СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В СИСТЕМАХ ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01S13/94 

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано при расчете высоты полета летательных аппаратов в системах радиолокации.

В современных системах УВД информация о высоте полета летательного аппарата (ЛА) передается на землю по вторичному радиолокационному каналу [1] Эта информация с некоторой погрешностью повторяет показания бортового барометрического высотомера [2] Барометрический способ измерения высоты полета основан на измерении величины атмосферного давления и определении высоты полета по известной геометрической формуле
H_ЛА= -1, (1) где а газовая постоянная, равная 29,27 м/К;
β_o температурный градиент изменения температуры воздуха;
Т_о температура воздуха на уровне моря;
Р_о атмосферное давление на уровне моря;
Р_ЛА атмосферное давление на высоте полета ЛА.

Поскольку высотомеры калибруются при Р_о 760 мм рт.ст. Т_о 288,15 К, β_o= 6,5x x10^-3 м/К, то всякое отклонение величин Т_о, β_o, Р_оот их стандартных значений будет вызывать методическую погрешность барометрического высотомера. Особенно заметна температурная составляющая погрешности, которая может достигать 20% показаний высотомера.

Знание действительных значений высот полета ЛА, выполняемого в аэродромной зоне и на трассах, облегчило бы работу диспетчеров, уменьшило бы число летных происшествий. Исключительно важна подобная информация о высоте в гористой местности, а также при проведении испытательных полетов и в аварийных ситуациях.

Предлагаемый способ температурной коррекции при пересчете высоты летательных аппаратов, основанный на измерении атмосферного давления и определении высоты летательного аппарата по гипсометрической формуле
H_ЛА= -1, отличается тем, что дополнительно вводят текущее значение температуры воздуха Т_о* и вертикальный температурный градиент β_o*, а высоту летательного аппарата определяют по формуле
H*Л

_А= +1 -1, где H_a, H_a 0.

В предлагаемом способе температурной коррекции высоты Н_ЛА, полученной от бортового ответчика, предложенная зависимость откорректированной высоты полета ЛА найдена следующим образом: учитывая, что бортовой высотомер не реагирует на изменение температуры наружного воздуха, на первом этапе находят из выражения (1) величину
H_ЛА+1. (2)
На втором этапе найденную функцию подставляют в выражение (1), но используют текущее значение Т_о* и β_o*
H*л

_а= H_ЛА+1-1. (3)
На третьем этапе определяют величины Т_о* и β_o*. Для этого необходимо знать высоту Н_а аэродрома над уровнем моря и температуру воздуха Т_а на высоте аэродрома. Для величины Т_о* имеем
T*o T_a± β_oH_a, H_a 0. (4)
Вертикальный температурный градиент β_o* найдем не общепринятым способом
β*o, (5) при котором потребовалась бы передача с борта на аэродром температуры наружного воздуха, а посредством привязки к нижней границе тропопаузы, характеризующейся в соответствии с ГОСТ 4401-81 Н_к 11,05 км и температурой Т_к 216,5 К.

Итак,
β*o

. (6)
Подставив в выражение (3) для откорректированной высоты Н_ЛА* значения Т_о* и β_o* выражений (4) и (6), окончательно получим
H*Л_А= +1 -1. (7)
Следовательно, откорректированную высоту Н_ЛА* можно определить по формуле (7), подставив в нее высоту полета ЛА в метрах Н_ЛА, принятую по вторичному радиолокационному каналу от бортового ответчика, текущую температуру воздуха аэродрома Т_а и высоту аэродрома над уровнем моря Н_а. Вычисления могут быть выполнены как программным методом, так и с помощью специализированного вычислителя.

Иллюстрацией к предложенному способу коppекции высоты летательного аппарата может служить таблица, рассчитанная для Т_а 313,15 К.

Из таблицы следует, что учет текущей температуры аэродрома воздуха Т_а при определении пересчитанной высоты летательного аппарата Н_ЛА* необходим, особенно в горных районах страны, чтобы исключить аварийные ситуации.

Сущность заявленного способа заключается в учете реальной текущей температуры воздуха аэродрома посадки при пересчете высоты Н_ЛАлетательного аппарата во время его посадки на аэродром. Известно устройство пересчета высоты полета летательного аппарата Н_ла [3] в котором используется изменение атмосферного давления на высоте полета летательного аппарата, содержащее блок набора информации, соединенный с входом второго преобразователя кодов, второй выход которого соединен с первым входом второго регистра памяти и вторым входом цифрового индикатора, первый выход второго преобразователя кодов соединен с входом первого преобразователя и вторым входом первого регистра памяти, выход первого преобразователя 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 синхронизирующего устройства соединен с вторым входом второго регистра памяти, третьим входом первого регистра памяти и третьим входом первого регистра сдвига, выход котоpого 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 которого 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 вход первого логического элемента ИЛИ, выход мультиплексора соединен с входом первого сумматора, второй выход которого соединен с первым входом цифровой схемы сравнения и входом четвертого преобразователя, 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 логического 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 параллельно соединен соответственно с вторыми выходами 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 четвертого преобразователя, второй и третий выходы постоянного запоминающего устройства соединены соответственно с третьим и четвертым входами мультиплексора, выход перемножительного устройства соединен с входом третьего преобразователя, выход которого соединен с пятым входом мультиплексора, четвертый выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом цифровой схемы сравнения, выход первого логического 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, закодированная информация о высоте полета летательного аппарата Н_ЛА с выхода бортового ответчика поступает на вход оперативного запоминающего устройства и на второй вход анализатора состояний, 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 логического 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 логического элемента ИЛИ и входом устройства 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 логического элемента ИЛИ, выход которого является выходом пересчитанной высоты Н_ЛА.

