Радиофлюктуационный способ измерения пространственной диаграммы направленности слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых радиостанций и бортового пилотажно-навигационного оборудования воздушного судна в лётных условиях Российский патент 2023 года по МПК G01R29/10 

Область техники.

Изобретение относится к области авиационной радиосвязи и навигации и может быть использовано для измерения пространственной диаграммы направленности (ПДН) слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых радиостанций (PC) и бортового пилотажно-навигационного оборудования (ПНО) воздушного судна (ВС) в лётных условиях без привлечения для этих целей и размещения на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального сервисного назначения на базе измерительного ВЧ-приёмника или измерительного ВЧ-генератора с широкополосным усилителем мощности, управляющей ПЭВМ и источниками их электропитания от бортовой системы электроснабжения (СЭС) ВС. Основными техническими результатами изобретения являются расширение арсенала технических средств и повышение технико-экономической эффективности и точности косвенного измерения ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях на этапах лётных исследований, испытаний и эксплуатации ВС. Для достижения этого в качестве измерительной ВЧ-аппаратуры на борту ВС используют штатный бортовой радиоприёмник (РПМ) с телефонным (телеграфным) выходом или штатный бортовой радиопередатчик (РПД), соединённый штатно с антенно-фидерным трактом (АФТ) анализируемой приёмной или передающей антенны ВС и соответственно РПД или РПМ аналогичного типа в составе аэродромной PC либо наземного измерительного пункта (НИП), соединённый непосредственно либо через ВЧ-коммутатор с АФТ аэродромной передающей или приёмной антенны вертикальной и горизонтальной поляризации, а также встроенные либо съёмные НЧ-вольтметр и милливольтметр с дополнительным усилителем низкой частоты (УНЧ) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ и ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ косвенное измерение ПДН анализируемой приёмной или передающей антенны ВС в процессе и по результатам измерения НЧ-вольтметром и милливольтметром с дополнительным УНЧ и магнитной регистрации текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения собственного, вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и соответственно при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе РПМ в лётных условиях во время полного разворота ВС в дискретные моменты времени t_д системы единого времени (СЭВ) одновременно с измерением и магнитной регистрацией параметров полёта, географической долготы и широты ВС бортовым и аэродромным ПНО и бортовой аппаратурой спутниковой навигационной системы (СНС), а ВЧ-вольтметром текущих эффективных значений несущей U_рпд(t) смодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) на антенном выходе РПД-источника немодулированного полезного измерительного ВЧ-сигнала (ПС) u_пс(t) на антенном входе РПМ с последующей статистической обработкой бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ выборочных значений измерительной НЧ-информации в съёмных накопителях бортовых и аэродромных магнитных регистраторов. Заявленный способ можно непосредственно использовать для антенных измерений на борту беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в лётных условиях.

1. Уровень техники

1.1. Согласно требованиям действующих Авиационных правил. Часть 25 [1] (стр. 173, 187) и Часть 27 [2] (стр. 57, 58, 85) все ВС транспортного типа (самолёты или вертолёты) оснащены в той или иной комплектации бортовыми PC дальней и ближней радиосвязи, выполненными по схеме полудуплексного приёмопередатчика с слабонаправленной приёмопередающей антенной для радиообмена звуковой информацией в полёте ВС с контрольно-диспетчерским пунктом (КДП) на аэродроме базирования ВС и с другими ВС в диапазонах гектометровых (ГКМВ), декаметровых (ДКМВ), метровых (MB) и дециметровых (ДМВ) радиоволн, и полным комплектом бортового ПНО, включая радиоприёмное ПНО типа автоматического радиокомпаса (АРК), курсового (КРП) и глиссадного (ГРП) приёмника и приёмопередающее ПНО типа радиотехнической системы ближней навигации (РСБН), радиодальномера, радиоответчика, бортовой аппаратуры зависимого наблюдения с вещанием (АЗН-В) и др. в диапазонах ГКМВ, ДКМВ, MB, ДМВ и бортовой аппаратурой СНС и СЕВ.

В состав бортового ПНО указанных типов входит радиоприёмный тракт (РПМ) с слабонаправленной бортовой антенной горизонтальной или вертикальной поляризации и с телефонном (телеграфным) НЧ-выходом для слухового опознавания позывных наземных и аэродромных PC и радиомаяков систем инструментальной навигации, посадки и УВД типа ILS, VOR, СП, DME и АЗН-В, приёма и передачи по радиоканалу служебной и измерительной НЧ-информации с кодовой широтно-импульсной манипуляцией (ШИМ), а также приёмно-измерительный такт с угломерной (пеленгационной) приёмной антенной для измерения угловых координат и других пилотажно-навигационных параметров входного ВЧ-сигнала u_вх(t) в процессе его совместной обработки с полезным ВЧ-сигналом (ПС) РПМ с телефонным (телеграфным) выходом. Бортовое ПНО и бортовые PC в составе ВС выполняют в лётных условиях существенно важные функции по обеспечению безопасных полётов ВС на трассах и в зонах испытательных и эксплуатационных полётов и при инструментальной посадке ВС. Их техническое состояние и технические характеристики, в их числе ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО, должны соответствовать требованиям нормативно-технических документов (НТД) в ожидаемых условиях лётных исследований, испытаний и эксплуатации ВС, что необходимо подтвердить результатами антенных измерений в лётных условиях на этапах предварительных (заводских), сертификационных и контрольных испытаний ВС.

Научно-методические основы измерения ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях разработаны в середине прошлого столетия и изложены в научно-технической литературе и, как пример, в публикациях: [3] Ю.Г. Шатраков, М.И. Ривкин, В.Г. Цыбаев. «Самолётные антенные системы» (стр. 173 – 179), [4] Л.Н. Захарьев, А.А. Леманский, В.И. Турчин и др. «Методы измерения характеристик антенн СВЧ» / Под редакцией Н.М. Цейтлина, в НТД [5 – 7] и др. При этом в НТД [5] «Типовая методика испытаний антенно-фидерных устройств бортового оборудования, установленного на воздушных судах ГА» [5] (стр. 5, 6, 36, 37), в более ранних НТД [6] «Единые требования лётной годности самолётов (ЕНЛГ-С) транспортной категории. Технические требования к оборудованию самолёта. Приложение к гл. 8 ЕНЛГ-С «Оборудование самолёта» (стр. 231, 235) и в НТД [7] «Технические требования к оборудованию самолёта. Приложение к гл. 8 НЛГС-2 «Оборудование самолёта» (стр. 181) и в технической документации (ТД) каждого типа бортовых PC и бортового ПНО и в патентах [10, 11] изложены рекомендуемые способы измерения ПДН слабонаправленных бортовых антенн в составе бортовых PC и бортового ПНО ВС в наземных и лётных условиях при штатном размещении антенн на борту ВС. В дополнение к этому в НТД [8] ГОСТ Р 50860-2009 «Самолёты и вертолёты. Устройства антенно-фидерные радиосвязи, навигации, посадки и управления воздушным движением. Общие технические требования, параметры, методы измерения» (стр. 11, 12, 34, 35, 39) изложены рекомендуемые способы измерения параметров бортовых слабонаправленных антенн ВС на этапах их серийного производства в процессе предварительных «до установки на ВС» испытаний в заводских лабораторно-стендовых условиях.

1.2. В настоящее время измерения ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО в составе ВС в наземных и лётных условиях известными способами, рекомендованными в публикациях [3 – 7, 10, 11] и в ТД относятся к числу наиболее сложных и трудоёмких, требующих размещения и использования на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального сервисного назначения на базе измерительного ВЧ-приёмника или измерительного ВЧ-генератора типа генератора стандартных сигналов (ГСС) с широкополосным усилителем мощности измерительного ПС u_изм(t), управляющей ПЭВМ и источниками их электропитания от бортовой системы электроснабжения (СЭС) ВС. При этом измерение ПДН слабонаправленной приёмной или передающей антенны ВС в лётных условиях ВС выполняет сначала горизонтальный полёт в направлении ОТ аэродрома базирования с постоянным курсом ВС (вс.к) [градусов]) или НА аэродром базирования с курсом ВС в пределах от 180° до 360°, с курсовым углом ВС относительно азимутального направления (курса) аэродромной взлётно-посадочной полосы (впп.к) при наклонной дальности ВС D_вс(t) до аэродромной передающей или приёмной антенны в пределах прямой видимости ВС на высоте Н_вс>1000 м, а затем – полный горизонтальный разворот ВС типа вертолёта направо ( + ) или налево ( - ) с угловой скоростью разворота градуса/с в режиме висения вертолёта с постоянными углами крена и тангажа и полный разворот ВС типа самолёта по круговой траектории с радиусом разворота ВС (рвс) [м], где g = 9.8 м/с² – ускорение свободного падения, на безопасной скорости полёта V_вс [м/с] с постоянными углами крена и тангажа Требуемые значения параметров испытательного полёта ВС указывают в полётном задании ВС для каждой типа бортовых PC и бортового ПНО ВС с учётом ограничений секторов обзора свободного пространства аэродромными и бортовыми антеннами PC и ПНО, а фактические значения параметров полёта ВС и его географической долготы и широты измеряют бортовым или аэродромным ПНО и СНС, регистрируют бортовыми и аэродромными средствами магнитной регистрации в дискретные моменты времени t_д системы единого времени (СЕВ) во время полного разворота ВС одновременно с прямым измерением и регистрацией текущих эффективных значений несущей U_пс(t) немодулированного измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе измерительного ВЧ-приёмника, соединённого во время испытательного полёта ВС с АФТ анализируемой бортовой или аэродромной приёмной антенны ВС. Для этого предварительно в аэродромных условиях разъединяют бортовой РПМ или РПД с АФТ анализируемой приёмной или передающей антенны и подключают к АФТ приёмной антенны измерительный ВЧ-приёмник, а к АФТ передающей антенны – широкополосный усилитель мощности маломощного измерительного ВЧ-генератора (ГСС).

В процессе измерения ПНД бортовой приёмной антенны ВС в лётных условиях включают измерительный ВЧ-генератор (ГСС) на аэродроме базирования ВС в режиме генерации немодулированного излучения (ПС) u_изл(t) на выбранной литерной частоте штатного бортового РПМ f_рпм. Одновременно аэродромная передающая антенна излучает ПС u_изл(t) в свободное пространство, анализируемая бортовая приёмная антенна ВС принимает это излучение и формирует на антенном входе измерительного ВЧ-приёмника на борту ВС немодулированный измерительный ПС u_пс(t), далее измерительный ВЧ-приёмник с аналоговой обработкой входных (вх) ВЧ-сигналов u_вх(t) обеспечивает последовательно квазилинейное резонансное усиление и фильтрацию измерительного ПС u_пс(t) на высоких (ВЧ) и промежуточных (ПЧ) частотах, два или три преобразования его частоты и амплитудное детектирование преобразованного (пр) по частоте измерительного ПС u_пс.пр(t) на выходе оконечного УПЧ, а затем линейное усиление выходного НЧ-напряжения u_ад.пс(t) амплитудного детектора (АД) с линейной детекторной характеристикой (ДХ) в высокостабильном усилителе постоянного тока (УПТ), измерение постоянной составляющей U_вых.пс(U_пс) выходного НЧ-напряжения УПТ u_вых.пс(t) как монотонно возрастающей функции уровня несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) и определение текущих значений по измеренным текущим значениям постоянной составляющей во время полного разворота ВС; отображение измеренных значений электронным стрелочным, планочным или цифровым индикатором измерительного ВЧ-приёмника с предварительно калиброванной шкалой индикатора в линейном или логарифмическом масштабе и магнитную регистрацию измеренных выборочных значений уровней в дискретные моменты времени СЕВ t_д одновременно с измерением и магнитной регистрации параметров полёта ВС и его геодезической долготы и широты ВС бортовым и аэродромным ПНО и бортовым приёмоиндикатором СНС.

После завершения испытательного полёта ВС измеренные значения уровней несущей ПС как функций измеренных бортовым и аэродромным ПНО текущих выборочных значений курсового угла (кур) θ_кур(t_д) и углов крена (кр) θ_кр(t_д) и тангажа (тн) θ_тн(t_д) во время полного разворота ВС используют для определения нормированной ПДН бортовой приёмной (передающей) антенны ВС по напряжению (бпа.н) G_бпа.н(θ_аз;θ_ум), заданной общим выражением

характеризующим по определению зависимость соотношения текущих выборочных значений уровня несущей ПС к их максимальному измеренному значению от текущих выборочных значений углов азимута θ_аз(t_д) и места θ_ум(t_д) анализируемой приёмной антенны ВС в направлении аэродромной передающей антенны, полученных при пересчёте измеренных значений курсового угла θ_кур(t_д), углов крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_тн(t_д) ВС в текущие значения азимута θ_аз(t_д) и угла места θ_ум(t_д) ПНД анализируемой бортовой приёмной или передающей антенны ВС. Общие аналитические выражения для вычисления текущих значения азимута , угла места и дополнительного угла места ПДН G_бпа.н(θ_аз;θ_ум) анализируемой бортовой приёмной (передающей) антенны по напряжению (бпа.н) в подвижной, связанной с ВС антенной системе сферических координат по измеренным значениям параметров полёта ВС (курса θ_вс.к(t_д), курсового угла θ_кур(t_д), углов крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_тн(t_д), высоты полёта H_вс(t_д) и наклонной дальности D_вс(t_д) ВС) во время полного разворота ВС приведены в научно-технической литературе и, как пример, в публикации [3] (формулы 1.10, 1.11 стр. 13, 14), в описании патентов [10, 11] и др. В обозначениях, принятых в работе [3], они имеют вид:

где α = θ_кур; γ = θ_кр; ϑ = θ_тн – курсовой угол θ_кур(t_д) и соответственно углы крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_тн(t_д) ВС во время его полного разворота; β = θ_ум.апа – угол места ПНД аэродромной передающей (приёмной) антенны (апа) в направлении ВС в неподвижной аэродромной антенной системе сферической координат

В патенте [11] приведены аналитические выражения для более точного определения текущих значений азимута θ_аз и углов места θ_ум ПДН анализируемой бортовой передающей антенны ВС типа самолёта по результатам измерения бортовой аппаратурой СНС географической долготы и широты и высоты полёта H_вс(t_д) самолёта во время его полного разворота.

1.3. Согласно сведениям, изложенным в ТД и научно-технической литературе и, как пример, в журнале [9] «Новости фирмы «Роде и Шварц». Измерение радиосигналов и помех. Спец. выпуск (на русском языке), 1985 (стр. 21, 43 – 53), и в других более поздних публикациях, динамический диапазон измерительного ВЧ-приёмника с аналоговой обработкой входных (вх) ВЧ-сигналов u_вх(t) и с линейной АХ по НЧ-выходу его оконечного УПТ U_вых.пс(U_пс) обычно не превышает 20 дБ относительно пороговой чувствительности измерительного ВЧ-приёмника U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t) на его антенном входе и ≈ 60 дБ – для измерительного ВЧ-приёмника с логарифмической АХ U_вых.пс(U_пс). Для расширения динамического диапазона измерительного ВЧ-приёмника на его антенном входе устанавливают набор прецизионных ВЧ-аттенюаторов с дискретно переключаемым вручную или электродистанционно затуханием в пределах от 0 до 100 дБ с шагом 10 дБ. При этом диапазон измеряемых уровней несущей ПС U_пс достигает до 120…130 дБ для измерительного ВЧ-приёмника с линейной выходной АХ U_вых.пс(U_пс) и 160…170 дБ – с логарифмической АХ U_вых.пс(U_пс), а ошибки измерения уровня несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) не превышают ± 1…1,5 дБ в диапазоне эксплуатационных значений уровней несущей ПС U_пс и рабочих литерных частот ПС f_пс = f_рпд [9]. В измерительном ВЧ-приёмнике с цифровой обработкой входных ВЧ-сигналов u_вх(t) после их предварительной аналоговой обработки этого добиваются программно-алгоритмическими методами, а диапазон измеряемых уровней несущей ПС U_пс достигает 200 дБ. В настоящее время измерительную ВЧ-аппаратуру общего и специального сервисного назначения на базе измерительного ВЧ-приёмника или измерительного ВЧ-генератора (ГСС) немодулированного измерительного ПС u_изм(t) с широкополосным усилителем мощности и управляющей ПЭВМ в односигнальных режимах однопортовых антенных измерений обычно используют в измерительно-измерительных комплексах (ИВК) стационарных НИП, размещенных на специально оборудованных аэродромных измерительных площадках, или в ИВК автомобильных и летающих лабораторий. Сведения об аппаратурной реализации известных способов антенных измерений на борту ВС в наземных и лётных условиях с использованием измерительной ВЧ-аппаратуры и ПЭВМ общего назначения в составе ИВК НИП, автомобильной или летающей лаборатории приведены в патентах на изобретение РФ: в патенте [10] RU 2638079 «Способ измерения азимутальной диаграммы направленности АФУ в составе наземных подвижных объектов больших размеров и устройство для его осуществления» с приоритетом от 19.10.2016 г., в патенте [11] RU 2638079 «Способ измерения пространственной диаграммы направленности АФУ воздушного судна в полёте» с приоритетом от 19.10.2016, в патенте [12] RU 2251803 «Способ определения информационных параметров и характеристик радиосигналов передатчиков» с приоритетом от 20.07.2004 г., в патенте [12] RU 2267862 «Устройство для определения информационных параметров и характеристик радиосигналов передатчиков» с приоритетом от 20.07.2004 г и др. Оснащение транспортных ВС (самолётов и вертолётов) или хотя бы определенной части их парка аналогичными бортовыми ИВК на постоянной основе не представляется возможным по техническим и финансовым соображениям, так как требует существенной доработки или разработки вновь либо измерительной ВЧ-аппаратуры и ПЭВМ общего назначения для повышения качества их функционирования на борту ВС в наземных и лётных условиях при мощных акустических, механических и вибрационных воздействиях работающих двигателей ВС, аэродинамических поверхностей и фюзеляжа ВС в полёте, либо бортовых PC и бортового ПНО, что требует существенных финансовых затрат, затрат труда и времени на их доработку или разработку вновь, размещения и техническое обслуживание на борту ВС при лётных исследованиях, испытаниях и эксплуатации ВС.

