УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В СИСТЕМАХ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК G01S13/74 

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к пересчету высоты летательных аппаратов в системах вторичной радиолокации.

Известен радиотехнический способ передачи высоты летательного аппарата (Нла) в пункт управления диспетчера аэродрома и устройство для его осуществления. Способ заключается в том, что с выхода барометрического высотомера, работа которого основана на использовании изменения атмосферного давления с изменением высоты летательного аппарата, через бортовой самолетный ответчик сигнал о высоте летательного аппарата передается по радиолучу в систему вторичной радиолокации, предусматривающую взаимодействие радиолокатора-запросчика с активным объектом (бортовым ответчиком) посредством кодирования радиопосылок.

В тот момент, когда летательный аппарат (ЛА) оказывается в радиолуче аэродромного запросчика, бортовой ответчик летательного аппарата принимает кодированный импульсный сигнал-команду, указывающую вид ответа. Одна из команд может означать "ответ высоты". Бортовой ответчик исполняет команду, причем передает числовой эквивалент высоты летательного аппарата, надлежащим образом закодированной, по тому же радиолучу. В аэродромном запросчике этот сигнал принимается, усиливается, фильтруется, дешифрируется и поступает на вход устройства пересчета высоты.

Пересчет высоты летательных аппаратов возникает в связи с использованием двух уровней отсчета высоты, поступающих на пульт диспетчера аэродрома от бортового ответчика ЛА в режиме управления воздушным движением (УВД). В одном положении в качестве уровня отсчета используется уровень моря, а в другом - высота аэродрома посадки или взлета. Уровнем отсчета служит 15-й разряд (а15) 20-разрядного слова дополнительной информации: а₁₅=1 указывает на абсолютную высоту (приведенную к уровню моря), а а₁₅=0 соответствует относительной высоте. Тактика пересчета высоты должна учитывать как эшелонирование ЛА в контролируемом объеме воздушного пространства, так и посадку на аэродром. Поэтому возможны четыре различные ситуации, две из которых нуждаются в пересчете высоты при работе в режиме УВД (3-я и 4-я строки таблицы).

_________________

Символы обозначают:
П=а₁₅d +, d=
H_ла=Н_абс, Н_отн - высота полета ЛА, передаваемая бортовым ответчиком;
Н_р=Н_эш - 150 м - высота рубежа пересчета, м;
Н_а - барометрическая высота аэродрома, на котором находится диспетчер УВД, набирающий величину Н_эш.

Однако известный способ и устройство не обеспечивают точной информацией о высоте ЛА диспетчера аэродрома посадки или взлета. Сущность операции пересчета высоты ЛА заключается в отыскании алгебраической суммы Н_ла^*= Н_ла+Н_а.

Наиболее близким к предложенному устройству является статистический анализатор, содержащий блок вычисления среднего арифметического и среднеквадратического отклонения, синхронизатор, интерполятор, демультиплексор, делители, вычитатели, индикатор, регистры, сумматоры, мультиплексор и умножитель.

Однако данное устройство не позволяет решать задачу пересчета высоты летательных аппаратов.

Сущность изобретения заключается в разработке электронного устройства пересчета высоты ЛА на основе способа кусочно-линейной аппроксимации в совокупности с методом "проб" табличных данных атмосферного давления и алгоритмов основных параметров функций между узлами интерполяции.

В навигации летательных аппаратов для расчета высоты аэродрома На используется формула, которая применительно к нашему случаю приобретает вид
H_a= H₀+ -1 , (1) где Р_а - атмосферное давление аэродрома;
Н_о - высота, принимаемая в качестве условного нуля;
Т_о, Р_о - фиксированное значение соответственно абсолютной температуры и барометрического давления, отнесенные к уровню высоты Н_о;
β - вертикальный температурный градиент;
R_уд - удельная газовая постоянная;
ζ_с - ускорение силы тяжести у поверхности земли.

Формула (1) малопригодна для программирования, так как величина βR_уд/ ζ_с не выражается натуральным числом, поэтому микропроцессорный вариант вычисления высоты аэродрома На менее удобен ввиду больших материальных затрат на разработку программ и практически невозможно осуществить решение вопросов непрерывного контроля вычислений.

