Устройство для определения углового положения вертолета относительно радиомаяка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

-

Г (23) Приоритет - (32) 26.04,74 (3! ) 7414671 (33) Франция (Ы) N. Кл.

5 01 $3/52

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1 0979. Бюллетень М 34 (пп) УЛМ б 2 1, 3 9 6 ° .933:527 ° 8 (088.8) Дата опубликований описаний 1809.79

Иностранец жак Дорей (Франция) (72) Автор нзебретенна

Иностранная фирма

p3) ЗайпптЕЛЬ Оффис Насьональ д Этюд э де Решерш Аэроспасьяль (О.Н.Э.P.A) (Франци я) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО НОЛОЖЕНИЯ

ВЕРТОЛЕТА ОТНОСИТЕЛЬНО РАДИОМАЯКА

Цель изобретения - повышение тоЧ= ности определения местоположения вертолета относительно радиомаяка.

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться для определения местоположения вертолета относительно радиомаяк а.

Известно устройство для определения углового положения вертолета относительно радиомаяка, содержащее два приемных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные приемную антенну, предварительный усилитель, смеситель, к второму входу которого подключен местный генератор, и полосовой фильтр, при этом выходы полосовых фильтров через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты и квадратичный детектор подключены к входу фильтра раэностной частоты, а выходы местных генераторов соединены с входами преобразователя частоты, причем одна из приемных антенн расположена иа одной иэ лопастей несущего винта вертолета, а другая - на фюзеляже { 1), Яб

Однако известное устройство позволяет определить только одну угловую информацию углового положения вертолета относительно маяка, что снижает .точность определения местоположения, 3©

Для этого в устройство для определения углового положения вертсжета относительно радиомаяка, содержащее два приемных канала, каждый иэ которых включает последовательно соединенные приемную антенну, предварительный усилйтель, смеситель, к второму входу которого подключен местный генератор, и полосовой фильтр, при этом выходы псатосовых фильтров через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты и квадратичный детектор подключены к входу фильтра разностной частоты, а выходы местных генераторов соединены с входами преобразователя частоты, причем одна иэ приемных антенн расположена на одной иэ лопастей несущего винта вертолета, выход фильтра разностной частоты соединен с одним токопроводящим кольцом, врашаюшимся вместе с валом несущего винта вертолета,. а выход преобразователя частоты через узкополосный фильтр соединен с другим токопроводящим кольцом, выходы токопроводящих колец через

686641 скользящие контакты соединены с входами нелинейного элемента, например диода, выход которого через полосовой фильтр соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, выход которого соединен с

,источником когерентного излучения, оптически связанного с модулятором света и детектором-интегратором, выход которого соединен с блоком индикации, вторая приемная антенна расположена на другой лопасти несущего винта вертолета, диаметрально первой приемной антенне, а модулятор Света выполнен в виде диска, механически связанного с валом несущего винта вертолета и плоскость которого пер, пендикулярна световому лучу источника некогерентного излучения и содержит ряд параллельных рисок, обеспечивающих проницаемость диска, изменяющуюся по периодическому закону в направлении, поперечном этим рискам, и постоянную в перпендикулярном направлении, причем направление парал. лельных рисок перпендикулярно направлению прямой, соединяющей две приемные антенны, На Фиг, 1 показана структурная электрическая схема предложенного устройства на Фиг. 2 - схема вертолета оборудованного антеннами.

Устройство (фиг. 1) содержит два приемных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные приемную антенну 1, 2, предварительный усилитель 3 4, смеситель 5, б, к второму входу которогс» подключен местный генератор 7, 8 и полосовой,, Фильтр 9 10, при этом выходы полосовых Фильтров 9 и 10 через последо.вательно соединенные усилитель промежуточной частоты (УПЧ) 11 и квадратичный детектор 12 подключены к входу Фильтра 13 разностной частоты а выхсды местных генераторов 7 и 8 соединены с входами преобразователя

34 частоты, выход Фильтра 13 соединен с токопроводящим кольцом 15, вра, щающимдя вместе с валом 16 несущего винта вертолета, а выход преобразователя 14 через узкополосный Фильтр»

17 ссйьдинен с токопроводящим кольцом

18, выходы токопроводящих колец 15 и 18 через скользящие контакты 19 и

20 соединены с входами нелинейного элемента, например диода 21, выход которого через полосовой Фильтр 22 соединен с входом усилителя 23 с asтоматической регулировкой усиления

24, выход усилителя 23 соединен с источником 25 некогерентного излучения, оптически связанного с модулятором 26 света и детектором-интегратором 27, выход которого соединен с блоком индикации 28, Модулятор 26 света выполнен в виде диска, механически связанного с валом 16 несущего винта вертолета, плоскость которого перпендикулярна световому лучу источника 25 некогерентного излучения, и содержит ряд параллельных рисок, обеспечивающих проницаемость диска, изменяющуюся по периодическому закону в направлении, поперечном этим рискам, и постоянную в перпендикулярном направлении.

