Комплексный доплеровский измеритель скорости подвижного объекта

 

Изобретение относится к радиотехнике , а «менн о к доплеровским измерителям скорости подвижных объект ; тов. Целью изобретения является повышение точности иэмерени я путевой скорости полета подвижного объекта. В радиотехнический канал измерителя введены блоки вычитания 3-5, интегратор 6 и блок вычитания 7, что позволяет учесть и скомпенсировать траекторные неьтабильности подвижных объектов, вызванные турбулентной составляющей скорости ветра и флуктуациями тяги двигателей за счет формирования корректирующего сигнала и согласования полосы слеляшей системы с шириной спектра фильтруемого про- (скорости). Весовые усилителя 15 и 33, через которые в цепь слежения заводятся сигналы пропорфюнальные ошибкам слежения, с весами, дают возможность повысить устойчивость процесса слежения за измеряемым параметром . 1 ил. 1в 00 4 Ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕО1УБЛИН (Я)5

13 60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ (СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССОР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 30.09.92. Бал, М 36 (21) 3901282-22 (22) 28.05 ° 85 (72) М.С.Ярлыков, В.С.Артеменков, Ю.Н.Моисеенко, М;А.Миронов и Б.А.Полицук (53) 621.396.9(075)3(088.8) (56) Радиотехнические системы. Под равд. lO.М.Казаринова. - М.: Советское радио, 1968, с ° 221-233.

Авторское свидетельство СССР . В 1302870, кл. С 01 Б 13/60, 1984. (54) KOMIIJlEKCHbN ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИ ТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к радио-. технике, а именно к доплеровским измерителям скорости нодвивяых объек-. тов. Целью изобретения является повыюение точности измерения путевой ско„„SU„„1347721 А1 рости полета подвижного объекта.

В радиотехнический канал измерителя введены блоки вычитания 3 — 5, интегратор 6 и блок вычитания 7, что позволяет учесть H скомпенсировать траекторные нестабильности подвюкных объектов, вызванные турбулентной составляющей скорости ветра и флуктуациями тяги двигателей эа счет формирования корректирующего сигнала и согласования полосы слепящей системы с юириной спектра фильтруемого процесса (скорости). Весовые усилйтел»

15 и 33, через которые в цепь слакения заводятся сигналы, пропорциональные оюибкам слежения, с "весами", дают Возмовяость повысить устойчивость процесса слезжния за измеряемьи нараметром. 1 ил.!

347721

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в доплеровских измерителях скорости по-!

Двккных объектов, например летательных аппаратов (ЛЛ).

Целью изобретения является повышение точности измерения путевой скорости полета подвижного объекта °

На чертеже представлена структурная схема комплексного доплеровского измерителя скорости подвижного объекта.

Измеритель состоит из радиотехнического канала, включающего последовательно соединенные фазовый детектор (ФД) 1, первый усилитель 2, пя« тый Э, шестой 4, седьмой 5 блоки вы1О!

5 читания, четвертый интегратор 6, вось" мой блок 7 вычитания и первый инте- щ гратор 8, последовательно соединенные . первый весовой усилитель 9, вход ко" торого соединен с выходом ФД 1, первый блок 10 вычитания, фильтр верхних ! частот (ФВЧ) 11, второй блок 12 вычи- 25 танйя, управляющий элемент 13 и под» страиваемый генератор 14, выход которого соединен с вторым входом ФД 1, а восьмого блока 7 вычитания, уптавляемый усилитель 16, вход которого подключен к выходу четвертого интегратора 6, а выход — к входу вычитаемого седьмого блока S вычитания, последовательно соединенные девятый блок 17 вычитания, вход умепьшаемого которого соединен с выходом второго блока 12 вычитания, и второй масштабирующий усилитель 18, выход которого соединен с входом вычитаемого шестого блока 4 вычитания, и нерадиотехнический ка40 нал, включающий последовательно соединенные третий блок 19 вычитания, выход уменьшаемого которого является вторым выходом устройства, второй усилитель 20, первый сумматор 21 и второй интегратор 22, вьмод которого соединен с входом вычитаемого девятого блока 17 вычитания, последовательно 50 соединенные четвертый блок 23 вычитания и первый масштабирующий усилитель 24, выход которого подключен к входу вычитаемого третьего блока 19 вычитания, последовательно соединенные третий усилитель 25, второй сумматор 26, третий интегратбр 27, выход которого подключен к входу вычитаемого четвертого блока 23 вычитания, выход последнего через третий весовой усилитель 15 - с входом вычитаемого 30 последовательно соединенные четвертые усилитель 28, третий сумматор 29 и фильтр нижних частот (Ф!!Ч) 30, выход которого соединен с первым входом уменьшаемого четвертого блока 23 вычитания, а второй вход уменьшаемого последнего соединен с выходом второго блока 12 вычитания, при этом выход третьего блока 19 вычитания подключен к входам третьего 25 и четвертого 28 усилителей, а через второй 31, четвертый 32 и пятый 33 весовые усилители — к входам уменьшаемого соответ " ственно первого 10, пятого 3 и восьмого 7 блоков вычитания, выход ФД 1 соответственно через первый 34, второй 35 и третий 36 усилители коррекции подключен к вторым входам первого 2 1, второго 26 и третьего 29 сумматоров, десятый блок 37 вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого ко" торого соединены соответственно с вы" ходами второго блока 12 вычитания и третьего интегратора 27, а его выход подключен к управляющему входу управляемого усилителя 17, причем выходом комплексного доплеровского измерителя путевой скорости подвижного объекта является выход второго блока 12 вычитания, а первым входом

