 7 of the information processing unit 6 of the platform 2 is connected to the input of the control unit 8 of the X-ray source 9 of the platform 2, the X-ray radiation of which is directed towards moving object 1 and is registered by one or more detection units 10 (10-1...10-4) of the moving object 1, the outputs of which are connected to the inputs of the information processing unit 11 of the moving object 1, and the synchronization input of the information processing unit 11 is connected to the synchronization signal output 12 control unit 3 of the x-ray source 4 of the moving object, and the output of navigation information of the information processing unit 11 of the moving object 1 is connected to the input of the display device 13 of the moving object 1, as well as to the information output 14 for connection with the input of the control system of the moving object 1.

С целью передачи навигационной информации с подвижного объекта 1 на платформу 2 по рентгеновскому каналу связи, в устройстве предусмотрен информационный выход 15 блока обработки информации 11 подвижного объекта 1, соединенный с входом блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1. Кроме того, выход навигационной информации блока обработки информации 6 платформы 2 соединен с входом устройства отображения 16 платформы 2 для отображения навигационной информации персоналу платформы 2, а также с информационным выходом 17 для соединения со входом системы управления платформы 2 для использования навигационной информации устройства при управлении движением платформы 2 относительно подвижного объекта 1.In order to transmit navigation information from the mobile object 1 to the platform 2 via the X-ray communication channel, the device provides an information output 15 of the information processing unit 11 of the mobile object 1, connected to the input of the control unit 3 of the X-ray source 4 of the mobile object 1. In addition, the output of the navigation information processing unit 6 of the platform 2 is connected to the input of the display device 16 of the platform 2 to display navigation information to the personnel of the platform 2, as well as to the information output 17 to connect to the input of the control system of the platform 2 to use the navigation information of the device when controlling the movement of the platform 2 relative to the moving object one.

С целью поиска, обнаружения и сопровождения подвижного объекта источник рентгеновского излучения 9 и блоки детектирования 5 платформы 2 устанавливаются на опорно-поворотное устройство 18, управляющий вход которого 19 связан с выходом наведения опорно-поворотного устройства системы управления платформой.In order to search, detect and track a moving object, the x-ray source 9 and detection units 5 of the platform 2 are installed on the turntable 18, the control input of which 19 is connected to the guidance output of the turntable of the platform control system.

С целью сохранения возможности измерения высоты и углов ориентации подвижного объекта по обратно рассеянному сигналу от подстилающей поверхности (местности) в блоке обработки информации 11 подвижного объекта 1 реализуют режим комплексной обработки информации об интенсивности и времени распространения прямого и обратно рассеянного рентгеновского излучения по известным алгоритмам, например, приведенным в патенте РФ RU 2236024.In order to preserve the possibility of measuring the height and angles of orientation of a moving object by a backscattered signal from the underlying surface (terrain), in the information processing unit 11 of the moving object 1, a mode of complex processing of information about the intensity and propagation time of forward and backscattered X-ray radiation is implemented according to known algorithms, for example given in the RF patent RU 2236024.

Аппаратура размещается на подвижном объекте 1 в подвесных контейнерах для использования в сложных условиях применения и в учебно-тренировочных целях, а также размещается на платформе 2 в мобильных (переносных) контейнерах, в случае возникновения сложных условий применения.The equipment is placed on a mobile object 1 in hanging containers for use in difficult conditions of use and for training purposes, and is also placed on platform 2 in mobile (portable) containers, in case of difficult conditions of use.

С целью адаптации уровня рентгеновского излучения источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 в зависимости от дальности выход управления 20 блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 соединен с входом управления уровнем рентгеновского излучения (величины тока рентгеновской трубки) блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1.In order to adapt the level of X-ray radiation of the X-ray source 4 of the moving object 1, depending on the range, the control output 20 of the information processing unit 11 of the moving object 1 is connected to the control input of the X-ray level (X-ray tube current value) of the control unit 3 of the X-ray source 4 of the moving object 1 .

С целью адаптации уровня рентгеновского излучения источника рентгеновского излучения 9 платформы 2 в зависимости от дальности выход управления 21 с выхода блока обработки информации 6 платформы 2 соединен с входом управления уровнем рентгеновского излучения (величины тока рентгеновской трубки) блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы 2.In order to adapt the X-ray level of the X-ray source 9 of the platform 2 depending on the range, the control output 21 from the output of the information processing unit 6 of the platform 2 is connected to the control input of the X-ray level (X-ray tube current value) of the control unit 8 of the X-ray source 9 of the platform 2.

С целью обеспечения возможности обмена информацией между подвижным объектом 1 и платформой 2 с использованием помехоустойчивого рентгеновского канала связи, дополнительный вход блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы 2 соединен с выходом информационного устройства 22 платформы и дополнительный вход блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 соединен с выходом информационного устройства 23 подвижного объекта 1.In order to enable the exchange of information between the moving object 1 and the platform 2 using a noise-resistant x-ray communication channel, the additional input of the control unit 8 of the x-ray source 9 of the platform 2 is connected to the output of the information device 22 of the platform and the additional input of the control unit 3 of the x-ray source 4 of the moving object 1 is connected to the output of the information device 23 of the moving object 1.

Для повышения надежности взаимной навигации предусмотрено измерение высоты (наклонной дальности) подвижного объекта в блоке обработки информации 6 платформы 2. Для этого вход синхронизации блока обработки информации 6 соединен с выходом сигнала синхронизации 24 блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы 2.To improve the reliability of mutual navigation, it is provided to measure the height (slant range) of a moving object in the information processing unit 6 of the platform 2. To do this, the synchronization input of the information processing unit 6 is connected to the synchronization signal output 24 of the control unit 8 of the x-ray source 9 of the platform 2.

