Радиотехническая система навигации летательных аппаратов

 

Сущность изобретения: радиотехническая система навигации летательных аппаратов содержит азимутально-дальномерный радиомаяк 1, приемную антенну 2, два приемника 3, 7, передатчик 5, блок 4 измерения азимута и дальности, передающую антенну 6, блок 8 передачи данных, измеритель 9 временных интервалов, вычислительный блок 10 и дешифратор 11. 2 - 3 - 4 - 8 - 5 - 6, 2 - 7 - 9 - 10, 7 - 11 - 10, 4 - 5, 3 - 8. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для навигационного обеспечения летательных аппаратов (ЛА) всех классов и назначения, в частности низколетящих ЛА.

Известны импульсные радиотехнические системы определения местоположения подвижных объектов, использующие разностно-дальномерный принцип (см., например, Г.П.Астафьев, В.С.Шабшаевич, Ю.А.Юрков, Радионавигационные устройства и системы. М.: Сов.радио, с.656), состоящие из бортовых приемоиндикаторов, расположенных на подвижных объектах, и цепочки синхронизированных стационарных наземных станций.

Известны также спутниковые разностно-дальномерные и псевдодальномерные радионавигационные системы (Радиотехнические системы. /Под ред.Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1990, с.302-321), включающие, кроме бортовых измерителей, созвездие активных спутников и сеть наземных контрольных станций. Указанные системы обладают достаточно высокой точностью определения местоположения, большой дальностью действия и обеспечивают навигацию низколетящих ЛА.

Недостатки этих систем: значительная сложность и стоимость, а также высокая уязвимость с военной точки зрения.

Известны и широко эксплуатируются радиотехнические системы ближней навигации (РСБН) ЛА, построенные по азимутально-дальномерному принципу (см. Современные системы ближней радионавигации летательных аппаратов. / Под ред. Г.А.Пахолкова. М.: Транспорт, 1986), состоящие из наземного радиомаяка и оборудования, установленного на борту ЛА. Бортовое оборудование, включающее приемник, передатчик и блок измерения обеспечивают измерение дальности методом запрос-ответ (роль ответчика выполняет наземный радиомаяк) и азимута на борту путем измерения временного интервала между моментами разворота равномерно вращающейся направленной антенны наземного радиомаяка на север ("северный сигнал", формируемый как результат совпадения всенаправленно излучаемых радиомаяком "опорных" сигналов) и на данный ЛА (азимутальный сигнал).

Известна модификация системы РСБН, бортовое оборудование которой содержит дополнительные блок аппаратуры передачи данных (АПД) и приемник, работающий на частоте бортового передатчика, обеспечивающие обмен информацией между ЛА, работающими в системе, или между каждым ЛА и наземным радиомаяком. Эта модификация аппаратуры является прототипом изобретения.

Простота и малая стоимость оборудования РСБН обусловили его широкое распространение (в эксплуатации находятся несколько тысяч наземных радиомаяков и десятки тысяч бортов). Большое количество радиомаяков обеспечивает его малую уязвимость в условиях боевых действий. Однако дальность действия системы РСБН ограничена радиогоризонтом (500 км на высоте 20000 м и около 30 км на высоте 50 м) и на малых высотах полета ЛА оказывается существенно ниже предельной дальности, определяемой линией связи (500 км).

Цель изобретения - увеличение дальности действия системы на малых высотах.

Это достигается тем, что в состав бортового оборудования системы РСБН, содержащего последовательно соединенные приемную антенну, первый приемник, блок измерения, передатчик и передающую антенну, подключенный к приемной антенне второй приемник, а также блок АПД, первый вход которого подключен к выходу первого приемника, а выход - к второму входу передатчика, введены измеритель временных интервалов, вычислитель и дешифратор, причем входы измерителя временных интервалов и дешифратора подключены к выходу второго приемника, выходы измерителя временных интервалов и дешифратора - к соответствующим входам вычислителя, а второй вход блока АПД соединен с вторым выходом блока измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что ЛА, не имеющие связи с наземным радиомаяком, определяют свое местоположение разностно-дальномерным методом по сигналам АПД трех ЛА, имеющих в данный момент времени связь с радиомаяком и жестко синхронизированных его опорными сигналами. Ввиду того, что ЛА этой группы находятся выше над поверхностью земли, чем антенны радиомаяка, границы радиогоризонта существенно раздвигаются и дальность действия системы резко увеличивается.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы.

Она состоит из азимутально-дальномерного радиомаяка РСБН 1 и четырех или более ЛА, бортовое оборудование которых включает последовательно соединенные приемную антенну 2, первый приемник 3, блок измерения 4, передатчик 5 и передающую антенну 6. Кроме того, в состав бортового оборудования входят подключенный к приемной антенне второй приемник 7, соединенные с ним последовательно измеритель временных интервалов 9 и вычислитель 10, а также блок аппаратуры передачи данных 8, первый вход которого подключен к выходу первого приемника 3, второй вход - к выходу блока измерения 4, а выход - к второму входу передатчика 5, и дешифратор 11, вход которого соединен с выходом второго приемника 7, а выход - с вторым входом вычислителя 10.