Устройство работает следующим образом, Наземный передатчик радиомаяка A с известным местом расположения излучает электромагнитные волны сверхвысокой частоты, и сигнал, излученный маяком и принятый антенной 1, имеет

Форму а,(О C0 E R-6+ Ч И)+ Ч и

2О где Qg» произведение закона амплитуды сигнала, излученного. маяком, и закона амплитуды, вытека1ощего из направленности

25 антенны 1

t - время с6 - угловая частота, соответствующая частоте энергии, излучаемой маяком

r - длина пути, пройденного излучаемой энергией от маяка до центра вращения, который является местом .пересечения прямой, соединяющей антенны

1 и 2 и оси вращения 6 i

c - скорость света

g1 yran по отношению к эталонной Фазе.

Ъ(выводится йо Формуле

40 ц,(ц=ф»иау cog(»»<»»), . р» где и - длина радиуса вращения антенны 1у

- длина волны, соответствующая частоте передатчика

4» - угол места, под которым рас-, положен маяк по отнсиаению к плоскости вращения ло50 пастей;

Я - угловая скорость лопастейу

Ч угол между прямой соедин я ющей центр вращения с маяком A u опорным направлением вертолета, проходящим через центр вращения, например продольное направление корпуса вертолета:, величины ф и у,являются, таким образом, сферическими коорди® натами.

Для антенны 1 принятий сигнал выражается Формулой

686641 при этом

Ч«з- фаза по отнсшению к опорной

Q(t) получается из формулы

y (g) = > FR «03 ф. <,os (««« - «) . < a i где Й - длина радиуса вращения антенны 2.

Изменение знаков на противопс«лажные, стоящих перед Ф (t) и )« (t) в формулах (2) и (4) соответствует диаметрально противоположному положению антенн 1 и 2 на несущем винте, образованном обеими лопаст ями вертолета.

Сигналы, принятые соответственно антеннами 1 и Г, поступают на предварительные усилители 3 и 4, расположенные на лопастях вертолета. они не-. сут также местные генераторы 7 и 8, цырабатывающие энергию соответственно с частотой us,и ж, с фазами Щ,и

$g, по отнсшению к исходной соответст- венно, Сигналы, поступающие с смесителя 5, на входы которого поступают сигналы, с одной стороны, с предварительного усилителя 3, и с другой стороны, с местного генератора 7, проходят полосовой фильтр 9, настроенный на разностную частоту, Точно также, сигналы со смесителя б, йа входы ко которого поступают сигналы от предварительного усилителя 4 и местного генератора 8, соотве тственно проходят через полосовой фильтр 10, настроенный на разиостную част<йу. Выходы фильтров 9 и 10 вместе подключены к входу усилителя 11 промвкуточной частоты, Сигналы, являющиеся результатом смешивания сигналов, прошедших через фильтры 9 и 10, после усиления подаются вместе через усилитель 11 на квадратичный элемент, например детектор 12 который и производит умножение. После детектора 12 сигналы проходят через фильтр 13,,настроенный на частoTy

e). = Hut - 4&2. полоса пройускания которого имеет достаточную ширину, чтобы пропустить максимальное значение фазовой модуляции, цоступающей как от одной, так . и от другой антенны 1 и 2.

Выход фильтра 13 соединен с токопроводящим кольцом 15, вращающимся с валом 16, поддерживающим несущий винт, с кольцом 15 совместно работает скользящий контакт 19, который не ,является частью вращающегося комплекса. Сигнал $(g) являющийся результатом квадратичного детектирования детекторои 12 и фильтрации фильтром 13, имеет вид

s(«) = .

Выходы местных генераторов 7 и 8 соединены, кроме того, с двумя входами преобразователя 14, выход кото10 рого соединен с фильтром 17 с узкой полосой пропускзния, настроенным на частоту «« " . Фильтр 17 соединен с токопроводящим кольцом 18, являющимся частью вращающегося вала 16, с которым совместно работает скользящий контакт 20, не являющийся частью вращающегося комплекса.