Многофункциональность рентгеновской навигационной системы обусловлена следующим:The versatility of the X-ray navigation system is due to the following:

- реализацией одновременно функций навигации и дуплексной связи;- simultaneous implementation of navigation and duplex communication functions;

- использованием для навигации прямого рентгеновского излучения, при сохранении возможности использования обратно рассеянного излучения;- the use of direct X-ray radiation for navigation, while maintaining the possibility of using backscattered radiation;

- применение многофункциональной рентгеновской навигационной системы возможно для взаимной навигации и связи подвижных объектов и платформ наземного, воздушного, морского и космического базирования.- the use of a multifunctional X-ray navigation system is possible for mutual navigation and communication of mobile objects and platforms of ground, air, sea and space-based.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена многофункциональная рентгеновская навигационная система;In FIG. 1 shows a multifunctional x-ray navigation system;

- на фиг. 2 - обобщенная схема комбинированного устройства обработки импульсных сигналов.- in Fig. 2 is a generalized diagram of a combined pulse signal processing device.

Многофункциональная рентгеновская навигационная система, реализующая способ навигации и посадки летательных аппаратов, работает следующим образом.Multifunctional x-ray navigation system that implements the method of navigation and landing of aircraft, operates as follows.

С выхода блока управления 3 подается сигнал управления на вход источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1, в результате формируется рентгеновское излучение, направленное в сторону платформы 2.From the output of the control unit 3, a control signal is applied to the input of the X-ray source 4 of the moving object 1, resulting in the formation of X-ray radiation directed towards the platform 2.

Рентгеновское излучение источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 регистрируется одним или несколькими блоками детектирования 5 (5-1…5-4), размещенными на платформе 2, выходные сигналы блоков детектирования 5 платформы 2 поступают на соответствующие входы блока обработки информации 6 платформы 2.The X-ray radiation of the X-ray source 4 of the moving object 1 is recorded by one or more detection units 5 (5-1…5-4) located on the platform 2, the output signals of the detection units 5 of the platform 2 are fed to the corresponding inputs of the information processing unit 6 of the platform 2.

После обработки сигналов блоков детектирования 5 на выходе блока обработки информации 6 платформы 2 формируется кодированный сигнал для передачи по рентгеновскому каналу связи на борт подвижного объекта 1.After processing the signals of the detection units 5, an encoded signal is generated at the output of the information processing unit 6 of the platform 2 for transmission via the X-ray communication channel to the mobile object 1.

Кодированный сигнал с выхода 7 блока обработки информации 6 платформы 2 поступает на вход блока управления 8 платформы и с его выхода передается на вход источника рентгеновского излучения 9 платформы 2, в результате формируется кодированное рентгеновское излучение, направленное в сторону подвижного объекта 1.The coded signal from the output 7 of the information processing unit 6 of the platform 2 is fed to the input of the control unit 8 of the platform and from its output is transmitted to the input of the X-ray source 9 of the platform 2, as a result, an encoded X-ray radiation is generated directed towards the moving object 1.

Кодированное рентгеновское излучение источника рентгеновского излучения 9 платформы 2 регистрируется одним или несколькими блоками детектирования 10 (10-1…10-4), размещенными на подвижном объекте 1, выходные сигналы блоков детектирования 10 подвижного объекта поступают на входы блока обработки информации 11 подвижного объекта 1.Encoded X-ray radiation from the X-ray source 9 of the platform 2 is recorded by one or more detection units 10 (10-1...10-4) located on the moving object 1, the output signals of the detection units 10 of the moving object are fed to the inputs of the information processing unit 11 of the moving object 1.

Для определения высоты (наклонной дальности) подвижного объекта 1 относительно платформы 2 и углов ориентации подвижного объекта 1 относительно платформы 2 по времени распространения рентгеновского излучения в блоке обработки информации 11 подвижного объекта 1 используется в качестве опорного сигнал синхронизации 12 с выхода блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1.To determine the height (slant range) of the movable object 1 relative to the platform 2 and the orientation angles of the movable object 1 relative to the platform 2 according to the time of X-ray propagation in the information processing unit 11 of the movable object 1, the synchronization signal 12 from the output of the control unit 3 of the X-ray source is used as a reference 4 moving objects 1.

После обработки кодированных рентгеновских сигналов от всех блоков детектирования 10 (10-1…10-4) подвижного объекта 1, с учетом их задержки относительно опорного сигнала синхронизации 12 блока управления 3 подвижного объекта 1, на выходе блока обработки информации И подвижного объекта 1 формируется выходная навигационная информация.After processing the coded X-ray signals from all detection units 10 (10-1...10-4) of the moving object 1, taking into account their delay relative to the reference synchronization signal 12 of the control unit 3 of the moving object 1, at the output of the information processing unit And the moving object 1, an output navigation information.

Выходная навигационная информация передается с выхода блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 на вход устройства отображения 13 подвижного объекта 1, на котором происходит отображение навигационной информации персоналу подвижного объекта 1.The output navigation information is transmitted from the output of the information processing unit 11 of the movable object 1 to the input of the display device 13 of the movable object 1, on which the navigation information is displayed to the personnel of the movable object 1.

Выходная навигационная информация блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 передается также на информационный выход 14 для передачи на вход системы управления подвижного объекта 1 для использования при управлении движением подвижного объекта 1 относительно платформы 2 (посадкой, стыковкой и др.).The output navigation information of the information processing unit 11 of the moving object 1 is also transmitted to the information output 14 for transmission to the input of the control system of the moving object 1 for use in controlling the movement of the moving object 1 relative to the platform 2 (landing, docking, etc.).

С целью повышения надежности взаимной навигации выходная навигационная информация блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 передается на платформу 2 по рентгеновскому каналу связи, реализованному следующим образом.In order to improve the reliability of mutual navigation, the output navigation information of the information processing unit 11 of the moving object 1 is transmitted to the platform 2 via an X-ray communication channel implemented as follows.

С информационного выхода 15 блока обработки информации 11 подвижного объекта 1 навигационная информация в закодированном виде поступает на вход блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1.From the information output 15 of the information processing unit 11 of the moving object 1, the navigation information in coded form is fed to the input of the control unit 3 of the x-ray source 4 of the moving object 1.

