RU2796121C1 - Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder - Google Patents

Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder Download PDF

Info

Publication number
RU2796121C1
RU2796121C1 RU2022116109A RU2022116109A RU2796121C1 RU 2796121 C1 RU2796121 C1 RU 2796121C1 RU 2022116109 A RU2022116109 A RU 2022116109A RU 2022116109 A RU2022116109 A RU 2022116109A RU 2796121 C1 RU2796121 C1 RU 2796121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation source
aircraft
angle
radiation
roll
Prior art date
Application number
RU2022116109A
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
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
Application granted granted Critical
Publication of RU2796121C1 publication Critical patent/RU2796121C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: determining the distance to a radiation source (RS).
SUBSTANCE: invention utilizes the azimuthal method using a phase direction finder placed on board an aircraft flying in the direction of the radiation source. The method for determining the distance to a ground source of radiation from an aircraft equipped with an azimuth phase direction finder consists of detecting the source of radiation, in flight towards the source of radiation, in determining the current flight altitude of the aircraft, in measuring, using the direction finder, angles to the radiation source in the absence and after roll , measuring the angle of roll and calculating, using the obtained data, the distance to the radiation source. The accuracy of determining the range to the radiation source is ensured by using a recurrent Wiener filter to evaluate the measurements of bearings to the radiation source coming from the phase direction finder and additional filtering of the calculated data on the distance to the radiation source using a recurrent low-pass filter to eliminate high-frequency noise components, as well as accounting for time needed to pitch the aircraft. In addition, the simplicity of these filters makes it possible to practically implement them in onboard equipment of an unmanned aerial vehicle with limited weight and size characteristics, that is, in small unmanned vehicles.
EFFECT: increase of the accuracy of determining the distance to the radiation source.
1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к методам определения дальности до источника излучения (ИИ) угломерным способом с использованием фазового пеленгатора, размещенного на борту самолета, выполняющего полет в сторону источника излучения.The present invention relates to methods for determining the distance to a radiation source (IS) by goniometric method using a phase direction finder placed on board an aircraft flying in the direction of the radiation source.

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 фазового пеленгатора, то есть увеличения базы d. В азимутальной плоскости это может быть достигнуто за счет размещения антенн пеленгатора, например, на законцовках крыла летательного аппарата. В угломестной плоскости разнести антенны практически невозможно.When applying the phase method of direction finding in one plane (one-dimensional direction finding), at least two weakly directional small antennas are required, separated by a distance d, called the base. In this case, the root-mean-square error of 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. Fundamentals 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 separation of the phase direction finder antennas, that is, by increasing the base d. In the azimuth plane, this can be achieved by placing the direction finder antennas, for example, at the wingtips of the aircraft. In the elevation plane, it is almost impossible to spread the antennas.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является способ определения дальности до наземного источника излучения с помощью фазового пеленгатора, размещенного на борту самолета, антенны которого установлены на законцовках крыла [Патент РФ на изобретение №2760975 «Способ определения местоположения источника излучения с борта летательного аппарата», опубликовано 02.12.2021, бюл. 34. МПК G01S 11/02, G01S 3/46, G01S 5/04]. Способ основан на последовательном измерении пеленгатором с борта самолета, выполняющего горизонтальный полет в сторону ИИ, углов на ИИ при отсутствии крена самолета и после выполнения крена, расчете дальности до ИИ с учетом знания высоты полета и угла крена по формуле