К другим существенным недостаткам известных способов измерения ПДН бортовых антенн в составе ВС в лётных условиях, рекомендованных в публикациях [3 – 7, 10, 11], следует отнести нарушение конструктивной и функциональной целостности (единства) штатного бортового РПМ или РПД с анализируемой приёмной или передающей антенной на борту ВС в случае подключения измерительного ВЧ-приёмника или широкополосного усилителя мощности измерительного ВЧ-генератора (ГСС) непосредственно к АФТ анализируемой приёмной или передающей антенны вместо штатного бортового РПМ или РПД. Это приводит к полному нарушению их работоспособности во время всего испытательного полёта ВС от его взлёта до посадки, воспринимается в полёте как необратимый отказ одной из функциональных систем ВС (бортового РПМ либо РПД), влияющих на безопасность полёта ВС, может существенно усложнить условия полёта ВС и требует парирования необратимого отказа РПМ или РПД согласно указаниям Руководства по лётной эксплуатации (РЛЭ) ВС. Нарушение конструктивной и функциональной целостности (единства) штатного РПМ или РПД с бортовой приёмной или передающей антенной ВС можно устранить, используя в составе АФТ анализируемой антенны ВС направленный ответвитель либо делитель мощности, либо ВЧ-коммутатор для подключения измерительной ВЧ-аппаратуры общего назначения к анализируемой приёмной или передающей антенне и к бортовому РПМ или РПД ВС, что приводит к функциональному усложнению АФТ антенны, увеличению омических потерь, трудоёмкости изготовления и стоимости АФТ и появлению дополнительных методических ошибок антенных измерений на борту ВС в лётных условиях. При этом, естественно, сохраняются упомянутые выше затруднения в размещении и техническом обслуживании измерительной ВЧ-аппаратуры и ПЭВМ общего назначения на борту ВС в лётных условиях, в обеспечении их нормальной работоспособности с низкими уровнями вносимых амплитудных и фазовых НЧ-шумов в условиях мощных акустических и вибрационных воздействий, а также в обеспечении их электропитания от бортовой СЭС с частотой 400 Гц или аккумуляторов ВС.

1.4. Несмотря на упомянутые технические ограничения и затруднения, возникающие при практической реализации известных способов антенных измерений на борту ВС в лётных условиях, настоятельная необходимость их использования в этих условиях обусловлена тем, что в настоящее время в составе бортовых РПМ с телефонном (телеграфном) выходом и аналоговой обработкой входных ВЧ-сигналов отсутствуют по технико-экономическим соображениям схемотехнические аналоговые средства (типа высокостабильных линейных УВЧ, УПЧ и УПТ, устройств их калибровки и измерения выходных НЧ-напряжений УПТ по постоянному току и др.) и не предусмотрена возможность использования вычислительных средств и программно-алгоритмического обеспечения РПМ с цифровой обработкой входной ВЧ-сигналов u_вх(t) для измерения текущих значений уровня несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе РПМ по результатам измерения НЧ-напряжения u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) НЧ-выходе РПМ по постоянному току и на низких (звуковых) частотах во всем динамическом диапазоне эксплуатационных значений уровней несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) в лётных условиях.

Согласно требованиям НТД [6, 7] бортовые и аэродромные РПМ с телефонным (телеграфным) выходом, независимо от их функционального назначения и способов обработки штатных ПС u_шпс(t) с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой широтно-импульсной манипуляцией (ШИМ) должны обеспечивать эффективную стабилизацию уровней полезных звуковых сигналов (речи или кодовой ШИМ) в наушниках авиагарнитуры ВС для безопасного их прослушивания экипажем ВС с разборчивостью речи не хуже 3-х баллов и кодовой ШИМ не хуже 4-х баллов по пятибалльной шкале, а также для уменьшения влияния уровня несущей U_шпс штатного ПС u_шпс(t) на результаты измерения полезной пилотажно-навигационной и угломерной информации на информационных НЧ-выходах приёмно-измерительных трактов бортового ПНО в лётных условиях на этапах лётных исследований, испытаний и эксплуатации ВС. Для обеспечения указанных требований в бортовом и аэродромном РПМ используют задержано-усиленную систему автоматической регулировки усиления (АРУ) РПМ на высоких, промежуточных и низких частотах (ВЧ, ПЧ и НЧ) при работе РПМ в штатных режимах радиоприёма излучения с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ, а также эффективное амплитудное ограничение преобразованного по частоте штатного ПС u_шпс(t) с аналоговой ЧМ или кодовой ШИМ в выходном (оконечном) УПЧ РПМ. При этом типовая эксплуатационная АХ РПМ U_{упч.шпс}(U_шпс) по выходу оконечного УПЧ и сквозная эксплуатационная АХ РПМ U_{вых.шпс}(U_шпс) по его телефонному (телеграфному) выходу как функции уровня несущей U_шпс штатного ПС РПМ u_шпс(t) с типовыми эксплуатационными параметрами двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ являются существенно нелинейными плоскими в заданном динамическом диапазоне РПМ по выходу оконечного УПЧ и УНЧ за исключением монотонно возрастающих начальных участков АХ U_{упч.шпс}(U_шпс) и U_{вых.шпс}(U_шпс), не превышающих в типовом случае 15…20 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t).

Нелинейные плоские участки АХ U_{упч.шпс}(U_шпс) и U_{вых.шпс}(U_шпс) с малой локальной крутизной АХ dU_{упч.шпс}/dU_шпс<<U_{упч.шпс}/U_шпс и соответственно dU_{вых.шпс}/dU_шпс<<U_{вых.шпс}/U_шпс простираются до верхней границы динамического диапазона РПМ бортовых и аэродромных PC по выходу оконечного УПЧ и УНЧ РПМ, достигающей 90…100 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш и 70…80 дБ для РПМ бортового и аэродромного ПНО, что не позволяет использовать штатное выходное НЧ-напряжение ПС u_{вых.шпс}(t) на телефонном или телеграфном НЧ-выходе РПМ для измерения уровней несущей U_шпс штатного ПС u_шпс(t) на антенном входе РПМ за пределами начальных линейных участков эксплуатационной АХ РПМ U_{упч.шпс}(U_шпс) и U_{вых.шпс}(U_шпс) по выходу оконечного УПЧ и УНЧ. Отсутствует также возможность изменения затухания встроенных ВЧ-аттенюаторов бортовых РПМ и РПД в составе АФТ их приёмных и передающих антенн более чем на 20…25 дБ, что необходимо для однозначного измерения уровня несущей U_шпс штатного ПС U_шпс(t) на начальном линейном и на нелинейном плоском участке эксплуатационной АХ U_{упч.шпс}(U_шпс) и U_{вых.шпс}(U_пшс).

1.5. Согласно вышеизложенному одной из актуальных научно-технических проблем антенных измерений на борту транспортных ВС в лётных условиях является проблема (задача) методического и аппаратурного материально-технического обеспечения (МТО) косвенного измерения ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО с аналоговой и цифровой обработкой входных ВЧ-сигналов в лётных условиях на основе иных электрофизических принципов и иных технических решений, альтернативных известным по публикациям [3 – 7, 10, 11] способам, без привлечения и размещения на борту ВС измерительной ВС-аппаратуры общего и специального сервисного назначения. В заявленном изобретении впервые для решения этой проблемы в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры при косвенных измерениях ПДН приёмной или передающей антенны ВС в лётных условиях используют штатный бортовой или аэродромный РПМ с телефонным (телеграфным) выходом, а в качестве источника немодулированного измерительного ПС u_пс(t) для бортового РПМ – штатный РПД аэродромной PC либо аэродромного НИП, а для аэродромного РПМ – штатный РПД бортовой PC либо бортового ПНО, а также встроенный или съёмный НЧ-вольтметр и милливольтметр с дополнительным УНЧ на телефонном (телеграфном) выходе РПМ и ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовым ЭВМ и аэродромным ПЭВМ измерение, магнитную регистрацию и статистическую обработку текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и при воздействии на антенном входе РПМ немодулированного измерительного ПС u_пс(t), а также измерение и магнитную регистрацию текущих значений уровня несущей U_рпд(t) основного излучения (ПС) u_рпд(t) РПД-источника измерительного ПС u_пс(t) для РПМ одновременно с измерением и магнитной регистрацией параметров полёта ВС и его местоположения бортовым и аэродромным ПНО и бортовым приёмоиндикатором СНС в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС. При этом в качестве первичной измерительной НЧ-информации для косвенных антенных измерений на борту ВС в лётных условиях используют соотношение усредненных по выборке уровней вносимого РПМ НЧ-шума , в окрестности дискретных узловых моментов времени СЕВ t_д.k; k = 0, 1, 2, …, k_max, при которых текущие значения азимута θ_аз(t_д.k) анализируемой бортовой антенны ВС во время полного разворота ВС достигают заданных в полётном задании ВС дискретных значений k⋅Δθ_аз с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_max = 5° или 10° при k_max = 72 или 36, где k_max + 1 – общее число отсчётов азимута θ_аз(t_д.k) при измерении ПНД слабонаправленной бортовой антенны ВС в лётных условиях.

Решение указанной технической проблемы (задачи) заявленным способом позволяет расширить арсенал технических средств и повысить технико-экономическую эффективность и точность измерений ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях, так как исключает необходимость привлечения для этих целей и размещения на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры и ПЭВМ общего и специального сервисного назначения на базе измерительного ВЧ-приёмника или маломощного измерительного ВЧ-генератора (ГСС) с широкополосным усилителем мощности, управляющей ПЭВМ и источников их электропитания от бортовой СЭС ВС. Это позволяет существенно сократить затраты на аппаратурное материально-техническое обеспечение (МТО), размещение и техническое обслуживание измерительной ВЧ-аппаратуры на борту ВС при антенных измерениях в лётных условиях на этапах лётных исследований, испытаний и эксплуатации ВС.

Общими существенными признаками известных по публикациям [3 – 7, 10, 11] и заявленного способов являются последовательность выполнения, условия и режимы испытательного полёта ВС в процессе прямого и косвенного измерения ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях, а также пересчёт измеренных текущих выборочных значений параметров полёта ВС и его местоположения во время полного разворота в текущие значения азимута и угла места ПДН бортовой приёмной (передающей) антенны ВС, что не влияет на существенные признаки заявленного способа, характеризующие его как альтернативный способ, не имеющий прямых аналогов среди известных по публикация [3 – 7, 10, 11] способов по совокупности существенных признаков, используемых технических средств, последовательности их действий, условий, режимов и параметров их функционирования. В патенте на изобретение РФ [14] RU 2 708 061 «Способ оперативной инструментальной оценки энергетических параметров полезного сигнала (ПС) и непреднамеренных помех (НП) на антенном входе бортового РПМ с телефонным выходом в составе летательного аппарата» с приоритетом от 29.12.2018 г. впервые предложен способ оперативной инструментальной оценки энергетических параметров входных ВЧ-сигналов (ПС, НП) u_пс(нп)(t) на антенном входе РПМ с телефонном выходом, основанный на тех же радиофизических принципах, что и заявленный способ, но иного функционального назначения.

В изобретении по патенту РФ [14] количественную инструментальную оценку энергетических параметров ВЧ-напряжения ПС (НП) u_пс(нп)(t) на антенном входе РПМ выполняют в процессе и результатам прямого измерения, магнитной регистрации и статистической обработки текущих эффективных значений U_вых.k(t) НЧ-напряжения u_вых.k(t) на телефонном выходе РПМ в трех (k = 0, 1, 2) односигнальных режимах дополнительного оперативного контроля (ДОК) РПМ по семейству нормированных градуировочных АХ РПМ U_{вых.пс(нп)}(U_пс(нп)) как функций уровня несущей ПС (НП) U_пс(нп) при фиксированных амплитудных значениях гармонической AM либо ЧМ как параметров градуировочных АХ U_{вых.пс(нп)}(U_пс(нп)), измеренных предварительно до начала ДОК в односигнальных режимах градуировки, аналогичных односигнальным режимам ДОК РПМ, и нормированной градуировочной детекторной характеристике (ДХ) РПМ, полученной на этапе ДОК с использованием результатов измерения уровня несущей ПС (НП) U_пс(нп) в процессе ДОК. В описании изобретения по патенту РФ RU 2 708 061 [14] указано, что предложенные в патенте альтернативные радиофизические принципы можно использовать и для иных функциональных назначений, таких как количественная инструментальная оценка и оперативный контроль технического состояния и технических характеристик бортовых РПМ с телефонным выходом, и в их числе для оперативного контроля ЭДР и измерения параметров ПДН приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО ВС в наземных и лётных условиях, но без конкретизации существенных отличительных признаков и технических решений, условий и последовательности действий при использовании предложенных радиофизических принципов в иных функциональных назначениях. При практической реализации предложенных в патенте РФ [14] радиофизических принципов в изобретении по патенту [15] для оперативного контроля ЭДР приёмных и передающих антенн бортовых РПМ с телефонным выходом в составе ВС и в данном изобретении для косвенного измерения ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях установлено, что объём предложенных в патенте [14] необходимых действий и последовательность их выполнения являются избыточными применительно к техническим проблемам, решаемым в патенте на изобретение [15] и в заявленном изобретении, что позволяет сократить объём измерений и вычислений в процессе подготовки и выполнения косвенных измерений ПДН бортовых приёмных и передающих антенн ВС в лётных условиях.

Общими существенными признаками заявленного изобретения и изобретений по патентам [14, 15] является включение бортового РПМ с телефонным выходом, соединённого штатно с бортовой приёмной антенной ВС, в штатном режиме радиоприёма излучения класса А3Е либо F3E («телефония» с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ), а также установка номинального, заданного в ТД уровня U_{вых.сш.ном} напряжения собственного НЧ-шума u_вых.сш(t) на телефонном выходе бортового РПМ в отсутствие на его антенном входе напряжения входных ВЧ-сигналов типа измерительного ПС u_пс(t) и аддитивных непреднамеренных помех (НП) u_нп(t) в начале исходных подготовительных режимов антенных измерений в наземных и лётных условиях. Вследствие существенного различая совокупности отличительных признаков, характеризующих заявленный способ, и его иного функционального назначения предложенные в патентах [14, 15] способы не являются прямыми аналогами для заявленного способа и могут рассматриваться лишь как его дальние аналоги, основанные на общих радиофизических принципах функционирования, использующих широкополосные ВЧ-флюктуации (шумы) пассивных линейных и активных нелинейных электрорадиоэлементов (ЭРЭ) входных функциональных устройств бортовых РПМ, приведённые к его антенному входу, в качестве первоисточника первичной измерительной информации для оперативного инструментального контроля и измерения на постоянной основе технического состояния и технических характеристик бортовых и аэродромных РПМ с существенно нелинейной плоской эксплуатационной АХ по его телефонному (телеграфному) выходу. При этом заявленный способ и способы, предложенные в патентах [14, 15], являются по существу отдельными новыми видами среди известных электрофлюктуационных методов (способов) неразрушающего контроля технических объектов и средств согласно принципам их функционирования и классификации, принятым в научно-технической литературе и, как пример, в научно-техническом справочнике [16] «Неразрушающий контроль: Справочник»: В 7 томах. / Под общей редакцией В.В. Клюева. Том 5 в 2-х книгах. Книга 2. Электрический контроль. / К.В. Подмастерьев, Ф.Р. Соснин, С.Ф. Корндорф и др. – М.: Машиностроение, 2004. (Глава 11. Электрофлюктуационные методы, стр. 644 – 659). Вследствие этого заявленный способ имеет специальное название «радиофлюктуационный» в соответствии с альтернативными радиофизическими принципами его функционирования.

2. Сущность заявленного способа и характеризующие его признаки

2.1. Целью заявленного изобретения является решение актуальной технической проблемы (задачи) методического и аппаратурного материально-технического (МТО) обеспечения косвенных измерений ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО ВС в лётных условиях на этапах их лётных исследований, испытаний и эксплуатации в составе ВС без привлечения для этих целей и размещения на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального сервисного назначения на базе измерительного ВЧ-приёмника или маломощного измерительного ВЧ-генератора (ГСС) немодулированного измерительного ПС u_изм(t) с широкополосным усилителем мощности, управляющей ПЭВМ и источников их электропитания от бортовой системы электроснабжения (СЭС) ВС. Основными техническими результатами заявленного способа являются расширение арсенала используемых технических средств и повышение технико-экономической эффективности и точности косвенного измерения ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях.