Сигнал r (t), полученный на скользящем контакте 20, имеет вид

< («) =СОЬ(ОЗ «< <« ) <б«

Сигналы 5 (t) и r (t) умножаются в нелинейном элементе, например диоде

21, выход которого соединен с полосовым фильтром 22, последний не про25 пускает его гармонику 2оз . Сигнал на выходе полосового фильтра 22 имеет вид («) Z « («-è)«îü(,-,+ у,(<)) <7«

После того, как фильтр 22 уберет несущую частоту 2 iы, сигнал S(t) представляет собой сигнал с фаэовой модуляцией с нулевой несущей частотой.

С выхода фильтра 22 сигнал () поступает на усилитель 23 с автоматической регулировкой усиления 24, благс«даря которой сигнал на выходе усилителя 23 имеет постоянную среднюю пиковую величину, близкую к постоянной выбранной величине.

Усиленный ток на выходе усилителя 23 служит для питания источника

25 некогерентного излучения, интен4> сивность излучения которого пропорциональна величине питающего тока.Благодаря автоматической регулировке усиления, напряжение, приложенное к источнику 25, никогда не бывает отри5О цательным, а постоянный уровень не слишком превосходит среднюю квадратичную величину сигнала.

Источник 25 некогерентного излучения расположен в фокусе линзы 2 9

55 дающей параллельный пучок лучей 30, направленных к модулятору 26, выполненному в виде диска, смонтированного вращающимся на оси 31 модулятор 26 представляет собой диск с пеф) ременной проницаемостью, зависящей от периодического закона в направлении, показанном стрелкой х и диск с постоянной проницаемостью в перпендикулярном направлении, пока65 эаниам <стрелкой у. Таким образом, Е86641

Во время интегрирования, осуществленного детектором-интегратором 27, в течение времени от (t - Т) до t интегрирование множителя 1 дает

Т; интегрирование второго множителя .приводит к нулевому результату, так уак это интегрирование синусоидального сигнала, средняя величина которого равна нулю;интегрирование третьего множителя, которому соответствует про)() тивопоставление синусоид, средняя вели чина которых равна нулю.

Следовательно, результатом интегрирования является принимая, mo

z. e р - исходная фаза р и Ч, — полярные координаты точки диска в системе координат, с точкой отсчета в центре диска;

Я " длина пространственной волны, соответствующая синусоидальному закону проницаемости

Я - угловая скорость диска, равная угловой скорости лопастей несущего винта.

Если J- сила света, вырабатываемого источником некогерентного излучения и K - количество света, посту- 35 пающего из названного источника после прохождения через диск, то имеем

x= лт, 9) I следо зат ел ьн о

=1+ 1) (10)

Таким образом

XD t(t))%t, (,+(фыр(ь- ))) ""

RFPo p. (R g ф.

v. = И ) ri . (20) Диск дает бесконечное количество величин модуляции, по отнсшению к которым после обработки мскно осу(I))$ ществить корреляцию фазовых модуляций принятых сигналов.

Для Решения, соответствующего. уравнению (19), интенсивность иэобраО жения на экране блока индикации 28 для времени интегрирования T имеет следующую величину а (%i ) Т»; J î,(1- )еоо(У,- рд-(ц)81 (2)) и и он вырабатывает последовательность параллельных линий, Диск вращается вокруг оси 31 благодаря механической связи, между валом 16 и валом, несущим диск, с той же скоростью, что и несущий винт вращается вокруг оси б, а угол установки диска на его валу таков, что направление параллельных линий перпендикулярно направлению прямой, соединяющей антенны 1 и 2, Диск может быть получен из интерференционных полос монохроматическоГо света.

Закон проницаемости диска выглядит следующим образом

y(t р „ )-t+ s(q ttpp05(Qt )) itB) Эта формула дает количество света в точке пространства, расположенной эа диском и полярными координа1Я>у Vy e

Свет луча, переданный диском, передается оптической системой 32 на детектор-интегратор 27, который соединЕн с блоком индикации 28 типа осицоскопа с экраном.

Произведение двух биномов формулы (11) является суммой четырех множителей, записанных последовательно

А (М) Сю5((, 2+> (gg -Ч.)) (Л) Ь Я ()4) щ(о (р + РЬ tet(at-ь)) И

pT+$$nt(t-()(аф -, рр@см(р ((((}),(((tt}, 1 Й) - ма(Я -v.)

