СПОСОБ ПРИВОДА СРЕДСТВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ К РАДИОМАЯКУ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ И ДВУХЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ДАЛЬНОМЕР Российский патент 2015 года по МПК G08G1/00 

Изобретения относятся к навигационным системам и комплексам.

Для того чтобы, например, привести корабль или самолет в место назначения (к радиомаяку), необходимо определять, по крайней мере, их азимуты относительно радиомаяка или азимут радиомаяка относительно корабля или самолета, т.е. пеленг цели, например, амплитудным или фазовым методом пеленгации [1, Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В. Дружинина. Военное издательство. М., 1967].

Широко известных других методов привода средств передвижения к месту назначения неизвестно.

Целью изобретения является расширение ассортимента устройств привода средства передвижения к месту назначения.

Поставленная цель достигается за счет реализации устройств привода средств передвижения к месту назначения с использованием определения рассогласования продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк.

Осуществляют привод средств передвижения к радиомаяку с использованием переизлучения средством передвижения принимаемой со стороны радиомаяка электромагнитной энергии, обратно, в сторону радиомаяка, следующим образом. С радиомаяка одновременно излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f₁ и f₂ НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые принимаются двумя антеннами двух приемников, установленными на продольной или поперечной осях средства передвижения, с базовым L расстоянием между антеннами, селектируются, усиливаются по мощности и переизлучаются в сторону радиомаяка, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif₁/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif₂/C, несущие информацию о расстоянии между антенной излучателя на радиомаяке и антеннами приемников на средстве передвижения,

где Di и Dj - расстояние между излучающей антенной радиомаяка и антеннами средства передвижения перемещающегося со скоростью Vi, С - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f₃=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между средством передвижения и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что средство передвижения, при обнаружении на радиомаяке разностного сигнала частотой f₃, перемещается точно к радиомаяку, при этом на средство передвижения с радиомаяка передают сигнал частотой f₃, который там принимают и подают на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, после чего, когда со временем все же произойдет рассогласование совпадения продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, на нем будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f₄, который там примут и подадут на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, или от радиомаяка, тогда, если от радиомаяка, на радиомаяке будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f₅, который там примут и заставят его перемещаться в направлении, противоположном предыдущему, т.е. на радиомаяк.

Устройство привода средств передвижения к радиомаяку содержит средство передвижения и радиомаяк, при этом на средстве передвижения, на его поперечной или продольной осях, на расстоянии L друг от друга, установлены два приемника, каждый из которых содержит последовательно соединенные свои приемо-передающую антенну, полосовой фильтр, усилитель мощности с выходом, подключенным к входу антенны, работающему на передачу, приемниками, которые принимают, селектируют, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиомаяка каждый свой непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а также на средстве передвижения установлен приемник обнаружения, содержащий приемную антенну, выход которой, через входы трех фильтров, подключены к входам схемы управления рулем средства передвижения, а также на радиомаяке установлен двухчастотный частотный дальномер, выходы первого и второго фильтров разностных частот которого, через пятый смеситель, подключены к входам трех фильтров, выходы которых, через сумматор, подключены к входу передающей антенны.

А двухчастотный частотный дальномер содержит: генератор (Г-1); смеситель (СМ-1); фильтр разностной частоты (ФРЧ-1); приемо-передающую антенну (антенну) а также: Г-2; Г-3; СМ-2; СМ-3; СМ-4; ФРЧ-2; ФРЧ-3; ФРЧ-4; аналоговый сумматор; усилитель мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1 подключен к входу ФРЧ-1 так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2, подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4 подключены к входам аналогового сумматора, выход которого, через усилитель мощности, подключен к входу антенны, работающему на передачу, вход которой, работающий на прием, подключен к вторым входам СМ-1и СМ-2.