Существенными ограничительными признаками заявленного способа, совпадающими с существенными признаками известных способов, изложенных в публикациях [3 – 7, 10, 11] и в ТД, являются условия и последовательность действий при выполнении испытательного полёта ВС при прямом и косвенном измерении ПДН слабонаправленной приёмной или передающей антенны ВС в лётных условиях и пересчёт измеренных бортовым и аэродромным ПНО и бортовой аппаратурой (приёмноиндикатором) СНС параметров испытательного полёта и географических координат ВС в текущие значения азимута и угла мести ПДН анализируемой бортовой антенны ВС. При этом после взлёта и набора высоты ВС выполняет горизонтальный полёт ОТ аэродрома базирования ВС с постоянным курсом (вс.к) [градусов] или НА аэродром базирования ВС с курсом в пределах от 180° до 360° и с курсовым углом (кур) ВС относительно курса аэродромной взлётно-посадочной полосы (впп.к) при наклонной дальности ВС D_вс(t) до аэродромной передающей или приёмной антенны в пределах прямой видимости ВС на высоте Н_вс>1000 м, а затем – полный разворот ВС типа вертолёта в режиме висения на высоте Н_вс с угловой скоростью разворота градуса/с и длительностью полного разворота ВС (рвс) с радиусом разворота , углами крена (кр) и тангажа (тн) и полный разворот ВС типа самолёта на безопасной скорости полета ВС V_вс [м/с] по круговой траектории с радиусом разворота где g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения, длительностью полного разворота Т_рвс = 120πR_рвс/V_вс [с] и с постоянным углом крена (кр) в секторе ± и углом тангажа (тн) Требуемые значения параметров полёта ВС (Н_вс, D_вс, V_вс, R_рвс, ) указывают в полётном задании на выполнение испытательного полёта ВС для каждого типа бортовых PC и бортового ПНО с учётом ограничений секторов обзора свободного пространства бортовыми и аэродромными антеннами PC и ПНО. Фактические значения параметров полёта, географической долготы и широты ВС измеряют бортовым и аэродромным ПНО и бортовым приёмоиндикатором СНС и регистрируют их штатными магнитными регистраторами в дискретные моменты времени СЕВ t_д одновременно с измерением и регистрацией первичной измерительной НЧ-информации, используемой для измерения ПДН анализируемой бортовой антенны ВС в лётных условиях.

Заявленных технических результатов и цели изобретения достигают благодаря тому, что в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры для измерения ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС в лётных условиях используют бортовой или аэродромный РПМ с телефонным (телеграфным) выходом, соединённый штатно с антенно-фидерным трактом (АФТ) анализируемой бортовой или аэродромной приёмной антенны ВС, а в качестве источника немодулированного измерительного ПС u_пс(t) для бортового РПМ – штатный РПД аэродромной PC либо НИП, соединённый непосредственно либо через ВЧ-коммутатор с АФТ аэродромной передающей антенны, а для аэродромного РПМ – штатный РПД бортовой PC либо бортового ПНО ВС, соединённый штатно с АФТ анализируемой передающей антенны ВС, а также НЧ-вольтметр и/или милливольтметр с дополнительным УНЧ на телефонном (телеграфном) НЧ-выходе РПМ и ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ косвенное измерение ПДН слабонаправленной бортовой приёмной или передающей антенны ВС в процессе и по результатам измерения НЧ-вольтметром и/или милливольтметром, магнитной регистрации и статистической обработки ЭВМ и ПЭВМ текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения собственного, вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и соответственно при воздействии на антенном входе РПМ немодулированного измерительного ПС u_пс(t) в дискретные моменты времени СЕВ t_д одновременно с измерением и магнитной регистрацией параметров полёта и местоположения ВС бортовым и аэродромным ПНО и бортовым приёмоиндикатором СНС во время полного разворота ВС. Для определения нормированной ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС по напряжению (бпа.н) G_бпа.н(θ_аз;θ_ум) и по мощности (бпа.м) G_бпа.м(θ_аз;θ_ум) и основных, нормируемых в НТД параметров неравномерности и направленности ПДН бортовой антенны: коэффициентов неравномерности нормированной ПДН бортовой антенны по напряжению (бпа.н) δG_бпа.н и по мощности (бпа.м) δG_бпа.м в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум и коэффициента направленного действия (КНД) бортовой приёмной или передающей антенны по мощности К_бпа.м(θ_аз;θ_ум) в направлении на аэродромную передающую или приёмную антенну используют исходные выражения

где U_пс(θ_aз;θ_ум) и Р_пс(θ_аз;θ_ум) – текущие эффективные значения несущей U_пс(θ_аз) и мощности немодулированного измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе бортового или аэродромного РПМ как функций текущих выборочных значений азимута θ_аз(t_д) = α₀(t_д), угла места θ_ум(t_д) = 90° – β₀(t_д) и дополнительного угла места β₀(t_д) = 90° – θ_ум((t_д)) ПДН анализируемой приёмной или передающей антенны ВС в направление на аэродромную передающую или приёмную антенну в подвижной, связанной с ВС бортовой антенной системе сферических координат полученных при пересчёте ЭВМ или ПЭВМ измеренных значений курсового угла θ_кур(t_д), углов крена θ_ум(t_д) и тангажа θ_ум(t_д) ВС в текущие значения азимута θ_аз(t_д) и угла места θ_ум(t_д) ПДН анализируемой бортовой антенны ВС в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС; U_пс.max, U_пс.min и P_пс.max, P_пс.min – максимальные (пс.max) и соответственно минимальные (пс.min) измеренные значения уровня несущей ПС U_пс(t_д) и мощности ПС Р_пс(t_д); R_рпм – активное сопротивление бортовой или аэродромной приёмной антенны по входу её АФТ; λ_рпд, U_рпд, Р_рпд – длина волны, эффективное значение несущей и мощности немодулированного основного излучения (ПС) аэродромного или бортового РПД u_рпл(t) на входе АФТ аэродромного или бортовой передающей антенны; R_рпд – активное сопротивление аэродромной или бортовой передающей антенны по входу её АФТ; К_апа.м(θ_апа.аз;θ_апа.ум) – КНД аэродромной передающей или приёмной антенны по мощности (апа.м) в направлении на анализируемую бортовую приёмную или передающую антенну ВС как функции текущих значений азимута θ_апа.аз и угла места θ_апа.ум ПДН аэродромной антенны в неподвижной сферической системе координат

Для определения ПДН слабонаправленной бортовой передающей антенны ВС и параметров её неравномерности и направленности по выражениям (1), (2), (3) необходимо заменить в этих выражения параметры бортовой приёмной антенны и штатного бортового РПМ ВС на параметры бортовой передающей антенны и штатного бортового РПД ВС, а параметры аэродромной передающей антенны и аэродромного РПД – на параметры аэродромной приёмной антенны и аэродромного РПМ.

Для уменьшения методических и динамических ошибок косвенного измерения ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях по выражениям (1), (2), (3) и повышения точности антенных измерений на борту ВС используют общее аналитическое выражение для текущих значений немодулированного измерительного ПС

учитывающее медленные детерминированные изменения уровня несущей ПС U_пс(t) [В.эфф], мгновенной частоты ПС f_пс(t) = f_рпд(t) + ΔF_дпс(t) [Гц] и доплеровского сдвига мгновенной частоты ПС (дпс) [Гц] относительно текущих значений частоты f_рпд(t) аэродромного РПД – источника измерительного ПС u_пс(t) во время полного разворота ВС, а также наличие произвольной начальной фазы ПС и малой в среднеквадратичном остаточной паразитной (оп) m_оп(t) << 1 и ФМ и ФМ в полосе пропускания Δf_{рпм.вых} бортового или аэродромного РПМ по его телефонному (телеграфному) НЧ-выходу, где [м/с] – скорость изменения наклонной дальности ВС D_вс(t) [м] во время полного разворота ВС; с₀ [м/с] – скорость света.

2.2. Существенными признаками, характеризующими заявленный способ, являются последовательность действия и условия измерения текущих эффективных значений и напряжения вносимого РПМ НЧ-шума и бортовым или аэродромным РПМ с НЧ-вольтметром и милливольтметром с УНЧ на телефонном (телеграфном) выходе РПМ и магнитной регистрации выборочных значений и уровней вносимого РПМ НЧ-шума и в дискретные моменты времени СЕВ t_д одновременно с измерением и магнитной регистрацией параметров полёта, географической долготы и широты ВС и с статистической обработкой в дальнейшем бортовой ЭВМ или аэродромной ПЭВМ текущих выборочных значений уровней и вносимого РПМ НЧ-шума и , обеспечивающей вычисление усредненных по выборке уровней вносимого РПМ НЧ-шума и соотношения усреднённых по выборке уровней НЧ-шума

как функции текущих выборочных значений азимута θ_aз(t_д.k) и угла места θ_ум(t_д.k), полученных при пересчёте текущих выборочных значений курсового угла θ_кур(t_д.k) и крена θ_кр(t_д.k) в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k; k = 0, 1, 2, …, k_max, при которых текущие значения азимута θ_aз(t_д.k) анализируемой бортовой антенны ВС во время полного разворота ВС достигают заданных в полётном задании ВС дискретных значений k⋅Δθ_аз с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_max = 5° или 10° при k_max = 72 или 36, где k_max + 1 – общее число отсчётов нормированной ПДН анализируемой бортовой антенны ВС, подлежащих измерению во время полного разворота ВС. После чего используют вычисленные значения соотношения уровней (5) для определения путём графических построений или графоаналитически ЭВМ или ПЭВМ текущих эффективных значений несущей ПС U_пс(θ_aз; θ_ум) измерительного ПС u_пс(t) (4) по нормированной градуировочной амплитудной характеристике (АХ) РПМ

полученной предварительно в аэродромных условиях как функции уровня несущей U_тс немодулированного тест-сигнала (ТС) u_тс(t), имитирующего измерительный ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ в лётных условиях. При этом за вычисленные значения уровня несущей ПС U_пс(θ_aз;θ_ум) = U_пс(θ_кур;θ_кр) в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k во время полного разворота ВС принимают те значения уровня несущей ТС при которых вычисленные значения соотношения уровней (5) совпадают с нормированной градуировочной АХ (6) на её монотонно убывающем участке а именно:

при условии, что вычисленные текущие значения уровня несущей ПС U_пс(θ_aз;θ_ум) и мощности ПС Р_пс(θ_аз;θ_ум) на антенном входе РПМ и их максимальные измеренные значения U_пс.max, P_пс.max в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум находятся в диапазоне их допустимых эксплуатационных значений в лётных условиях во время полного разворота ВС:

где U_{пс.min.доп}, Р_{пс.min.доп} и U_{пс.max.доп}, Р_{пс.max.доп} – минимально допустимые (min.доп) и максимально допустимые (max.доп) выборочные значения уровня несущей ПС U_пс(t_д.k) и мощности ПС на антенном входе РПМ на верхнем (при ) и соответственно нижнем (при ) плоском участке нормированной градуировочной АХ РПМ (6);

– минимальное измеренное значение соотношения уровней (5) как функции уровня несущей U_пс(t) измерительного ПС u_пс(t) (4) на его нижнем плоском участке, зависящее от уровня малой в среднеквадратичном остаточной паразитной (оп) либо измерительного ПС u_пс(t) (4) при условии, что коэффициент усиления дополнительного УНЧ по напряжению (н) К_унч.н превышает значение U_пор.мв/U_{вых.пс.min} при заданной пороговой чувствительности милливольтметра (мв) U_пор.мв.

Для выполнения условий (8) необходимо также, чтобы наклонная дальности ВС D_вс(t_рвс) до аэродромной антенны в начальный момент разворота t_рвс составляла 10…50 км, а измеренный уровень несущей ПС (7) как функция наклонной дальности ВС D_вс находился вблизи середины или в середине монотонно изменяющегося участка функциональной зависимости предварительно измеренной во время горизонтальном полёта ВС ОТ и/или НА аэродромную антенну до начала и после полного разворота ВС. При включении встроенного ВЧ-аттенюатора бортового или аэродромного РПД и РПМ с затуханием 20…25 дБ требуемая наклонная дальность ВС D_вс до аэродрома базирования уменьшается до 1….5 км и обеспечивает возможность антенных измерений в лётных условиях заявленным способом вблизи аэродрома базирования и непосредственно на аэродроме базирования ВС.

Для определения КНД слабонаправленной передающей антенны ВС по общему выражению (3) выполняют в дополнение к вышеизложенному измерение ВЧ-вольтметром текущих значений уровня несущей U_рпд(t) немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) бортового РПД – источника измерительного ПС u_пс(t) (4) аэродромного РПМ; регистрируют магнитным регистратором текущие выборочные значения уровня несущей ПС РПД U_рпд(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС, после чего вычисляют бортовой ЭВМ мощность основного излучения (ПС) бортового РПД на входе АФТ бортовой передающей антенны с активным входным сопротивлением АФТ R_рпд ≈ 50 Ом, а затем определяют КНД бортовой передающей антенны по мощности К_бпа.м(θ_аз;θ_ум) по общему выражению (3), используя предварительно измеренное или априорно известное значение КНД аэродромной приёмной антенны по мощности (апа.м) К_апа.м(θ_апа.аз;θ_апа.ум) в направлении на анализируемую передающую антенну ВС как функции текущих выборочных значений азимута θ_апа.аз(t_д.k) = α_апа(t_д.k), угла места θ_апа.м(t_д.k) = 90° – β_апа(t_д.k) и дополнительного угла места β_апа(t_д.k) = 90° – θ_апа.ум(t_д.k) ПДН аэродромной антенны в неподвижной аэродромной антенной системе сферических координат в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k во время полного разворота ВС.

2.3. Существенными признаками, характеризующими заявленный способа как альтернативный, не имеющий прямых аналогов среди известных по публикациям [3 – 7, 10 – 15] способов, являются также последовательность действий и условия выполнения исходного подготовительного и основного режимов косвенного измерения ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС в отсутствие и соответственно при воздействии на антенном входе РПМ немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4).

а). Непосредственно перед испытательным полётом ВС с целью косвенного измерениям ПДН слабонаправленной бортовой приёмной антенны ВС в лётных условиях размещают ВС на аэродроме базирования на расстоянии D_вс ≥ 1 км от аэродромной передающей антенны штатного РПД аэродромной PC или НИП – источника измерительного ПС u_пс(t) (4), подключают ВС к аэродромным источникам электроснабжения и включают электропитание бортового РПМ, соединённого штатно с анализируемой приёмной антенной ВС, а затем органами управления РПМ устанавливают штатный режим радиоприёма излучения класса А3Е либо F3E («телефония» с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ), либо класса L2A(B), либо F2A(B) («телеграфия» с амплитудной (L) либо частотной (F) кодовой ШИМ для слухового (А) и автоматического (В) приёма) на выбранной незанятой литерной частоте РПМ f_рпм ≈ f_пс(t), а органами ручной регулировки усиления (РРУ) и громкости (РРГ) РПМ или автоматически управляющей ЭВМ – максимальное усиление РПМ и номинальный, заданный в ТД уровень напряжения собственного НЧ-шума на телефонном (телеграфном) НЧ-выходе РПМ при выключенном подавителе шума (ПШ) РПМ с телефонным выходом и выключённых видеоимпульсах, блокирующих РПМ с телеграфным выходом в паузах кодовой ШИМ. В типовом случае U_{вых.сш.ном} = (0,1…0,5)⋅U_{вых.шпс.mах}, где U_{вых.шпс.mах} – заданный в ТД максимально допустимый уровень штатного (ш) звукового ПС на телефонном (телеграфном) выходе РПМ при воздействии на его антенном входе штатного ПС РПМ с типовыми эксплуатационными параметрами двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ. Далее НЧ-вольтметром измеряют текущие эффективные значения U_вых.сш(t) напряжения собственного НЧ-шума u_вых.сш(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ; бортовым магнитным регистратором регистрируют выборочные значения U_вых.сш(t_д) уровня НЧ-шума РПМ U_вых.сш(t) в дискретные моменты времени СЕВ t_д с частотой выборки F_сш ≤ 100 Гц и с объёмом выборки N_сш >> 1;

после чего бортовой ЭВМ вычисляет фактический усреднённый по выборке уровень напряжения собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) и среднеквадратичное отклонение ΔU_вых.сш выборочных значений U_вых.сш(t_д) от после отбраковки грубых отклонений U_вых.сш(t_д) от ; регистрируют вычисленные значения , ΔU_вых.сш в флэш-накопителе бортовой ЭВМ. Далее повторяют измерения числовых характеристик , ΔU_вых.сш собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) при штатном электроснабжении бортового РПМ от работающих двигателей ВС при включённом и выключенном затухании встроенного аттенюатора РПМ, а затем в лётных условиях при горизонтальном полёте ВС за 3…5 минут до и после завершения полного разворота ВС, чтобы убедиться, что НЧ-шумы и пульсации штатных источников электроснабжения ВС, акустические и вибрационные воздействия в аэродромных и лётных условиях не влияют на результаты измерения и регистрации текущих значений уровня собственного НЧ-шума РПМ и вычисления его числовых характеристик и ΔU_вых.сш, что является одним из необходимых условий практического осуществления заявленного способа.