Однако данное устройство не обеспечивает точной информацией о высоте полета летательного аппарата диспетчера аэродрома посадки или взлета, особенно заметно влияние температурной составляющей погрешности, которая колеблется в пределах 10.20% показаний барометрического высотомера, а в гористой местности погрешность от температурной составляющей достигает 30%
Реализация способа температурной коррекции при пересчете высоты летательных аппаратов осуществляется устройством, содержащим блок набора информации, последовательно соединенный с входом второго преобразователя кодов, первый выход которого соответственно соединен с входом первого преобразователя текущего давления и вторым входом первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом первого регистра сдвига и вторым входом цифрового индикатора, выход первого преобразователя текущего давления соединен с первым входом первого регистра памяти, третий выходной сигнал второго преобразователя кодов соединен с входом второго регистра памяти и третьим входом цифрового индикатора, выходной сигнал второго регистра памяти соединен с третьим входом первого регистра сдвига, первый выходной управляющий сигнал стробирующего узла поступает на вход блока набора информации, а второй выходной сигнал стробирующего узла соответственно на второй регистр памяти, первый регистр памяти, первый регистр сдвига, выход первого регистра сдвига соединен с входом второго регистра сдвига, второй выход второго регистра сдвига соединен с входом третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом третьего регистра сдвига, третий выход второго регистра сдвига соединен с входом четвертого регистра памяти, выход которого соединен с входом четвертого регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом анализатора состояний, первый выход анализатора состояний соединен с входом устройства управления, выход которого соответственно соединен с анализатором состояний, четвертым регистром сдвига, четвертым регистром памяти, третьим регистром сдвига, третьим регистром памяти, вторым регистром сдвига, закодированная информация о высоте полета летательного аппарата Н_ЛА с выхода бортового ответчика поступает последовательно на второй вход анализатора состояний. В это устройство введены пятый регистр памяти, последовательно соединенные шестой регистр памяти и пятый регистр сдвига, специализированный вычислитель, вход пятого регистра памяти соединен с первым входом цифрового индикатора и вторым выходом второго преобразователя кодов, выход пятого регистра памяти соединен с вторым входом первого регистра сдвига, второй выход управляющего сигнала стробирующего узла соединен с пятым регистром памяти, первый выход второго регистра сдвига соединен с входом шестого регистра памяти, выход которого соединен с входом пятого регистра сдвига, выход пятого регистра сдвига соединен с первым входом специализированного вычислителя, выход третьего регистра сдвига соединен с вторым входом специализированного вычислителя, второй выход анализатора состояний соединен с третьим входом специализированного вычислителя, выходной управляющий сигнал устройства управления соединен соответственно со специализированным вычислителем, пятым регистром сдвига, шестым регистром памяти, выход сигнала специализированного вычислителя является выходом устройства, реализующего способ температурной коррекции при пересчете высоты летательных аппаратов.

На фиг.1 представлена структурная схема, реализующая предложенный способ температурной коррекции при пересчете высоты летательных аппаратов.

Схема содержит блок 1 набора информации, преобразователь кодов 2, преобразователь 3 текущего давления, регистры памяти 4, 6, 7, 11, 12, 13, стробирующий блок 5, цифровой индикатор 9, регистры сдвига 8, 10, 14, 15, 16, анализатор пересчета 17, блок управления 18 и вычислитель 19 высоты полета.

Устройство работает следующим образом. Органы набора давления аэродрома Р_а, высоты эшелона Н_эш и текущей температуры Т_а аэродрома посадки расположены в блоке набора информации 1 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 устройстве осуществлен перевод числовых значений Р_а, Н_эш, Т_а из десятичного кода в двоично-десятичный. Он осуществляется преобразователем кодов 2. В таком коде каждая цифра десятичного числа информации записывается в виде четырехразрядного двоичного числа (декады). Кроме того, в преобразователе кодов 2 происходит вычитание 150 м из величины Н_эш, что составляет рубеж пересчета Н_р Н_эш 150 м. Поскольку по возможным условиям работы вводимое в устройство пересчета высоты текущее атмосферное давление может иметь размерность как мм рт.ст. так и мбар или гПа, то необходим преобразователь 3 текущего давления, который преобразует текущее давление, выраженное в мбар или гПа, в мм рт.ст. Функциональной базой преобразователя служит комбинационная логика. Благодаря такому преобразованию на выходе регистра сдвига 8 давление аэродрома будет иметь размерность мм рт.ст. закодированное тремя декадами, что существенно упрощает аппаратуру и повышает ее надежность. Регистр памяти 7 используется для запоминания числовых величин Т_а, закодированных двумя декадами, регистр памяти 6 для высоты рубежа пересчета.

