Устройство управления положением диаграммы направленности антенны подвижного объекта

 

Изобретение относится к устройствам управления и стабилизации измерительных устройств на качающемся основании и может быть использовано для управления лучом антенны радиолокационной станции. Целью изобретения является повышение точности устройства при любых продольных и поперечных наклонах объекта. Устройство содержит датчики продольного и поперечного наклона (1, 2), задатчики угла азимута и угла наклона (3, 4), три блока вычисления синуса и косинуса (5, 6, 7), четыре блока умножения (9,10,11,14), два сумматора (12, 17), блок вычисления синуса (6), блок вычисления арктангенса отношения (13), блок вычисления арксинуса (16), блок вычисления косинуса (15), приводы по наклону и азимуту

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 D 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

У) (21) 4832816/24 (22) 09.04.90 (46) 30.03.93. Бюл. № 12 (71) Производственное объединение "Коммунист" (72) Ю.М. Жигулин и М.Ю. Косюк (56) Гитис Э,И. Электрорадиоавтоматика.

M.: Госэнергоиздат, 1959, с. 36.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1146614, кл. G 01 S 3/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к устройствам управления и стабилизации измерительных устройств на качающемся основании и мо,, БЫ„„1805451 А1 жет быть использовано для управления лучом антенны радиолокационной станции.

Целью изобретения является повышение точности устройства при любых продольных и поперечных наклонах объекта. Устройство содержит датчики продольного и поперечного наклона (1, 2), задатчики угла азимута и угла наклона (3, 4), три блока вычисления синуса и косинуса (5, 6, 7), четыре блока умножения (9,10, 11, 14), два сумматора (12, 17), блок вычисления синуса (6), блок вычисления арктангенса отношения (13), блок вычисления арксинуса (16), блок вычисления косинуса (15), приводы по наклону и азимуту (18, 19). 1 — 5 — 9 — 13 — 15 — 14 — 16 — 17, 2 — 6 — 9, 5—

11 — 12, 5 — 10 — 12, 6 — 9, 6 — 11, 7 — 10, 7 — 11, 4 — 8—

14 — 16 — 17 — 18, 9 — 14, 12 — 13, 3 — 19, 13 — 17, 2 ил.

1805451

Изобретение относится к устройствам управления и стабилизации измерительных устройств на качающемся основании и может использоваться для управления лучом антенны радиолокационной станции (РЛС), имеющей две степени свободы.

Цель изобретения — повышение точности управления антенной по углу места при любых продольных и поперечных наклонах объекта.

Рассмотрим задачу преобразования координат.

На фиг. 1 показаны инерциальная (земная) система координат 0 фц(, и система координат OXYZ, связанная с подвижным объектом. Взаимное положение осей

0 g g (и OXYZ определяется с помощью углов ф,0,y. Полагаем, что ось диаграммы направленности антенны РСЛ совмещена с ориентиром G. Тогда положение ориентира относительно системы координат OXYZ характеризуется двумя углами: а — курсовым углом ориентира в плоскости OXYZ и (руглом наклона. Введем систему координат

0 1 ц1 (, 1, полученную поворотом системы

0(ц(на угол ф относительно оси Оц, Преобразование координат из системы

OXYZ к системе 0 1r/< (1 задается с помощью матрицы направляющих косинусов сов Р - 5 п Уco& 5(n 5)n g

А=,„А = cin coseco5f -co555inf ю

0 5in g сов.)) (1) Зная матрицу (1), определим связь между координатами у, а и KYO, +aq — соответственно, курсовым углом ориентира и углом места ориентира. Для этого воспользуемся методом аналитической геометрии. Обозначим единичный вектор ОН направления на ориентир G через О. Найдем проекции вектора D на оси (1, r/1, (< .О. = cos(KYO)cos фзад, D„-.= sin фзад D.;- = sin(KYO)cos рзад найдем проекции вектора D на оси Х, Y Z:

Ох = cos а cos р; Dv = sin р; Dz=

=sin acosp

Учитывая матрицу перехода от системы координат OXYZ к системе 0 1 зр (, 1 (1), можно записать ((1, r/i, (i) = А(Х, У, 2) или, подставив в уравнение значения координат вектора ОО со5(0)со5щьод со51 -sinvc-sr sinvsinp icoscccos