С выхода блока управления 3 управляющий сигнал поступает на вход управления источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1, в результате в источнике рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 формируется рентгеновское излучение, направленное в сторону платформы 2, содержащее навигационную информацию в закодированном виде.From the output of the control unit 3, the control signal is fed to the control input of the x-ray source 4 of the movable object 1, as a result, x-ray radiation is generated in the x-ray source 4 of the movable object 1, directed towards the platform 2, containing navigation information in an encoded form.

Рентгеновское излучение источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 регистрируется одним или несколькими блоками детектирования 5 (5-1…5-4), размещенными на платформе 2, принятая блоками детектирования 5 навигационная информация в закодированном виде поступает на вход блока обработки информации 6 платформы 2.The X-ray radiation of the X-ray source 4 of the moving object 1 is recorded by one or more detection units 5 (5-1…5-4) placed on the platform 2, the navigation information received by the detection units 5 is encoded at the input of the information processing unit 6 of the platform 2.

После декодирования принятой от подвижного объекта 1 навигационной информации, на выходе блока обработки информации 6 платформы 2 формируется информационный сигнал о высоте (наклонной дальности) подвижного объекта 1 относительно платформы 2 и углах ориентации подвижного объекта 1 относительно платформы 2.After decoding the navigation information received from the moving object 1, at the output of the information processing unit 6 of the platform 2, an information signal is generated about the height (slant range) of the moving object 1 relative to the platform 2 and the orientation angles of the moving object 1 relative to the platform 2.

Выходная навигационная информация с выхода блока обработки информации 6 платформы 2 передается на вход устройства отображения 16 платформы 2, на котором происходит отображение навигационной информации подвижного объекта 1 персоналу платформы 2.The output navigation information from the output of the information processing unit 6 of the platform 2 is transmitted to the input of the display device 16 of the platform 2, which displays the navigation information of the moving object 1 to the personnel of the platform 2.

Выходная навигационная информация блока обработки информации 6 платформы 2 также передается на информационный выход 17 для передачи на вход системы управления платформы 2 для контроля и управления движением платформы 2 при выполнении сближения посадки, стыковки или других маневров подвижного объекта 1 относительно платформы 2.The output navigation information of the information processing unit 6 of the platform 2 is also transmitted to the information output 17 for transmission to the input of the platform 2 control system for monitoring and controlling the movement of the platform 2 when approaching the landing, docking or other maneuvers of the moving object 1 relative to the platform 2.

В качестве дублирующего режима предусмотрена возможность формирования первичного рентгеновского излучения поочередно источником рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 и источником рентгеновского излучения 9 платформы 2 с последующей обработкой информации блоком обработки информации 6 платформы 2 и блоком обработки информации 11 подвижного объекта 1.As a backup mode, it is possible to form primary x-ray radiation alternately by the x-ray source 4 of the movable object 1 and the x-ray source 9 of the platform 2, followed by information processing by the information processing unit 6 of the platform 2 and the information processing unit 11 of the movable object 1.

В дублирующем режиме высота (наклонная дальность) подвижного объекта 1 относительно платформы 2 вычисляется в блоке обработки информации 6 платформы 2. При этом в качестве опорного сигнала на вход блока обработки информации 6 платформы 2 подается сигнал синхронизации 24 с выхода блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы 2.In the backup mode, the height (slant range) of the moving object 1 relative to the platform 2 is calculated in the information processing unit 6 of the platform 2. In this case, as a reference signal, the synchronization signal 24 is supplied to the input of the information processing unit 6 of the platform 2 from the output of the control unit 8 of the X-ray source 9 platforms 2.

С целью снижения уровня рентгеновского излучения источником рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1 и источником рентгеновского излучения 9 платформы 2 в зависимости от высоты (наклонной дальности) подвижного объекта 1 относительно платформы 2 предусмотрена работа устройства в режиме адаптации уровня излучения следующим образом.In order to reduce the level of X-ray radiation by the X-ray source 4 of the movable object 1 and the X-ray source 9 of the platform 2, depending on the height (slant range) of the movable object 1 relative to the platform 2, the device operates in the radiation level adaptation mode as follows.

Используются сигналы управления 21 и 20 с выходов блоков обработки информации 6 и 11 (платформы 2 и подвижного объекта 1), которые поступают на входы управления уровнем рентгеновского излучения соответствующих блоков управления 8 и 3 источников рентгеновского излучения 9 и 4 (платформы 2 и подвижного объекта 1).Control signals 21 and 20 are used from the outputs of information processing units 6 and 11 (platform 2 and moving object 1), which are fed to the inputs for controlling the level of x-ray radiation of the corresponding control units 8 and 3 of x-ray sources 9 and 4 (platform 2 and moving object 1 ).

При этом сигналы управления 21 и 20 на входе блоков управления 8 и 3 (платформы 2 и подвижного объекта 1) позволяют, например, путем регулировки тока рентгеновской трубки в источниках рентгеновского излучения 9 и 4 (платформы 2 и подвижного объекта 1) снижать уровень рентгеновского излучения при уменьшении высоты (наклонной дальности) подвижного объекта 1 относительно платформы 2.In this case, the control signals 21 and 20 at the input of control units 8 and 3 (platform 2 and movable object 1) allow, for example, by adjusting the X-ray tube current in the x-ray sources 9 and 4 (platform 2 and movable object 1), to reduce the level of x-ray radiation when the height (slant range) of the moving object 1 decreases relative to the platform 2.