б). В основном режиме измерения ПДН анализируемой приёмной антенны ВС в лётных условиях включают по команде оператора бортовой PC либо автоматически ПЭВМ аэродромный РПД в штатном режиме генерации немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) класса А3Е либо F3E, либо A0N, текущие значения которого заданы общим аналитическим выражением, аналогичным выражению (4),

с текущими значениями несущей U_рпд(t) и литерной частотой f_рпд(t) ≈ f_рпм, равной или близкой номинальной литерной частоте бортового РПМ f_рпм, постоянной начальной фазой и малой в среднеквадратичном остаточной паразитной и . Далее встроенным ВЧ-вольтметром измеряют текущие эффективные значения несущей U_рпд(t) немодулированного ПС u_рпд(t) (9) аэродромного РПД во время полного разворота ВС и в течение 3…5 минут до и после разворота; одновременно аэродромным магнитным регистратором регистрируют выборочные значения уровня несущей ПС РПД U_рпд(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д. Одновременно аэродромная передающая антенна излучает основное немодулированное излучение (ПС) РПД u_рпд(t) (9) в свободное пространство; бортовая приёмная антенна ВС принимает это излучение и формирует на антенном входе бортового РПМ измерительный ПС u_пс(t) (4). Бортовой РПМ с аналоговой обработкой входных ВЧ-сигналов u_вх(t) в штатном режиме радиоприёма РПМ модулированного излучения с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ обеспечивает в процессе предварительной и первичной обработки немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) два или три преобразования частоты ПС f_пс(t) на высокой (ВЧ) и ненулевых промежуточных (ПЧ) частотах, квазилинейное резонансное усиление и узкополосную фильтрацию в УВЧ и УПЧ, охваченных замкнутой задержанно-усиленной системой автоматической регулировки усиления (АРУ), и дополнительно резонансное амплитудное ограничение преобразованного (пр) по частоте измерительного ПС u_пс.пр(t) с аналоговой ЧМ или кодовой ШИМ в каскадах амплитудного ограничения оконечного УПЧ РПМ, а затем амплитудное либо частотное детектирование преобразованного измерительного ПС u_пс.пр(t) в амплитудном (АД) либо частотном (ЧД) детекторе несинхронного типа с линейной детекторной характеристикой (ДХ) и дифференцирующей входной ВЧ-нагрузкой ЧД; далее многокаскадный линейный УНЧ с АРУ и межкаскадной ёмкостной связью усиливает спектральные составляющие выходного НЧ-напряжения АД u_ад(t) либо ЧД u_чд(t) в пределах полосы пропускания РПМ по его телефонному (телеграфному) выходу и формирует на выходе РПМ напряжение вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t), содержащее первичную измерительную информацию для косвенных антенных измерений на борту ВС в лётных условиях. Далее милливольтметром с дополнительным УНЧ (типа самолётного переговорного устройства СПУ или иного типа) измеряет текущие эффективные значения (уровни) U_вых.пс(t) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t); бортовой магнитный регистратор регистрирует выборочные значения уровня вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д с частотой выборки F_пс ≤ 100 Гц во время полного разворота ВС и в течение 3…5 минут до и после полного разворота.

в). Дальнейшую статистическую обработку текущих выборочных значений уровня U_вых.пс(t_д) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) выполняют бортовой ЭВМ в реальном или близком к реальному времени в процессе или после завершения антенных измерений на борту ВС в лётных условиях либо аэродромной ПЭВМ после посадки ВС. В этом случае загружают в оперативную память аэродромной ПЭВМ со съёмного накопителя бортового магнитного регистратора и флэш-накопителя бортовой ЭВМ массивы измерительной НЧ-информации с измеренными выборочными значениями параметров полёта, географической долготы и широты ВС и текущими выборочными значениями уровней U_вых.пс(t_д) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС. Далее пересчитывают ПЭВМ измеренные выборочные значения курсового угла θ_кур(t_д), углов крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_тн(t_д) ВС в вычисленные значения азимута θ_аз(t_д) = α₀(t_д), угла места θ_ум(t_д) = 90° – β₀(t_д) и дополнительного угла места β₀(t_д) = 90° – θ_ум(t_д) ПНД бортовой приёмной антенны ВС в направлении на аэродромную передающую антенну в подвижной, связанной с ВС антенной системе сферических координат После этого формируют ПЭВМ по результатам измерений и вычислений многомерный массив текущих выборочных значений азимута θ_аз(t_д) и угла места θ_ум(t_д) ПНД бортовой приёмной антенны ВС и уровней вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС, отображают на экране монитора ПЭВМ совмещённые обзорные графики выборочных значений азимута θ_аз(t_д), угла места θ_ум(t_д) ВС и уровня вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д) как функций дискретного времени СЕВ t_д, а затем определяют ПЭВМ по этим графикам дискретные узловые моменты времени t_д.k = t_рвс + k⋅Δt_д; k = 0, 1, 2, …, k_mах, при которых выборочные значения азимута θ_аз(t_д) достигают заданных в полётном задании ВС фиксированных значений θ_aз.k(t_д.k) = k⋅Δθ_аз с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_mах = 5° или 10° при k_max = 72 или 36, при этом k = 0 в начальный момент разворота ВС t_д.k = t_рвс и k = k_mах при полном развороте ВС в момент времени t_д.k = t_рвс + Т_рвс, где Т_рвс – длительность полного разворота ВС.

После этого выполняют ПЭВМ статистическую обработку текущих выборочных уровней U_вых.пс(t_д.kp) вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д.kp ≈ t_д.k + p/F_пс при р = ±0, 1, 2, …, N_пс с частотой выборки F_пс < 100 Гц, объёмом выборки и длительностью выборки Т_пс = 2N_пс/F_пс в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k, при которых θ_aз.k(t_д.k) = k⋅Δθ_аз. Для минимизации среднеквадратичного отклонения Δ U_вых.пс(t_д.k) текущих выборочных значений уровней U_вых.пс(t_д.kp) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t_д.kp) от оптимальной регрессионной зависимости усредненных по выборке значений в виде усеченного ряда Тейлора в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k

как функции дискретного времени t_д.kp = t_д.k + p/F_пс при р = ±0, 1, 2, …, N_пс; где р – номер отсчёта текущих выборочных значений уровня НЧ-шума ПС U_вых.пс(t_д.kp) от усреднённого значения с частотой выборки F_пс < 100 Гц и с шагом 1/F_пс, вычисляют методом наименьших квадратов, реализованным в библиотеке ПМО ПЭВМ, усреднённые по выборке значения текущих выборочных значений уровня U_вых.пс(t_д) вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д.kр) в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k 1-ю и 2-ю производные усреднённого по выборке значения по приращению 1/F_пс дискретного времени t_д.kр и минимально возможные при заданном объёме выборки 2N_пс + 1 >> 1 среднеквадратичные отклонения ΔU_{вых.пс.min} текущих выборочных значений U_вых.пс(t_д.kр) от оптимальной регрессионной зависимости

после чего документируют в флэш-накопителе аэродромной ПЭПМ многомерный массив вычисленных значений и p/F_пс для их использования при вычислении ПДН анализируемой антенны ВС по выражениям (1), (2), (3).

г). Для повышения точности косвенного измерения ПДН слабонаправленной бортовой антенны ВС в лётных условиях вычисляют уточненные значения выражений (1), (2), (3)

с учетом безразмерных поправок

характеризующих фактические изменения текущих значений наклонной дальности ВС до аэродромной передающей антенны (апа), уровня несущей U_рпд(t_д.k) и мощности P_рпд(t_д.k) основного излучения (ПС) u_рпд(t) аэродромного РПД – источника измерительного ПС u_пс(t) (4) и нормированной ПДН аэродромной передающей или приёмной антенны по напряжению (апа.н) G_апа.м(t_д.k) в дискретные узловые значения моменты времени t_д.k во время полного разворота ВС относительно их значений U_рпд(t_pвc), Р_рпд(t_pвc) и G_aпa.н(t_рвс) в начальный момент разворота ВС t_д.k = t_рвс при k = 0. После этого определяют уточнённые минимальные и максимальные значения среди уточнённых значений уровня несущей ПС и мощности ПС в дискретные узловые моменты времени t_д.k, и уточнённые значения неравномерности нормированной ПДН анализируемой бортовой антенны

в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум, а затем оценивают экспертными методами или автоматически ПЭВМ соответствие результатов вычисления ПДН анализируемой бортовой приемной антенны ВС по общим (1) – (3) и уточненным (10) – (14) выражением требованиям НТД [1, 2, 5] и ТД. В частности неравномерность ПДН бортовых антенн и бортовых PC, АРК и КРП в составе ВС не должна превышать 12 дБ в заданных секторах азимута θ_аз и углов места θ_ум и 20 дБ для ПДН пеленгационных приёмных антенн ГРП и РСБН ВС. В случае несоответствия ПДН бортовой антенны требованиям НТД определяют диапазон измеренных значений курсового угла θ_кур и крена θ_кр ВС и вычисленных значений азимута θ_аз и угла места θ_ум анализируемой бортовой антенны ВС, в пределах которых ПДН антенны соответствуют требованиям НТД для принятия решения установленным порядком либо об эквивалентном соответствии бортовой антенны требованиям НТД и ТД в составе ВС и внесении предупреждения в РЛЭ ВС, либо о необходимости доработки бортовой антенны ВС и/или изменении её размещения на борту ВС.

После завершения антенных измерений в лётных условиях во время полного разворота ВС на выбранной рабочей литерной частоте f_рпд ≈ f_рпд бортового РПМ и аэродромного РПД повторяют антенные измерения на других литерных частотах f_рпм ≈ f_рпд и для других типов бортовых РПМ и/или РПД согласно полётному заданию ВС, а после полного выполнения антенных измерений согласно полётному заданию переключают бортовые РПМ и РПД в штатные режимы работы с сохранением их работоспособности во время дальнейшего полёта и при посадке ВС в соответствии с их прямым функциональным назначением с сохранением функциональной и конструктивной целостности (единства) бортовых РПМ и РПД с их приёмными и передающими антеннами после косвенных измерений ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях.

Возможность практического аппаратурного осуществления заявленного способа в соответствии с последовательностью действий и условиями их выполнения, изложенными выше в подразделах 2.2, 2.3, обусловлена тем, что функциональная зависимость соотношения (5) усредненных по выборке уровней и вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) и u_вых.сш(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ во время полного разворота ВС от уровня несущей U_пс(t) (7) немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ подчинена радиофизической закономерности, положенной в основу заявленного способа, а именно: функциональная зависимость (5) является монотонно убывающей в диапазонах значений и U_пс, удовлетворяющих условиям и соответственно, где U_пор.сш – пороговая чувствительность РПМ по напряжению собственного НЧ-шума u_сш(t) на антенном входе РПМ; – усреднённый по выборке уровень собственного НЧ-шума u_вых.сш(t) на телефонном (телефонном) выходе РПМ в отсутствие измерительного ПС u_пс(t) (4), – минимальное значение соотношения (5) на нижнем плоском участке его нелинейной функциональной зависимости от уровня несущей ПС U_пс при малых в среднеквадратичном уровнях остаточной паразитной (оп) AM m_oп(t) и ФМ измерительного ПС u_пс(t) (4) в полосе пропускания Δf_{рпм.вых} бортового или аэродромного РПМ по его телефонному (телеграфному) выходу.

При этом в типовом случае не превышают 0.002…0,003 (минус 54…50 дБ) относительно пороговой чувствительности РПМ по напряжению собственного ВЧ-шума u_вых.сш(t), что позволяет использовать результаты прямого измерения текущих значений уровней U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) вносимого РПМ НЧ-шума РПМ u_вых.пс(t) и u_вых.сш(t) и вычисления по результатам измерений соотношения уровней (5) в качестве первичной измерительной информации для количественной инструментальной оценки текущих значений уровня несущей ПС U_пс(t) (7) измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ во время полного разворота ВС и косвенного измерения ПДН анализируемой бортовой антенны ВС в лётных условиях по общим (1), (2), (3) и уточнённым (10) – (14) выражениям без привлечения для этих целей и размещения на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального сервисного назначения и без нарушения функциональной и конструктивной целостности (единства) штатных бортовых РПМ и РПД с их приёмными и передающими антеннами и работоспособности РПМ и РПД во время всего испытательного или эксплуатационного полёта ВС, за исключением времени антенных измерений и регистрации текущих значений уровня U_вых.пс(t) вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ во время полного разворота ВС.

2.3. Существенными признаками заявленного способа, отличающими его от известных по публикациям [3 – 7, 10, 11] способов, являются последовательность действий и условия измерения нормированной градуировочной АХ (6) бортового или аэродромного РПМ с телефонным (телеграфным) выходом в лабораторно-стендовых условиях или как вариант в составе ВС в аэродромных условиях. При этом в качестве источника немодулированного тест-сигнал (ТС) u_тс(t), имитирующего измерительный ПС u_пс(t) (4) на антенном входе бортового РПМ. При антенных измерениях в лётных условиях по алгоритмам п. 2.2 используют маломощный измерительный ВЧ-генератор (ГСС или автономный ВЧ-имитатор основного излучения (ПС) u_прд(t) (9) РПД) с регулируемым калиброванным уровнем несущей ТС U_тс и с литерной частотой ТС f_тс = f_рпд, равной или близкой выбранной литерной частоте f_рпд аэродромного или бортового РПД – источника измерительного ПС u_пс(t) (4).

Последовательность действий и условия измерения нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в исходном режиме градуировки в отсутствие на антенном входе РПМ напряжения тест-сигнала u_тс(t) = 0 идентичны последовательности действий и условиям измерения текущих значений уровня U_вых.сш(t) напряжения собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) на его телефонном (телеграфном) выходе, изложенным выше в подпункте 2.2(a). В завершение режима градуировки вычисляют бортовой ЭВМ или аэродромного ПЭВМ усреднённый по выборке уровень напряжения собственного НЧ-шума u_{гвых.сш}(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ и среднеквадратичное отклонение ΔU_{гвых.сш} текущих выборочных значений уровня НЧ-шума U_{гвых.сш}(t_д) от при усреднении выборочных значений U_{гвых.сш}(t_д) с частотой выборки F_пс ≤ 100 Гц и объёмом выборки N_сш > 100, после чего регистрируют в съёмном флэш-накопителе ЭВМ или ПЭВМ вычисленные значения и ΔU_вых.сш для их использования в основном режиме измерения нормированной градуировочной АХ РПМ (6).

Для этого включают маломощный измерительный ВЧ-генератор (ГСС или автономный ВЧ-имитатор) в режиме генерации немодулированного тест-сигнала (ТС) u_тс(t) с регулируемым калиброванным уровнем несущей ТС U_тс и частотой ТС f_тс ≈ f_рпм и устанавливают поочередно фиксированные значения уровня несущей ТС U_тс в диапазоне от 0 до 65…70 дБ с шагом 4…6 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t); после чего встроенным или съёмным милливольтметром с дополнительным УНЧ, бортовыми или аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ или аэродромной ПЭВМ последовательно измеряют, регистрируют выборочные значения и усредняют по выборке текущие эффективные значения U_{гвых.тс}(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_{гвых.тс}(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ с частотой выборки F_гтс ≈ F_пс ≤ 100 Гц и объёмом выборки N_гтс ≈ 2 N_пc + 1 ≈ N_гсш > 100 при всех установленных значениях уровня несущей ТС U_тс, а затем используют вычисленные ЭВМ или ПЭВМ значения усреднённых по выборке уровней вносимого РПМ НЧ-шума РПМ u_вых.тс(t) для вычисления соотношения уровней при всех дискретных значения уровня несущей ТС U_тс во время градуировки АХ РПМ, документируют вычисленные значения в съёмном накопителе магнитного регистратора или в флэш-накопителе бортовой ЭВМ или аэродромной ПЭВМ и используют их в качестве нормированной градуировочной АХ РПМ (6) как функции дискретных значений уровня несущей ТС U_тс на антенном входе РПМ, отображают график АХ РПМ (6) на экране монитора ЭВМ или ПЭВМ в двойном логарифмическом масштабе и документируют график градуировочной АХ (6) в виде его распечатки на бумажном носителе принтером ПЭВМ.

По результатам градуировки АХ РПМ (6) определяют ожидаемый диапазон значений уровня несущей ПС U_пс измерительного ПС u_пс(t) (4) на монотонно убывающем участке нормированной градуировочной АХ РПМ (6) и ожидаемый диапазон монотонного изменения соотношения уровней вносимых РПМ НЧ-шумов (5) в лётных условиях во время полного разворота ВС, а также их минимальные допустимые и максимальные допустимые значения и уровня несущей ПС U_пс.min и U_пс.max. Далее на этапе подготовки ВС к испытательному полёту ВС загружают с флэш-накопителя аэродромной ПЭВМ в оперативную память бортовой ЭВМ ВС двумерный массив числовых данных о нормированной градуировочной АХ РПМ (6) для их использования при вычислении в реальном или близком к реальному времени уровня несущей ПС U_пс (6), мощности ПС измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе бортового РПМ и вычисления ПДН бортовой антенны ВС в летных условиях по общим (1), (2), (3) и уточненным (10) – (14) выражениям.