Figure 00000001
, где Н, γ - высота полета и угол крена самолета; θ0, θ - углы с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну фазового пеленгатора при полете самолета без крена и с креном, соответственно. Недостатком способа является низкая точность определения дальности до источника излучения, что связано с малым изменением углов при выполнении крена самолета на больших дальностях до ИИ и недостаточной точностью определения пеленгатором углов на ИИ. Также в способе-прототипе было принято допущение, что время, необходимое для выполнения крена, мало и расстояние между точками местонахождения самолета до и после выполнения крена незначительно.The closest in essence and achieved effect (prototype) is a method for determining the range to a ground-based radiation source using a phase direction finder placed on board an aircraft, the antennas of which are installed on the wingtips [RF Patent for invention No. apparatus”, published on 02.12.2021, bul. 34. IPC G01S 11/02, G01S 3/46, G01S 5/04]. The method is based on the successive measurement by a direction finder from an aircraft performing a horizontal flight towards the AI, the angles on the AI in the absence of the aircraft roll and after the roll is performed, the calculation of the range to the AI, taking into account the knowledge of the flight altitude and the roll angle according to the formula
Figure 00000001
, where H, γ - flight altitude and aircraft roll angle; θ0, θ - angles with a vertex 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 without a roll and with a roll, respectively. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the range to the radiation source, which is associated with a small change in angles when the aircraft rolls at long ranges to AI and insufficient accuracy in determining the direction finder angles on AI. Also in the prototype method, it was assumed that the time required to perform a roll is small and the distance between the aircraft's location points before and after the roll is insignificant.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дальности до источника излучения за счет использования рекуррентного фильтра Винера для оценки поступающих от фазового пеленгатора измерений пеленгов на источник излучения и дополнительной фильтрации с помощью рекуррентного фильтра нижних частот рассчитанных данных о дальности до источника излучения для устранения высокочастотных шумовых составляющих, а также учета времени, необходимого для выполнения крена самолета. Простота указанных фильтров позволяет практически реализовать их в бортовой аппаратуре беспилотного летательного аппарата с ограниченными массогабаритными характеристиками, то есть в небольших беспилотных аппаратах.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the range to the radiation source by using a recurrent Wiener filter to evaluate the measurements of bearings to the radiation source coming from the phase direction finder and additional filtering the calculated data on the distance to the radiation source using a recurrent low-pass filter to eliminate high-frequency noise components, as well as taking into account the time required to perform the roll of the aircraft. The simplicity of these filters makes it possible to practically implement them in the onboard equipment of an unmanned aerial vehicle with limited weight and size characteristics, that is, in small unmanned vehicles.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения дальности до наземного источника излучения с самолета, оснащенного азимутальным фазовым пеленгатором, антенны которого размещены на законцовках крыла, основанном на обнаружении источника излучения, полете в сторону источника излучения, определении текущей высоты полета самолета, измерении с помощью пеленгатора углов на источник излучения при отсутствии и после выполнения крена, измерении угла крена и расчете с использованием полученных данных дальности до источника излучения, согласно изобретениюThis result is achieved by the fact that in a known method for determining the range to a ground source of radiation from an aircraft equipped with an azimuth phase direction finder, the antennas of which are located at the wingtips, based on the detection of the radiation source, flight towards the radiation source, determining the current flight altitude of the aircraft, measuring from using an angle finder to the radiation source in the absence and after the roll, measuring the roll angle and calculating using the obtained data the distance to the radiation source, according to the invention

после измерения угла на источника излучения направляют самолет в его сторону таким образом, чтобы при горизонтальном полете угол между направлением полета самолета и пеленгом на источник излучения был не меньше 5°,after measuring the angle to the radiation source, the aircraft is directed towards it in such a way that during level flight the angle between the direction of the aircraft flight and the bearing to the radiation source is not less than 5 °,

продолжают полет в горизонтальной плоскости с постоянным курсом, совершая последовательные маневры в виде крена в разные стороны,continue flying in a horizontal plane with a constant heading, making successive roll maneuvers in different directions,

при этом дискретно по времени на каждом i-ом шаге одновременно измеряют угол крена самолета и угол на источник излучения,at the same time, discretely in time at each i-th step, the aircraft roll angle and the angle to the radiation source are simultaneously measured,

пересчитывают угол на источник излучения в предположении, что угол крена самолета равен нулю, по формуле

Figure 00000002
, где γi, θi - измеренные угол крена самолета и угол с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну фазового пеленгатора; Н - высота полета самолета;
Figure 00000003
- отфильтрованное на предыдущем шаге фильтром нижних частот значение дальности до источника излучения и прогнозируемое ее приращение
Figure 00000004
,recalculate the angle to the radiation source under the assumption that the aircraft roll angle is zero, according to the formula
Figure 00000002
, where γ i , θ i - the measured roll angle of the aircraft and the angle with the vertex in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna of the phase direction finder; H - aircraft flight altitude;
Figure 00000003
- the value of the distance to the radiation source filtered at the previous step by the low-pass filter and its predicted increment
Figure 00000004
,

