АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО РАДИОВЫСОТОМЕРНОЙ СИСТЕМЫ С ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СКОРОСТИ Российский патент 2016 года по МПК G01S13/60 

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации, в частности, к бортовым корреляционным измерителям высоты и составляющих вектора путевой скорости летательного аппарата, и может быть использовано при разработке антенного устройства такого измерителя.

Известно антенное устройство (фиг. 1) корреляционного измерителя скорости и угла сноса [1], состоящее из трех разнесенных вдоль продольной оси летательного аппарата одинаковых приемных антенн 1, 2, 3. Антенна 3, кроме того, смещена в поперечном направлении на расстояние 2Y₀ относительно линии, соединяющей центры антенн 1 и 2.

Недостаток такого устройства заключается в малом поперечном сечении, что приводит к повышенной погрешности поперечной скорости над гладкой поверхностью.

Наиболее близким по технической сущности является приемное антенное устройство измерителя скорости и угла сноса [2], состоящее из трех одинаковых приемных антенн, разнесенных в пространстве так, что одна антенна расположена на продольной оси летательного аппарата, а вторая и третья отнесены от первой на определяемое физическими размерами антенн и летательного аппарата расстояние 2Х₀ вдоль этой оси и разнесены между собой на расстояние 2Y₀×2 (фиг. 2).

Недостаток такого устройства заключается в малых поперечных размерах, определяемых физическими размерами антенн.

Цель изобретения заключается в снижении погрешности боковой составляющей скорости над поверхностями с узкой диаграммой обратного рассеяния путем увеличения поперечного разноса антенн, сигналы которых сравниваются.

Указанная цель достигается тем, что в изобретение, содержащее три одинаковые приемные антенны, разнесенные в пространстве так, что одна антенна расположена на продольной оси летательного аппарата, а вторая и третья отнесены от первой на определяемое физическими размерами антенн и летательного аппарата расстояние 2Х₀ вдоль этой оси и разнесены между собой на расстояние 2Y₀×2, введены приемные антенны 4, 5, аналогичные антеннам 1-3, и передающая антенна 6, причем четвертая и пятая антенны смещены на расстояние ±2Y₀×2 относительно первой антенны, а шестая антенна отнесена от первой на расстояние Х₀ вдоль продольной оси летательного аппарата.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием двух дополнительных приемных антенн (4 и 5), передающей антенны 6 (фиг. 3). Для получения оценок составляющих вектора скорости при полете над поверхностью с достаточно широкой ДОР можно использовать одну из троек антенн, образующих равнобедренный треугольник, в основании которого две рядом расположенные антенны, например антенны 1, 2, 3. Для получения оценок составляющих вектора скорости при полете над поверхностью с узкой диаграммой обратного рассеяния можно использовать пары антенн 2, 5 и 3, 4 для снижения погрешности боковой составляющей скорости путем увеличения поперечного разноса антенн. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной отрасли техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».

На фиг. 2 схематично изображено антенное устройство «прототипа», на фиг. 3 - заявляемое антенное устройство.

Антенное устройство (фиг. 3) состоит из пяти одинаковых приемных антенн 1, 2, 3, 4, 5 и передающей антенны 6, разнесенных в пространстве следующим образом: антенна 1 расположена на продольной оси летательного аппарата, антенна 6 отнесена от антенны 1 на расстояние Х₀ вдоль продольной оси, антенны 2, 3 отнесены от антенны 1 на определяемое физическими размерами антенн и летательного аппарата расстояние 2Х₀ вдоль продольной оси и разнесены между собой на расстояние 2Y₀×2, антенны 4, 5 смещены на расстояние ±2Y₀×2 относительно антенны 1 перпендикулярно продольной оси летательного аппарата.

Антенное устройство радиовысотомерной системы с повышенной точностью измерения поперечной составляющей скорости работает следующим образом.

В [3] приведены выражения для получения оценок продольной и боковой составляющих вектора скорости по корреляционным характеристикам сигналов, принятых на выбранную тройку антенн, например на антенны 1, 2, 3.

Анализ выражений (1), (2) показывает, что погрешность измерения продольной составляющей скорости δV будет

где δτ - погрешность измерения пространственной задержки сигнала, принятого одной антенной относительно сигнала, принятого другой антенной;

τ - время задержки сигналов при нулевом угле сноса.