Для обеспечения поиска, обнаружения и сопровождения подвижного объекта 1 предлагается на платформе 2 реализовать режим сканирования окружающего пространства следующим образом:To ensure the search, detection and tracking of a moving object 1, it is proposed on platform 2 to implement the scanning mode of the surrounding space as follows:

- источник рентгеновского излучения 9 и блоки детектирования 5 (5-1…5-4) платформы 2 устанавливаются на опорно-поворотное устройство 18;- X-ray source 9 and detection units 5 (5-1...5-4) of the platform 2 are installed on the turntable 18;

управление углами поворота опорно-поворотного устройства 18 выполняется по сигналу 19 от системы управления платформы 2 автоматически или вручную по командам оператора платформы 2.the angles of rotation of the slewing device 18 are controlled by a signal 19 from the platform 2 control system automatically or manually at the commands of the platform 2 operator.

С целью сохранения возможности измерения высоты и углов ориентации подвижного объекта 1 (вне зоны действия рентгеновских систем платформы 2) только по обратно рассеянному рентгеновскому излучению от подстилающей поверхности (местности) в блоке обработки информации 11 подвижного объекта 1 реализуют режим комплексной обработки информации об интенсивности и времени распространения прямого и обратно рассеянного рентгеновского излучения по известным алгоритмам (например, приведенном в патенте РФ RU 2236024).In order to preserve the possibility of measuring the height and orientation angles of the movable object 1 (outside the coverage area of the platform 2 X-ray systems), only by backscattered X-ray radiation from the underlying surface (terrain) in the information processing unit 11 of the movable object 1, the mode of complex processing of information about the intensity and time is implemented propagation of forward and backscattered X-ray radiation according to known algorithms (for example, given in the RF patent RU 2236024).

Для обеспечения возможности использования предложенного устройства на подвижном объекте 1 только в сложных условиях применения, в том числе в сложных метеоусловиях, и в учебно-тренировочных целях, устройство на подвижном объекте 1 размещают в подвесных контейнерах.To ensure the possibility of using the proposed device on a movable object 1 only in difficult conditions of use, including in adverse weather conditions, and for training purposes, the device on a movable object 1 is placed in hanging containers.

Для обеспечения возможности использования устройства на платформе 2 только в сложных условиях применения, в том числе в сложных метеоусловиях, и в учебно-тренировочных целях, устройство размещают на платформе 2 в мобильных (переносных) контейнерах.To ensure the possibility of using the device on platform 2 only in difficult conditions of use, including in difficult weather conditions, and for training purposes, the device is placed on platform 2 in mobile (portable) containers.

Для обеспечения возможности обмена информацией между подвижным объектом 1 и платформой 2 с использованием помехоустойчивого рентгеновского канала связи, навигационная и другая служебная информация платформы 2 для подвижного объекта 1 передается на дополнительный вход блока управления 8 источника рентгеновского излучения 9 платформы, соединенный с выходом информационного устройства 22 платформы 2.To enable the exchange of information between the moving object 1 and the platform 2 using a noise-resistant x-ray communication channel, navigation and other service information of the platform 2 for the moving object 1 is transmitted to the additional input of the control unit 8 of the x-ray source 9 of the platform, connected to the output of the information device 22 of the platform 2.

Аналогично навигационная и другая служебная информация подвижного объекта 1 для платформы 2 передается на дополнительный вход блока управления 3 источника рентгеновского излучения 4 подвижного объекта 1, соединенный с выходом информационного устройства 23 подвижного объекта 1.Similarly, navigation and other service information of the mobile object 1 for the platform 2 is transmitted to the additional input of the control unit 3 of the x-ray source 4 of the mobile object 1, connected to the output of the information device 23 of the mobile object 1.

Для обеспечения работы предлагаемого способа навигации и реализации многофункциональной рентгеновской навигационной системы (МРНС), реализующей способ навигации подвижных объектов, использованы известные алгоритмы расчета.To ensure the operation of the proposed navigation method and the implementation of a multifunctional X-ray navigation system (MRNS), which implements the method of navigating moving objects, known calculation algorithms are used.

1. Измерение расстояния (высоты или наклонной дальности) между подвижным объектом и платформой выполняется по известной формуле:1. Measurement of the distance (height or slant range) between a moving object and a platform is performed according to the well-known formula:

где: Н - измеряемое расстояние, м;where: H - measured distance, m;

с - скорость света, м/сек;c is the speed of light, m/sec;

t_н - время прохождения рентгеновского сигнала от подвижного объекта до платформы, сек;t _n - the time of passage of the x-ray signal from the moving object to the platform, sec;

t_в - время прохождения рентгеновского сигнала от платформы до подвижного объекта, сек.t _in - the time of passage of the x-ray signal from the platform to the moving object, sec.

2. Интенсивность обратно рассеянного излучения в условиях падения узкого пучка рентгеновского излучения интенсивностью I₀ на поверхность отражателя [1]:2. Intensity of backscattered radiation under conditions of incidence of a narrow X-ray beam with intensity I ₀ onto the reflector surface [1]:

где: I_с - интенсивность обратно рассеянного излучения, Дж/м²с;where: I _s - intensity of backscattered radiation, J/m ² s;

Н - расстояние до отражающей поверхности, м;H is the distance to the reflecting surface, m;

Ω - телесный угол, рад;Ω - solid angle, rad;

- функция ослабления прямого и обратно рассеянного рентгеновского излучения, отн. ед.;

- function of attenuation of direct and backscattered X-rays, rel. units;

А_Э - интегральное энергетическое альбедо (отношение интенсивности обратно рассеянного излучения к интенсивности прямого излучения, падающего на поверхность), %;A _E - integral energy albedo (the ratio of the intensity of backscattered radiation to the intensity of direct radiation incident on the surface),%;

S_Д - площадь детектора, м².S _D - detector area, m ² .

3. Интегральное энергетическое альбедо А_Э для 6<Z<50 равно:3. The integral energy albedo A _E for 6<Z<50 is:

где: Е_γ - максимальная энергия фотонов, Эв;where: E _γ - maximum photon energy, Ev;

θ₀ - угол отклонения от оси пучка, рад;θ ₀ - angle of deviation from the beam axis, rad;

ρ - плотность отражателя, кг/м³;ρ - reflector density, kg/m ³ ;

Z - атомный номер материала отражателя.Z is the atomic number of the reflector material.