проводят оценку пересчитанного угла по рекуррентной формуле Винера

Figure 00000005
, где
Figure 00000006
- оценка пересчитанного угла на предыдущем шаге и прогнозируемое ее приращение
Figure 00000007
;
Figure 00000008
- коэффициент передачи фильтра Винера, σα - среднеквадратическая ошибка измерения пеленга на источник излучения, σξ - среднеквадратическое отклонение состояния системы,evaluate the recalculated angle using the Wiener recursive formula
Figure 00000005
, Where
Figure 00000006
- estimate of the recalculated angle at the previous step and its predicted increment
Figure 00000007
;
Figure 00000008
- transmission coefficient of the Wiener filter, σ α - root-mean-square error of bearing measurement to the radiation source, σ ξ - standard deviation of the system state,

рассчитывают дальность до источника излучения по формуле

Figure 00000009
и осуществляют ее фильтрацию с использованием фильтра нижних частот по формуле
Figure 00000010
, где Di-1 - рассчитанная на предыдущем шаге дальность до источника излучения, Т - постоянная времени фильтра нижних частот, Δt - шаг дискретизации.calculate the distance to the radiation source by the formula
Figure 00000009
and filter it using a low-pass filter according to the formula
Figure 00000010
, where D i-1 is the distance to the radiation source calculated in the previous step, T is the time constant of the low-pass filter, Δt is the sampling step.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где представлено взаимное расположение самолета и источника излучения в пространстве. На фиг. 1 обозначены: 0 - местоположение самолета на i-ом шаге измерений, которое соответствует середине антенной базы пеленгатора; 1* - плоскость самолета с углом крена γi; 1 - плоскость самолета в этой же точке, если бы угол крена был равен нулю; 2*, 3* (2, 3) - положение левой и правой антенн фазового пеленгатора при крене самолета (при нулевом крене); 4 - источник излучения; OXYZ - декартова система координат;

Figure 00000011
- вектор скорости самолета; H - высота полета самолета; Di - расстояние от самолета до ИИ; θi (θ0i) - измеряемый (пересчитанный) угол на ИИ относительно правой антенны при наличии (отсутствии) крена самолета.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, which shows the relative position of the aircraft and the radiation source in space. In FIG. 1 are marked: 0 - the location of the aircraft at the i-th measurement step, which corresponds to the middle of the direction finder antenna base; 1* - the plane of the aircraft with a roll angle γ i ; 1 - the plane of the aircraft at the same point, if the roll angle were equal to zero; 2*, 3* (2, 3) - position of the left and right antennas of the phase direction finder when the aircraft is rolling (at zero roll); 4 - radiation source; OXYZ - Cartesian coordinate system;
Figure 00000011
- aircraft speed vector; H - aircraft flight altitude; D i - distance from the aircraft to AI; θ i (θ0 i ) - measured (recalculated) angle on the AI relative to the right antenna in the presence (absence) of the aircraft roll.

В способе-прототипе дальность до источника излучения рассчитывается по формуле

Figure 00000012
[Патент РФ на изобретение №2760975 «Способ определения местоположения источника излучения с борта летательного аппарата», опубликовано 02.12.2021, бюл. 34. МПК G01S 11/02, G01S 3/46, G01S 5/04]. При этом было принято допущение, что время, необходимое для выполнения крена самолета с положения без крена, когда угол на ИИ равен θ0i, на угол γi, когда угол на ИИ равен θi, мало и расстояние между точками местонахождения самолета до и после выполнения крена незначительно. В предложенном авторами способе устранено данное допущение. Для этого проводится пересчет измеренного угла на источник излучения для случая, если бы угол крена самолета был равен нулю, по преобразованной из способа-прототипа формуле
Figure 00000013
с последующей его фильтрацией от шумов измерения пеленгов и шумов состояния системы (оценкой) фильтром Винера [Оценка характеристик и выбор фильтров сопровождения в реальном масштабе времени для тактических систем вооружения. Зингер Р.А., Бенке К.В. Зарубежная радиоэлектроника, 1972, №1, с. 44-60]. Этот фильтр работает как фильтр Калмана после установившегося значения коэффициента передачи. При этом применительно к фильтру для пересчета применяется формулаIn the prototype method, the distance to the radiation source is calculated by the formula
Figure 00000012
[RF patent for invention No. 2760975 "Method for determining the location of a radiation source from an aircraft", published 02.12.2021, bul. 34. IPC G01S 11/02, G01S 3/46, G01S 5/04]. At the same time, it was assumed that the time required to roll the aircraft from a position without a roll, when the angle on the AI is θ0 i , to the angle γ i , when the angle on the AI is equal to θ i , is small and the distance between the aircraft location points before and after roll performance is insignificant. In the method proposed by the authors, this assumption is eliminated. To do this, the measured angle is recalculated to the radiation source for the case if the aircraft roll angle was equal to zero, according to the formula converted from the prototype method
Figure 00000013
with its subsequent filtering from bearing measurement noise and system state noise (estimation) by the Wiener filter [Evaluation of performance and selection of tracking filters in real time for tactical weapon systems. Singer R.A., Benke K.V. Foreign radio electronics, 1972, No. 1, p. 44-60]. This filter works like a Kalman filter after a steady state gain value. In this case, in relation to the filter for recalculation, the formula is applied