Ф первый вход фазового детектора 1.

Устройство работает следующим obразом.

Входной радиосигнап (,(t), содержащий информацию о путевой скорости, и сигнал с выхода подстраиваемого генератора 14 поступают па ФД 1. Выходное напряжение ФД 1 определяется рассогласованием Фаз сигнала ((t) и подстраиваемого генератора 14. Сигнал ошибки с выхода ФД 1 через первый усилитель 2 подается на вход вычитаемого пятого блока 3 вычитания, на. вход уменьшаемого которого через четвертый весовой усилитель 32 с выхода третьего блока !9 вычитания поДается напря:кение, пропорциональное ошибке слежения нерадиотехнического канал, Указанная ошибка слежения формируется в блоке 19 вычитания и равна разности между наблюдаемым сигналом (<(t) на выходе измерителя скорости, например канала скорости системы воздушных сигналов (СВС), и опорным сигналом (), формируемым в нерадиогехническом канале рассматриваемого измерителя. Результирующее напряжение сигнала ошибки с выхода пятого бло3 134772 ка 3 вьв-лтания подается на вход уменьшаемого шестого блока 4 вычитания.

На его вход вычитаемого с выхода второго масштабирующего усилителя 18 в

5 соответствии с выражением (1) подается напряжение, проп..1рц" овальное оценочному значению флуктуационной составляющей дИ"=W*-W+ путевой скорости. о

15 где * — знак оценки; слежения за измеряемым павигационным параметром, а также и точность его измерения. Далее выходное напряжение восьмого блок» 7 вычитания подается на вход первого интегратора 8, С выхода первого ингегратора 8 снимается напряжение, пропорциональное путевой скорости подвижного объекта, и с целью компенсации содержащейся в нем флуктуационной ошибки Г,„, обусловленной неоднородностью облучаемой площадки земной поверхности, подается на вход уменьшаемого второго блока 12 вычитания. На его вход вычитаемого с выхода ФВЧ 11 подается напряжение, пропорциональное оценочному значению

Е . Оценочное значение Е ошибки Е формируется с помощью цепочки, состоящей из последовательно соединенных первого весового усилителя 9, вход которого соединен с выходом фазового детектора 1, первого блока 10 вычитания, суммирующий вход которого через второй весовой усилитель 31 соединен с выходом третьего блока 19

dW

--=а

dt с1а

dt

--=-((+р)-dg>(W W )+ 2Hiis

dW

---=0

dt (1) W — постоянная составляющая путео вой скорости;

n(t) — белый гауссовский шум с нулевым математическим ожиданием и единичной интенсивностью; среднеквадратическое значсние

1Л скорости турбулентности - лежит в пределах 0,4 — 2,7 м/с; — параметр, характеризующий ши- 25

1. рину спектра турбулентной составляющей скорости ветра;

V — воздушная скорость;

L — масштаб турбулентности (L=2001000 м), 30 параметры а и 1«изменяются в зависимости от масштаба турбулентности, от высоты и скорости полета JIA, a также зависят от типа ЛА. Так, например, для H=O-!8 км, М=0,3-1,95 и L=2001000 м диапазон изменения К =0,0030,069 с и < =0,1-3 с .