Осуществляют посадку и поиск капсулы с космонавтом в заданном районе приземления аналогично приводу средства передвижения - капсулы с космонавтом, прикрепленной к парашюту, к радиомаяку, при этом радиомаяк устанавливают, например, на вертолете, который после приземления капсулы начинает производить ее облет до момента появления на радиомаяке вновь разностного сигнала частотой f₃ и определения направления на капсулу, после чего, воздействуя на рули вертолета, направляют его в сторону капсулы с космонавтом, а до приземления капсулы парашютом управляют, заставляя его приближаться к радиомаяку, посредством изменения длины тех или иных его строп, выбор которых осуществляют в зависимости от того, какая из частот f₃, f₄, f₅ обнаруживается в тот или иной момент на капсуле.

Устройство посадки и поиска капсулы с космонавтом в заданном районе приземления выполнено с использованием устройства привода средства передвижения к радиомаяку, при этом в качестве средства передвижения используют капсулу с космонавтом прикрепленную к парашюту, а радиомаяк устанавливают, например, на вертолете, а также тем, что выходы трех фильтров на радиомаяке, через электронный коммутатор с входом управления, подключенным к кнопке управления, подключены к схеме управления рулями вертолета.

Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства привода средств передвижения к радиомаяку.

Пусть со стороны радиомаяка в сторону находящегося на расстоянии 149990 или 14990 м от него корабля, плывущего со скоростью Vi=15 м/c, излучают НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналы с частотами f₁=1 и f₂=1,1 ГГц, частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые двухчастотным частотным дальномером (ДЧД), в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап генератора Г-1. При этом на выходе Г-1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ-3 и ОМ-4, на вторые входы которых подают с Г-2 и Г-3, соответственно, сигналы частотой fx и fz. При этом на выходах СМ-3 и СМ-4 и соответственно ФРЧ-3 и ФРЧ-4 формируются сигналы частотой f₁=f-fx=1 ГГц и f₂=f-fz=1,11 Гц, которые суммируются аналоговым сумматором, усиливаются усилителем мощности в ДЧД и передаются его антенной на средство передвижения, где принимаются двумя приемо-передающими антеннами двух приемников, установленными на продольной оси корабля (или на поперечной), на расстоянии L=20 м друг от друга; селектируются (избираются) каждый в своем приемнике полосовым фильтром; усиливаются по мощности и переизлучаются своей антенной на радиомаяк, поступая через антенну ДЧД на СМ-1 и СМ-2, где перемножаются с, соответственно, излученными НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналами, поступающими на вторые входы СМ-1 и СМ-2 с выходов ФРЧ-3 и ФРЧ-4. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ-1 и СМ-2 и соответственно выходах ФРЧ-1 и ФРЧ-2 формируются, при расположении антенн на продольной оси корабля, совпадающей точно с направлением на радиомаяк, сигналы с частотой

Fpi=2DiFmdfm/C-f₁2Vi/C и Fpj=2DjFmdfm/C-f₂2Vi/C,

F₁=2(149990)(5 кГц)(5,1 МГц)/(3×10⁸ м/с)-2(1 ГГц)(15 м/с)/(3×10⁸ м/c)=25498200 Гц,

F₂=2×(149990 м+20 м)×5×10³×5,1×10⁶/3×10⁸-2×1,1×10⁹×15/3×10⁸=25501590 Гц, или $${\text{F}}_{\text{1}}^{\text{1}}=2\left(14990\right)\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times 10{}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15/3\times {10}^8=2548200Гц$$ , $${\text{F}}_{\text{2}}^{\text{1}}=2\left(14990м+20м\right)\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times 10{}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15/3\times {10}^8=2551590Гц$$ , или, при расположении антенн на поперечной оси корабля, продольная ось которого совпадает точно с направлением на радиомаяк, с, примерно, частотами $${\text{F}}_{\text{1}}^{\text{11}}=2\left(149990\right)\left(5кГц\right)\left(\mathrm{5,1}МГц\right)/\left(3\times {10}^8м/с\right)-2\left(1ГГц\right)\left(15м/с\right)1/\left(3\times {10}^8м/с\right)=25498200Гц$$ $${\text{F}}_{\text{2}}^{\text{11}}=2\times 149990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times 10{}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=254981900Гц$$ , или $${\text{F}}_{\text{1}}^{\text{111}}=2\times 14990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times 10{}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=2548200Гц$$ , $${\text{F}}_{\text{2}}^{\text{111}}=2\times 14990м\times 5\times {10}^3\times \mathrm{5,1}\times {10}^6/3\times 10{}^8-2\times \mathrm{1,1}\times {10}^9\times 15\times 1/3\times {10}^8=2548190Гц$$ ,