4. При сравнении максимальной высоты (наклонной дальности для предложенного технического решения с регистрацией прямого рентгеновского излучения (Н'прям) и первого прототипа (патент РФ RU 2236024) для случаев использования обратно рассеянного излучения (Н'обр), получим на основе формулы п.п. 2 следующее соотношение:4. When comparing the maximum height (slant range for the proposed technical solution with the registration of direct X-ray radiation (H'straight) and the first prototype (RF patent RU 2236024) for cases of using backscattered radiation (H'arr), we obtain based on the formula p. item 2 the following ratio:

Теоретическая оценка приведенного отношения максимальной высоты (наклонной дальности между подвижным объектом и платформой) для предложенного технического решения и прототипов с использованием обратно рассеянного излучения составит по формуле п.п. 3 (для значений Е_γ=60*10³ Эв, θ₀=30 град, ρ=2*10³ кг/м³, Z=14. кремний) примерно 10,7±20%, или порядка 10 раз.The theoretical estimate of the reduced ratio of the maximum height (slant distance between the moving object and the platform) for the proposed technical solution and prototypes using backscattered radiation will be according to the formula p.p. 3 (for values of E _γ =60*10 ³ Ev, θ ₀ =30 deg, ρ=2*10 ³ kg/m ³ , Z=14. silicon) about 10.7±20%, or about 10 times.

Результаты теоретических расчетов увеличения высоты (наклонной дальности) для предложенного технического решения были проверены экспериментально в условиях специализированного стенда.The results of theoretical calculations of the increase in height (slant range) for the proposed technical solution were tested experimentally in a specialized stand.

5. При известных интенсивности (плотности) осадков, мм/час (грамм/см³, мм) и эквиваленте фантома обшивки корпуса подвижного объекта (толщина мм) можно рассчитать, а также экспериментально получить оценку измеряемой высоты (наклонной дальности) подвижного объекта относительно платформы с учетом поглощения излучения:5. Given the known intensity (density) of precipitation, mm/hour (gram/cm ³ , mm) and the phantom equivalent of the skin of the hull of the movable object (thickness mm), it is possible to calculate and experimentally obtain an estimate of the measured height (slant range) of the movable object relative to the platform taking into account radiation absorption:

- воздушной средой,- air environment,

- осадками (дождем или снегом с интенсивностью мм/час),- precipitation (rain or snow with an intensity of mm/h),

- песчаной пылью плотностью (грамм/см³),- sandy dust density (gram / cm ³ ),

- плазмой, например, при посадке космического аппарата, интенсивностью (ионы/см³),- plasma, for example, when landing a spacecraft, intensity (ions / cm ³ ),

- металлической обшивкой корпуса подвижного объекта, алюминий (титан) толщиной (мм) [6].- metal sheathing of the body of the moving object, aluminum (titanium) thickness (mm) [6].

Представлены предварительные результаты теоретической и экспериментальной оценки максимальной высоты (наклонной дальности) между подвижным объектом и платформой, измеряемой МРНС в условиях осадков и других условий распространения (табл. 1).Preliminary results of theoretical and experimental estimation of the maximum height (slant range) between a moving object and a platform measured by MRNS under precipitation and other propagation conditions are presented (Table 1).

Наиболее сложными условиями является суммарное поглощение (до 98%) воздушной средой, ливнем (пыльным или снежным вихрем) и обшивкой корпуса летательного аппарата в условиях обледенения.The most difficult conditions are the total absorption (up to 98%) by the air, shower (dust or snow whirlwind) and aircraft body skin in icing conditions.

На основе анализа доступной информации о параметрах осадков и других условий распространения, были определены параметры и изготовлены несколько вариантов конструкции фантомов.Based on the analysis of available information about the parameters of precipitation and other propagation conditions, the parameters were determined and several variants of the design of phantoms were made.

Результаты экспериментальных исследований, выполненных на фантомах в условиях специализированного стенда, подтверждают расчетные оценки поглощения рентгеновского излучения в различных средах.The results of experimental studies carried out on phantoms under the conditions of a specialized stand confirm the calculated estimates of X-ray absorption in various media.

Полученные результаты экспериментов можно использовать для подготовки и проведения полу натурных исследований МРНС.The obtained experimental results can be used to prepare and conduct field studies of MRNS.

6. Расчет максимальной высоты (наклонной дальности) для предложенного технического решения на основе экспериментальных данных.6. Calculation of the maximum height (slant range) for the proposed technical solution based on experimental data.

Используем для расчета данные экспериментов с макетом рентгеновского канала связи [2].Let us use for the calculation the data of experiments with a prototype of an X-ray communication channel [2].

Параметры рентгеновского передатчика (РП) были следующие:The parameters of the X-ray transmitter (RP) were as follows:

- анодное напряжение рентгеновской трубки Ua=30 кВ,- X-ray tube anode voltage Ua=30 kV,

- импульсный ток рентгеновской трубки i=30 мА.- X-ray tube pulse current i=30 mA.

Параметры блока детектирования (БД) были следующие:The parameters of the detection unit (DB) were as follows:

- пластмассовый сцинтиллятор диаметром 33 мм и толщиной 10 мм,- plastic scintillator with a diameter of 33 mm and a thickness of 10 mm,

- устройство детектирования типа ETL 9141 В,- detection device type ETL 9141 V,

- предварительный усилитель с коэффициентом усиления 10.- preamplifier with a gain of 10.

В результате экспериментов максимальная дальность Н составила 1,7 м.As a result of the experiments, the maximum range H was 1.7 m.