Изложенные выше в подразделах 2.2 – 2.3 признаки заявленного способа являются существенными и в совокупности характеризуют его как альтернативный способ, не имеющий прямых аналогов среди известных по публикациям [3 – 7, 10, 11] способов измерения ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях. Характерным признаком заявленного способа является также то, что источниками напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) и u_вых.сш(t) на телефонном или телеграфном НЧ-выходе РПМ являются широкополосные аддитивные ВЧ-флюктуации электрорадиоэлементов (ЭРЭ) входных функциональных ВЧ-устройств РПМ, работающего в штатных режимах радиоприёма излучения с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ в отсутствие и при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ в аддитивной смеси с широкополосным собственным ВЧ-шумом РПМ U_сш(t).

3. Перечень чертежей

3.1. Сущность заявленного изобретения и возможность его практического осуществления поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4

Фиг. 1. Типовая укрупненная структурная схема бортового или аэродромно-бортового ИВК ВС, реализующего заявленный способ косвенного измерения ПДН слабонаправленной приёмной антенны РПМ с телефонным (телефонным) выходом в составе ВС в лётных условиях.

Фиг. 2. Типовая укрупненная структурная схема аэродромного или аэродромно-бортового ИВК для измерения заявленным способом нормированной градуировочной АХ (6) бортового РПМ с телефонным (телефонным) выходом в лабораторно-стендовых условиях.

Фиг. 3 Нормированная градуировочная АХ РПМ (6) (график 30) по телефонному НЧ-выходу РПМ серийной бортовой PC MB-диапазона в двойном логарифмическом масштабе как функция уровня несущей U_тс немодулированного тест-сигнала u_тс(t) на антенном входе РПМ и нормированная эксплуатационная АХ РПМ (график 31) как функция уровня несущей U_шпс = U_тс штатного ПС u_шпс(t) на антенном входе РПМ с типовыми эксплуатационным значениями параметров двухполосной гармонической AM (с коэффициентом (амплитудным значением) AM М_шпс = 0,9 и частотой AM F_шпс = 1 кГц).

3.2. В типовом случае в состав ИВК фиг. 1 входят:

бортовая приёмная антенна 1 – объект антенных измерений на борту ВС в лётных условиях, соединенная штатно ВЧ-разъёмом АФТ 2 с антенным входом штатного бортового РПМ 3 с телефонным (телеграфным) выходом в составе бортовой PC или бортового ПНО ВС;

встроенные или съёмные НЧ-вольтметр 4а и/или милливольтметр 4б с дополнительным УНЧ 4 (типа самолётного переговорного устройства (СПУ) или иного типа) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ 3; бортовой магнитный регистратор 5 и бортовая ЭВМ 6 со съёмными накопителями измерительной НЧ-информации 7, 8 (типа оптического диска, дискеты или флэш-накопителя) и монитором 9, обеспечивающие в комплексе измерение, магнитную регистрацию и статистическую обработку текущих эффективных значений (уровней) U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_выx.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ 3 в отсутствие и соответствии при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе бортового РПМ) в исходном подготовительном и соответственно в основном режимах измерения ПДН бортовой приёмной антенны 1 ВС в лётных условиях; бортовое ПНО 10, бортовая аппаратура СЕВ 11 и бортовой приёмоиндикатор СНС 12 ВС;

аэродромный РПД 13 – источник измерительного ПС u_пс(t) (4) для бортового РПМ 3, соединённый штатно с АФТ 14 передающей антенны 15 в составе аэродромной PC или НИП, встроенный ВЧ-вольтметр 16 для измерения уровня несущей u_рпд немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) (9) на антенном выходе РПД 13 и входе АФТ 14;

встроенный или съёмный источник 17 модулирующего НЧ-напряжения (мн) u_мн(t) для амплитудного либо частотного, либо широтно-импульсного модулятора аэродромного РПД 13 в штатном (ш) эксплуатационном режиме радиопередачи основного излучения (ПС) u_шрпд(t) с типовыми, заданными в ТД эксплуатационными параметрами аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ и дополнительно двухпозиционный переключатель 18 для обнуления модулирующего НЧ-напряжения (мн) u_мн(t) на сигнальном входе модулятора РПД 13 для устранения влияния входных кондуктивных НЧ-помех модулятора РПД на уровни остаточной паразитной AM и ФМ немодулированного основного излучения (ПС) РПД u_рпд(t) (9); аэродромный магнитный регистратор 19 и аэродромная ПЭВМ 20 с съёмными накопителями измерительной НЧ-информации 21, 22, монитором 23 и принтером 24; аэродромное ПНО 25; аэродромная аппаратура СЕВ 26 и СНС 27.

В типовом случае в состав АФТ 2 входят: согласующее ВЧ-устройство для согласования комплексного выходного сопротивления приёмной антенны 1 по выходу АФТ 2 с комплексным сопротивлением антенного входа РПМ 3 в диапазоне его рабочих частот f_рпм, ВЧ-аттенюатор с дискретно регулируемым затуханием, направленный ответвитель или делитель ВЧ-мощности, или ВЧ-коммутатор для подключения съёмной измерительной ВЧ-аппаратуры к АФТ 2 и/или к антенному входу бортовому РПМ 3 при антенных измерениях на борту ВС известными способами, бортовые линии связи, управления и коммутации, ряд других устройств, не показанных на фиг. 1.

В состав АФТ 14 входят те же ВЧ- и НЧ-устройства, что и в АФТ 2 и дополнительно (при необходимости) съёмный ВЧ-вольтметр 16 для измерения текущих эффективных значений несущей U_рпд основного излучения (ПС) u_рпд(t) (9) аэродромного РПД 13 на его антенном выходе и входе АФТ 14. В отсутствие в составе АФТ 2 или АФТ 14 встроенного ВЧ-аттенюатора с дискретно регулируемым затуханием или при необходимости увеличения его затухания устанавливают на выходе АФТ 2 и/или входе АФТ 14 сервисный калиброванный аттенюатор с регулированным затуханием 40…50 дБ. Для обеспечения двусторонней радиосвязи между операторами бортового РПМ 3 и аэродромного РПД 13 во время антенных измерения на борту ВС в лётных условиях используют одну из штатных бортовых и аэродромных PC в составе КДП или НИП, незанятых в антенных измерениях.

В состав ИВК фиг. 2, обеспечивающего измерение нормированной градуировочной АХ (6) и нормированной эксплуатационной АХ δ_{вых.шпс}(U_шпс) (графики 30 и 31 на фиг. 3) бортового РПМ 3 в лабораторно-стендовых условиях или в составе ВС в аэродромных условиях, входят те же функциональные устройства 3 – 9, 16 – 24, что и в ИВК фиг. 1, и дополнительно измерительный ВЧ-генератор (ГСС) 28 и калиброванный ВЧ-кабель 29 с согласующим устройством и коаксиальными ВЧ-разъёмами для подключения измерительного ВЧ-генератора (ГСС) 28 к антенному входу бортового РПМ 3 вместо АФТ 2 в лабораторно-стендовых условиях после демонтажа РПМ с борта ВС либо к сервисному ВЧ-разъёму АФТ 2, предназначенному для подключения съёмной измерительной ВЧ-аппаратуры к бортовой приёмной антенне 1 и/или к антенному входу РПМ 3 на борту ВС.

3.3. Среди бортовых РПМ с телефонным (телеграфным) выходом наиболее сложную структуру имеют РПМ бортовых PC дальней и ближней радиосвязи, выполненных по схеме супергетеродинного приёмопередатчика (трансивера), работающего в составе ИВК фиг. 1 по выбору (команде) оператора PC либо как бортовой РПМ 3 в штатном режиме радиоприёма излучения класса А3Е либо F3E, либо L2A(B), либо F2A(B) при косвенном измерении ПДН бортовой приёмной антенны 1 либо как штатный бортовой РПД в режиме радиопередачи немодулированного излучения класса двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ при косвенном измерении ПДН бортовой передающей антенны ВС в лётных условиях. В типовом случае в составе РПМ и РПД бортовой PC входят усилители высоких (УВЧ), промежуточных (УПЧ) и низких (УНЧ) частот, два или три преобразователя частоты (ВЧ- и ПЧ-смесителя), амплитудные, частотные и широтно-импульсные детекторы в составе РПМ и модуляторы аналогичного типа в составе РПД, подавитель шума (ПШ) РПМ с телефонным выходом, устройства блокирования РПМ с телеграфным выходом в паузах кодовой ШИМ; встроенный ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД; ряд совмещенных функциональных ВЧ-устройств: приёмопередающая антенна 1 с АФТ 2 в составе ИВК фиг. 1, согласующее ВЧ-устройство, ВЧ-аттенюатор, ВЧ- и НЧ-коммутаторы в составе АФТ 2, синтезатор частоты для формирования рабочих литерных частот РПД и ВЧ- и ПЧ-гетеродинов РПМ, встроенная система допускового контроля (ВСК) исправности РПМ и РПД.

Нормальное функционирование бортовой PC в составе ВС и ИВК фиг. 1 обеспечивают:

электронные пульты и устройства электродистанционного управления параметрами и режимами работы бортовой PC как РПМ 3 и как РПД 13 и их функциональных устройств и технических средств (рабочей литерной частотой РПМ или РПД, параметрами двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ РПД, ручной регулировкой усиления (РРУ) и громкости (РРГ) РПМ, подавителем НЧ-шума (ПШ) на телефонном выходе РПМ 3, блокирующими видеоимпульсами, запирающими РПМ 3 с телеграфном выходом в паузах кодовой ШИМ, затуханием ВЧ-аттенюатора РПМ или РПД и др.);

нажимные переключатели (тангенты), размещённые на рычагах управления ВС в кабине пилотов и обеспечивающие при их нажатии включение бортовой PC как РПД в режиме излучения ПС u_рпд(t) класса А3Е либо F3E, либо LA2A (В), либо F2A(B) с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ, а при их отжатии – выключение радиоизлучения РПД и включение РПМ бортовой PC в штатном режиме радиоприёма излучения выбранного класса; низкоомные или высокоомные наушники авиагарнитуры оператора PC, подключённые к телефонному (телеграфному) выходу РПМ через дополнительный УНЧ (типа СПУ или иного типа) для прослушивания и экспертной органолептической оценки оператором РПМ слышимости (уровня U_вых.шп) и качества (разборчивости) звуковых сигналов штатного НЧ-напряжения ПС U_{вых.шпс}(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ по пятибалльной шкале; ларингофон авиагарнитуры оператора бортовой PC, являющийся источником модулирующего НЧ-напряжения (мн) u_мн(t) для амплитудного либо частотного модулятора бортового РПД в штатном режиме излучения с аналоговой AM либо ЧМ при модуляции РПД звуковым сигналом (голосом) оператора бортовой PC, или блок формирования кодовой ШИМ;

устройства сопряжения РПМ и РПД бортовой PC в составе ВС, ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2 с бортовым и сервисным электронным и электротехническим оборудованием ВС и ИВК (системами регистрации, накопления, обработки и отображения измерительной информации, средствами электронной, звуковой и световой индикации и сигнализации ВС), которые отличаются большим разнообразием и требуют уточнения для каждого конкретного типа бортовой PC, ВС и ИВК.

На фиг. 3 приведены графики 30 и 31, позволяющие судить о типовой форме нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в основном режиме измерения ПДН анализируемой приёмной антенны 1 и нормированной эксплуатационной АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) серийной бортовой PC МВ-диапазона, измеренные ИВК фиг. 2 в лабораторно-стендовых условиях. Графические построения на фиг. 3 поясняют принцип определения текущих эффективных значений несущей (7) немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ 3 по нормированной градуировочной АХ РПМ (6). В точке 32 на оси ординат системы координат фиг. 3 отложено одно из измеренных значений соотношения уровней (5) > 0,002…0,003. Через точку 32 проведена пунктирная горизонтальная линия, пересечение которой в точке 33 с графиком нормированной градуировочной АХ РПМ (6) на её на монотонно убывающем участке определяет однозначно уровень несущей ПС (7) на антенном входе РПМ (точка 34 на оси абсцисс системы координат). В отличие от этого нормированная эксплуатационная АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) (график 31) при не позволяет однозначно определить уровень несущей ПС штатного модулированного ПС РПМ u_шпс(t) по вычисленному значению соотношения (5), так как вычисленному значению уровня несущей штатного ПС (точка 34 на графике 31 фиг. 3) соответствует точка 35 на нелинейном плоском участке нормированной эксплуатационной АХ РПМ δU_выx.шпс(U_шпс) (график 31 фиг. 3).

Требуемую в ТД форму нормированной эксплуатационной АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) как функции уровня несущей U_шпс штатного ПС (шпс) РПМ u_шс(t) с двухполосной аналоговой AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ с типовыми, заданными в ТД эксплуатационными значениями параметров AM либо ЧМ, либо кодовой ШИМ, обеспечивают входные функциональные устройства бортового РПМ 3, охваченные замкнутой задержанно-усиленной системой АРУ по ВЧ, ПЧ и НЧ, а также каскады амплитудного ограничения преобразованного по частоте измерительного штатного ПС РПМ u_шпс(t) с аналоговой ЧМ либо кодовой ШИМ в выходном (оконечном) УПЧ РПМ.

4. Раскрытие сущности и осуществление заявленного изобретения

4.1. Для раскрытия физической сущности заявленного изобретения и обоснования возможности его практического осуществления в ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2 необходимо учесть, что реальный входной ВЧ-сигнал u_вх(t)=u_пс(t)+u_сш(t) на антенном входе РПМ 3 с телефонным (телеграфным) выходом в основном режиме измерения ПДН бортовой приёмной антенны 1 в составе ИВК фиг. 1 представляет собой аддитивную смесь немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) и собственного широкополосного ВЧ-шума РПМ u_сш(t), обусловленного в основном широкополосными электрическими ВЧ-флюктуациями (шумами) пассивных и активных электрорадиоэлементов (ЭРЭ) входных функциональных устройств РПМ 3 в его рабочем диапазоне радиочастот f_рпм, а именно: тепловыми шумами пассивных линейных RLC-элементов РПМ, дробовыми, диффузионно-дрейфовыми и регенерационно-рекомбинационными ВЧ-шумами активных нелинейных ЭРЭ РПМ на базе электровакуумных, полупроводниковых и транзисторных приборов, шумами токораспределения многоэлектродных активных ЭРЭ, приведёнными к антенному входу РПМ. При u_пс(t) ≠ 0 реальный входной ВЧ-сигнал РПМ 3 u_вх(t) = u_пc(t) + u_сш(t) можно представить в виде единого квазигармонического ВЧ-сигнала

который отличается от немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) лишь текущими значениями уровня несущей U_вх(t) > U_пс(t) и наличием вносимого РПМ амплитудного m_вш(t) и фазового НЧ-шума (вш), характеризующего по существу влияние широкополосного ВЧ-шума РПМ u_сш(t) на процессы предварительной и первичной обработки измерительного ПС u_пс(t) (4) в РПМ 3 с существенно нелинейной плоской нормированной эксплуатационной АХ δU_{вых.шпс}(U_шпс) (график 31 на фиг. 3) по телефонному (телеграфному) выходу РПМ.

Используя результаты анализа статистических характеристик огибающей и фазы аддитивной смеси идеального гармонического сигнала и нормального белого шума с ограниченной дисперсией в ограниченной полосе частот, изложенные в научно-технической литературе и, как пример, в монографии [17] В.И. Тихонов. «Нелинейные преобразования случайных процессов». – М.: Радио и связь, 1986, (стр. 35 – 38, 40, 41), можно показать, что при уровнях несущей ПС превышающих в 3…5 раз (на 10…14 дБ) пороговую чувствительность РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t) в полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} по его телефонному (телеграфному НЧ-выходу, вносимые РПМ НЧ-шумы и подчинены близким к нормальному законам распределения вероятностей, стационарны, некоррелированы в совпадающие моменты времени и в первом приближении равновелики в среднеквадратичном. При этом их малые среднеквадратичные значения (уровни) в полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} подчинены радиофизической закономерности, положенной в основу заявленного способа, альтернативного известным по публикациям [3 – 7, 10, 11] и ТД способам, а именно: они не превышают 0,1…0,2 (минус 14…20 дБ) и монотонно убывают, стремясь к нулю при безграничном увеличении уровня несущей U_пс(t) измерительного ПС u_пс(t) (4), что позволяет использовать их в качестве первичной измерительной информации для косвенного измерения ПДН бортовых антенн по исходным (1), (2), (3) и уточненным (10) – (14) выражениям в процессе и по результатам прямого измерения, магнитной регистрации и статистической обработки текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пc(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пc(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и соответственно при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ на монотонно убывающем участке нормированной градуировочной АХ РПМ (6).