величина которых является функцией расстояния между кораблем и радиомаяком.

Сигналы частотой F₁, $$F_1^1$$ , $$F_1^{11}$$ , $$F_1^{111}$$ , выделенные ФРЧ-1, и F₂, $$F_2^1$$ , $$F_2^{11}$$ , $$F_2^{111}$$ ,выделенные ФРЧ-2, перемножаются в СМ-5 устройства привода средств передвижения. При этом на выходе СМ-5 формируются сигналы частотой $$f{}_3=F_2-F_1=F_2^1-F_1^1=3390$$ Гц или $$f_3^1=F_1^{11}-F_2^{11}=F_1^{111}-F_2^{111}=10$$ Гц, которые выделяются одним из трех фильтров гребенки, подключенной к выходу СМ-5, и величина которых уже не зависит от расстояния между кораблем и радиомаяком. Двумя другими фильтрами гребенки выделяются, при различных рассогласованиях продольной оси корабля с направлением на радиомаяк, сигналы частотой f₄ и f₅. Сигналы частотой f₃, f₄ и f₅ суммируются сумматором и через передающую антенну с радиомаяка посылаются на корабль, где принимаются приемной антенной и выделяются тремя фильтрами, аналогичными трем фильтрам, установленным на радиомаяке, и далее по трем каналам поступают на схему управления рулем корабля. При этом если выделяется сигнал частотой f₃, то руль заставляет корабль двигаться к радиомаяку по линии, совпадающей с его продольной осью. Если со временем произойдет рассогласование совпадения продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, то на радиомаяке будет сформирован, а на корабле выделен сигнал частотой f₄. При этом руль установится в такое положение, что корабль станет двигаться в направлении на радиомаяк или от радиомаяка. Тогда, если от радиомаяка, то на нем будет сформирован и передан на корабль сигнал частотой f₅, которым руль установится в такое положение, что корабль станет двигаться в направлении на радиомаяк.

Очевидно, что если, например, в качестве средства передвижения использовать парашют с капсулой и космонавтом в ней, опускающиеся на Землю, а также сигналы частотой f₃, f₄ и f₅ формировать на радиомаяке, установленном, например, на вертолете, и использовать их, после приема на капсуле, для изменения длины соответствующих строп парашюта, то можно управлять последним, направляя его в заданный район приземления, т.е. к радиомаяку. А также если после приземления капсулы, когда ее продольная ось расположится в произвольном положении относительно направления на вертолет с радиомаяком, заставить вертолет перемещаться вокруг приблизительного места приземления капсулы, то можно будет обнаружить направление на капсулу и направить по нему к ней вертолет. Например, посредством подачи на схему управления рулями вертолета с трех фильтров на радиомаяке, через электронный коммутатор с входом управления, подключенным к кнопке управления, сигналов с частотой f₃, f₄ и f₅.

