Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации



Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации
Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации

 


Владельцы патента RU 2489730:

Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к радиоэлектронным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения летательных аппаратов. Технический результат - повышение точности измерения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации. Для достижения данного результата линейную скорость летательного аппарата определяют через проекции ее вектора на горизонтальную и вертикальную плоскости. При этом в каждый k-й момент времени используют данные, которые поступают от телевизионной системы, входящей в состав оптико-электронной системы, и от теплопеленгатора, входящего в состав оптико-электронной системы. Кроме этого, используют текущие значения углов рыскания летательного аппарата и углов тангажа летательного аппарата в k-й и (k-1)-й моменты времени соответственно. Определяют угловую скорость изменения угла рыскания летательного аппарата ωψk и угловую скорость изменения угла тангажа летательного аппарата ωϑk в k-й момент времени. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к радиоэлектронным системам измерения координат и параметров движения и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения (РЭСС).

Известен способ измерения радиальной составляющей линейной скорости летательного аппарата (ЛА) с использованием доплеровского смещения частоты (см. Финкельштейн, М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983. - 386 с).

Сущность данного способа состоит в следующем. Определение радиальной составляющей линейной скорости ЛА Vp основано на измерении радиолокационной станцией (РЛС) доплеровского частотного сдвига fд принимаемых сигналов относительно колебаний, генерируемых передатчиком РЛС:

V p = 0 , 5 λ f д , ( 1 )

где f д = f 0 f ; ( 2 )

λ - рабочая длина волны РЛС; f0 - частота отраженных от ЛА колебаний; f - частота излучаемых РЛС колебаний.

Недостатком указанного способа является отсутствие возможности измерения линейной скорости ЛА, так как используемые в них физические явления позволяют измерять лишь радиальную составляющую линейной скорости ЛА.

Известен способ определения путевой скорости полета воздушной цели в наземной РЛС (Грачев В.В., Кейн В.М. Радиотехнические средства управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1975. - С.281-285).

Сущность способа состоит в следующем. Наземная РЛС с известными координатами, работающая в импульсном режиме, осуществляет круговое сканирование узким лучом диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Измеренные РЛС координаты воздушной цели в полярной системе координат «азимут-дальность» переводятся в координаты (X, Y) прямоугольной системы координат. Для измерения путевой скорости воздушной цели вычисляют координаты (xk-1, yk-1) в (k-1)-й момент времени и координаты (xk, yk) воздушной цели в k-й момент времени, а модуль путевой скорости определяется из выражения:

V k = ( x k x k 1 ) 2 + ( y k y k 1 ) 2 t k t k 1 ,                        ( 3 )

где tk и tk-1 - k-й и (k-1)-й моменты времени соответственно; (tk-tk-1) - период измерения координат (xk-1, yk-1) и (xk, yk).

Недостатком данного способа является зависимость точности определения путевой скорости полета воздушной цели от точности вычисления координат (xk-1, yk-1) и (xk, yk), а также величины периода измерения координат (tk-tk-1).

Также известен способ определения путевой скорости воздушной цели в наземной радиолокационной станции (РЛС) (Князев И.Н., Князев Р.И. Способ определения путевой скорости воздушной цели в наземной радиолокационной станции. - Патент №2273032 от 27.03.06. Бюллетень №9. - 7 с.).

Сущность предлагаемого способа определения путевой скорости воздушной цели в наземной РЛС заключается в том, что измеряют частоту Доплера отраженных от движущейся цели сигналов в наземной РЛС fдРЛС, а также частоту Доплера fдR отраженных сигналов в дополнительной приемной позиции R, разнесенной в пространстве относительно наземной РЛС на базовое расстояние RB, измеряют угол θ между направлениями «дополнительная приемная позиция R - цель Ц» и «дополнительная приемная позиция R - РЛС», угол γ между направлениями «РЛС - цель Ц» и «РЛС - дополнительная приемная позиция R», вычисляют бистатический угол β=180°-(θ+γ), а путевая скорость полета воздушной цели определяется по формуле:

V = λ f д Р Л С 2 c o s [ a r c t g ( f д R f д Р Л С c o s β f д Р Л С s i n β ) ] ,                      ( 4 )

где λ - рабочая длина волны, используемая в наземной РЛС; fдРЛС - частота Доплера, измеряемая в наземной РЛС; fдR - частота Доплера, измеряемая в дополнительной приемной позиции R; β - бистатический угол между направлениями «РЛС - цель Ц» и «дополнительная приемная позиция R - цель Ц».

