СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ САМОЛЕТНОГО ОТВЕТЧИКА ПО ЛИНИИ ЗЕМЛЯ - САМОЛЕТ В ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ Российский патент 1997 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при серийных испытаниях бортовой аппаратуры опознавания на авиазаводах, а также при периодических испытаниях в эксплуатирующих организациях.

Известен способ определения дальности действия самолетного ответчика по линии земля-самолет в летных испытаниях, который заключается в том, что при радиальном полете самолета в направлении на наземный запросчик (или от запросчика) определяют по экрану наземной РЛС, сопряженной с запросчиком, дальность, при которой появляется (или исчезает в случае полета от запросчика) метка опознавания и сравнивают эту дальность с минимально допустимым значением дальности опознавания, заданным техническими условиями на поставку самолет [2]
Нормы технических условий вырабатываются в результате госиспытаний группы однотипных самолетов на различных высотах.

Указанный способ определения дальности действия самолетного ответчика имеет недостаток: низкую достоверность из-за влияния кривизны земной поверхности, которая ограничивает дальность опознавания дальностью прямой видимости особенно на средних и малых высотах.

При испытании системы опознавания на высотах меньше 10 км обычно дальность прямой видимости самолет оказывается меньше, чем потенциальная дальность действия ответчика, и испытания ведутся в области "тени" (фиг.1).

Так как разрешенная зона летных испытаний на авиазаводах обычно ограниченна, с целью сокращения зоны испытаний (т.е. дальности ухода самолета от "точки"), а также из экономических соображений предпочтительно вести испытания на высотах менее 10 тыс.м. Поэтому наряду с нормами дальности опознавания на высоте 10 тыс. м, при которой, как правило, выполняются условия прямой видимости, в технических условиях на поставку самолета даются также предельные нормы дальности опознавания для высот 5 тыс. и 1 тыс. м.

Однако при работе на этих высотах испытания ведутся в области тени, и их результаты становятся зависимыми от величины и знака атмосферной рефракции электромагнитных волн (искривления траектории радиолучей).

Так как атмосферная рефракция зависит от ряда метеорологических параметров: давления воздуха, температуры и влажности, учесть влияние рефракции на дальность опознавания и тем более идентифицировать результаты испытаний, проведенных на различных полигонах в различное время года, практически невозможно.

Данное обстоятельство снижает достоверность испытаний на наиболее приемлемых для работ высотах. В результате могут быть допущены к эксплуатации некондиционные ответчики, или необоснованно забракованы кондиционные.

Целью изобретения является повышение достоверности летных испытаний бортовых ответчиков на высотах, при которых дальность опознавания ограничивается прямой видимостью из-за кривизны земной поверхности.

Для достижения этой цели в известном способе, заключающемся в том, что при радиальном полете самолета в направлении на наземный запросчик (или от запросчика) определяют по экрану наземной РЛС обнаружения, сопряженной с запросчиком, дальность, при которой появляется (или исчезает в случае полета от запросчика) метка опознавания и сравнивают эту дальность с минимально допустимой дальностью опознавания, заданную техническими условиями, испытательный полет отличается тем, что его осуществляют при искусственно сниженном энергетическом потенциале наземного запросчика на величину:

где:
D₁ минимально допустимая по техническим условиям дальность опознавания для высоты H₁, обеспечивающей прямую видимость самолета;
H₂ заданная высота испытаний (H₂<H₁);
R радиус земли,
а полученную в полете дальность опознавания сравнивают с новым значением минимально допустимой дальности опознавания, рассчитанной по формуле:

Таким образом, сущность предлагаемого способа заключается в том, что путем искусственного снижения энергетического потенциала запросчика уменьшают дальность действия самолетного ответчика, переводя испытания из области тени, вызванной кривизной земной поверхности, в область прямой видимости для заданной высоты испытаний.

При этом оценку дальности опознавания производят по новым нормам технических условий, уменьшенным по сравнению с существующими в соответствии со сниженным энергетическим потенциалом наземного запросчика.

Теоретическое обоснование предлагаемого способа, вывод формул (1) и (2) и конкретный пример реализации способа приведены ниже.

На фиг. 1 представлены дальности прямой видимости и максимальные дальности опознавания в летных испытаниях на двух различных высотах: Aε дальность прямой видимости при высоте полета H₁; AK дальность прямой видимости при высоте полета H₂ (при отсутствии рефракции эта дальность совпадает с максимальной дальностью опознавания на высоте H₂); AN максимальная дальность опознавания в полете на высоте при наличии положительной рефракции; AC=D₁ максимальная дальность опознавания в полете на высоте H₁; AB=D₂ максимальная дальность опознавания в полете на высоте H₂ после искусственного снижения энергетического потенциала запросчика; v угол между линией визирования на цель и линией горизонта.