В основу вычисления значений высоты аэродрома Н_а в устройстве пересчета высоты (УПВ) положен способ кусочно-линейной аппроксимации. Функция (1) имеет монотонную первую производную. При ее аппроксимации кусочно-линейной функцией, совпадающей с ней лишь в узлах интерполяции, величина максимальной погрешности поддается надежной оценке. Задавшись этой погрешностью, можно определить число участков аппроксимации. В этом случае, хотя и можно определить значения производных в заданных точках, более практичным оказывается метод "проб". Именно с его помощью найдено, что весь диапазон возможных давлений аэродромов страны находится в пределах Р_а=480...800 мм рт.ст. и может быть аппроксимирован девятью линейными участками. Между узлами интерполяции
Н_а=Н_i+( ΔH)i; Δ( H)_i= ΔP_aa_i^*,
a*i

=
ΔP_a= P_i+1 - P_a^*, где Р_i+1, P_i - соседние узлы интерполяции, взятые из таблиц "[ГОСТ 4401-81. Стандартная атмосфера. Параметры М., 1981 г]."
Достоинства способа кусочно-линейной аппроксимации следующие: малое количество запоминающих констант, простота вычислительного алгоритма, возможность непрерывного контроля вычислений.

Таким образом, пересчитанная высота летательного аппарата поступает на пульт управления диспетчера аэродрома посадки и используется им для управления воздушным движением летательных аппаратов по маршруту движения и их посадки на аэродром, что крайне важно особенно при заходе на посадку ЛА на горные аэродромы страны.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг.2, 3 - диаграммы, иллюстрирующие тактику пересчета высоты и применяемый метод аппроксимации.

Устройство содержит блок 1 набора информации, первый преобразователь 2 кодов, преобразователь 3 размерности, первый регистр 4 памяти, стробирующий блок 5, второй регистр 6 памяти, цифровой индикатор 7, первый регистр 8 сдвига, второй регистр 9 сдвига, третий регистр 10 памяти, третий регистр 11 сдвига, мультиплексор 12, первый сумматор 13, цифровую схему 14 сравнения, адресное устройство 15, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, второй преобразователь 17 кодов, перемножительное устройство 18, третий преобразователь 19 кодов, четвертый регистр 20 памяти, четвертый регистр 21 сдвига, пятый регистр 22 памяти, пятый регистр 23 сдвига, первый элемент ИЛИ 24, шестой регистр 25 памяти, шестой регистр 26 сдвига, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 27, анализатор 28 состояний, второй сумматор 29, блок 30 управления, седьмой регистр 31 сдвига, второй элемент ИЛИ 32.

Устройство работает следующим образом.

Органы набора значений давлений аэродрома Р_а, высоты эшелона Н_эшрасположены в блоке 1 набора информации пульта управления диспетчера аэродрома. Ввод этих величин, представленных в десятичном коде, производится вручную диспетчером аэродрома галетными переключателями. Чтобы сохранить преимущество двоичной системы и удобство десятичной системы счисления в УПВ осуществлен перевод числовых значений Р_а и Н_эш из десятичного кода в двоично-десятичный код. Он осуществляется преобразователем 2 кодов. В таком коде каждая цифра десятичного числа информации записывается в виде четырехразрядного двоичного числа (декады).

Кроме того, в преобразователе 2 кодов происходит вычитание 150 м из величины Н_эш. Поскольку по условиям работы вводимое текущее атмосферное давление может иметь размерность как в мм рт.ст. так и в мбар или гПА, то необходим преобразователь 3 текущего давления, который преобразовывает текущее давление в мбар или гПА в мм рт.ст. Функциональной базой преобразователя служит комбинационная логика. Благодаря такому преобразованию давление аэродрома Р_а будет иметь размерность мм рт.ст., закодированного тремя декадами, что существенно упрощает аппаратуру и повышает ее надежность. Регистр 6 памяти используется для заполнения числовых величин рубежа пересчета, закодированного двумя декадами.

Стробирующий блок 5 вырабатывать десять сдвинутых во времени стробов, которые используются для последовательной подекадной записи вводимой информации Н_р, Р_а из регистров 4,6 памяти в регистр 8 сдвига. Выходная информация с помощью регистров 8, 9 сдвига поступает в регистры 10 и 20 памяти. Высота рубежа пересчета Нр с выхода регистра 20 памяти с использованием регистра сдвига 21 через элемент ИЛИ 24 поступает в регистр 25 памяти и запоминается в нем. Адресное устройство 15 формирует десять импульсов, сдвинутых во времени один относительно другого. Эти импульсы предназначены для извлечения из ячеек памяти постоянного запоминающего устройства 16 значений стандартного атмосферного давления Р_i, высоты Н_i, соответствующей этому давлению, крутизны а_i^* стандартной функции на i-м участке аппроксимации и величины шага интерполяции ΔР_i. Кроме того, адресное устройство 15 организует управляющие импульсы для регистров памяти и сдвига.