Недостатком данного способа является то, что для измерения путевой скорости воздушной цели необходимо использовать дополнительную радиолокационную приемную позицию, что существенно усложняет практическую реализацию способа.

Ни один из рассмотренных способов не может быть принят за прототип предлагаемого способа определения линейной скорости ЛА.

Техническим результатом предлагаемого способа является реализация возможности точного определения линейной скорости ЛА на основе использования нерадиолокационной информации, что снимает требования по точности радиолокационного измерения координат ЛА и наличию дополнительной радиолокационной приемной позиции, предъявляемые к существующим способам.

Сущность предлагаемого способа измерения линейной скорости ЛА Vk в k-й момент времени на основе использования нерадиолокационной информации заключается в том, что с помощью оптико-электронной системы (ОЭС), входящей в состав РЭСС, по двум последовательно полученным изображениям ЛА определяют значения углов рыскания ЛА ψk, ψk-1, и углов тангажа ЛА ϑk, ϑk-1, в k-й и (k-1)-й моменты времени, соответственно, используя выражения:

где ψ k л в и ϑ k л в - углы пространственной ориентации ЛА в лучевой системе координат РЭСС в k-й момент времени, информация о которых поступает от телевизионной системы (ТС), входящей в состав ОЭС; εгk и εвk - углы пеленга ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно, в k-й момент времени, информация о которых поступает от теплопеленгатора (ТП), входящего в состав ОЭС; на основе вычисленных значений углов рыскания ЛА ψk, ψk-1 и углов тангажа ЛА ϑk, ϑk-1, в k-й и (k-1)-й моменты времени, соответственно, определяют угловую скорость изменения угла рыскания ЛА ωψk и угловую скорость изменения угла тангажа ЛА ωϑk в k-й момент времени, используя выражения:

ω ψ k = | ψ k ψ k 1 Δ | ; ( 7 )

ω ϑ k = | ϑ k ϑ k 1 Δ | ; ( 8 )

где Δ - интервал обработки изображений ЛА ОЭС;

на основе вычисленных значений угловой скорости изменения угла рыскания ЛА ωψk и угловой скорости изменения угла тангажа ЛА ωϑk в k-й момент времени с помощью функциональных статистических зависимостей (функций регрессии) определяют проекции вектора линейной скорости ЛА на горизонтальную плоскость Vгk и вертикальную плоскость Vвk в k-й момент времени:

{ V г k = 3 0 8 0 ω ψ k 2 + 1 1 0 ω ψ k + 1 3 7 п р и ω ϑ k = 0 ; V г k = 5 0 1 5 0 ω ψ k 2 + 0 , 9 + 3 , 3 ω ψ k 2 4 0 ω ψ k + 1 1 6 п р и ω ϑ k 0 ;              ( 9 )

{ V в k = 1 8 a r c c t g ( 6 6 , 5 ω ϑ k 4 , 2 ) 8 0 ω ϑ k + 7 5 п р и ω ψ k = 0 ; V в k = 2 4 a r c c t g ( 1 7 , 5 ω ϑ k 1 , 4 ) 3 0 ω ϑ k + 8 5 п р и ω ψ k 0 ; ( 1 0 )

с использованием которых определяют значение линейной скорости ЛА в k-й момент времени:

V k = V г k 2 + V в k 2 .                    ( 1 1 )

Сущность способа поясняется следующим. Линейную скорость ЛА, движущегося по криволинейной траектории, можно описать выражением (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1985. - 512 с.):

V k = ω k r k ,                   ( 1 2 )

где ωk - абсолютное значение угловой скорости перемещения ЛА; rk - радиус окружности, по дуге которой движется ЛА в k-й момент времени.