Такое введение корректирующего сигнала позволяет повысить точно rb слежения эа измеряемым навигационным 4О параметром W и компенсировать траекторные нестабильности ЛА. С выхода шестого блока 4 вычитания напряжение сигнала ошибки подается на вход умень шаемого седьмого блока 5 вычитания, 45 являющегося входом фильтра нижних частот с регулируемой полосой пропускания. Этот ФПЧ 30 представлчет собой интегратор с регулируемой отрицательной обратной связью и содержит последовательно соединенные седьмой блок 5 вычитания, четвертый интегратор б и управляемый усилитель 16, выход которого подключен к входу вычитаемого седьмого блока 5 вычитания.

Выходом указанного ФНЧ является выход четвертого инт гратора 6, который соединен с первым вхоп >и уменьшаемого восьмого блока 7 вычитания. Унравляю1 шип вход управчя"мого усигчт ля соединен с вчходом десятого блока 3? вычитания, с выхода котсрого та i:åãñ подается напряжение, пропорциональное

r.öåíKå воздушной скорости 17"=У"-U* полета JIA. Эiî и»прял ение используется для автоматической регулировки полосы пропускания ФНЧ (и в целом всего радиотехнического канала) в соответствии с равенством * д 1=1

L (2) Тем самым обеспечивается согласование полосы пройусканпя следящей системы с шириной спектр" фильтруемого процесса (1), что в оеэультате обеспечивает в широком диапазоне скоростей полета ЛА минимал»ную ошибку измерения era путевой скорости. С выхода четвертого интегра1ора 6 напряжение, пропорциональное скорости изменения путевой скорости, подается на первый вход уменьшаемого восьмого блока 7 вычнтапия. На его вход вычитаемого и второй ихоц уменьшаемого с выходов ФД 1 и третьего блока 19 вычитания соответстгенно через третий

15 и пятый 33 весовые усилители подаются напряжения, пропорциональнь1е соответствующим сигнал»и ошибок слежения, с весами, определяемыми коэффициентами переда;и указанных ускорителей. Это повьш ает устойчивость

5 13477 вычитания. Напряжение, пропорциональное, во втором блоке 12 вычитания

4l испольэуется для компенсации ошибки

В результате этого с выхода вто"

u 5 рого блока 12 вычитания снимается напряжение, пропорциональное путевой

1 скорости подвижного объекта не соУ держащее укаэанной ошибки. Напряжение с выхода второго блока 12 вычитания используется для подстройки через управляющий элемент 13 подстраиваемого генератора 14, уменьшая тем самым сигнал ошибки на выходе ФД 1, и для

/ более точного формирования в нерадио- 1В техническом канале опорного сигнала

P (t) .

На вход уменьшаемого третьего блока 19 вычитания поступает сигнал ((t), снимаемый с канала скорости, например, СВС. Этот сигнал несет информацию о путевой скорости подвижного объекта, хотя и с большимн ошибками по сравнению с радиотехническим измерителем. Эти ошибки обусловлены 25 наличием ветра и собственными ошибка- . ми автономного нерадиотехнпческого измерителя скорости, например, СВС.

При этом укаэанные ошибки имеют отличительные от ошибок радиотехнического Зп измерителя природу происхождения и энергетические спектры, что н предопределяет воэможность их уменьшения.

При этом должно быть выполнено преобраэование спгпала с выхода канала скорости СВС к системе координат радио35 технического измерителя. На вход вычитаемого третьего блока 19 вычитания с выхода первого масштабнрующего усилителя 24 поступает опорный сигнал (). В результате этого на выходе третьего блока 19 вычитания формирует ся сигнал ошибки, который через соответствующие весовые усилители подается в радиотехнический канал, что 1 позволяет сузить (беэ увеличения динамических ошибок) его пропускание, повысить устойчивость в работе радиотехнического канала и точность слежения в нем эа измеряемым навигацион- ВО ным параметром. Кроме того, указанный сигнал через второй 20, третий 25 и четвертый 28 усилители подается на первые входы соответственно первого

21, второго 26 и третьего 29 суммато- ров, на вторые входы которых поступают корректирующие сигналы, снимаемые с выхода ФД 1, с "весами", определяемыми коэффициентами передачи соответ21

6 ствующих усилителей 34 — 36 коррекции.