При поступлении сигнала из адресного устройства 15 в постоянное запоминающее устройство 16 адресные импульсы выбирают какое-то одно число, состоящее из информационных величин. Прежде всего на мультиплексор 12, который предназначен для переключения входных сигналов, из постоянного запоминающего устройства 16 посылается значение стандартного давления Р_i. Управляющий импульс, поступающий из адресного устройства 15, воздействует на мультиплексор 12, подключая к сумматору числовые значения давления аэродрома Р_а и стандартного давления Р_i из постоянного запоминающего устройства 16. При этом, поскольку Р_i представляется в дополнительном коде, на выходе сумматора 13 образуется разность ΔР=Р_а-Р_i, которая в цифровой схеме 14 сравнения сравнивается с величиной ΔР_i выбранной из постоянного запоминающего устройства 16 одновременно с Р_i. Если число ΔР на выходе сумматора 13 больше ΔP_i, то адресное устройство 15 вырабатывает следующие адресные импульсы и происходит обращение к следующему участку интерполяции (см.фиг.3). При образовании соотношения Δ≅Р ΔР_i, которое означает, что найден участок интерполяции, наиболее точно соответствующий текущему давлению аэродрома Ра, адресное устройство своего состояния не изменяет.

Из постоянного запоминающего устройства 16 на перемножительное устройство 18 поступает числовое значение коэффициента крутизны аппроксимации а_i^*, куда также через преобразователь 19 двоично-десятичного кода в двоичный код подается текущая разность давления ΔР=Р_а-Р_i. С выхода перемножительного устройства 18, работающего в двоичном коде, величина ΔН=а_i^* ΔP через преобразователь 14 двоичного кода в двоично-десятичный код направляется на вход мультиплексора 12, куда также приходит код высоты Н_i. Таким образом сумматор 13 находит сумму Н_SM=H_a=H_i+ +ΔH. Полученное значение высоты аэродрома На записывается в регистр 22 памяти, затем переписывается в регистр 23 сдвига и по команде импульса управления через элемента ИЛИ 24 выводится на вход регистра 25 памяти.

Импульсы, несущие информацию о высоте летательного аппарата Н_ла, с выхода бортового ответчика поступают в оперативное запоминающее устройство 27, а числовая информация в двоично-десятичном коде высоты рубежа пересчета Н_р и высоты аэродрома Н_а записывается в приемном регистре 26 сдвига. Блок управления 30 вырабатывает три команды: "прием информации Н_ла", "работа анализатора состояний", "работа сумматора". Команда "прием информации Н_ла" вырабатывается всегда, а команда "работа анализатора состояний" и "работа сумматора" формируется одновременно с началом приема переписи информации Н_ла и Н_р в сумматоре 29. По команде "прием информации Н_ла" производится считывание числовой информации высоты летательного аппарата Н_ла из оперативного запоминающего устройства 27 и высоты рубежа пересчета Н_р из регистра 26 сдвига. Считывание числовых значений Н_ла и Н_р в сумматоре 29 производится последовательной подачей импульсов из блока управления 30 в оперативное запоминающее устройство 27 и регистр 26 сдвига. Сумматор 29 находит разность Н_ла-Н_р посредством суммирования прямых кодов Нла и обратных кодов Н_р. Суммирование происходит подекадно. Если летательный аппарат пересек рубеж пересчета, то при суммировании четвертой декады числовых значений Н_ла и Н_р на выходе сумматора 29 образуется сигнал переноса, который поступает на вход анализатора состояний 28. Анализатор 28 состояний формирует управляющий сигнал "нужен пересчет" и этот сигнал поступает в блок управления 30. С блока управления 30 импульсы из регистра 26 сдвига и оперативного запоминающего устройства 27 считывают числовые значения высоты аэродрома Н_а и высоты летательного аппарата Н_ла в сумматор 29. Суммирование числовых значений Н_ла и Н_а в сумматоре происходит подекадно/младшими декадами вперед.В итоге на выходе суммматора 29пересчитанная высота летательного аппарата равна Н_ла^*= Н_ла+Н_а. Если критерий пересчета не выполняется (см. таблицу, строки 1 и 2) и при суммировании числовых величин четвертой декады Н_ла и Н_р в сумматоре 29 сигнала переноса нет, тогда блок управления 30 своим импульсом блокирует перепись числового значения высоты аэродрома На из регистра 26 сдвига и на выходе элемента ИЛИ 32 через регистр 31 сдвига численное значение пересчитанной высоты летательного аппарата Нла будет равно Н_ла^*=Н_ла.