Так как ЛА может маневрировать и в горизонтальной, и в вертикальной плоскостях, то следует определять значения проекций вектора линейной скорости ЛА на горизонтальную Vгk и вертикальную Vвk плоскости:

V г k = ω г k r г k ;                ( 1 3 )

V в k = ω в k r в k ;                   ( 1 4 )

где ωгk, ωвk - абсолютные значения угловых скоростей перемещения ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно, в k-й момент времени; rгk, rвk - проекции радиуса окружности, по дуге которой движется ЛА в k-й момент времени, на горизонтальную и вертикальную плоскости, соответственно.

Абсолютные значения угловых скоростей перемещения ЛА в горизонтальной и вертикальной плоскостях являются ни чем иным, как абсолютными значениями угловых скоростей изменения угла поворота φk и угла наклона θk траектории ЛА ωφk и ωθk в k-й момент времени, соответственно:

ω г k = ω ϕ k ;                      ( 1 5 )

ω в k = ω θ k .                     ( 1 6 )

В РЭСС нет возможности измерять углы φk и θk, а, следовательно, и абсолютные значения угловых скоростей их изменения ωφk и ωθk. Однако есть возможность по получаемым от ОЭС в реальном масштабе времени изображениям сопровождаемого ЛА определять углы его рыскания ψk и тангажа ϑk, а значит и абсолютные значения угловых скоростей их изменения ωψk и ωϑk.

В силу малости углов атаки αk и скольжения βk при выполнении большинства маневров современными ЛА правомерно допущение о совпадении направления вектора линейной скорости ЛА и его продольной оси. Поэтому принимается, что φkk, ωφkψk и θkk, ωθkϑk.

Тогда значения проекций вектора линейной скорости ЛА на горизонтальную плоскость Vгk и вертикальную плоскость Vвk в k-й момент времени определяются как:

V г k = ω ψ k r г k ;                       ( 1 7 )

V в k = ω ϑ k r в k .                      ( 1 8 )

Из выражений (17) и (18) видно, что при известных проекциях радиуса окружности, по дуге которой движется ЛА в k-й момент времени, на горизонтальную плоскость rгk и вертикальную плоскость rвk, проекции вектора линейной скорости ЛА на горизонтальную плоскость Vгk и вертикальную плоскость Vвk связаны детерминированной функциональной зависимостью с абсолютными значениями угловых скоростей изменения его угла рыскания ωψk и тангажа ωϑk, соответственно.

Однако в РЭСС информация о параметрах вращательного движения сопровождаемого ЛА rгk и rвk отсутствует. этом случае предполагается, что значения Vгk и Vвk являются возможными значениями соответствующих случайных величин (СВ) Vг и Vв, а значения ωψk и ωϑk возможными значениями соответствующих СВ ωψ и ωϑ. Тогда связь СВ Vг и Vв с соответствующими СВ ωψ и ωϑ можно описать статистическими функциональными зависимостями - функциями регрессии (Елисеева И.И., Юбзашев М.М. Общая теория статистики / под ред. чл.-корр. РАН И.И. Елисеевой. - М.: Финансы и статистика, 1995. - 368 с.):

V ¯ г = f ( ω ψ ) ;                     ( 1 9 )

V ¯ в = f ( ω ϑ ) ,                         ( 2 0 )

где V ¯ г и V ¯ в - условные средние СВ Vг и Vв (средние арифметические значения СВ Vг и Vв при фиксированных значениях СВ ωψ и ωϑ, соответственно).

Исследование вида функций регрессии (19) и (20) проводилось на основе сформированных по реальной полетной информации выборок СВ Vг, Vв, ωψ и ωϑ. Кроме того, для исследования связи (19) осуществлялось разбиение выборок СВ Vг и ωψ в зависимости от условия: ωϑ=0 (маневр ЛА осуществляется в горизонтальной, либо наклонной плоскостях) или ωϑ≠0 (маневр ЛА осуществляется по пространственной траектории). По аналогии, для исследования связи (20) проводилось разбиение выборок СВ Vв и ωϑ в зависимости от условия: ωψ=0 (маневр ЛА осуществляется в вертикальной плоскости) или ωψ≠0 (маневр ЛА осуществляется по пространственной траектории).