Figure 00000014
Figure 00000014

где

Figure 00000015
- сглаженное на предыдущем шаге фильтром нижних частот значение дальности и прогнозируемое ее приращение
Figure 00000016
. Рекуррентная формула фильтра Винера имеет видWhere
Figure 00000015
- the range value smoothed at the previous step by the low-pass filter and its predicted increment
Figure 00000016
. The recursive formula of the Wiener filter has the form

Figure 00000017
Figure 00000017

Коэффициент передачи фильтра Винера постоянный и может быть рассчитан заранее до полета по формуле

Figure 00000018
, в которой среднеквадратическая ошибка измерения пеленга на источник излучения σα известна, а среднеквадратическое отклонение состояния системы σξ выбирается с учетом маневренных свойств самолета и устойчивости фильтра.The Wiener filter gain is constant and can be calculated in advance before the flight using the formula
Figure 00000018
, in which the root-mean-square error of the bearing measurement to the radiation source σ α is known, and the root-mean-square deviation of the state of the system σ ξ is chosen taking into account the maneuvering properties of the aircraft and the stability of the filter.

Так как при первоначальной пеленгации дальность до ИИ D0 и сглаженное ее значение

Figure 00000019
неизвестны, то им присваивается примерное значение, приращению -
Figure 00000020
, где V - скорость самолета; Δt - шаг дискретизации по времени, углу на ИИ относительно антенн пеленгатора и ее оценке -
Figure 00000021
, где α - угол между направлением полета самолета и пеленгом на ИИ (примерно равен курсу самолета относительно ИИ при отсутствии крена самолета и большом отношении H/D), ее приращению -
Figure 00000022
. То есть фильтр Винера полноценно начинает работать после 2-3 измерений и итераций.Since, during the initial direction finding, the distance to the AI D 0 and its smoothed value
Figure 00000019
are unknown, then they are assigned an approximate value, the increment -
Figure 00000020
, where V is the speed of the aircraft; Δt - sampling step in time, angle on AI relative to direction finder antennas and its estimation -
Figure 00000021
, where α is the angle between the direction of the aircraft flight and the bearing on the AI (approximately equal to the course of the aircraft relative to the AI in the absence of the aircraft roll and a large H/D ratio), its increment is
Figure 00000022
. That is, the Wiener filter fully begins to work after 2-3 measurements and iterations.

Рассчитывается дальность до ИИ по рекуррентной формулеThe distance to the AI is calculated using the recurrent formula

Figure 00000023
Figure 00000023

Однако рассчитанные дальности имеют высокочастотные шумы, связанные с быстрыми маневрами самолета в виде крена в разные стороны и, соответственно, быстрыми изменениями измеряемого угла по пилообразному закону. Для устранения этого осуществляется фильтрация (сглаживание) рассчитанных данных фильтром нижних частот по формулеHowever, the calculated ranges have high-frequency noise associated with the rapid maneuvers of the aircraft in the form of a roll in different directions and, accordingly, rapid changes in the measured angle according to the sawtooth law. To eliminate this, the calculated data are filtered (smoothed) by a low-pass filter according to the formula

Figure 00000024
Figure 00000024

где Т - постоянная времени фильтра нижних частот [Кузовков Н.Т. и др. Нерерывные и дискретные системы управления и методы идентификации / Н.Т. Кузовков, С.В. Карабанов, О.С. Салычев. М: Машиностроение, 1978. 22 с. С. 56-57].where T is the time constant of the low-pass filter [Kuzovkov N.T. and others. Non-reactive and discrete control systems and identification methods / N.T. Kuzovkov, S.V. Karabanov, O.S. Salychev. M: Mashinostroenie, 1978. 22 p. S. 56-57].