В процессе предварительной и первичной обработки входного ВЧ-сигнала u_вх(t) (15) в РПМ 3 малый в среднеквадратичном вносимый РПМ амплитудный и фазовый НЧ-шум и остаточная паразитная и подвергаются сначала линейной фильтрации и линейной амплитудно-фазовой (АФК) и фазо-амплитудной (ФАК) конверсии (взаимным линейным преобразованиям AM в ФМ и наоборот) в пределах полосы пропускания выходного (оконечного) УПЧ РПМ, а после амплитудного либо частотного детектирования преобразованного (пр) по частоте входного ВЧ-сигнала РПМ u_вх.пр(t) (15) – линейной фильтрации, линейным и нелинейным искажениям в линейном УНЧ с АРУ в пределах полосы пропускания РПМ по его телефонному (телеграфному) выходу. Вследствие этого диапазон монотонного уменьшения соотношения (5) усредненных по выборке уровней и вносимого РПМ НЧ-шума и как функции текущих значений уровня несущей ПС на антенном входе РПМ 3 совпадает с диапазоном монотонного уменьшения уровня вносимого РПМ НЧ-шума либо до уровня остаточной паразитной либо входного ВЧ-сигнала u_вх(t) (15) в полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} по его телефонному (телеграфному) выходу. Этим закономерностям подчинён также вносимый РПМ частотный НЧ-шум Δf_вш(t), так как по определению вносимый РПМ частотный НЧ-шум Δf_вш(t) является 1-й производной вносимого РПМ фазового НЧ-шума с коэффициентом пропорциональности 2π [радиан], а малые в среднеквадратичном уровни вносимого РПМ фазового и частотного Δf_вш(t) НЧ-шума в ограниченной полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} по его телефонному (телеграфному) выходу связаны прямо пропорциональной зависимостью.

Согласно требованиям НТД [6, 7] предельно допустимые относительные уровни остаточной паразитной (оп) и основного немодулированного излучения (ПС) РПД u_рпд(t) аэродромной PC или НИП – источника штатного u_шпс(t) и измерительного u_пс(t) ПС для бортового РПМ с коэффициентом шума ≤ 10 дБ не должны превышать 0,002…0,003 (минус 50…54 дБ) в полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} = 3…10 кГц по его телефонному (телеграфному) выходу. Вследствие этого фактические уровни остаточной паразитной либо на антенном входе РПМ 3 ИВК фиг. 1 не превышают 0,002…0,003 (минус 50…54 дБ) относительно уровня несущей ПС U_пс и номинального (ном), заданного в ТД уровня U_{пор.сш.ном} напряжения собственного НЧ-шума u_сш(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ 3, установленного в начале исходного подготовительного режима измерения ПДН бортовой приёмной антенны 1 в отсутствие на антенном входе РПМ измерительного ПС u_пс(t) (4). Включение затухания дискретно регулируемого на 20…25 дБ встроенного ВЧ-аттенюатора бортового РПМ 3 или аэродромного РПД 13 в составе ИВК фиг. 1 приводит к смещению нормированной градуировочной АХ РПМ (6) вправо на 20…25 дБ, что позволяет увеличить диапазон измеряемых уровней несущей ПС U_пс(t) (7) с 50…55 дБ до 70…80 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t) и обеспечивает измерение уровней несущей U_пс(t) измерительного u_пс(t) (4) и ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях при наклонной дальности ВС до аэродромных антенн в пределах 1…5 км и непосредственно на аэродроме базирования ВС.

4.2. Пример осуществления заявленного способа. Примером реального осуществления заявленного способа для измерения ПДН анализируемой приёмной антенны 1 бортовой PC в лётных условиях является ИВК фиг. 1, содержащий в своем составе бортовой РПМ 3 с телефонным (телеграфным) выходом и аэродромный РПД 13 – источник немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) для РПМ 3, соединенные ВЧ-разъёмами штатно с АФТ 2 бортовой приёмной антенны 1 и соответственно с АФТ 14 аэродромной передающей антенн 15, встроенные или съёмные НЧ-вольтметр 4а и/или милливольтметр 4б с дополнительным УНЧ (СПУ) 4 на телефонном (телеграфном) выходе РПМ 3 и встроенный ВЧ-вольтметр 16 на антенном выходе РПД 13, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами 5, 19, бортовой ЭВМ 6 и аэродромной ПЭВМ 20 со съёмными накопителями измерительной НЧ-информации 7, 8, 21, 22, монитором 23 и принтером 24 ИВК фиг. 1 достижение заявленной цели изобретения: обеспечение косвенного измерения ПДН бортовой приёмной антенны 1 в лётных условиях по исходным (1), (2), (3) и уточненным (10) – (14) выражениям без привлечения известных по публикациям [3 – 7, 10, 11] способов и размещения на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального сервисного назначения. В процессе косвенного измерения ПДН анализируемой приёмной антенны 1 бортовые 2 – 12 аэродромные 13 – 27 технические средства, ИВК фиг. 1 выполняют все принципиально необходимые действия (технологические операции) в требуемой последовательности и при условиях, изложенных выше в подразделах 2.1, 2.2 и характеризующих заявленный способ как альтернативный известным по публикациям [3 – 7, 10, 11] способам и не имеющий среди них прямых аналогов, а именно: измерение, магнитную регистрацию и статистическую обработку техническими средствами 4а, 4б, 5 и 6 ИВК фиг. 1 текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t), u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе бортового РПМ 3 в исходном подготовительном и соответственно в основном режимах измерений ПДН приёмной антенны 1 при работе аэродромного РПД 13 в штатном режиме генерации немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) (9) класса А3Е либо F3E, либо A0N. Далее бортовым магнитным регистратором 5 регистрируют текущие выборочные значения U_вых.сш(t_д), U_вых.пс(t_д) уровней вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) в дискретные моменты времени СЕВ t_д одновременно с измерением и регистрацией параметров полёта ВС бортовым 10 и аэродромным 26 ПНО и бортовой аппаратурой (приёмоиндикатором) СНС 11 во время полного разворота ВС, а затем выполняют бортовой ЭВМ в полёте или аэродромной ПЭВМ 20 после посадки ВС статистическую обработку выборочных Значение U_вых.пс(t_д) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k, k = 0, 1, 2, …, k_mах, при которых измеренные значения азимута θ_д.k во время полного разворота ВС достигают заданных в ТД дискретных значений k⋅Δθ_д с заданным с шагом Δθ_д = 360°/k_max = 5° или 10° при k_max = 72 или 36, где k_mах + 1 – общее число отсчётов азимута θ_д.k при косвенном измерении ПНД бортовой антенны ВС во время полного разворота ВС. Для этого вычисляют ЭВМ или ПЭПМ методом наименьших квадратов усреднённые по выборке значения уровня вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t), соотношения уровней (5) и уровня несущей ПС U_пс(t_д.k) (7) на антенном входе РПМ 3 в дискретные узловые моменты времени t_д.k во время полного разворота ВС по вычисленным значениям соотношения (5) и нормированной градуировочной АХ РПМ (6), а затем определяют значения ПДН анализируемой приёмной антенны 1 по исходным (1), (2), (3) и уточненным (10) – (14) выражениям при фиксированных значениях азимута θ_д.k⋅= k⋅Δθ_д при k = 0, 1, 2, …, k_mах.

В кратком изложении косвенные измерения ПДН бортовой приёмной антенны бортовой PC ВС, спроектированной по схеме супергетеродинного приёмопередатчика, выполняют ИВК фиг. 1 в лётных условиях в следующей последовательности действий и при следующих условиях, заданных в полётном задании ВС.

В начале исходного подготовительного режима измерения ПДН приёмной антенны 1 в лётных условиях в горизонтальном полёте ВС включают бортовой РПМ 3 с телефонным (телеграфным) выходом на выбранной свободной литерной частоте f_рпм в штатном режиме радиоприема излучения класса А3Е либо F3E, либо L2A(B), либо F2A(B); выключают подавитель шума (ПШ) РПМ или видеоимпульсы, блокирующие РПМ в паузах кодовой ШИМ; органами управления РПМ или автоматически ЭВМ устанавливают максимальное усиление РПМ и номинальный, заданный в ТД уровень U_{вых.сш.ном} напряжения собственного НЧ-шума u_вых.сш(t) на телефонном (телеграфным) выходе РПМ в отсутствие на его антенном входе входных ВЧ-сигналов u_вх(t), (4); после чего НЧ-вольтметром 4а измеряют, а бортовым магнитным регистратором 5 регистрируют текущие эффективные значения U_вых.сш(t) напряжения собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) на его телефонном (телеграфном) выходе, после чего бортовой ЭВМ вычисляют усреднённое по выборке значение уровня собственного НЧ-шума РПМ U_вых.сш(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д и документируют в флэш-накопителе ЭВМ вычисленное значение для использования в дальнейшем по назначению.

В основном режиме антенных измерений в ИВК фиг. 1 в лётных условиях включают по команде оператора бортового РПМ 3 аэродромный РПД 13 – источник измерительного ПС u_пс(t) (4) для РПМ 3 в штатном режиме радиопередачи немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) (9) класса А3Е либо F3E, либо A0N с уровнем несущей U_рпд и литерной частотой f_рпд, равной или близкой выбранной литерной частоте f_рпм РПМ 3, при закороченном двухпозиционным переключателем 18 сигнальном входе амплитудного либо частотного модулятора РПД 13 для устранения влияния входных кондуктивных НЧ-помех модулятора на уровни остаточной паразитной и ФМ основного излучения (ПС) РПД u_рпд(t) (9); встроенным ВЧ-вольтметром 16 измеряют уровень несущей U_рпд немодулированного напряжения ПС РПД u_рпд(t) (9) на его антенном выходе. Одновременно аэродромная передающая антенна 15 излучает ПС РПД (9) u_рпд(t) в свободное пространство; бортовая приёмная антенна 1 принимает это излучение и формирует на антенном входе РПМ 3 измерительный ПС u_пс(t) (4) с текущими значениями уровня несущей ПС U_пс(t), мгновенной частотой и с доплеровским сдвигом частоты ПС Δf_дпс(t) относительно текущих значений частоты РПД f_рпд(t).

Далее бортовой РПМ 3 обеспечивает последовательно усиление входного ВЧ-сигнала u_вх(t) (15) в малошумящем линейном УВЧ, два или три преобразования частоты на ненулевые промежуточные частоты (ПЧ), усиление в линейных УПЧ, охваченных замкнутой системой АРУ, и амплитудное ограничение преобразованного (пр) по частоте ВЧ-сигнала u_вх.пр(t) с аналоговой ЧМ и кодовой ШИМ в выходном (оконечном) УПЧ РПМ; амплитудное либо частотное детектирование преобразованного ПЧ-сигнала u_вx.пр(t) в амплитудном (АД) либо частотном (ЧД) детекторе с линейной детекторной характеристикой (ДХ); усиление выходного НЧ-напряжения АД u_ад(t) либо ЧД u_чд(t) в линейном УНЧ с АРУ при выключенном подавителе шума (ПШ) РПМ с телефонным выходом и при отключенных видеоимпульсах, запирающих РПМ с телеграфным выходом в паузах кодовой ШИМ. Далее милливольтметром 4б с дополнительным УНЧ 4 измеряют текущие эффективные значения U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) и регистрируют бортовым магнитным регистратором 5 их текущие выборочные значения U_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС одновременно с измерением и магнитной регистрацией текущих значений фактических параметров полёта ВС и его географической широты и долготы ВС, в их числе курсового угла θ_кур(t_д) и углов крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_тн(t_д) ВС, измеренных бортовым и аэродромным ПНО 10, 26 и бортовым приёмоиндикатором СНС 12.

Далее вычисляют бортовой ЭВМ 6 в полёте ВС или аэродромной ПЭВМ 20 после посадки ВС усреднённые по выборке значения текущих эффективных значений вносимого РПМ НЧ-шума РПМ U_вых.пс(t_д) в окрестности дискретных узловых моментов времени СЕВ t_д.k; а затем – соотношение уровней НЧ-шума (5) для количественной оценки текущих значений уровня несущей ПС U_пс(t_д.k) (7) измерительного ПС u_пс(t) (4) по нормированной градуировочной АХ (6) и мощности ПС Р_вых.тс(t_д.k), а затем – текущие значения ПДН бортовой приёмной антенны 1 по исходным (1), (2), (3) и уточнённым (10) – (14) выражениям как функций фиксированных узловых значениях азимута θ_aз(t_д.k) и угла места θ_ум(t_д.k) в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k во время полного разворота ВС, полученные в результате пересчёта текущих значений курсового угла θ_кур(t_д.k) и углов крена θ_кр(t_д.k) и тангажа θ_тн(t_д.k) ВС.

Последовательность действий и условия измерения заявленным способом ПДН слабонаправленной передающей антенны штатного РПД бортовой PC или бортового ПНО в лётных условиях отличаются от вышеизложенного лишь тем, что в этом случае бортовой РПД является источником измерительного ПС u_пс(t) (4) для аэродромного РПМ с телефонным (телеграфным) выходом в составе аэродромной PC или НИП, используемого в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры и обеспечивающего в комплексе с встроенными или съёмными НЧ-вольтметром и НЧ-милливольтметром с дополнительным УНЧ на телефонном (телеграфном) выходе РПМ, встроенным ВЧ-вольтметром на антенном выходе бортового РПД, бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ косвенное измерение ПДН анализируемой передающей антенны с АФТ в лётных условиях в соответствии с последовательностью действий, условиями и алгоритмами, аналогичными изложенным выше в подразделе 2.2(б). Эти утверждения справедливы и для процесса измерения нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в ИВК фиг. 2 в исходном и основном режимах градуировки, которые аналогичны по существу процессам измерения ПДН приёмной антенны 1 в исходном и основном режимам антенных изменений ИВК фиг. 1 в лётных условиях. В этом случае существенным отличием является лишь использование маломощного автономного ВЧ-имитатора (ГСС) 28 в качестве источника тест-сигнала u_тс(t) с регулируемым калиброванным уровнем несущей U_тс, имитирующего смодулированное напряжение ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ 3 в составе ИВК фиг. 1 при косвенном измерении ПДН бортовой приёмной антенны 1 в лётных условиях во время полного разворота ВС.

Таким образом, ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2 практически реализуют предложенные технические решения, организационно-технические мероприятия и алгоритмы по подготовке и выполнению исходного и основного режимов косвенного измерения ПДН бортовой приёмной антенны ВС в лётных условиях и измерения нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в лабораторно-стендовых условиях и обеспечивают достижение основных технических результатов и цели изобретения – решение актуальной технической проблемы (задачи) методического и аппаратурного материально-технического обеспечения косвенных измерений ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО ВС в лётных условиях. Основными техническими результатами изобретения являются расширение арсенала используемых технических средств и повышение технико-экономической эффективности и точности антенных измерений на борту ВС в наземных и лётных условиях на основе иных радиофизических принципов функционирования и иных технических решений, альтернативных известным по публикациям [3 – 7, 10, 11] способам, позволяющим использовать более доступные и простые технические средства для антенных измерений на борту ВС в лётных условиях, а именно штатные РПМ и РПД бортовых и аэродромных PC, бортового и аэродромного ПНО или НИП, встроенные или съёмные НЧ-вольтметр 4а и милливольтметр 4б с УНЧ 4, ВЧ-вольтметр 16 в составе ИВК фиг. 1 без привлечения для этих целей измерительной ВЧ-аппаратуры и ПЭВМ общего и специального сервисного назначения и нарушения функциональной и конструктивной целостности бортовых РПМ и РПД с их приёмными и передающими антеннами.

4.3. О технической осуществимости заявленного способа и возможности достижения заявленных технических результатов и цели изобретения свидетельствует график 30 фиг. 3, отображающий нормированную градуировочную АХ (6) РПМ серийной бортовой PC MB-диапазона в двойном логарифмическом масштабе как функции уровня несущей U_тс немодулированного тест-сигнала u_тс(t) и аналогичные графики для РПМ серийных бортовых PC других типов. Согласно результатам измерений нормированная градуировочная АХ РПМ (6) (график 30 фиг. 3) монотонно убывает при изменении уровня несущей ТС U_тс от 2 мкВ.эфф до 2 мВ.эфф, что превышает номинальную пороговую чувствительность РПМ по напряжению шума U_пор.сш ≈ 1 мкВ.эфф на ≈ 66 дБ и на ≈ 45 дБ – динамический диапазон монотонного изменения нормированной эксплуатационной АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) (графики 31 фиг. 3) как функции уровня несущей U_шпс = U_тс штатного ПС (шпс) РПМ u_шпс(t) при типовых эксплуатационных значениях двухполосной аналоговой AM на начальном линейном участке АХ δU_{вых.шпс}(U_шпс) при уровнях несущей ШПС U_шпс = U_тс, не превышающих 15 мкВ.эфф.

Форма нормированной градуировочной АХ (6) РПМ серийной бортовой PC (график 30 фиг. 3) и нормированной эксплуатационной АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) (график 31 фиг. 3) является типичной для бортовых PC в диапазонах МВ и ДМВ. Для указанных нормированных АХ характерно то, что их начальные значения при U_тс = U_шпс = 0 тождественно равны 1 независимо от номинального уровня U_{вых.сш.ном} собственного НЧ-шума u_выx.сш(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ, установленного в начале исходного режима измерения нормированных АХ и δU_{вых.шпс}(U_шпс) в ИВК фиг. 2 и существенное отличие их формы при изменении уровней несущей тест-сигнала U_тс и штатного ПС U_пшс = U_тс в диапазоне их эксплуатационных значений. Нормированная эксплуатационная АХ РПМ δU_{вых.шпс}(U_шпс) при U_шпс = U_тс является существенно нелинейной плоской во всем динамическом диапазоне уровней несущей U_шпс штатного ПС РПМ u_шпс(t), за исключением начального монотонно возрастающего участка АХ при уровнях несущей U_шпс < 15 мкВ.эфф. В отличие от этого нормированная градуировочная АХ РПМ (6) имеет плоский начальный участок АХ при уровнях несущий тест-сигнала U_тс ≤ (2…3) U_пор.сш и далее монотонно убывающий участок до минимального значения соотношения уровней (5) как функции уровня несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) (4) на её нижнем плоском участке. При этом минимальное значение зависит в основном от фактических уровней значений остаточной паразитной и измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ в полосе пропускания РПМ по его телефонному НЧ-выходу при условии, что коэффициент усиления дополнительного УНЧ по напряжению (унч.н) К_унч.н превышает значения U_пop.мв/U_{вых.пс.min} при заданной пороговой чувствительности милливольтметра 4б U_пор.мв.