Аппроксимация полученных зависимостей V ¯ г от ωψ и V ¯ в от ωϑ математическими функциями осуществлялась с учетом минимизации среднеквадратической погрешности приближения значений математических функций к значениям функций регрессии, полученным в результате исследований. В результате были получены выражения вида (9)-(10).

Один из вариантов программной реализации предлагаемого способа представлен на фигуре 1 при помощи логической схемы алгоритма функционирования программы определения линейной скорости ЛА на основе использования нерадиолокационной информации.

Логическая схема состоит из блока «Данные» I; блока «Подготовка» II; блоков «Процесс» III, VI-X; блоков «Решение» IV, V; блока «Запоминаемые данные» XI; блоков «Оперативное запоминающее устройство» XII, XIII.

В блоке I устанавливаются исходные значения параметров Δ, ϑ0 и ψ0. На вход блока III поступают значения ψ k л в , ϑ k л в , εгk и εвk в k-й момент времени от внешних источников информации. Вычисление выражений, определяющих значения ψk, ϑk, ωψk и тангажа ωϑk в k-й момент времени производится в блоке III. В блоке IV в зависимости от выполнения условия ωϑk=0 принимается решение о вычислении значения Vгk в k-й момент времени в блоке VI или блоке VII. В блоке V в зависимости от выполнения условия ωψk=0 принимается решение о вычислении значения Vвk в k-й момент времени в блоке VIII или блоке IX. Вычисления в блоке VI (блоке VII) и в блоке VIII (блоке IX) осуществляются параллельно. Результаты вычислений блока VI (блока VII) и блока VIII (блока IX) используются в блоке Х для вычисления значения Vk.

Результаты вычислений блока III и блока Х запоминаются в блоке XI для использования на следующем шаге вычислений в (k+1)-й момент времени (блок II). Вычисленное в блоке Х значение Vk в k-й момент времени запоминается в оперативном запоминающем устройстве (блок XII). Функционирование блоков III-XII осуществляется до момента сброса сопровождения (блок XIII).

Способ определения линейной скорости летательного аппарата на основе использования нерадиолокационной информации, заключающийся в том, что с помощью оптико-электронной системы по двум последовательно полученным изображениям летательного аппарата определяют значения углов рыскания летательного аппарата ψk, ψk-1 и углов тангажа летательного аппарата ϑk, ϑk-1 в k-й и (k-1)-й моменты времени, соответственно, используя выражения:
ψ k = a r c s i n [ ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в c o s ε в k s i n ε г k + s i n ϑ k л в s i n ε в k s i n ε г k c o s ϑ k л в s i n ψ k л в c o s ε г k ) { ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в c o s ε в k c o s ε г k s i n ϑ k л в s i n ε в k c o s ε г k c o s ϑ k л в s i n ψ k л в s i n ε г k ) 2 + + ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в c o s ε в k s i n ε г k + s i n ϑ k л в s i n ε в k s i n ε г k c o s ϑ k л в s i n ψ k л в s i n ε г k ) 2 } 1 / 2 ] ; ( 1 )
ϑ k = a r с s i n [ ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в s i n ε г k + s i n ϑ k л в c o s ε в k ) { ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в c o s ε в k c o s ε г k s i n ϑ k л в s i n ε в k c o s ε г k c o s ϑ k л в s i n ψ k л в s i n ε г k ) 2 + + ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в s i n ε в k + s i n ϑ k л в c o s ε в k ) 2 + + ( c o s ϑ k л в c o s ψ k л в c o s ε в k s i n ε г k + s i n ϑ k л в s i n ε в k s i n ε г k c o s ϑ k л в s i n ψ k л в c o s ε г k ) 2 } 1 / 2 ] , ( 2 )
где ψ k л в и ϑ k л в - углы пространственной ориентации летательного аппарата в лучевой системе координат радиоэлектронной системы сопровождения в k-й момент времени, информация о которых поступает от телевизионной системы, входящей в состав оптико-электронной системы;
εгk и εвk - углы пеленга летательного аппарата в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно, в k-й момент времени, информация о которых поступает от теплопеленгатора, входящего в состав оптико-электронной системы,
на основе вычисленных значений углов рыскания летательного аппарата ψk, ψk-1 и углов тангажа летательного аппарата ϑk, ϑk-1, в k-й и (k-1)-й моменты времени, соответственно, определяют угловую скорость изменения угла рыскания летательного аппарата ωψk и угловую скорость изменения угла тангажа летательного аппарата ωϑk в k-й момент времени, используя выражения:
ω ψ k = | ψ k ψ k 1 Δ | ; ( 3 )