Исходя из вышеизложенного для реализации способа необходимо выполнить следующие операции.Based on the foregoing, to implement the method, it is necessary to perform the following operations.

Первоначально для i=0 шага после обнаружения ИИ и определения пеленга на ИИ направить самолет в его сторону таким образом, чтобы угол между направлением полета и пеленгом на ИИ был не менее 5°, определить скорость полета V, задать примерно дальность до источника излучения до (D0) и после фильтрации (

Figure 00000025
), приращение
Figure 00000026
, угол на источник излучения θ00, его оценку
Figure 00000027
и ее приращение
Figure 00000028
, запомнить для следующего шага данные
Figure 00000029
. Коэффициент передачи K рассчитывается заранее и хранится в памяти постоянно.Initially, for i=0 steps, after detecting the AI and determining the bearing on the AI, direct the aircraft in its direction so that the angle between the direction of flight and the bearing on the AI is at least 5 °, determine the flight speed V, set approximately the distance to the radiation source to ( D 0 ) and after filtering (
Figure 00000025
), increment
Figure 00000026
, the angle to the radiation source θ0 0 , its estimate
Figure 00000027
and its increment
Figure 00000028
, remember the data for the next step
Figure 00000029
. The transmission factor K is calculated in advance and stored permanently in memory.

Для следующего i-го шага:For the next i-th step:

1) определить высоту полета Н, выполнить крен и измерить угол крена γi и угол θi на источник излучения относительно антенн пеленгатора;1) determine the flight altitude H, perform a roll and measure the roll angle γ i and the angle θ i to the radiation source relative to the direction finder antennas;

2) с использованием запомненных данных и текущих Н, γi пересчитать угол θi на θ0i по формуле (1), выполнить его оценку

Figure 00000030
по формуле фильтра Винера (2), определить приращение на следующий шаг
Figure 00000031
,2) using the stored data and current H, γ i recalculate the angle θ i to θ0 i according to formula (1), evaluate it
Figure 00000030
according to the Wiener filter formula (2), determine the increment for the next step
Figure 00000031
,

3) рассчитать дальность до ИИ Di по формуле (3) и сглаженное ее значение после фильтрации

Figure 00000032
по формуле (4), определить приращение
Figure 00000033
, обновить в памяти данные
Figure 00000034
;3) calculate the distance to AI D i by formula (3) and its smoothed value after filtering
Figure 00000032
according to formula (4), determine the increment
Figure 00000033
, refresh data in memory
Figure 00000034
;

4) выровнять самолет в горизонтальной плоскости;4) level the aircraft in a horizontal plane;

5) повторить операции 1)-4) с учетом того, что крен поочередно выполняется то в одну, то в другую сторону принимая значения ± γ.5) repeat operations 1)-4), taking into account the fact that the roll is alternately performed either in one direction or the other, taking the values ± γ.

Скорость, высота и крен самолета могут быть определены с использованием штатных бортовых устройств [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]. Например, в качестве датчика крена может быть применена гировертикаль, высотомера - барометрический высотомер, скорости - указатели истинной воздушной скорости и числа М.The speed, altitude and roll of the aircraft can be determined using standard on-board devices [Vorobiev V.G., Glukhov V.V., Kadyshev I.K. Aviation instruments, information-measuring systems and complexes. M.: Transport, 1992. 399 p.: ill., pp. 239-260]. For example, a vertical gyro can be used as a roll sensor, a barometric altimeter can be used as an altimeter, and indicators of true airspeed and M numbers can be used as speed sensors.

Пересчет углов на источник излучения, расчет дальности до него с реализацией фильтров Винера и нижних частот могут быть выполнены на микроконтроллерах (например, на однокристальном восьмиразрядном микроконтроллере типа PIC16F62X) с программным обеспечением по представленным формулам (1)-(4).Recalculation of angles to the radiation source, calculation of the distance to it with the implementation of Wiener and low-pass filters can be performed on microcontrollers (for example, on a single-chip eight-bit microcontroller of the PIC16F62X type) with software according to the presented formulas (1) - (4).