Для достижения меньшей погрешности параметр V_Z может измеряться не по разности транспортных задержек сигналов, принятых на разнесенные антенны, а по разности максимумов ВКФ. В [2] приведены выражения для определения максимумов ВКФ сигналов:

)

где λ - длина волны;

Δ_э - эффективная ширина ДНА;

Х₀=0,09 м - половина продольного размера антенного устройства;

Z₀=0,0175 м - четверть поперечного размера антенного устройства;

β - угол сноса;

α - угол, характеризующий антенное устройство, $$\alpha =arctg\frac{Z_0}{X_0}$$ .

Действительно, из выражений (4), (5) может быть выражен угол сноса

Эффективная ширина ДНА, входящая в выражение (6), может быть оценена по результатам аппроксимации ВКФ

где а - коэффициент аппроксимирующей функции .

По известному углу сноса может быть вычислена боковая составляющая скорости

Поскольку заявляемое антенное устройство (фиг. 3) содержит дополнительные приемные антенны, появляется дополнительная возможность уменьшить погрешность измерения составляющих скорости.

Действительно, выбрав для сравнения корреляционных характеристик сигналов две тройки антенн 1, 2, 4 и 1, 3, 5, мы получаем две независимые оценки составляющих скорости. В силу симметричного расположения названных выше троек антенн возможные медленно меняющиеся погрешности боковой составляющей скорости, вызванные взаимным влиянием антенн (отклонение оси ДНА, увеличение расстояния между фазовыми центрами), противоположны по знаку и компенсируются при усреднении полученных двух оценок.

Максимальные погрешности измерения боковой составляющей скорости возникают при полете над поверхностями с узкой диаграммой обратного рассеяния, поскольку ВКФ при этом расширяются, а дискриминационная характеристика амплитудного метода становится очень чувствительной. При использовании заявляемого антенного устройства (фиг. 3) появляется возможность снижения погрешности бокового канала над такими поверхностями путем увеличения поперечного разноса антенн, сигналы которых сравниваются. Действительно, выбрав пары антенн 3, 4 и 2, 5, построив их ВКФ, получим увеличение поперечного параметра Z₀ в три раза в выражениях (2) и (6), во столько же раз уменьшается погрешность определения V_Z. Следует отметить, что данный способ снижения погрешности боковой составляющей скорости будет эффективен именно над гладкими поверхностями при расширении ВКФ.

Использование изобретения позволит по сравнению с прототипом повысить точность измерения поперечной составляющей скорости летательного аппарата.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №01689897 от 08.07.1991 г., кл. G01S 13/48. «Приемная антенная система корреляционного измерителя скорости и угла сноса летательного аппарата». Авт. Банников В.М., Дядьков Н.А. Опубл. 07.11.1991 г.

2. Боркус М.К., Черный А.Е. Корреляционные измерители путевой скорости и угла сноса летательных аппаратов. М.: Сов. радио. - 1973 г.

3. Патент РФ №2012100936/07 от 11.01.2012 г., кл. G01S 13/60. «Корреляционный измеритель высоты и составляющих вектора путевой скорости». Авт. Калмыков Н.Н., Вербицкий В.И., Соловьев В.В., Мельников С.А., Дядьков Н.А. Опубл. 17.05.2013 г.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке антенных устройств для бортовых корреляционных измерителей высоты и составляющих вектора путевой скорости летательного аппарата. Достигаемый технический результат - снижение погрешности и увеличение точности измерений. Указанный результат достигается за счет того, что антенное устройство радиовысотомерной системы с повышенной точностью измерения поперечной составляющей вектора скорости отличается от известных наличием дополнительных двух приемных антенн и передающей антенны с их взаимосвязями в составе антенного устройства, что позволяет при полете над поверхностью компенсировать медленно меняющиеся погрешности поперечной составляющей вектора скорости, вызванные взаимным влиянием антенн, снизить погрешность поперечной составляющей вектора скорости путем увеличения поперечного разноса антенн. 3 ил.

Антенное устройство радиовысотомерной системы с повышенной точностью измерения поперечной составляющей скорости, содержащее три одинаковые приемные антенны, разнесенные в пространстве так, что одна антенна расположена на продольной оси летательного аппарата, а вторая и третья отнесены от первой на определяемое физическими размерами антенн и летательного аппарата расстояние 2Х₀ вдоль этой оси и разнесены между собой на расстояние 2Y₀×2, введены приемные антенны 4, 5, аналогичные приемным антеннам 1-3, и передающая антенна 6, при этом четвертая и пятая антенны смещены на расстояние ±2Y₀×2 относительно первой антенны, а шестая антенна отнесена от первой на расстояние Х₀ вдоль продольной оси летательного аппарата.