В

Формула (16) может быть разложена

z7«(Kal(t )м(т - ()-% ч ф)- v (t})d t+

+tt f P ((-t;) t(ц-ч,+М ((О . г б

+Я ()))Д (18) Полс(жение точки диска определеннойg и V4, в которой вращение диска освещенного светом, исходящим от источника 25 некогерентного излучения, лишено временной модуляции, и при котором У и V являются решениями того или иного из двух групп следующих уравнений

686641

10 (26) или то есть

Это может быть записано

Или, назвав W величиной интеграла, которая представляет собой энергию сигнала в течение времени Т, выражения (21) и (22) имеют следующий ми ожи тель,7() ф)"-gi (% 2 4ю) W

Для другого решения, соответствующего формуле (20), соответствующая величина выражается

g(p„vali)=7+$0&(9<-× - q.) v/.

Двузначность взята для визуализации, соответствующей сигналу по уравнению (23), выбирая Ч>, и Ч,, чтобы сигнал по уравнению (23) был максимальным, тогда как сигнал по уравнению (24) минимальный.

Условие, относящееся к максимализации, записывается

C 05(44 % 9о ) = i, (25) то есть о Ро = 1 — Vp

Условие, относящееся к максимализации второго сигнала, записывается 0< (У1- Ч - Чо ) = () (28) то есть

4 > - а ° Ч. = f (29)

Из уравнений (27) и (29) получаем а .=, (30) Я

Po — ф подставляя в уравнение (27), получаем

Ч4 Ч 2 (3l)

Условие (31) выполняется при придании коаксиальному кабелю или другому волноводу, соединяющему антенны 1 и 2 с усилителями 3 и 4, большей длины, чем коаксиальному кабелю или другому волноводу, соответствующему другой лопасти.

В этих целях можно также предусмотреть другие сдвиги фаз, осуществленные смесителями 5 и 6.

Условие (30) выполняется при подходящем расположении оси вращения по отнааению к полосам на диске.

Устройство позволяет получить на экране блока индикации изображение углового положения одного или не20

65 скольких маяков, излучения которых принимаются устройством с вращающимися антеннами 1 и 2.

Результат достигается, даже если скорость вращения лопастей не постоянна.

Смешение сигналов, поступающих от двух диаметрально расположенных антенн с одинаковым расстоянием до оси, вызывает фазовую модуляцию, идентичную той, которая может быть получена при помощи единственной ан— тенны с вдвое большим радиусом, Формула изобретения

1. Устройство для определения углового положения вертолета относительно радиомаяка, содержащее два приемных канала, каждый иэ которых включает последовательно соединенные приемную антенну, предварительный усилитель, смеситель, к второму входу которого подключен местный генератор, и полосовой фильтр, при этом выходы полосовых фильтров через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты и квадратичный детектор подключены к входу фильтра раэностной частоты, а выходы местных генераторов соединены с входами пре обраэователя частоты, причем орна иэ приемных антенн расположена на одной из лопастей несущего винта вертолета, отличающее с я тем, что, с целью повьааения точности определения местоположения вертолета относительно радиомаяка, выход фильтра разностной частоты соединен с одним токопроводящим кольцом, вращающимся вместе с валом несущего винта вертолета, а выход преобразователя частоты через узкополосный фильтр соединен с другим токопроводящим кольцом, выходы токопроводящих колец через скользящие контакты соединены с входюм нелинейного элемента, например диода, выход которого через полосо1вой фильтр соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, выход которого соединен с источником некогерентного излучения, оптически связанного с модулятором света и детектором-интегратором, выход которого соединен с -блоком индикации.

2 Устройство по и. 1, о т л и ч ающ ее с я тем, что вторая приемная антенна расположена на другой лопасти несущего винта вертолета, диаметрально первой приемной антенне.

3. Устройство по и. 1, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что модулятор своа, выполнен в виде диска, механи11

68бб41 чески связанного с валом несущего винта вертолета и плоскость которого перпендикулярна световому лучу источника некогерентного излучения, и содержит ряд параллельных рисок, обеспечивающих проницаемость диска, изменяющуюся по периодическому закону в направлении, поперечном этим рискам, и постоянную в перпендикулярном направлении, причем направление параллельных рисок перпендикулярно направлению прямой, соединяющей две приемные антенны.

Источники ин Формации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент COIA Р 3550130, кл. 343-113 р 1970..