Для расчета максимальной дальности при других параметрах РП и БД выразим минимальную интенсивность рентгеновского излучения (РИ), регистрируемую детектором [1]:To calculate the maximum range for other RP and BD parameters, we express the minimum X-ray intensity (XR) recorded by the detector [1]:

где; I_min - минимальная интенсивность РИ, регистрируемая детектором, Дж/м²с;where; I _min - the minimum intensity of RI, recorded by the detector, J/m ² s;

I₀ - интенсивность падающего тонкого луча РИ, Дж/м²с;I ₀ - intensity of the incident thin beam RI, J/m ² s;

Ω - телесный угол, рад;Ω - solid angle, rad;

S_Д - площадь детектора, м²;S _D - detector area, m ² ;

μ - линейный коэффициент ослабления РИ веществом (воздухом).μ - linear coefficient of RI attenuation by substance (air).

7. Функция f(μ₁H) может быть представлена следующим образом:7. The function f(μ ₁ H) can be represented as follows:

8. Интенсивность излучения рентгеновской трубки может быть определена следующим образом [1]:8. The radiation intensity of an X-ray tube can be determined as follows [1]:

где: K - коэффициент пропорциональности (0,8±0,2)10^-9, В^-1;where: K - coefficient of proportionality (0.8±0.2)10 ^-9 , V ^-1 ;

Z_a - атомный номер материала анода;Z _a - atomic number of the anode material;

i - ток рентгеновской трубки, А;i - X-ray tube current, A;

Ua - напряжение на аноде рентгеновской трубки.Ua - voltage at the anode of the x-ray tube.

9. Введем обобщенный постоянный параметр Kp и по формулам п.п. 7. и 8. определим зависимость Н от параметров рентгеновского передатчика:9. We introduce a generalized constant parameter Kp and, using the formulas of S.p. 7. and 8. we determine the dependence of H on the parameters of the x-ray transmitter:

10. Увеличим расчетные значения параметров рентгеновского передатчика (РП) до реально достижимых в современных портативных рентгеновских аппаратах [3]:10. Let's increase the calculated values of the parameters of the X-ray transmitter (RP) to those actually achievable in modern portable X-ray machines [3]:

где: Ua' - расчетное напряжение на аноде рентгеновской трубки, В;where: Ua' - calculated voltage at the anode of the X-ray tube, V;

Ua - напряжение на аноде рентгеновской трубки из эксперимента, В;Ua - voltage at the anode of the X-ray tube from the experiment, V;

i' - расчетный ток рентгеновской трубки, А;i' - calculated current of the x-ray tube, A;

i - ток рентгеновской трубки из эксперимента, А.i - X-ray tube current from the experiment, A.

11. Увеличим на порядок расчетную чувствительность БД до реально достижимых значений [4]:11. Increase the estimated sensitivity of the database by an order of magnitude to the realistically achievable values [4]:

12. С учетом выбранных расчетных данных получим расчетное значение Н'=kН:12. Taking into account the selected calculated data, we obtain the calculated value of Н'=kН:

Возьмем натуральный логарифм:Let's take the natural logarithm:

Подставим в эту формулу значения: Н=1,7 м, μ₃₀=2,6⋅10^-2 м^-1, μ₂₀₀=1,59⋅10^-2 м^-1 и получим расчетное значение Кр=45,4.Substitute in this formula the values: H=1.7 m, μ ₃₀ =2.6⋅10 ^-2 m ^-1 , μ ₂₀₀ =1.59⋅10 ^-2 m ^-1 and we get the calculated value Kp=45.4.

13. Таким образом, при расчетных параметрах РП (Ua'=200 кВ, i'=1А) и чувствительности БД в 10 раз выше экспериментального БД, расчетное значение максимальной высоты (наклонной дальности) между подвижным объектом и платформой для предложенного технического решения на основе экспериментальных данных, составит:13. Thus, with the calculated parameters of the RP (Ua'=200 kV, i'=1A) and the sensitivity of the DU is 10 times higher than the experimental DU, the calculated value of the maximum height (slant range) between the moving object and the platform for the proposed technical solution based on experimental data will be:

Полученные данные на основе стендовых экспериментов показывают, что для заявляемого технического решения максимальная расчетная высота (наклонная дальность между подвижным объектом и платформой) составляет, не менее 77 метров.The data obtained on the basis of bench experiments show that for the proposed technical solution, the maximum estimated height (slant distance between the moving object and the platform) is at least 77 meters.

Определение уровня поглощенной дозы рентгеновского излучения для персонала при использовании режима адаптации.Determining the level of absorbed dose of X-ray radiation for personnel when using the adaptation mode.

1. Мощность поглощенной дозы (МПД) без защитных экранов определяется соотношением [5]:1. The absorbed dose rate (ADR) without protective screens is determined by the relation [5]:

где: 10³ - коэффициент перевода мГр в мкГр;where: 10 ³ - conversion factor mGy to µGy;

K_R - радиационный выход - отношение мощности воздушной кермы в первичном пучке излучения на расстоянии 1 м от фокуса трубки, умноженной на квадрат этого расстояния, к силе тока, (мГр⋅м²)/(мА⋅мин);K _R - radiation output - the ratio of the power of air kerma in the primary radiation beam at a distance of 1 m from the focus of the tube, multiplied by the square of this distance, to the current strength, (mGy⋅m ² )/(mA⋅min);

W - рабочая нагрузка рентгеновского аппарата, (мА⋅мин)/нед;W is the work load of the X-ray machine, (mA⋅min)/week;

N - коэффициент направленности излучения, отн. ед.;N - radiation directivity coefficient, rel. units;

30 - значение нормированного времени работы РП в неделю при односменной работе персонала группы А (30-часовая рабочая неделя), ч/нед;30 - the value of the normalized work time of the RP per week with one-shift work of group A personnel (30-hour work week), h / week;

R - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до точки расчета, м.R is the distance from the focus of the X-ray tube to the calculation point, m.

2. Для существенного снижения мощности дозы рентгеновского излучения для персонала в предложенном техническом решении вводится режим адаптации (снижения) величины тока рентгеновской трубки пропорционально квадрату наклонной дальности (высоты) между подвижным объектом и платформой.2. To significantly reduce the X-ray dose rate for personnel, the proposed technical solution introduces the mode of adaptation (reduction) of the X-ray tube current in proportion to the square of the slant range (height) between the moving object and the platform.