Скорректированные сигналы с выходов сумматоров 21, 26 и 29 через интеграторы 22 и 27 и ФНЧ 30 поступают на входы вычитаемого девятого 17, четвертого 23 блоков вычитания и первый вход уменьшаемого блока 23 вычитания.

На вход уменьшаемого девятого блока

17 вычитания подается с выхода второ-. го блока 12 вычитания напряжение, пропорциональное оценочному значению

W*. В результате этого на выходе блока 17 вычитания формируется напряже" ние, пропорциональное дW*=W*-W +, и через второй масштабирующий усилитель

18 подается на вход вычнтаемого шестого блока 4 вычитания. С выходов второго блока 12 вычптания и третьего интегратора 27 на входы уменьшаемого и вычитаемого десятого блока 37 вычитания подаются напряжения, соответственно пропорциональные оценочным значениям W* и U+. В результате этого на выходе блока 37 формируется напряжение, пропорциональное V*=W*-U*, которое далее в соответствии с (2) используется для автоматической регулировки усиления управляемого усилителя 16, включенного в цепь отрицательной обратной связи интегратора. Кроме того, напряжение с выхода второго блока 12 вычитания, как указывалось выше, подается также на второй вход уменьшаемого четвертого блока 23 вычитания, выходное напряжение которого через масштабирующнй усилитель 24 в качестве опорного сигнала ф (t) подается

2 на вход вычитаемого третьего блока 19 вычитания.

Формула изобретения

Комплексный доплеровский измеритель скорости подвйжного объекта, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, первый вход которого является первым входом устройства, первый усилитель и первый интегратор, последовательно соединенные первый весовой усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, первый блок вычитания, фильтр верхних частот и второй блок вычитания, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные управляющий элемент и подстраиваемый генератор, выход которого соединен с вторым входом фазово1347721

8 вертый интегратор и восьмой бябк г ачитапия, включенные между,ых ом первого усилителя и входом нерв :-о интегратсра, выход которого соединен с входом уменьшаемого второго блока вычитали», вьход которого подключен к входу управляющего элемента и к второму вхсру уменьшаемого четвертого блока вычитан и, управляемый усили тель, вход которого подключен к выходу четвертого интегратора, а выход— к входу вычитаемого седьмого блока вычитания, третий весовой усилитель, который включен между выходом фазового детектора и гходом вычитаемого восьмого блока вычитания, четвертый и пятый весовые усилители, входы которых соединены с выходом третьего

2О блока вычитания, а выходы- с входами уменьшаемого соответственно пятого и восьмого блоков вычитания, последовательно соединенные девятый блок вычитания и второй масштабнрукщий усилитель, вы25 ход которого соединен с входом вычитаемого шестого блока вычитания, при эток вход уменьшаемого девятого блока вычитания, а вход вычитаемого—

ыходом второго интегратора, деся О тый блок вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены соответственно с выходами второго блока вычитания и третьего интегратора, а выход подключен к управляющему входу управляемого усилителя., ro детек гора, посчедовательно соединенные третий блок Вычитания, вход уменьшаемого которого является вторым,входом устройства, второй усилитель, первый сумматор и второй интегратор, последоватея=но соединеншяе четвертый блок вычитания и первый масштабирующий усилитель, выход которого подключен к входу вычитаемого третьего блока вычитания, последовательно соединенные третий усилитель„ второй сумматор и третий интегратор, выход которого подключен к входу вычитаемого че гвертого блока вычитания, последовательно соединенные четвертый усилитель, третий сумматор и фильтр нижних частот, выход которого соединен с первым входом уменьшаемого четвертого блока вычитания, при этом выход третьего блока вычитания подключен к входам третьего и четвертого усилителей, а также к входу второго весового усилителя, выход которого соединен с входом уменьшаемого первого блЬка вычитания, выход фазового детектора соответственно через первый, второй и третий усилители коррекции подключен к вторым входам первого, второго и третьего сумматоров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путевой скорости, в него введены последовательно соединенные пят Я, шестой, седьмой блоки вычитания, чет-

Составитель В.Зерюкаев

Редактор М.Кузнецова Техред Д.Олийнык Корректор Л.Пилипенко

Тираж Подписное

:.ЛИИПИ Государственного комитета СССР по лелам изобретений и открытий

1l30>5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4056

Производственно -лолигра"и"- " предприятие, r.Óêroðoä, ул.Проектная, 4