Стробирующий узел 5 вырабатывает десять сдвинутых по времени стробов (С₁.С₁₀), первые семь стробов используются для последовательной подекадной записи вводимой информации Н_р, Р_а, Т_а в регистры памяти 4, 6, 7 по переднему фронту десятого строба (С₁₀) производится параллельная запись информации Н_р, Р_а, Т_а всех регистров памяти 4, 6, 7 в регистр сдвига 8. Цифровой индикатор 9 высвечивает цифровые значения Р_а, Т_а, Р_н, введенные галетными переключателями, расположенными в специализированном блоке набора информации 1.

Выходная информация считывания Н_р, Р_а, Т_а последовательным кодом поступает в приемный регистр сдвига посредством сдвигового регистра 8 и запоминается в регистрах памяти 11, 12, 13, управляющие импульсы которых вырабатываются блоком управления 18 для вывода из них числовой информации для анализатора пересчета 17 и вычислителя высоты полета 19, с помощью которого производятся вычисления откорректированной высоты Н_ЛА* летательного аппарата.

Предложенный способ температурной коррекции высоты полета летательного аппарата Н_ЛА, получаемой по радиолокационному каналу, позволяет определить искомую высоту полета с погрешностью не более 2-3 м. (56) 1. Смирнов Г.Л. Горбачев В. П. Радиолокационные системы с активным ответом. M. Воениздат, 1962.

2. Высотомеры УВИД-30-15 и УВИД-15Ф. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию. Издания 4630/2.

3. Заявка N 5029639 от 25 февраля 1992 года. "Устройства пересчета высоты летательных аппаратов в системах вторичной радиолокации". Андросенко В.Я. и др.

Использование: определение высоты полета летательного аппарата (ЛА) в системах радиолокации. Сущность изобретения: измеряют величины атмосферного давления воздуха на высоте полета ЛА и на уровне моря, измеряют температуру на уровне моря и температурный градиент изменения температуры воздуха, определяют текущие значения температуры воздуха аэродрома и высоту аэродрома над уровнем моря и вычисляют высоту полета ЛА. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. Способ определения высоты полета летательного аппарата в системах вторичной радиолокации, при котором измеряют величины атмосферного давления воздуха на высоте полета летательного аппарата (ЛА) P_ла и на уровне моря P₀, измеряют температуру воздуха на уровне моря T₀ и температурный градиент изменения температуры воздуха β_o и вычисляют высоту полета ЛА, отличающийся тем, что определяют текущие значения температуры воздуха аэродрома Т_а и высоту аэродрома над уровнем моря H_а, а высоту полета ЛА H*л

_а вычисляют по формуле


a газовая постоянная, равная 29,27 м/К;
Т_к 216,5 К;
Н_к 11,05 км. 2. Устройство для определения высоты полета летательного аппарата в системах вторичной радиолокации, содержащее блок набора информации и цифровой индикатор, отличающееся тем, что введены преобразователь кодов, первый выход которого соединен с входом преобразователя текущего давления и вторым входом первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом первого регистра сдвига и вторым входом цифрового индикатора, выход преобразователя текущего давления соединен с первым выходом первого регистра памяти, третий выход преобразователя кодов соединен с входом второго регистра памяти и третьим входом цифрового индикатора, выход второго регистра памяти соединен с третьим входом первого регистра сдвига, первый выход стробирующего блока подключен к входу блока набора информации, а второй выход стробирующего блока соединен с входами второго регистра памяти, первого регистра памяти и первого регистра сдвига, выход первого регистра сдвига соединен с входом второго регистра сдвига, второй выход второго регистра сдвига соединен с входом третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом третьего регистра сдвига, третий выход второго регистра сдвига соединен с входом четвертого регистра памяти, выход которого соединен с входом четвертого регистра сдвига, выход которого соединен с первым входом анализатора пересчета, первый выход анализатора пересчета соединен с входом блока управления, выход которого соединен с управляющими входами анализатора пересчета, четвертого регистра сдвига, четвертого регистра памяти, третьего регистра сдвига, третьего рагистра памяти, второго регистра сдвига, второй вход анализатора пересчета является входом для сигнала о высоте летательного аппарата, последовательно соединенные шестой регистр памяти, пятый регистр сдвига и вычислитель высоты полета, вход пятого регистра памяти соединен с первым входом цифрового индикатора и вторым выходом второго преобразователя кодов, выход пятого регистра памяти соединен с вторым входом первого регистра сдвига, второй выход управляющего сигнала стробирующего блока соединен с пятым регистром памяти, первый выход второго регистра сдвига соединен с входом шестого регистра памяти, выход третьего регистра сдвига соединен с вторым входом вычислителя высоты полета, второй выход анализатора пересчета соединен с третьим входом вычислителя высоты полета, выход блока управления соединен соответственно с управляющими входами вычислителя высоты полета, пятого регистра сдвига, шестого регистра памяти, выход вычислителя высоты полета является входом устройства, выход блока набора информации подключен к входу преобразователя кодов.