Графики 30 и 31 фиг. 3 свидетельствуют о возможности косвенного измерения заявленным способом ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях при текущих значений уровней несущей U_пс измерительного ПС u_пс(t) (4) во время полного разворота ВС, превышающих пороговую чувствительность РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума U_сш(t) по крайней мере на 50…55 дБ при типовых значениях уровней паразитной остаточной либо немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4), не превышающих 0,002…0,003 (минус 54…50 дБ). Включение встроенного ВЧ-аттенюатора бортового РПМ 3 или аэродромного РПД 13 ИВК фиг. 1 с дискретно регулируемым затуханием на 20…25 дБ позволяет расширить верхнюю границу измеряемых уровней несущей ПС U_пc (4) на 20…25 дБ до 70…85 дБ без привлечения для этих целей и размещения на борту и на аэродроме базирования ВС измерительной аппаратуры общего и специального (сервисного) назначения и без нарушения конструктивной и функциональной целостности (единства) бортового РПМ 3 с приёмной антенной 1 и аэродромного РПД 13 с передающей антенной 15 в составе ИВК фиг. 1 в лётных условиях.

4.4. Работоспособность ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2, обеспечивающих косвенное измерение ПДН приёмной антенны 1 РПМ 3 бортовой PC ВС в лётных условиях и измерение нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в лабораторно-стендовых условиях или составе ВС в аэродромных условиях заявленным способом, подтверждена результатами разработки, лабораторных испытаний и практического использования ИВК фиг. 2 для измерения в лабораторно-стендовых условиях нормированной градуировочной АХ (6) и нормированной эксплуатационной АХ δU_{вых.шпс}(U_шпс) РПМ серийных бортовых PC в диапазонах ДКМВ, МВ и ДМВ. В качестве источника 28 немодулированного тест-сигнала u_тс(t) для РПМ 3 бортовых PC MB-диапазона в составе в ИВК фиг. 2 использовался ГСС типа Г4-107, а для измерения текущих эффективных значений U_{гвых.сш}(t), U_{гвых.нп}(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_{гвых.сш}(t), u_{гвых.пс}(t) на телефонном выходе РПМ в исходном и основном режиме градуировки – серийные НЧ-вольтметр 4а типа В3-10 и НЧ-милливольтметры 4б типа В3-41, В3-42 с дополнительным УНЧ 4 типа серийного СПУ, обеспечившие в комплексе измерение уровней вносимого РПМ НЧ-шума U_{гвых.сш}(t), U_{гвых.пс}(t) по выходу УНЧ 4 в пределах от 30 В.эфф до 2 мВ.эфф ( > 80 дБ). При этом ГСС 28 обеспечивал установку калиброванных уровней несущей тест-сигнала U_тс на антенном входе РПМ 3 в диапазоне от 0,1 мкВ.эфф до 0,1 В.эфф (120 дБ) и ≈ 90 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.см ≈ 1 мкВ.эфф по напряжению собственного ВЧ-шума U_сш(t). В начале исходного режима измерения нормированной градуировочной АХ (6) на телефонном выходе бортового РПМ 3 был установлен номинальный уровень U_{вых.сш.ном} ≈ 30 В.эфф напряжения собственного НЧ-шума РПМ u_{гвых.сш}(t). Для регистрации измеренных выборочных значений уровней НЧ-шума РПМ u_{гвых.сш}(t), U_{гвых.пс}(t) использовался магнитный регистратор 5 бортовой системы магнитной регистрации типа «Гамма-1101» с последующей статистической обработкой выборочных значений уровней НЧ-шума РПМ U_{гвых.сш}(t), U_{гвых.пс}(t) ПЭВМ 6 с составе аэродромного ИВК фиг. 2. Нормированные градуировочные АХ (6) и эксплуатационное АХ δU_{вых.шпс}(U_шпс) РПМ серийных бортовых PC использовались при антенных измерениях на борту опытных образцов транспортных ВС (самолётов и вертолётов) в наземных и лётных условиях на этапах их предварительных заводских и сертификационных испытаний. В дальнейшем для измерения, регистрации и усреднения по выборке текущих значений уровней U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_{гвых.сш}(t), u_{гвых.пс}(t) использовались микровольтметр-микроамперметр типа Ф431/2, а также малогабаритные мультиметры общего назначения различных типов, обеспечивающие измерение эффективных значений НЧ-напряжений произвольной формы с уровнями ≥ 1 мВ в диапазоне звуковых частот от 10 Гц до 10 кГц, регистрацию выборочных значений уровней измеряемых сигналов и их усреднение по выборке встроенным микропроцессором, а также передачу результатов измерений в аэродромную ПЭВМ по линии USB для их дальнейшей обработки ПЭВМ и отображение на мониторе ПЭВМ в составе аэродромно-бортового ИВК фиг. 2. В настоящее время разрабатывается ПНО для использования заявленного способа при антенных измерениях на борту ВС в лётных условиях в составе перспективных автоматизированных систем оперативного контроля (СОК) технического состояния и технических характеристик бортовых средств радиосвязи и навигации при их наземных и лётных испытаниях и эксплуатации в составе ВС по техническому состоянию на базе распределённых вычислительных систем (РВС), аналогичных РВС, описанной в работе [18], и более простых и более доступных технических средств НЧ-измерений типа серийных милливольтметров и мультиметров общего и сервисного назначения.

Использование штатных технических средств ВС (РПМ, РПД, магнитных регистраторов, ЭВМ, СПУ) и более простых и доступных средств НЧ-измерений типа милливольтметров и мультиметров вместо технически сложной, сложной в эксплуатации и дорогостоящей преимущественно импортной измерительной ВЧ-аппаратуры общего и сервисного назначения является одним существенных признаков, характеризующих заявленный способ и обеспечивающих при его практическом осуществлении в ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2 достижения основных технических результатов и цели изобретения – расширение арсенала технических средств и повышение технико-экономической эффективности и точности косвенных измерений ПДН слабонаправленных бортовых антенн ВС в лётных условиях. Практическая реализация заявленного способа в ИВК фиг. 1 и ИВК фиг. 2 позволяет также преодолеть технические ограничения и затруднения, возникающие при антенных измерениях на борту ВС в лётных условиях известными способами, предложенными в публикациях [5 – 7, 9 – 11]. При этом диапазон измеряемых уровней несущей ПС U_пс достигает в типовом случае 50…55 дБ и более относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сшп(t) в отсутствие измерительного ПС u_пс(t) (4). При выполнении условий (8) заявленный способ обеспечивает измерение ПДН слабонаправленной приёмной и передающей антенн ВС в лётных условиях с приемлемой инженерной точностью: с ошибками не более ± 1…1,5 дБ, которые обусловлены в основном инструментальными ошибками измерения, магнитной регистрации и усреднения по выборке уровней , напряжения вносимого РПМ НЧ-шума и на телефонном (телеграфном) выходе РПМ с объёмом выборки и частотой выборки Гц в исходном и в основном режимах антенных измерения на борту ВС во время полного разворота ВС.

4.5. В результате проведённого анализа и патентного поиска установлено, что аналоги того же функционального назначения с совокупностью существенных признаков, тождественным всем существенным признакам, характеризующим заявленный способ, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны». Не обнаружено также существенных признаков, характеризующих заявленный способ и совпадающих с существенными признаками известных по публикациям [3 – 7, 11] способов, что позволяет считать заявленный способ альтернативным, не имеющим прямых аналогов не только среди известных по публикациям [3 – 7, 11] способов, но среди способов [14, 15], основанных на аналогичных радиофизических принципах функционирования, но иного функционального назначения. Наличие совокупности существенных признаков, характеризующих заявленный способ, обусловило появление новых свойств и полезных технических результатов изобретения, отсутствующих в известных способах.

Не выявлена также известность влияния действий, обусловленных существенными признаками, характеризующими заявленное изобретение, на достижение его технических результатов и появление новых свойств, отсутствующих в известных по публикациям и патентам [3 – 7, 10 – 15] способах, вследствие чего заявленный способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень» и не имеет прямых аналогов среди известных способов иного и такого же функционального назначения.

Признаками новизны заявленного способа, обеспечивающими достижение основных технических результатов и цели изобретения, являются:

использование бортового и аэродромного РПМ с встроенным или съёмным НЧ-вольтметром и милливольтметра с дополнительным УНЧ на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры и источника первичной измерительной информации для косвенного измерения ПДН слабонаправленной бортовой приёмной и соответственно передающей антенны ВС, а аэродромного и штатного бортового РПД с встроенным ВЧ-вольтметра на его антенном выходе – в качестве источника немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) для бортового и соответственного аэродромного РПМ;

использование бортовых и аэродромных магнитных регистраторов, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ со съёмными накопителями измерительной НЧ-информации, монитором и принтером в составе аэродромного ИВК – для магнитной регистрации и статистической обработки текущих значений уровней U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и соответственно при воздействии измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ в исходном подготовительном и основном режимах антенных измерений в лётных условиях и использование соотношения (5) усреднённых по выборке уровней НЧ-шума U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) в качестве первичной измерительной информации для косвенного измерения ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО ВС в лётных условиях на этапах их отработки, лётных исследований, испытаний и эксплуатации в составе ВС;

процессы статистической обработки методом наименьших квадратов измеренных выборочных значений уровня U_вых.сш(t_д), U_вых.пс(t_д) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) в дискретные моменты времени СЕВ t_д окрестности дискретных узловых моментов времени СЕВ t_д.k, k = 0, 1, 2, …, k_mах, при которых текущие значения азимута θ_аз(t_д) ПДН анализируемой антенны ВС во время полного разворота ВС достигают заданных в полётном задании ВС фиксированных значений θ_aз(t_д.k) = k⋅Δθ_аз в пределах от 0 до 360° включительно с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_max = 5 или 10 градусов при k_max = 72 или 36 и вычисления усреднённых по выборке уровней U_вых.пс(t_д.k) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k, k = 0, 1, 2, …, k_mах, что позволяет существенно снизить методические и динамические ошибки измерения азимута θ_аз(t_д.k) в дискретные узловые моменты времени t_д.k;

количественная оценка текущих значений уровня несущей U_пс(t) (7) измерительного ПС U_пс(t) (4) на антенном входе РПМ во время полного разворота ВС по вычисленным значениям соотношения (5) усреднённых по выборке уровней U_вых.сш(t), U_вых.пс(t) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном (телеграфном) выходе РПМ с использованием нормированной градуировочной АХ РПМ (6) и косвенное измерение ПДН слабонаправленных бортовых антенн и параметров их неравномерности и направленности по исходным (1), (2), (3) и уточненным (10) – (14) выражениям.

Список цитированной литературы

[1]. Авиационные правила. Часть 25. Нормы лётной годности самолётов транспортной категории, редакция 3 с поправками 1 – 7. Межгосударственный авиационный комитет. – М.: АО «Авиаиздат», 2014. – 267 с.

[2]. Авиационные правила. Часть 27. Нормы лётной годности винтокрылых аппаратов общей категории. Межгосударственный авиационный комитет. – М.: АО «Авиаиздат», 2000. – 101 с.

[3]. Ю.Г. Шатраков, М.И. Ривкин и В.Г. Цыбаев. Самолётные антенные системы. – М.: Машиностроение, 1979. – 184 с.

[4]. Л.Н. Захарьев, А.А. Леманский, В.И. Турчин и др. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. / Под редакцией Н.М. Цейтлина. – М.: Связь, 1985. – 368 с.

[5]. Типовая методика испытаний антенно-фидерных устройств бортового оборудования, установленного на воздушных судах ГА. – М.: Гос. НИИ «Аэронавигация», ГНЦ «ЛИИ имени М.М. Громова», 1994. – 55 с.

[6]. Единые требования лётной годности самолётов (ЕНЛГ-С) транспортной категории. Технические требования к оборудованию самолёта. Приложение к гл. 8 ЕНЛГ-С «Оборудование самолёта». МАК, Постоянная комиссия по гражданской авиации СЭВ. – М.: Изд. ЦАГИ, 1987. – 360 с.

[7]. Технические требования к оборудованию самолёта. Приложение к гл. 8 НЛГС-2 «Оборудование самолёта». МВК, Постоянная комиссия по гражданской авиации. – М.: Изд. ЦАГИ, 1974. – 287 с.

[8]. ГОСТ Р 50860 – 2009. Самолёты и вертолёты. Устройства антенно-фидерные радиосвязи, навигации, посадки и управления воздушным движением. Общие технические требования, параметры, методы измерения. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2009. – 60 с.

[9]. Измерение радиосигналов и помех. «Новости фирмы «Роде и Шварц», Специальный выпуск (на русском языке). 1985. – 87 с.

[10]. Н.И. Сазонов, Ю.В. Щербина, И.Н. Ханякин. Способ измерения азимутальной диаграммы направленности АФУ в составе наземных подвижных объектов больших размеров и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение RU 2 638 079 с приоритетом от 19.10.2016 г., MПК G04R 29/10.

[11]. Н.И. Сазонов. Способ измерения пространственной диаграммы направленности бортовых антенн воздушного судна в полёте. Патент РФ на изобретение RU 2 692 818 с приоритетом от 28.06.2017 г.; МПК G04R 29/10.

[12]. В.П. Панов, В.В. Приходько. Способ определения информационных параметров и характеристик радиосигналов передатчиков. Патент РФ на изобретение RU 2 251 803 с приоритетом от 20.07.2004 г., МПК Н04В 7/185, 7/26. МПК Н042В 7/185.

[13]. В.П. Панов, В.В. Приходько. Устройство для определения информационных параметров и характеристик радиосигналов передатчиков. Патент РФ на изобретение RU 2 267 862 с приоритетом от 20.07.2004 г., МПК Н04В 7/185, 7/26.

[14]. А.А. Поваров. Способ оперативной инструментальной оценки энергетических параметров полезного сигнала и непреднамеренных помех на антенном входе бортового радиоприёмника с телефонным выходом в составе летательного аппарата». Патент РФ на изобретение RU 2 708 061 С1 с приоритетом от 29.12.2018 г., МПК Н04В 7/185, 7/26.

[15]. А.А. Поваров. Способ оперативного контроля электродинамической развязки бортовых приёмных и передающих антенн бортовых радиостанций и бортового радионавигационного оборудования с телефонным выходом в составе летательного аппарата». Патент РФ на изобретение RU 2 759 796 с приоритетом от 15.06.2020 г., МПК Н04В 7/185.

[16]. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 томах. / Под общей редакцией В.В. Клюева. Том 5 в 2-х книгах. Книга 2. Электрический контроль. / К.В. Подмастерьев, Ф.Р. Соснин, С.Ф. Корндорф и др. – М.: Машиностроение, 2004. – 679 с.

[17]. В.И. Тихонов. Нелинейные преобразования случайных процессов. – М.: Радио и связь, 1986. – 296 с.

[18]. Н.А. Ратникова. Методы и средства контроля авиационной техники по состоянию на основе вероятностно-гарантирующего подхода. – М.: Изд. МАИ, 2004. – 184 с.