Для сравнения способа-прототипа и предложенного способа выполнена оценка относительной погрешности определения дальности (σd/D) от самолета до ИИ для чего было осуществлено имитационное моделирование полета самолета на источник излучения. При этом были приняты следующие исходные данные и допущения:To compare the prototype method and the proposed method, an estimate of the relative error in determining the range (σ d /D) from the aircraft to the AI was made, for which a simulation of the flight of the aircraft to the radiation source was carried out. In this case, the following initial data and assumptions were accepted:

- самолет осуществляет горизонтальный полет с постоянным курсом на высоте 3 км со скоростью 100 м/с в сторону ИИ с дальности 100 км;- the aircraft performs a horizontal flight with a constant heading at an altitude of 3 km at a speed of 100 m/s towards AI from a distance of 100 km;

- при выполнении полета с шагом Δt=1c последовательно изменяется угол крена самолета на 45° и измеряется угол на ИИ θi;. При этом угол крена в зависимости от i-го шага принимает последовательно значения {-45°, 0, 45°};- when performing a flight with a step Δt=1c, the aircraft roll angle is successively changed by 45° and the angle on the AI θ i is measured; . In this case, the roll angle, depending on the i-th step, takes sequentially the values {-45°, 0, 45°};

- погрешность определения пеленга на ИИ фазовым пеленгатором составляет σα=0,5°;- the error in determining the bearing on the AI by the phase direction finder is σ α =0.5°;

- дисперсия отклонения состояния системы задается σξ=2°;- dispersion of deviation of the state of the system is given by σ ξ =2°;

- коэффициент передачи фильтра Винера K=0,941;- transmission coefficient of the Wiener filter K=0.941;

- постоянная времени фильтра нижних частот Т=5 с.- time constant of the low-pass filter T=5 s.

Результаты моделирования, представленные на фиг. 2а, показали, что полет самолета при первоначальном угле на ИИ менее 4-5° приводит к значительному повышению ошибок определения дальности до ИИ. Это связано с тем, что угол

Figure 00000035
практически не меняется, а достаточно большие ошибки определения пеленга «раскачивают» фильтр Винера. Оценки относительной погрешности определения дальности до ИИ при первоначальном угле между направлением полета самолета и направлением на источник излучения 5°, приведенные на фиг. 2б, показали лучшие по сравнению со способом-прототипом показатели. Так относительная погрешность определения дальности до ИИ (σD/D) в предложенном способе составляет 11-12%, а в способе-прототипе - 17%, где σD - среднеквадратическая ошибки определения дальности. При этом ошибка измерения угла крена σγ может достигать 1°, а относительная ошибка измерения высоты полета самолета (σH/H) - 1%.The simulation results shown in FIG. 2a showed that the flight of an aircraft at an initial angle of less than 4–5° on the IS leads to a significant increase in errors in determining the range to the IS. This is because the angle
Figure 00000035
practically does not change, and sufficiently large errors in determining the bearing "swing" the Wiener filter. Estimates of the relative error in determining the range to the IR at an initial angle between the aircraft flight direction and the direction to the radiation source of 5°, shown in Fig. 2b showed better performance compared to the prototype method. So the relative error in determining the range to AI (σ D /D) in the proposed method is 11-12%, and in the prototype method - 17%, where σ D is the root-mean-square error in determining the range. In this case, the error in measuring the roll angle σ γ can reach 1°, and the relative error in measuring the aircraft flight altitude (σ H /H) - 1%.

Таким образом, заявленный способ определения дальности до наземного источника излучения с самолета, оснащенного азимутальным фазовым пеленгатором, обеспечивает повышение точности определения дальности до источника излучения за счет использования рекуррентного фильтра Винера для оценки поступающих от фазового пеленгатора измерений пеленгов на источник излучения и дополнительной фильтрации с помощью рекуррентного фильтра нижних частот рассчитанных данных о дальности до источника излучения для устранения высокочастотных шумовых составляющих, а также учета времени, необходимого для выполнения крена самолета. Кроме того, простота указанных фильтров позволяет практически реализовать их в бортовой аппаратуре беспилотного летательного аппарата с ограниченными массогабаритными характеристиками, то есть в небольших беспилотных аппаратах.Thus, the claimed method for determining the range to a ground source of radiation from an aircraft equipped with an azimuth phase direction finder provides an increase in the accuracy of determining the range to the radiation source by using a recurrent Wiener filter to evaluate the measurements of bearings coming from the phase direction finder to the radiation source and additional filtering using recurrent low-pass filter of the calculated range data to the source of radiation to eliminate high-frequency noise components, as well as taking into account the time required to perform the roll of the aircraft. In addition, the simplicity of these filters makes it possible to practically implement them in the onboard equipment of an unmanned aerial vehicle with limited weight and size characteristics, that is, in small unmanned vehicles.