При этом сохраняется мощность рентгеновского излучения в месте нахождения БД, необходимая для надежных измерений навигационных параметров подвижного объекта относительно платформы.This saves the X-ray power at the location of the database, which is necessary for reliable measurements of the navigation parameters of the moving object relative to the platform.

Данный режим адаптации вводится как для РП, расположенного на подвижном объекте, так и для РП, находящегося на платформе.This adaptation mode is introduced both for the RP located on the mobile object and for the RP located on the platform.

3. Для адаптации мощности рентгеновского излучателя к высоте путем снижения анодного тока рентгеновской трубки можно использовать известное соотношение:3. To adapt the power of the X-ray emitter to height by reducing the anode current of the X-ray tube, you can use the known relationship:

где: K(U_a, I_а) - мощность рентгеновского излучения (кермы), мГр/мин;where: K(U _a , I _a ) - X-ray power (kerma), mGy/min;

K_R - радиационный выход рентгеновской трубки, (мГр⋅м²)/(мА⋅мин);K _R - X-ray tube radiation output, (mGy⋅m ² )/(mA⋅min);

I_а - анодный ток рентгеновской трубки, А;I _a - anode current of the X-ray tube, A;

R - расстояние между анодом рентгеновской трубки и местом измерения K (U_a, I_a).R is the distance between the anode of the X-ray tube and the measurement site K (U _a , I _a ).

4. Для случая постоянного анодного напряжения U_a=200 кВ, K_R=25 мГр⋅м²/(мА⋅мин), N=1, расчетные значения допустимого снижения анодного тока рентгеновской трубки (РТ) приведены в таблице 2.4. For the case of constant anode voltage U _a =200 kV, K _R =25 mGy⋅m ² /(mA⋅min), N=1, the calculated values of the allowable reduction in the anode current of the X-ray tube (RT) are shown in Table 2.

5. Мощность поглощенной дозы (нагрузка на персонал) рассчитывается для человека, находящегося в 1 метре от источника рентгеновского излучения, так и для людей, находящихся рядом с БД (см. таблицу 3).5. The absorbed dose rate (personnel workload) is calculated for a person who is 1 meter from the X-ray source, and for people who are close to the database (see Table 3).

Ниже в таблице 3 приведены результаты расчетов по формуле (п.п.1)Table 3 below shows the results of calculations according to the formula (item 1)

для следующих условий при адаптации (снижении) уровня тока РТ обратно пропорционально квадрату высоты (наклонной дальности):for the following conditions when adapting (reducing) the current level of the RT is inversely proportional to the square of the height (slant range):

- 10³ - коэффициент перевода мГр в мкГр;- 10 ³ - mGy to µGy conversion factor;

- радиационный выход K_R=25 мГр⋅м²/мА мин на расстоянии 1 м от анода рентгеновской трубки при анодном токе 1 мА, фильтре 2 мм A1, U_a=200 кВ;- radiation output K _R =25 mGy⋅m ² /mA min at a distance of 1 m from the anode of the X-ray tube at an anode current of 1 mA, a filter of 2 mm A1, U _a =200 kV;

- средняя длительность одного рабочего включения РП составляет 5 мин;- the average duration of one working inclusion of RP is 5 minutes;

- количество включений РП в неделю - 100.- the number of RP inclusions per week - 100.

Из таблицы 3 следует, что МПД для персонала, находящегося около РП и в районе БД при наличии режима адаптации тока РТ от высоты, снижается примерно пропорционально квадрату высоты.From Table 3 it follows that the MTD for the personnel located near the RP and in the area of the DU in the presence of the mode of adaptation of the RT current from the height decreases approximately in proportion to the square of the height.

Например, для персонала, находящегося в 1 м от РП, предложенное техническое решение адаптации тока РТ при изменении высоты подвижного объекта от 100 м до 10 м, обеспечивает уменьшение МПД в 100 раз.For example, for personnel located 1 m from the switchgear, the proposed technical solution for adapting the RT current when the height of the moving object changes from 100 m to 10 m provides a 100-fold reduction in MTD.

Аналогично, для персонала, находящегося в районе размещения БД, адаптация тока РТ с уменьшением высоты подвижного объекта от 100 м до 10 м, обеспечивает уменьшение МПД также в 100 раз.Similarly, for personnel located in the area where the database is located, the adaptation of the RT current with a decrease in the height of the moving object from 100 m to 10 m provides a decrease in the MTD also by a factor of 100.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает увеличение максимально измеряемого расстояния (наклонная дальность) между подвижным объектом и платформой по крайней мере в 10 раз, при этом мощность поглощенной дозы рентгеновского излучения для персонала при уменьшении дальности (высоты) в 10 раз снижается не менее чем в 100 раз.Thus, the claimed invention provides an increase in the maximum measurable distance (slant range) between the moving object and the platform by at least 10 times, while the absorbed dose rate of X-ray radiation for personnel with a decrease in range (height) by 10 times is reduced by at least 100 once.

Источники информацииSources of information

1. Герчиков Ф.Л. Управляемое импульсное рентгеновское излучение в приборостроении, М, Энергоатомиздат, 1987, с. 86.1. Gerchikov F.L. Controlled pulsed X-ray radiation in instrumentation, M, Energoatomizdat, 1987, p. 86.

2. Тимофеев Г.А., Потрахов Н.Н., Нечаев А.И., Экспериментальные исследования рентгеновского канала связи // V Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники. Сборник материалов конференции. СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019, с. 97.2. Timofeev G.A., Potrakhov N.N., Nechaev A.I., Experimental studies of the X-ray communication channel // V All-Russian scientific and practical conference of manufacturers of X-ray equipment. Collection of conference materials. SPb.: Ed. St. Petersburg Electrotechnical University "LETI", 2019, p. 97.