Система работает следующим образом.

Азимутальные и опорные сигналы радиомаяка 1 через приемную антенну 2 и приемник 3 попадают на вход блока измерения 4, на выходе которого образуется измеренное значение азимута данного ЛА относительно наземного радиомаяка. Кроме того, блок измерения 4 формирует и через передатчик 5 и антенну 6 излучает запросные сигналы дальности, которые ретранслируются наземным радиомаяком, через приемную антенну 2 и приемник 3 попадают на вход блока измерения 4, а последний образует на выходе измеренное значение дальности от данного ЛА до наземного радиомаяка.

Измеренные значения азимута и дальности с выхода блока измерения поступают на вход блока аппаратуры передачи данных 8, где они кодируются и через передатчик 5 и передающую антенну 6 излучаются в эфир в виде импульсной посылки, привязанной к одному из двухградусных опорных сигналов наземного радиомаяка, появившихся на выходе приемника 3. Таким образом работают все ЛА, имеющие непосредственный радиоконтакт с наземным маяком. Эти ЛА работают в обычной системе РСБН. Единственное отличие - обязательное наличие информации об азимуте и дальности в информационной посылке системы-прототипа. При этом все ЛА, в том числе и не имеющие в данный момент времени связи с наземным радиомаяком, принимают сигналы других ЛА, работающих в данный момент времени с наземным радиомаяком с помощью приемника 7.

Принятые сигналы с выхода приемника 7 попадают на измеритель временных интервалов 9, один из вариантов реализации которого - последовательно соединенные дешифратор кода номера ЛА и преобразователь время-цифровой код, определяющий разницу во времени прихода сигналов АПД от различных ЛА. Значения разностей поступают в вычислитель 10 (в случае, если блок 9 выполнен в указанном варианте, вычислитель 10 представляет собой цифровое вычислительное устройство). С другой стороны информационная посылка с приемника 7 поступает на вход дешифратора 11, идентичного дешифратору, установленному в блоке АПД (блок АПД представляет собой шифратор-дешифратор с цепями коммутации, управления, накопления и "упаковки" передаваемой и принимаемой информации), декодируется в нем и данные о координатах ЛА (R, Q), сигналы которого принимаются в данный момент времени, также попадают на вход вычислителя 10. Функции вычислителя 10 сводятся к расчету координат Х₀, У₀ ЛА, на котором он установлен, по координатам Х_м, У_м наземного радиомаяка РСБН, полярным координатам R₁, Q₁, R₂, Q₂ и R₃, Q₃относительно точки установки наземного радиомаяка трех ЛА, имеющих в данный момент времени связь с этим радиомаяком, и разностям t₁₂, t₁₃времени прихода сигналов АПД соответственно от первого-второго и первого-третьего ЛА с использованием известных разностно-дальномерных алгоритмов. Координаты Х₀, У₀ могут быть вычислены путем решения системы двух уравнений с двумя неизвестными - t -, где с - скорость распространения радиоволн.

Поскольку любой ЛА находится на некоторой высоте относительно земли, то радиогоризонт, ограничивающий дальность действия системы РСБН, применительно к работе ЛА между собой резко расширяется. Соответственно увеличивается и зона действия предлагаемой системы, т.е. достигается требуемый положительный эффект. Например, если некоторый ЛА находится на высоте Н₁ = 50 м, а высота подвеса антенны наземного радиомаяка составляет Н₂ = 2 м, то максимальная дальность действия практически определяется радиогоризонтом и составит в диапазоне РСБН Д_км=4,12(+ =4,12(+)=34,9 км Если работа ведется с другим ЛА, находящимся на высоте Н₃ = 100 м, то дальность действия здесь составит Д_км=4,12(+ =4,12(+)=70,3 км, т.е. возрастает более чем в два раза. Так как, как правило, ЛА-ретранслятор находится на большей высоте, то дальность навигационного обеспечения низколетящих ЛА возрастает еще более существенно.

В результате сравнительно дешевыми техническими средствами обеспечивается навигационное обслуживание низколетящих ЛА, что особенно актуально для вертолетов, практически не имеющих необходимых радионавигационных средств.

Формула изобретения

РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, содержащая наземный азимутально-дальномерный радиомаяк радиотехнической системы ближней навигации и бортовое оборудование n летательных аппаратов, где n ≥ 4, каждое из которых содержит последовательно соединенные приемную антенну, первый приемник, блок измерения азимута и дальности, передатчик и передающую антенну, второй приемник, вход которого соединен с выходом приемной антенны, блок передачи данных, первый вход которого подключен к выходу первого приемника, а выход - к второму входу передатчика, отличающаяся тем, что, с целью увеличения дальности действия, в состав бортового оборудования каждого летательного аппарата введены измеритель временных интервалов, дешифратор и вычислительный блок, входы измерителя временных интервалов и дешифратора объединены и подключены к выходу второго приемника, а их выходы подключены к соответствующим входам вычислительного блока, второй вход блока передачи данных подключен к второму выходу блока измерения азимута и дальности.

РИСУНКИ

Рисунок 1