На фиг. 2 представлена блок-схема конкретного устройства, реализующего предложенный способ определения дальности действия самолетного ответчика.

Способ определения дальности действия самолетного ответчика рассмотрим на блок-схеме конкретного устройства.

Устройство содержит наземный запросчик 1, аттенюатор большой мощности 2, антенну запросчика 3, испытуемый самолет 4, самолетный ответчик 5, антенну ответчика 6, наземную РЛС обнаружения 7 и антенну РЛС 8. Запросный СВЧ сигнал наземного запросчика 1 поступает на вход вновь введенного аттенюатора большой мощности 2. С выхода аттенюатора 2 ослабленный по мощности запросный сигнал (в соответствии с установленным затуханием аттенюатора) поступает в антенну запросчика 3 и излучается в направлении испытуемого самолета 4, оборудованного самолетным ответчиком 5. Принятый антенной 6 самолетного ответчика 5 запросный сигнал "преобразуется" ответчиком 5 в ответный сигнал. Ответный сигнал излучается той же антенной 6 в направлении наземного запросчика 1. Принятый антенной 3 запросчика 1 ответный сигнал, вновь поступает на аттенюатор большой мощности 2 (на его выход) и, пройдя аттенюатор в противоположном относительно запросного сигнала направлении поступает на приемник запросчика 1 и далее на индикатор наземной РЛС обнаружения 7, с которой сопряжен запросчик 1. "Сопряжение" заключается во временной синхронизации зондирующих сигналов РЛС и запросных сигналов передатчика запросчика 1, а также в синхронизации движения лучей антенны РЛС 8 и антенны запросчика 3 при обзоре пространства. Поэтому в режиме запроса отметка цели и отметка опознавания на экране индикатора РЛС 8 практически совпадают по дальности и азимуту и отличаются друг от друга только своей конфигурацией. Приведенные устройство и способ позволяют с помощью вновь введенного в приемопередающий тракт запросчики аттенюатора большой мощности 2 искусственно снизить на определенные число децибел энергетический потенциал наземного запросчика 1. "Калиброванное" снижение энергетического потенциала запросчика 1 позволяет уменьшить в испытательном полете дальность опознавания до заданной величины и перевести испытания из области тени, вызванной кривизной земной поверхности, в область прямой видимости.

Прежде чем рассчитать величину снижения энергетического потенциала запросчика для выбранной высоты испытаний, необходимо определить новое значение минимально допустимой дальности опознавания D₂, опираясь на существующую по "ТУ" минимально допустимую дальность опознавания D₁, выработанную опытным путем для высоты, обеспечивающей прямую видимость.

Для простоты допустим, что максимальная дальность опознавания, полученная при испытании, совпадает с минимально доступной дальностью опознавания по техническим условиям, т.е. дальность действия ответчика на "нижнем пределе "ТУ". Тогда согласно фиг.1 при движении самолета в направлении на запросчик по дуге окружности с радиусом R+H₁, метка опознавания появится на экране индикатора наземной РЛС, сопряженной с запросчиком, в точке C, т.е. на дальности D₁=AC. При этом самолет будет находиться в области прямой видимости.

При движении самолета по дуге окружности с радиусом R+H₂ (высота полета H₂ значительно меньше H₁) метка опознавания появится только при выходе самолета из области тени в область прямой видимости, т.е. в точке K. При этом дальность опознавания значительно уменьшится: AK <AC.

При наличии атмосферной рефракции (например, положительной рефракции) из-за искривления луча в сторону области тени, метка опознавания появится в точке N, т.е. дальность опознавания будет завышена AN > AK.

При отрицательной рефракции дальность опознавания будет занижена.

Как было указано выше, для устранения этой неоднозначности для высот, при которых дальность прямой видимости меньше потенциальной дальности опознавания, необходимо путем искусственного снижения энергетического потенциала наземного запросчика перевести испытания из области тени в область прямой видимости. Величину энергетического потенциала необходимо сделать такой, чтобы при движении самолета по дуге окружности с радиусом R+H₂, метка опознавания появилась при достижении самолетом точки B, лежащей на прямой AC, т. е. когда дальность от запросчика до самолета достигнет величины D₂=AB.

Для определения дальности необходимо определить величину отрезка BC. Исходя из того что при малых углах v отрезки BC и Kε приблизительно равны,

Так как из прямоугольных треугольников OMK и OMε

окончательно получим:

Это новое значение минимально допустимой дальности опознавания, полученное из существующей по "ТУ" дальности. С этим новым значением необходимо сравнивать реальную дальность опознавания, полученную в летных испытаниях, выполненных после искусственного снижения энергетического потенциала запросчика.