3. Артемьев Б.В., Буклей А.А. Радиационный контроль: учебное пособие / под. общ. ред. В.В. Клюева 2-е изд. М.: Изд. «Спектр», 2013, с. 192.3. Artemiev B.V., Bukley A.A. Radiation control: textbook / under. total ed. V.V. Klyuev 2nd ed. M.: Ed. Spectrum, 2013, p. 192.

4. Гребенщиков В.В., Грудский А.Я., Дамаскинский Е.А. Сцинтилляционный счетчик на высокую скорость счета для энергетического диапазона от 5 до 30 кэВ// Материалы Первой Европейской конференции по синхротронному излучению// Великобритания, Дарсбери, 1994, с. 85.4. Grebenshchikov V.V., Grudsky A.Ya., Damaskinskiy E.A. Scintillation counter for high counting rate for the energy range from 5 to 30 keV// Proceedings of the First European Conference on Synchrotron Radiation// Great Britain, Daresbury, 1994, p. 85.

5. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований. СанПиН 2.6.1.1192-03.5. Hygienic requirements for the design and operation of X-ray rooms, apparatus and X-ray examinations. SanPiN 2.6.1.1192-03.

6. Гребенщиков В.В., Лобанов М.В., Егоров А.Г., Назарук В.П., Нечаев А.И., Потрахов Н.Н., Тимофеев Г.А. «Экспериментальная оценка прохождения рентгеновского сигнала в условиях осадков и других условий распространения». //VI Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конференции, 28-29 ноября 2019 г., СПб: ГЭТУ «ЛЭТИ», стр. 65-69.6. Grebenshchikov V.V., Lobanov M.V., Egorov A.G., Nazaruk V.P., Nechaev A.I., Potrakhov N.N., Timofeev G.A. "Experimental Evaluation of X-ray Signal Transmission under Precipitation and Other Propagation Conditions". //VI All-Russian Scientific and Practical Conference of Manufacturers of X-ray Equipment. Conference program and materials, November 28-29, 2019, St. Petersburg: Electrotechnical University "LETI", pp. 65-69.

7. Shibin Song, Luping Xu, Hua Zhang, Yuanjie Bai, Liyan Luo, Simultaneous Ranging and Communication Based on X-Ray Communications, Xi'an Microelectronics Technology Institute Xi'an China Conference paper, Part of the Lecture Notes in Electrical Engineering book series (LNEE, volume 342), 2015.7. Shibin Song, Luping Xu, Hua Zhang, Yuanjie Bai, Liyan Luo, Simultaneous Ranging and Communication Based on X-Ray Communications, Xi'an Microelectronics Technology Institute Xi'an China Conference paper, Part of the Lecture Notes in Electrical Engineering book series (LNEE, volume 342), 2015.

Claims

1. A method for navigating mobile objects, which consists in generating on board the mobile object (MO) pulsed X-ray radiation directed towards the platform (PL), detecting X-ray radiation by one or more detection units (DU) located on the PL, and subsequent processing of the DU signals in the information processing unit (PU) of the PL, characterized in that the output signal of the PU of the PL is transmitted to the software using an x-ray communication channel (RCC), implemented by generating x-rays from the X-ray source (IRI) of the PL, directed towards the software, receiving x-rays one or more databases on board the software, subsequent processing of signals in the CU PO, and the signal of the control unit (CU) of the IRI PO is used as a reference signal for measuring the range and orientation angles, as a result, navigation information about the range and angles of mutual software orientation relative to the submarine, displayed on the device is displayed (UO) and transmitted to the software control system.

2. A multifunctional X-ray navigation system containing a control unit (CU) on board the mobile object (SW), the output of which is connected to the control input of the X-ray source (RES), the X-ray radiation of which is directed towards the platform (PL) and is recorded by one or more units detection (DU) located on the PL, the outputs of the DU of the PL are connected to the inputs of the information processing unit (PUU) of the PL, characterized in that the output of the PUPU of the PL is connected to the input of the CU IRI PL, the x-ray radiation of which is directed towards the software and is recorded by one or more DUs Software, the outputs of which are connected to the inputs of the PU of the software, wherein the synchronization input of the PU is connected to the output of the reference synchronization signal of the CU of the UI of the software, and the output of the navigation information of the PU of the software is connected to the input of the display device (MD) of the software, as well as to the information input of the software control system.

3. The system according to claim 2, characterized in that the device provides an information output of the PU of the software, connected to the information input of the UO of the software, as well as to the information input of the software control system for using the navigation information of the device when controlling the movement of the software relative to the submarine, similarly to the navigation output Information BOI PL is connected to the input of the UO PL, as well as to the information input of the control system of the PL to use the navigation information of the device when controlling the movement of the PL relative to the software.

4. The system according to claim 2, characterized in that the IRI and the DB of the submarine are installed on the turntables (ROD), the control inputs of which are connected to the guidance outputs of the OPU of the submarine control system.

5. The system according to claim 2, characterized in that in the PUU the software additionally implements the mode of complex processing of information about the intensity and propagation time of direct and back scattered X-ray radiation to determine the height (slant range) from the underlying surface according to known algorithms.

6. The system according to claim 2, characterized in that the equipment is placed on the software in hanging containers for use in difficult conditions of use and for training purposes, and is also placed on the submarine in mobile (portable) containers, in case of difficult conditions of use .

7. The system according to claim 3, characterized in that the additional output of the BOI PO is connected to the input for controlling the level of X-ray radiation (the X-ray tube current value) of the BU IRI PO.

8. The system according to claim 3, characterized in that the additional output of the BOI PL is connected to the input for controlling the level of x-ray radiation (the magnitude of the X-ray tube current) of the BU IRI PL.

9. The system according to claim 3, characterized in that the additional input of the CU IRI PL is connected to the output of the information device (ID) PL and the additional input of the CU IRI PO is connected to the output of the UI PO to organize the exchange of information over the X-ray communication channel between the software and the PL.