где Δ - интервал обработки изображений летательного аппарата оптико-электронной системой;
на основе вычисленных значений угловой скорости изменения угла рыскания летательного аппарата ωψk и угловой скорости изменения угла тангажа летательного аппарата ωϑk в k-й момент времени с помощью функциональных статистических зависимостей (функций регрессии) определяют проекции вектора линейной скорости летательного аппарата на горизонтальную плоскость Vгk и вертикальную плоскость Vвk в k-й момент времени:
{ V г k = 30 80 ω ψ k 2 + 1 10 ω ψ k + 137 п р и       ω ϑ k = 0 ; V г k = 50 150 ω ψ k 2 + 0,9 + 3,3 ω ψ k 2 40 ω ψ k + 116 п р и       ω ϑ k 0 ;    ( 5 )
{ V в k = 18 a r c c t g ( 66,5 ω ϑ k 4,2 ) 80 ω ϑ k + 75 п р и       ω ψ k = 0 ; V в k = 24 a r c c t g ( 17,5 ω ϑ k 1,4 ) 30 ω ϑ k + 85 п р и      ω ψ k 0 ; ( 6 )
с использованием которых определяют значение линейной скорости летательного аппарата в k-й момент времени:
V k = V г k 2 + V в k 2 .               ( 7 )



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и рассеянных от воздушных объектов сигналов, излучаемых передатчиками радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах контроля воздушного пространства с использованием прямых и отраженных от воздушных объектов сигналов, излучаемых множеством неконтролируемых и контролируемых передатчиков радиоэлектронных систем различного назначения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиоэлектронным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиоэлектронным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения (РЭСС).

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиоэлектронным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения.

Изобретение относится к аппаратуре для проведения летных испытаний летательных аппаратов (ЛА) и их бортового оборудования. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в бортовых и наземных радиоэлектронных системах сопровождения. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в обзорных радиолокационных станциях. .

Изобретение относится к области управления движением морских судов и предназначено для распознавания (выделения) удаленных воздушных объектов в массиве радиолокационных отметок (объектов), полученных при совместном радиолокационном обзоре двумя двухкоординатными (азимут, расстояние до цели) радиолокационными станциями морской акватории с движущимися морскими судами, над которыми движутся воздушные летательные аппараты (воздушные объекты).

Изобретение относится к радиотехническим системам, в частности к радиолокационным системам измерения координат, и может быть использовано в бортовых и наземных РЛС.

Изобретение предназначено для решения задач навигации и обнаружения бортовыми системами летательных аппаратов (ЛА) наземных объектов. Достигаемый технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе сканирования бортовой радиолокационной системой (РЛС) ЛА окружающего пространства земная поверхность сканируется РЛС с определением высоты рельефа местности в нескольких точках либо одновременно, либо в последовательные моменты времени, после чего информация о расстояниях до точек поверхности или скорости их изменения вместе с информацией об угле крена от гироскопа крена поступает в коррелятор устройства обработки информации, где сравнивается с информацией из блока памяти электронных карт местности, в результате чего определяются координаты отсканированных точек поверхности, по которым вычисляются координаты ЛА либо разностно-дальномерным методом, либо радиально-скоростным методом. 2 ил.
Наверх