Группа изобретений относится к навигационным системам. При способе привода средств передвижения к радиомаяку от радиомаяка излучают одновременно два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал) с одинаковыми частотой, частотной модуляцией и девиацией частоты, которые принимают антеннами двух приемников, установленных на продольной и поперечной осях средства передвижения на определенном расстоянии L друг от друга. Полученные сигналы переизлучают в сторону радиомаяка, перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и определяют разностный сигнал определенной частоты, появление которого означает, что средство передвижение направлено на радиомаяк. Далее на средство передвижения подают сигнал полученной разностной частоты, где его принимают и подают сигнал на исполнительное устройство руля, заставляя перемещать в направлении на радиомаяк. Двухчастотный частотный дальномер содержит три генератора, четыре смесителя, четыре фильтра разностной частоты, аналоговый сумматор, усилитель мощности, антенну, работающую на передачу, соединенные определенным образом. Устройство привода средств передвижения к радиомаяку содержит два приемника, приемник обнаружения, двухчастотный частотный дальномер, соединенные определенным образом. Каждый из приемников содержит приемо-передающую антенну, полосовой фильтр, усилитель мощности. Приемник обнаружения содержит приемную антенну, три фильтра и подключен к схеме управления рулем средства передвижения. Обеспечивается направление средства перемещения на радиомаяк. 3 н.п. ф-лы.

1. Способ привода средств передвижения к радиомаяку с использованием переизлучения средством передвижения принимаемой со стороны радиомаяка электромагнитной энергии, обратно, в сторону радиомаяка, отличающийся тем, что с радиомаяка одновременно излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f₁ и f₂ НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые принимаются двумя антеннами двух приемников установленными на продольной или поперечной осях средства передвижения, с базовым L расстоянием между антеннами, селектируются, усиливаются по мощности и переизлучаются в сторону радиомаяка, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сначала сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif₁/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif₂/C, несущие информацию о расстоянии между антенной излучателя на радиомаяке и антеннами приемников на средстве передвижения, где Di и Dj - расстояние между излучающей антенной радиомаяка и антеннами средства передвижения, перемещающегося со скоростью Vi, С - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f₃=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между средством передвижения и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что средство передвижения, при обнаружении на радиомаяке разностного сигнала частотой f₃, перемещается точно к радиомаяку, при этом на средство передвижения с радиомаяка передают сигнал частотой f₃, который там принимают и подают на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, после чего, когда со временем все же произойдет рассогласование совпадения продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, на нем будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f₄, который там примут и подадут на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, или от радиомаяка, тогда, если от радиомаяка, на радиомаяке будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f₅, который там примут и заставят его перемещаться в направлении, противоположном предыдущему, т.е. на радиомаяк.

2. Двухчастотный частотный дальномер, содержащий генератор Г-1, смеситель СМ-1, фильтр разностной частоты ФРЧ-1 и приемо-передающую антенну (антенну), отличающийся тем, что в него дополнительно введены: генераторы Г-2, Г-3; смесители СМ-2, СМ-3, СМ-4; фильтры разностных частот ФРЧ-2, ФРЧ-3, ФРЧ-4; аналоговый сумматор; усилитель мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1, подключен к входу ФРЧ-1 так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2, подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4 подключены к входам аналогового сумматора, выход которого, через усилитель мощности, подключен к входу антенны, работающему на передачу, вход которой, работающий на прием, подключен к вторым входам СМ-1 и СМ-2.

3. Устройство привода средств передвижения к радиомаяку, отличающееся тем, что на средстве передвижения, на его поперечной или продольной осях, на расстоянии L друг от друга, установлены два приемника, каждый из которых содержит последовательно соединенные свои приемо-передающую антенну, полосовой фильтр, усилитель мощности с выходом, подключенным к входу антенны, работающему на передачу, приемниками, которые принимают, селектируют, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиомаяка каждый свой непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а также на средстве передвижения установлен приемник обнаружения, содержащий приемную антенну, выход которой, через входы трех фильтров, подключен к входам схемы управления рулем средства передвижения, а также тем, что на радиомаяке установлен двухчастотный частотный дальномер, выполненный по п. 2, выходы первого и второго фильтров разностных частот которого, через пятый смеситель, подключены к входам трех фильтров, выходы которых, через сумматор, подключены к входу передающей антенны.