Для определения величины снижения энергетического потенциала запросчика, которое необходимо для уменьшения дальности опознавания от значения D₁ до значения D₂, проделаем следующие предварительные выкладки:
Известно что дальность действия системы опознавания по линии земля-самолет определяется как дальностью связи по каналу запросчик ответчик, так и дальностью связи по каналу ответчик-запросчик.

Согласно основному уравнению радиолокации дальность связи по каналу запросчик-отвечик
где
P₃ мощность передатчика запросчика;
λ длина волны;
G₃, G_o коэффициенты направленности антенн запросчика и ответчика соответственно;
Q_o чувствительность приемника ответчика;
L₃, L_o потери в антенно-фидерной системе (АФС) запросчика и ответчика соответственно приемопередающие тракты совмещены.

Аналогично дальность связи по каналу ответчик-запросчик:

где
P_o мощность передатчика-ответчика;
Q₃ чувствительность приемника. запросчика
При дальности D > D₃₀ сигналы запросчика не смогут запустить передатчик ответчика, а в случае D > D₀₃ ответный сигнал не будет выделен оконечным устройством запросчика на фоне флуктуирующих шумов. Обычно при проектировании систем опознавания добиваются равенства дальностей связи.

т.е. D₃₀=D₀₃= D_опозн (7)
В случае, когда условие (7) не выполняется, дальность действия ответчика определяется наименьшей дальности связи, полученной из формул (5) и (6)["Теоретические основы радиолокации/Под ред.В.Е. Дулевича. М. 1964 г.

Для искусственного уменьшения дальности действия ответчика до требуемой величины D_r целесообразно снизить до определяемой величины энергетический потенциал запросчика, используя запросчик как инструмент для проверки ответчика.

Операцией искусственного снижения энергетического потенциала часто пользуются при определении дальности действия РЛС с помощью стандартного СВЧ сигнала, подаваемого непосредственно в антенну РЛС. При этом изменение (снижение) потенциала достигается за счет введения в приемопередающий тракт РЛС затухания (аттенюатора большой мощности) ["Теория и практика эксплуатации радиолокационных систем"/Под ред. С.М. Латинского, Сов. радио, М.1970 г.

Очевидно, введение в приемопередающий тракт запросчика одного общего аттенюатора (приемный и передающий тракты в АФС запросчика совмещены) приводит к равному уменьшению дальности связи как по каналу запросчик-ответчик, так и по каналу ответчик-запросчик, что будет соответствовать уменьшению дальности опознавания до величины, зависящей от введенного затухания, т.е. от дополнительных потерь ΔL к существующим потерям L₃ в АФС запросчика - формулы (5) и (6).

Для определения необходимой величины затухания ΔL представим каждую из формул (5) и (6) в общем виде

где через m обозначены все параметры кроме потерь в АФС запросчика.

При выполнении условия (7) выражение (8) тривиально.

Если условие (7) не выполняется, то, как было указано выше, дальность опознавания определяется наименьшей величиной дальности связи, полученной из формул (5) и (6). Oчевидно, при этом выражение (8) остается в силе.

На основании (8) составим систему из двух управлений:

Здесь:
D₁ минимально допустимое по "ТУ" значение дальности опознавания для высот, обеспечивающих прямую видимость при нормальном энергетическом потенциале запросчика;
L₃₁ потери в АФС запросчика до снижения энергетического потенциала запросчика, в дБ;
D₂ новое значение минимально допустимой дальности опознавания, рассчитанное по формуле (4);
L₃₂ новое значение потерь после снижения энергетического запросчика, т. е. введения дополнительного затухания ΔL, в дБ. децибелах
Поделив (9) на (10), получим:

Для определения величины снижения энергетического потенциала запросчика в децибелах запишем выражение (11) в логарифмической форме
10lgD₁-10lgD₂=1/2(L₃₂-L₃₁)дБ
откуда величина снижения энергетического потенциала запросчика, в дБ:
ΔLдб = L₃₂-L₃₁= 20lgD₁-20lgD₂
или с учетом (4)

Следует отметить, что точность введения дополнительного затухания ΔL(дб) = L₃₂-L₃₁ должна соответствовать точности плановых измерений потерь L₃ в АФС запросчика (например, при регламентных работах).

Пример расчета D₂ и ΔL:
Вводные данные: согласно техническим условиям дальность действия D₁ самолетного ответчика в летных испытаниях на высоте 10 тыс.м должна быть, например, не менее 350 км.

Разрешенная зона испытаний, т.е. максимально возможное удаление самолета от "точки" (точки А на фиг.1), например, не должно быть более 300 м.

