РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1994 года по МПК G01S1/54 

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.

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.

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.