5 О Ч од = S)О 13 COS>COSj .COSOSinr Sing

s n(Ê÷Î)ñosc) ù О sin3 cos I since cosy

Перемножив матрицы, получим систему уравнений:

ОО5(М50)ОО5 д COSVCOSCCCOS+-51О1ФООЯ5ЮЧ+

+ 5inv Sing 5)о cl, costs

sine)soc -5 оОсо5к со5ц t cosvcosJ sin(P-CO5V 5)ПГ5(ОCI ОО5(f

5(о (к50) оо5 5о„sin)(sinqicosr Sin cccoscp.

Формулу для расчета угла наклона, поворот на который стабилизирует ось диаграммы

10 направленности под углом к горизонтальной плоскости, равным р„д, получим из второго уравнения системы (2), разрешив

его, используя известные соотношения тригонометрии относительно р:

15 р = arcsin

)-С, (3) < sin sin + сов sin а cos где

cos равд

Поставленная цель изобретения достигается тем, что в устройстве управления положением диаграммы направленности антенны подвижного объекта, основанном на косвенной стабилизации антенны, содержащем привод по углу азимута а, привод по углу наклона р, на вход которого подается сигнал, получаемый преобразованием сигналов с датчиков продольного и поперечного наклонов объекта, задатчиков угла а и

40 угла заданного наклона р,д, новым является то, что выходы задатчика угла сканирования а датчиков продольного и поперечного наклонов подвижного объекта соединены с входами блоков вычисления

45 синусов и косинусов, выходы этих блоков соединены со входами трех блоков умножения, в первом блоке умножения перемножаются cos 0u cos y,âî втором

cos a u sin О, в третьем

sin а, cos Ou sin y, выходы второго и третьего блоков подключены ко входу сумматора, выходы сумматора и первого блока умножения соединены со входами блока вычисления арктангенса их отношения, выход блока

55 арктангенса соединен со входом блока вычисления косинуса, выход задатчика угла наклона соединен со входом блока вычисления синуса, выходы блока вычисления синуса, блока вычисления косинуса, первого блока умножения соединены со входами где А = cos0 cosy; В = cosasin0—

20 — sin аcos Оsin у; С = arctg(B/А).

При известных углах рзад и р, КУО, выдаваемый на индикатор, можно вычислять по формуле, получаемой из третьего уравнения системы (2);

KYO = arcs in(F), 1805451 четвертого блока умножения, выход которого соединен с блоком вычисления арксинусов, выход которого и выход блока арктангенса соединены со входами второго сумматора, выход сумматора соединен с 5 входом привода антенны по углу наклона р, вход привода антенны по углу азимута а соединен с выходом задатчика угла а, приводы поворачивают антенну в положение, соответствующее сигналам на их вхо- 10 дах, тем самым стабилизируя положение диаграммы направленности.

Авторами выявлено применение блоков, из которых состоит устройство, в различных областях техники. Однако их 15 совокупное применение и взаимосвязи в предлагаемом устройстве позволяют получить новое качество системы косвенной стабилизации антенны подвижного объекта, заключающееся в точной стабилизации оси диаграммы направленности в пространстве при любых величинах углов продольного и бокового наклона подвижного объекта.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлены системы координат, в которых стабилизируется и управляется антенна; на фиг, 2 — структурная схема, реализующая способ, где 1, 2 — соответственно датчики продольного и поперечного наклонов подвижного объекта; 3, 4— соответственно задатчики углов азимута и наклона; 5, 6, 7 — блоки вычисления синусов и косинусов; 8 — блок вычисления синусов;

9, 10, 11, 14 — блоки умножения; 12, 17— сумматоры; 13 — блок вычисления арктангенса; 15 — блок вычисления косинусов; 16— блок вычисления арксинуса; 18, 19 — соотB8TcTBGHHo приводы антенны по наклону и азимуту; 20 — антенна, Устройство работает следующим образом.