до источника излучения за счет использования рекуррентного фильтра Винера для оценки поступающих от фазового пеленгатора измерений пеленгов на источник излучения и дополнительной фильтрации с помощью рекуррентного фильтра нижних частот рассчитанных данных о дальности до источника излучения для устранения высокочастотных шумовых составляющих, а также учета времени, необходимого для выполнения крена самолета. Дополнительным техническим результатом является то, что простота указанных фильтров позволяет практически реализовать их в бортовой аппаратуре беспилотного летательного аппарата с ограниченными массогабаритными характеристиками.to the emitter by using a recurrent Wiener filter to evaluate the measurements of bearings to the emitter coming from the phase direction finder and additional filtering, using a recurrent low-pass filter, of the calculated range data to the emitter to eliminate high-frequency noise components, as well as taking into account the time required to perform aircraft roll. An additional technical result is that the simplicity of these filters makes it possible to practically implement them in the on-board equipment of an unmanned aerial vehicle with limited weight and size characteristics.

Claims (7)

Способ определения дальности до наземного источника излучения с самолета, оснащенного азимутальным фазовым пеленгатором, антенны которого размещены на законцовках крыла, заключающийся в обнаружении источника излучения, в полете в сторону источника излучения, в определении текущей высоты полета самолета, в измерении с помощью пеленгатора углов на источник излучения при отсутствии и после выполнения крена, измерении угла крена и в расчете с использованием полученных данных дальности до источника излучения, отличающийся тем, чтоA method for determining the range to a ground source of radiation from an aircraft equipped with an azimuth phase direction finder, the antennas of which are located at the wingtips, which consists in detecting a radiation source in flight towards the radiation source, in determining the current flight altitude of the aircraft, in measuring angles to the source using the direction finder radiation in the absence and after performing the roll, measuring the angle of roll and in the calculation using the obtained data of the range to the radiation source, characterized in that после измерения угла на источник излучения направляют самолет в его сторону таким образом, чтобы при горизонтальном полете угол между направлением полета самолета и пеленгом на источник излучения был не меньше 5°,after measuring the angle to the radiation source, the aircraft is directed towards it in such a way that during horizontal flight the angle between the direction of the aircraft flight and the bearing to the radiation source is not less than 5 °, продолжают полет в горизонтальной плоскости с постоянным курсом, совершая последовательные маневры в виде крена в разные стороны,continue flying in a horizontal plane with a constant heading, making successive roll maneuvers in different directions, при этом дискретно по времени на каждом i-ом шаге одновременно измеряют угол крена самолета и угол на источник излучения,at the same time, discretely in time at each i-th step, the aircraft roll angle and the angle to the radiation source are simultaneously measured, пересчитывают угол на источник излучения в предположении, что угол крена самолета равен нулю, по формуле
Figure 00000036
, где γi, θi - измеренные угол крена самолета и угол с вершиной в середине антенной базы между направлениями на источник излучения и на правую антенну фазового пеленгатора; Н - высота полета самолета;
Figure 00000037
- отфильтрованное на предыдущем шаге фильтром нижних частот значение дальности до источника излучения и прогнозируемое ее приращение
Figure 00000038
,
recalculate the angle to the radiation source under the assumption that the aircraft roll angle is zero, according to the formula
Figure 00000036
, where γ i , θ i - the measured roll angle of the aircraft and the angle with the vertex in the middle of the antenna base between the directions to the radiation source and to the right antenna of the phase direction finder; H - aircraft flight altitude;
Figure 00000037
- the value of the distance to the radiation source filtered at the previous step by the low-pass filter and its predicted increment
Figure 00000038
,
проводят оценку пересчитанного угла по рекуррентной формуле Винера
Figure 00000039
, где
Figure 00000040
- оценка пересчитанного угла на предыдущем шаге и прогнозируемое ее приращение
Figure 00000041
;
Figure 00000042
- коэффициент передачи фильтра Винера, σα - среднеквадратическая ошибка измерения пеленга на источник излучения, σξ - среднеквадратическое отклонение состояния системы,
evaluate the recalculated angle using the Wiener recursive formula
Figure 00000039
, Where
Figure 00000040
- estimate of the recalculated angle at the previous step and its predicted increment
Figure 00000041
;
Figure 00000042
- transmission coefficient of the Wiener filter, σ α - root-mean-square error of bearing measurement to the radiation source, σ ξ - standard deviation of the system state,
рассчитывают дальность до источника излучения по формуле
Figure 00000043
и осуществляют ее фильтрацию с использованием фильтра нижних частот по формуле
Figure 00000044
, где Di-1 - рассчитанная на предыдущем шаге дальность до источника излучения, Т - постоянная времени фильтра нижних частот, Δt - шаг дискретизации.
calculate the distance to the radiation source by the formula
Figure 00000043
and filter it using a low-pass filter according to the formula
Figure 00000044
, where D i-1 is the distance to the radiation source calculated in the previous step, T is the time constant of the low-pass filter, Δt is the sampling step.
RU2022116109A 2022-06-14 Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder RU2796121C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796121C1 true RU2796121C1 (en) 2023-05-17