Предложенное устройство обеспечивает пересчет высоты летательного аппарата с погрешностью не более 4,8 м.

Использование: системы вторичной радиолокации. Сущность изобретения: устройство определения высоты летательного аппарата содержит блок набора информации 1, три преобразователя кодов 2, 17, 19, преобразователь размерности 3, шесть резисторов памяти 4, 6, 10, 20, 22, 25, семь регистров сдвига 8, 9, 11, 21, 23, 26, 31, цифровой индикатор 7, мультиплексор 12, два сумматора 13, 29, цифровую схему сравнения 14, адресное устройство 15, постоянное запоминающее устройство 16, перемножительное устройство 18, два элемента ИЛИ 24, 32, оперативное запоминающее устройство 27, анализатор состояний 28, блок управления 30. В основу вычисления высоты аэродрома на посадке или взлете положен способ кусочно-линейной аппроксимации. Для определения интерполяции с учетом барометрических таблиц применен способ "проб". Найдено, что весь диапазон возможных давлений аэродромов находится в пределах от 480 до 800 мм рт. ст. и может быть аппроксимирован девятью линейными участками. Между узлами интерполяции составлены алгоритмы основных параметров. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В СИСТЕМАХ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ, содержащее семь регистров сдвига, два сумматора, мультиплексор, перемножительное устройство и цифровой индикатор, отличающееся тем, что в него введены блок набора информации, преобразователь размерности, три преобразователя кодов, шесть регистров памяти, цифровая схема сравнения, адресное устройство, постоянное запоминающее устройство, два элемента ИЛИ, оперативное запоминающее устройство, анализатор состояний и блок управления, при этом выход блока набора информации соединен с входом первого преобразователя кодов, второй выход которого соединен с первым входом второго регистра памяти и вторым входом цифрового индикатора, первый выход первого преобразователя кодов соединен с входом преобразователя размерности и вторым входом первого регистра памяти, выход преобразователя размерности соединен с первым входом первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом цифрового индикатора и первым входом первого регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом второго регистра памяти, выход стробирующего блока соединен с вторым входом второго регистра памяти, третьим входом первого регистра памяти и третьим входом первого регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом второго регистра сдвига, второй выход которого соединен с первым входом третьего регистра памяти, выход которого соединен с первым входом третьего регистра сдвига, выход котого соединен с первым входом мультиплексора, первый выход второго регистра сдвига соединен с первым входом четвертого регистра памяти, последовательно соединенные четвертый регистр памяти, четвертый регистр сдвига и первый элемент ИЛИ, выход мультиплексора соединен с входом первого сумматора, второй выход которого соединен с первым входом цифровой схемы сравнения и входом третьего преобразователя кодов, первый выход первого сумматора соединен с первым входом пятого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом пятого регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход цифровой схемы сравнения соединен с входом адресного устройства, второй выход которого соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства, первый выход адресного устройства соединен соответственно с вторыми входами постоянного запоминающего устройства, мультиплексора, четвертого регистра памяти, четвертого регистра сдвига, шестого регистра памяти, второго регистра сдвига, третьего регистра памяти, третьего регистра сдвига, пятого регистра памяти и пятого регистра сдвига, первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом перемножительного устройства, первый вход которого соединен с выходом третьего преобразователя кодов, второй и третий выходы постоянного запоминающего устройства соединены соответственно с третьим и четвертым входами мультиплексора, выход перемножительного устройства соединен с входом второго преобразователя кодов, выход которого соединен с пятым входом мультиплексора, четвертый выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом цифровой схемы сравнения, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом шестого регистра памяти и первым входом анализатора состояний, выход шестого регистра памяти соединен с первым входом шестого регистра сдвига, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, вход оперативного запоминающего устройства и второй вход анализатора состояний объединены и являются входом закодированной информации о высоте полета летательного аппарата с выхода бортового ответчика, выход оперативного запоминающего устройства соединен с вторым входом второго сумматора, второй выход которого соединен с первым входом седьмого регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, первый выход второго сумматора соединен с третьим входом анализатора состояний, третий, второй и первый выходы которого соединены соответственно с первым входом второго сумматора, первым входом второго элемента ИЛИ и входом блока управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами оперативного запоминающего устройства и шестого регистра сдвига, четвертым входом анализатора состояний, вторым входом седьмого регистра сдвига и третьим входом второго элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства определения высоты летательного аппарата.