Требуется определить дальность действия ответчика на соответствие указанным нормам "ТУ" в летных испытаниях, не выходя за пределы разрешенной зоны 300 км и не попадая в область тени.

Простой расчет дальности прямой видимости по известной формуле (см. "Теоретические основы радиолокации").

где
R радиус земли;
H высота испытаний;
h высота подъема антенны запросчика над поверхностью земли (обычно ≈20 м)
показывает, что для высоты H₁ 10 тыс.м D_пв 373 км (на фиг.1 дальность AE),
так как в нашем случае D₁ 350 км <D_пв, то испытания на H=10 тыс. м будут проходить в условиях прямой видимости. Однако при этом испытуемый самолет выйдет за пределы разрешенной зоны испытаний.

При испытаниях, например, на высоте H₂ 5 тыс. м, максимальная дальность опознавания ограничивается дальностью прямой видимости, которая согласно (13) будет составлять 268 км. (на фиг.1 дальность AK). Хотя при испытаниях на этой высоте самолет не будет выходить в процессе полета за пределы разрешенной зоны, которая, как указано выше, равна 300 км, испытания будут проходить в области тени, что снизит их достоверность особенно при наличии атмосферной рефракции.

Для обеспечения испытаний на высоте H₂=5 тыс. м в условиях прямой видимости определим сначала новое уменьшенное значение предельно-допустимой дальности опознавания D₂ по формуле (4)

Затем сделаем расчет необходимой величины снижения энергетического потенциала запросчика (в дБ) согласно формуле (12)

Если в испытательном полете на H 5 км, проведенном после указанного снижения энергетического потенциала запросчика: максимальная дальность опознавания D_оп получилась, например 250 км, то в нашем случае дальность действия ответчика соответствует нормам технических условий, так как D_оп > D₂ (250 > 245). Если же полученная D_оп < D₂, то ответчик не соответствует требованиям технических условий. Так как испытания проводились в условиях прямой видимости, их результат не зависит от атмосферной рефракции, и, следовательно, является более достоверным. При этом уменьшение энергетического потенциала запросчика позволяет провести испытания без нарушения границ разрешенной зоны.

Использование предложенного способа определения дальности действия самолетного ответчика по линии земля-самолет в летных испытаниях обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:
повышение достоверности летных испытаний на высотах, при которых дальность опознавания ограничивается дальностью прямой видимости из-за кривизны земной поверхности.

возможность производить испытания ответчиков в организациях с ограниченными размерами разрешенной зоны испытаний за счет искусственного уменьшения дальности опознавания путем снижения энергетического потенциала наземного запросчика.

позволяет получить определенный экономический эффект за счет уменьшения продолжительности летных испытаний.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при серийных испытаниях бортовой аппаратуры опознавания на авиазаводах, а также при периодических испытаниях в эксплуатирующих организациях. Способ определения дальности действия самолетного ответчика по линии земля-самолет в летных испытаниях заключается в том, что при радиальном полете самолета в направлении на наземный запросчик (или от запросчика), определяют по экрану наземной РЛС обнаружения, сопряженной с запросчиком, дальность, при которой появляется (или исчезает в случае полета от запросчика) метка опознавания и сравнивают эту дальность с минимально допустимым значением дальности опознавания, заданным техническими условиями. Отличается способ тем, что полет осуществляет при искусственном сниженном энергетическом потенциале наземного запросчика на величину:
где D₁ минимально допустимая по техническим условиям дальность опознавания для высоты H₁, обеспечивающей прямую видимость, H₂ - заданная высота испытаний, R - радиус земли, а полученную при испытаниях дальность опознавания сравнивают с новым значением минимально допустимой дальности опознавания, рассчитанной по формуле: 2 ил.

Способ определения дальности действия самолетного ответчика по линии Земля самолет в летных испытаниях, заключающийся в том, что при радиальном полете самолета в направлении на наземный запросчик или от запросчика определяют по экрану наземной РЛС обнаружения, сопряженной с запросчиком, дальность, при которой появляется или исчезает в случае полета от запросчика метка опознавания, и сравнивают эту дальность с минимально допустимым значением дальности опознавания, заданными техническими условиями, отличающийся тем, что полет осуществляют при искусственно сниженном энергетическом потенциале запросчика на величину

где D₁ минимально допустимая по техническим условиям дальность опознавания для высоты Н₁, обеспечивающей прямую видимость;
Н₂ заданная высота испытаний (Н₂ < Н₁);
R радиус Земли,
а полученную при испытаниях дальность опознавания сравнивают с новым значением минимально допустимой дальности опознавания, рассчитанной по формуле
ы