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969676A (en) * 1997-09-30 1999-10-19 Honeywell Inc. Radio frequency interferometer and laser rangefinder/destination base targeting system
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
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
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
RU2617447C1 (en) * 2016-03-29 2017-04-25 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 of determining range to fixed radiation source by moving direction finder
RU2760975C1 (en) * 2021-02-25 2021-12-02 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 radiation source location from aircraft
RU2764149C1 (en) * 2021-06-24 2022-01-13 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969676A (en) * 1997-09-30 1999-10-19 Honeywell Inc. Radio frequency interferometer and laser rangefinder/destination base targeting system
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
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
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
RU2617447C1 (en) * 2016-03-29 2017-04-25 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 of determining range to fixed radiation source by moving direction finder
RU2760975C1 (en) * 2021-02-25 2021-12-02 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 radiation source location from aircraft
RU2764149C1 (en) * 2021-06-24 2022-01-13 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Angle-correlation method for determining the location of ground-based sources of radio emission

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10234292B2 (en) Positioning apparatus and global navigation satellite system, method of detecting satellite signals
EP0649034B1 (en) SAR/GPS inertial method of range measurement
US7764217B2 (en) Surface RF emitter passive ranging accuracy confirmation algorithm
US8717226B2 (en) Method for processing signals of an airborne radar with correction of the error in the radar beam pointing angle and corresponding device
US9285387B2 (en) In-flight pitot-static calibration
US9342988B2 (en) Method and device for determining a linear terrain profile along a lateral approach trajectory of an airport
RU2551355C1 (en) Method of coordinates determination of radio emission source
EP3581968A1 (en) Signal fault detection for global navigation satellite system using multiple antennas
RU2432580C1 (en) Method to determine coordinates of radio-wave radiation source in process of amplitude-phase direction finding on board of aircraft
US8791859B2 (en) High precision radio frequency direction finding system
IL104181A (en) Autonomous weapon targeting and guidance system using satellite array
CN108957433B (en) Bistatic radar high-precision distance measuring device and method
CN109937341A (en) The estimation of the position of oneself
RU2411538C2 (en) Method of determining error in measuring aircraft velocity with inertial navigation system and onboard navigation system for realising said method
KR20180000522A (en) Apparatus and method for determining position and attitude of a vehicle
US11668835B2 (en) GNSS spoofing detection using carrier-to-noise based monitoring
CN103675927A (en) Correction method for pendulum angle of receiving pod of airborne electromagnetic system in fixed wing aircraft
US9562788B1 (en) System and method for doppler aided navigation using weather radar
RU2796121C1 (en) Method for determining range to ground source of radiation from aircraft equipped with azimuthal phase direction finder
WO2021006243A1 (en) Method for estimating relative position between antennas, apparatus for estimating relative position between antennas, and program for estimating relative position between antennas
RU2388008C1 (en) Method of determining angular position of aircraft based on satellite navigation system receiver data
US8933836B1 (en) High speed angle-to-target estimation for a multiple antenna system and method
CN110388917B (en) Aircraft monocular vision scale estimation method and device, aircraft navigation system and aircraft
US10670396B2 (en) Multi-sensor target location registration
CN114545390A (en) Ground detection attitude determination method for radar carried by aircraft