В процессе эволюции носителя, на котором установлена антенна, возникающие при этом продольные и поперечные отклонения от установившегося состояния меняют положение диаграммы направленности в пространстве. Для возвращения луча в прежнее положение формируют сигнал, пропорциональный углам наклона носителя, разворота антенны по азимуту и заданному углу наклона. С этой целью сигналы с датчиков продольного 1 и поперечного 2 наклона чосителя, задатчика угла азимута 3 подаются соответственно на блоки вычисления синусов и косинусов 5, 6, 7, на выходе которых снимаются сигналы, пропорциональные синусам и косинусам этих углов.

Сигналы с блоков 5, 6, 7 подаются в блоки умножения 9, 10, 11, реализованные, например, на умножителях типа 525ПС2, в которых вычисляются, соответственно

А = cos Осоз у, 0 = cos а sin 0, E = sin а cos 0 sin у, Сигналы с выходов блоков 10, 11 подаются на сумматор 12, на выходе которого получают их разность, сигнал, пропорциональный этой разности, и сигнал с выхода блока умножения 9 подаются в блок вычисления арктангенса 13, осуществляющий операцию

С = aI.cog —, сигнал с выхода блока арктанВ генса 13 подается на вход блока вычисления косинуса 15, Сигнал с задатчика угла наклона 4 подается в блок вычисления синуса, выходной сигнал которого, а также сигналы с выходов блока умножения 9 и блока вычисления косинуса 15 подаются в блок умножения 14, осуществляющий операцию (sin р,.,cos С)И

Выходной сигнал с блока 14 подается в блок вычисления арксинуса, выход которого и выход блока 13 подаются на сумматор 17, где вычисляется их разность. Сигнал с выхода сумматора 17 подается на следящий привод по углу наклона 18, а сигнал с задатчика угла азимута подается на следящий привод 19, Приводы отрабатывают заданные углы и антенна 20 устанавливается в положение, стабилизирующее диаграмму направленности.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными является точная стабилизация оси диаграммы направленности антенны в заданном пространственном положении при любых величинах углов продольного и поперечного наклонов носителя.

Экономический эффект образуется за счет точной стабилизации диаграммы направленности, позволяющей точнее определять координаты ориентиров, а следовательно, сокращать длину пути транспортного средства за счет более точной навигации (спрямление траекторий полета).

Формула изобретения

Устройство управления положением диаграммы направленности антенны подвижного объекта, содержащее привод по углу азимута и привод по углу наклона, выходы которых являются выходами устройства, датчики продольного и поперечного наклона объекта, задатчики угла азимута и заданного наклона, входы которых являются входами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я

1805451 тем, что, с целью повышения точности устройства при любых продольных и поперечн ы м наклонах объекта, в него дополнительно введены блоки умножения, блоки вычисления синусов и косинусов, арктангенсов, арксинусов, косинусов, синусов и алгебраические сумматоры, причем выходы датчиков продольного наклона и задатчика угла азимута подключены соответственно к входам первого, второго и третьего блоков вычисления синуса и косинуса, второй выход первого из которых подсоединен к первым входам первого и третьего блоков умножения, первый выход — к первому входу второго блока умножения, второй и первый выходы второго блока вычисления синуса и косинуса подсоединены соответственно ко вторым входам первого и третьего блоков умножения, первый и второй выходы третьего блока вычисления синуса и косинуса — соответственно к второму входу второго блока умножения и третьему входу третьего блока умножения, выход которого и выход второго блока умножения соединены с входами первого алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым входом блока вычисления арктан5 генса отношения, второй вход которого подключен к выходу первого блока умножения, соединенному с первым входом четвертого блока умножения, выход блока вычисления арктангенса отношения соединен с первым

10 входом второго алгебраического сумматора и с входом блока вычисления косинуса, выход которого подключен к второму входу четвертого блока умножения, третий вход которого подключен к выходу блока вычис15 ления синуса, вход которого соединен с выходом задатчика угла наклона, выход четвертого блока умножения подсоединен к входу вычисления арксинуса, выход которого соединен с вторым входом второго алгеб20 раического сумматора, выход которого связан с приводом по наклону, а вход привода азимута соединен с выходом задатчика угла азимута.