Список сокращений

АД – амплитудный детектор

АЗН-В – аппаратура зависимого наблюдения с вещанием

AM – амплитудная модуляция

АП – аддитивная помеха

АПА – аэродромная передающая (или приёмная) антенна

АРК – автоматический радиокомпас

АРУ – автоматическая регулировка усиления

АХ – амплитудная характеристика

АФК – амплитудно-фазовая конверсия

АФТ – антенно-фидерный тракт

АШ – амплитудный шум

БПА – бортовая приёмная (или передающая) антенна

ВСК – встроенная система контроля (исправности)

ВЧ – высокая частота

ГКМВ – гектометровые волны

ГСС – генератор стандартных сигналов

ДКМВ – декаметровые волны

ДМВ – дециметровые волны

ДОК – дополнительный оперативный контроль

ГРП – глиссадный приемник

ИВК – измерительно-вычислительный комплекс

КДП – контрольно-диспетчерский пункт

КРП – курсовой приёмник

МВ – метровые волны

МТО – материально-техническое обеспечение

НИП – наземный измерительный пункт

НП – непреднамеренная помеха

НТД – нормативно-технический документ

НЧ – низкая частота

ПДН – пространственная диаграмма направленности (антенны)

ПМО – программно-математическое обеспечение

ПНО – пилотажно-навигационное оборудование

ПС – полезный сигнал

ПЧ – промежуточная частота

ПШ – подавитель шума

РВС – распределенная вычислительная система

РЛЭ – руководство по лётной эксплуатации (ВС)

РПД – радиопередатчик

РПМ – радиоприёмник

РРГ – ручная регулировка громкости (РПМ)

РРУ – ручная регулировка усиления (РПМ)

PC – радиостанция

РСБН – радиотехническая система ближней навигации

РЛЭ – Руководство по лётной эксплуатации

СБИ – система бортовых измерений

СЕВ – система единого времени

СНС – спутниковая навигационная система

СПУ – самолётное переговорное устройство

СЭС – система электроснабжения (ВС)

ТД – техническая документация

ТС – тест-сигнал

УВЧ – усилитель высоких частот

УНЧ – усилитель низких частот

УПТ – усилитель постоянного тока

УПЧ – усилитель промежуточных частот

ФАК – фазо-амплитудная конверсия

ФШ – фазовый шум

ЧД – частотный детектор

ЧМ – частотная модуляция

ЧШ – частотный шум

ОШИМ – широтно-импульсная манипуляция (модуляция)

ЭДР – электродинамическая развязка

ЭРЭ – электрорадиоэлементы

Изобретение относится к антенным измерениям в области авиационной радиосвязи и навигации и может быть использовано для измерения пространственной диаграммы направленности (ПДН) слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых радиостанций (PC) и бортового пилотажно-навигационного оборудования (ПНО) воздушного судна (ВС) в лётных условиях без привлечения для этих целей, размещения и технического обслуживания на борту ВС измерительной ВЧ-аппаратуры общего и специального (сервисного) назначения типа измерительного ВЧ-приёмника или измерительного ВЧ-генератора с усилителем мощности, управляющей ПЭВМ и их вторичных источников электропитания от бортовой системы электроснабжения ВС. Техническими результатами изобретения являются повышение технико-экономической эффективности и точности косвенного измерения ПДН бортовых антенн ВС в лётных условиях на этапах отработки, лётных исследований, испытаний и эксплуатации ВС. Для достижения этого в качестве измерительной ВЧ-аппаратуры используют бортовой радиоприёмник (РПМ) с телефонным (телеграфным) выходом или бортовой радиопередатчик (РПД), соединённый штатно с антенно-фидерным трактом (АФТ) анализируемой приёмной или передающей антенны ВС, аэродромный РПД или РПМ аналогичного типа, а также встроенные либо съёмные НЧ-вольтметр и милливольтметр с дополнительным УНЧ на телефонном (телеграфном) выходе РПМ и ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД – источника немодулированного измерительного полезного ВЧ-сигнала (ПС) на антенном входе РПМ, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ косвенное измерение ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС в процессе и по результатам прямого измерения НЧ-вольтметром и милливольтметром с УНЧ, магнитной регистрации и статистической обработки ЭВМ и ПЭВМ текущих эффективных значений (уровней) и напряжения вносимого РПМ НЧ-шума и на телефонном (телеграфном) выходе РПМ в отсутствие и при воздействии немодулированного измерительного ПС на антенном входе РПМ в дискретные моменты времени t_д системы единого времени во время полного разворота ВС одновременно с измерением и регистрацией бортовым и аэродромным ПНО и бортовой аппаратурой спутниковой навигационной системы параметров полёта ВС и местоположения ВС в полёте. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения пространственной диаграммы направленности (ПДН) слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых радиостанций (PC) и бортового пилотажно-навигационного оборудования (ПНО) воздушного судна (ВС) в лётных условиях, выполняющий антенные измерения после взлёта и горизонтального полёта ВС в направлении ОТ аэродрома базирования с постоянным курсом ВС (вс.к) [градусов] либо НА аэродром базирования с курсом ВС в пределах от 180° до 360° и с курсовым углом (кур) ВС относительно курса аэродромной взлётно-посадочной полосы (ВПП) при наклонной дальности ВС D_вс(t) до аэродромной передающей или приёмной антенны в пределах прямой видимости ВС на высоте Н_вс ≥ 1000 м во время полного разворота ВС типа самолёта по круговой траектории с радиусом разворота где м/с² – ускорение свободного падения, и длительностью полного разворота ВС (рвс) Т_рвс = 120πR_pвс/V_вс [с] на безопасной скорости полёта ВС V_вс [м/с] с постоянными углами крена (кр) в секторе ±10°…15° и тангажа (тн) и полного разворота ВС типа вертолёта в режиме висения на высоте Н_вс с радиусом разворота , угловой скоростью разворота ВС градуса/с, длительностью полного разворота ВС и с нулевыми углами крена (кр) и тангажа (тн)

требуемые значения параметров полёта и местоположения ВС, в их числе , указывают в полётном задании ВС для каждого типа бортовых PC и бортового ПНО с учётом ограничений секторов обзора свободного пространства бортовыми и аэродромными антеннами PC и ПНО в полёте; фактические значения параметров полёта ВС измеряют бортовым и аэродромным ПНО, а местоположения ВС – бортовым приёмоиндикатором спутниковой навигационной системы (СНС), и регистрируют бортовыми магнитными регистраторами в дискретные моменты времени t_д системы единого времени (СЕВ) одновременно с измерением и магнитной регистрацией первичной измерительной НЧ-информации, используемой для измерения ПДН анализируемой приёмной или передающей антенны ВС в лётных условиях; после выполнения антенных измерений в лётных условиях пересчитывают бортовой ЭВМ в полёте ВС или аэродромной ПЭВМ после посадки ВС текущие выборочные значения параметров полёта и местоположения ВС, в их числе курсового угла θ_кур(t_д), углов крена (кр) θ_кр(t_д) и тангажа (тн) ВС в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС в текущие значения азимута , угла места и дополнительного угла места ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС в направлении аэродромной передающей или приёмной антенны в подвижной, связанной с ВС бортовой антенной системе сферических координат характеризующийся тем, что в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры для косвенного измерения ПДН слабонаправленных приёмных или передающих антенн ВС в лётных условиях используют штатный бортовой радиоприёмник (РПМ) с телефонным либо телеграфным выходом, соединённый штатно своим антенным входом с антенно-фидерным трактом (АФТ) анализируемой приёмной антенны ВС, или соответственно штатный аэродромный РПМ с телефонным либо телеграфным выходом в составе аэродромной PC или наземного измерительного пункта (НИП), соединённый непосредственно или через ВЧ-коммутатор с АФТ аэродромной приёмной антенны горизонтальной и вертикальной поляризации, а в качестве источника немодулированного измерительного ВЧ-сигнала (ПС) u_пc(t) для бортового РПМ – штатный радиопередатчик (РПД) аэродромной PC или НИП, соединённый штатно с АФТ аэродромной передающей антенны, а для аэродромного РПМ – штатный РПД бортовой PC или бортового ПНО, соединённый штатно с АФТ анализируемой бортовой передающей антенны ВС, а также НЧ-вольтметр и милливольтметр с дополнительным усилителем низкой частоты (УНЧ) на телефонном или телеграфном выходе РПМ и встроенный ВЧ-вольтметр на антенном выходе РПД, обеспечивающие в комплексе с бортовыми и аэродромными магнитными регистраторами, бортовой ЭВМ и аэродромной ПЭВМ косвенное измерение нормированной ПДН бортовой приёмной или передающей антенны по напряжению (бпа.н) и по мощности (бпа.м) и заданной в технической документации (ТД) неравномерности ПДН бортовой приёмной или передающей антенны по напряжению и по мощности в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум и коэффициента направленного действия (КНД) бортовой передающей антенны по мощности как функций текущих значений азимута θ_aз(t) и угла места ПНД бортовой антенны, заданных исходными аналитическими выражениями:

в процессе и по результатам прямого измерения вольтметром и милливольтметром с дополнительным УНЧ текущих эффективных значений U_вых.сш(t) и U_вых.пс(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.сш(t) и u_вых.пс(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ в отсутствие и соответственно при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе РПМ одновременно с измерением ВЧ-вольтметром текущих значений уровня несущей немодулированного основного излучения (ПС) РПД на его антенном выходе и с магнитной регистрацией выборочных значений уровней вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.сш(t_д) и U_вых.пс(t_д) и уровня несущей ПС РПД U_рпд(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС с последующей их статистической обработкой бортовой ЭВМ в полёте после завершения антенных измерений согласно полётному заданию ВС или аэродромной ПЭВМ после посадки ВС и вычислением входящих в состав выражений (1)-(3): текущих эффективных значений несущей и мощности немодулированного измерительного ПС u_пс(t_д) на антенном входе РПМ как функций текущих значений азимута θ_аз(t_д) и угла места θ_ум(t_д) ПДН бортовой приёмной или передающей антенны ВС в направлении аэродромной передающей или приёмной антенны; максимальных (пс.max) U_пс.max, Р_пс.mах и минимальных (пс.min) U_пс.min, P_пс.min значений несущей ПС U_пс(θ_aз;θ_ум) и мощности ПС Р_пс(θ_аз;θ_ум) во время полного разворота ВС; для вычисления выражений (1), (2), (3) используют также априорно известные либо предварительно измеренные значения: длины волны λ_рпд аэродромного или бортового РПД; уровней несущей U_рпд и мощности немодулированного основного излучения (ПС) РПД на его антенном выходе; активное сопротивление R_рпм приёмной антенны по выходу её АФТ; активное сопротивление R_рпд передающей антенны по входу её АФТ; КНД аэродромной передающей антенны по мощности (апа.м) К_апа.м(θ_апа.аз;θ_апа.ум) в направлении анализируемой бортовой приёмной антенны ВС как функции текущих значений азимута θ_апа.аз(t) = α_апа.0, угла места и дополнительного угла места ПДН аэродромной передающей антенны в неподвижной антенной системе сферических координат

при вычислении текущих значений немодулированного измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе РПМ используют общее аналитическое выражение

учитывающее медленные детерминированные изменения уровня несущей ПС U_пс(t) [В.эфф], мгновенной частоты ПС [Гц] и доплеровского сдвига (сд) частоты ПС [Гц] относительно текущих значений частоты f_рпд(t) немодулированного основного излучения РПД u_рпд(t) во время полного разворота ВС, наличие малой в среднеквадратичном остаточной паразитной (оп) амплитудной (AM) и фазовой (ФМ) модуляции ПС u_пс(t) в полосе пропускания РПМ Δf_{рпм.вых} по его телефонному или телеграфному выходу и произвольной начальной фазы ПС , где [м/с] – скорость изменения наклонной дальности ВС D_вс(t) [м] во время полного разворота ВС; м/с – скорость света;

далее с учетом выражения (4) вычисляют бортовой ЭВМ или аэродромной ПЭВМ усреднённые по выборке уровни , вносимого РПМ НЧ-шума и при воздействии и соответственно в отсутствие измерительного ПС (4) на антенном входе РПМ и соотношение этих уровней:

как функции текущих выборочных значений азимута θ_аз(t_д.k) и угла места θ_yм(t_д.k) ПДН анализируемой приёмной антенны ВС в окрестности дискретных узловых моментов времени СЕВ t_д.k; k = 0, 1, 2,…, k_mах, при которых текущие значения азимута θ_аз(t_д.k), полученные при пересчёте текущих значений параметров полёта и местоположения ВС, измеренных бортовым и аэродромным ПНО и бортовым приёмоиндикатором СНС во время полного разворота ВС, достигают заданных в полётном задании ВС дискретных узловых значений k⋅Δθ_аз с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_max = 5° или 10° при k_mах = 72 или 36; после чего используют вычисленные значения соотношения уровней (5) для определения путём графических построений или графоаналитически ЭВМ или ПЭВМ текущих эффективных значений несущей ПС U_пс(θ_aз;θ_ум) измерительного ПС u_пс(t) (4) по нормированной градуировочной амплитудной характеристике (АХ) РПМ:

измеренной предварительно в аэродромных условиях как функции уровня несущей U_тс тест-сигнала (ТС) u_тс(t), имитирующего немодулированный измерительный ПС (4) на антенном входе РПМ в лётных условиях; при этом за вычисленные значения уровня несущей ПС U_пс(θ_кур;θ_кр) = U_пс(θ_аз;θ_ум) в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k принимают те значения уровня несущей ТС , при которых вычисленные значения соотношения уровней (5) совпадают с нормированной градуировочной АХ РПМ на её монотонно убывающем участке а именно:

при условии, что вычисленные значения уровня несущей ПС U_пс(θ_aз;θ_ум) и мощности ПС на антенном входе РПМ во время полного разворота ВС, а также их максимальные значения U_пc.max, P_пс.max в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум находятся в пределах их допустимых эксплуатационных значений:

где U_{пс.min.доп}, Р_{пс.min.доп} и U_{пс.max.доп}, Р_{пс.mах.доп} – минимально допустимые (min.доп) и максимально допустимые (max.доп) значения уровней несущей ПС U_пс и мощности ПС на верхнем (при ) и соответственно на нижнем (при ) плоском участке нелинейной функциональной зависимости (5);

– минимальное значение соотношения уровней (5) как функции уровня несущей U_пс(t) измерительного ПС u_пс(t) (4) на нижнем плоском участке (5), зависящее от уровня малой в среднеквадратичном остаточной паразитной (оп) либо измерительного ПС u_пс(t) (4), при условии, что коэффициент усиления дополнительного УНЧ по напряжению К_унч._н превышает значение U_пор.мв/U_{вых.пс.min} при пороговой чувствительности НЧ-милливольтметра (мв) U_пор.мв;

для выполнения условий (8) необходимо также, чтобы в начальный момент разворота ВС (рвс) t_рвс уровень несущей ПС (7) как функции наклонной дальности ВС D_вс до аэродромной антенны находился в середине или вблизи середины монотонно убывающего участка функциональной зависимости , предварительно измеренной во время горизонтального полёта ВС ОТ и НА аэродромную антенну при наклонной дальности ВС D_вс до антенны 20…50 км; при включении встроенного ВЧ-аттенюатора бортового РПМ или аэродромного РПД с затуханием каждого их них 20…25 дБ требуемая дальность ВС D_вс до аэродрома базирования уменьшается до 1…5 км и обеспечивает возможность антенных измерений в полёте ВС вблизи аэродрома базирования и на аэродроме базирования;

в детальном изложении исходный и основной режимы измерения заявленным способом ПДН слабонаправленной бортовой приёмной антенны ВС в отсутствие и при воздействии немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе бортового РПМ выполняют в следующем порядке и при следующих условиях:

(а) непосредственно перед испытательным полётом размещают ВС на аэродромной площадке на расстоянии D_вс ≈ 1 км от передающей антенны РПД аэродромной PC или НИП – источника измерительного ПС u_пс(t) (4); подключают ВС к аэродромным источникам электроснабжения и включают электропитание бортового РПМ, а затем органами управления включают РПМ в штатный режим радиоприёма модулированного излучения класса А3Е или F3E, именуемого как «телефония» с двухполосной аналоговой AM или ЧМ, либо класса L2A(B) или F2А(В), именуемого как «телеграфия» с амплитудной (L) либо частотной (F) кодовой широтно-импульсной манипуляцией (ШИМ) для слухового (А) или автоматического (В) приёма, на выбранной незанятой литерной частоте РПМ f_рпм; далее органом или органами ручной регулировки усиления (РРУ) и громкости (РРГ) РПМ устанавливают вручную либо автоматически ЭВМ максимальное усиление РПМ и номинальный (ном), заданный в ТД уровень U_{вых.сш.ном} собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) на его телефонном или телеграфном выходе при выключенном подавителе шума (ПШ) РПМ с телефонным выходом и выключенных видеоимпульсах, блокирующих РПМ с телеграфным выходом в паузах кодовой ШИМ;

далее НЧ-вольтметром измеряют текущие эффективные значения U_вых.сш(t) напряжения собственного НЧ-шума u_вых.сш(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ, бортовым магнитным регистратором регистрируют выборочные значения уровня НЧ-шума РПМ U_вых.сш(t_д) с частотой выборки F_сш ≤ 100 Гц и объёмом выборки N_сш ≥ 100, а затем бортовой ЭВМ вычисляют усреднённое по выборке значение и среднеквадратичное отклонение ΔU_вых.сш текущих выборочных уровней НЧ-шума U_вых.сш(t_д) от и регистрируют в флэш-накопителе ЭВМ вычисленные значения и ΔU_вых.сш; после этого повторяют измерения и регистрацию выборочных значений уровней НЧ-шума РПМ U_вых.сш(t_д) и вычисление их усреднённых по выборке значений в штатном режиме электроснабжения бортового РПМ от работающих двигателей ВС в аэродромных условиях при включённом и выключенном затухании встроенного ВЧ-аттенюатора РПМ и после взлёта ВС во время горизонтального полёта ВС за 3…5 минут до и после полного разворота ВС;

(б) в основном режиме измерения ПДН анализируемой приёмной антенны ВС в лётных условиях включают по команде оператора бортовой PC либо автоматически ПЭВМ аэродромный РПД в штатном режиме генерации немодулированного основного излучения (ПС) u_рпд(t) класса А3Е, либо F3E, либо A0N, текущие значения которого заданы общим аналитическим выражением, аналогичным выражению (4) для ПС u_пс(t),

с текущими значениями несущей U_рпд(t) и литерной частотой f_рпд(t) ≈ f_рпм, равной или близкой номинальной литерной частоте бортового РПМ f_рпм, малой в среднеквадратичной остаточной паразитной и и постоянной начальной фазой ; встроенным ВЧ-вольтметром измеряют текущие эффективные значения несущей U_рпд(t) немодулированного ПС u_рпд(t) (9) аэродромного РПД во время полного разворота ВС и горизонтального полёта в течение 3…5 минут до и после разворота; одновременно аэродромный магнитный регистратор регистрирует выборочные значения уровня несущей ПС РПД U_рпд(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д; аэродромная передающая антенна излучает немодулированный ПС РПД (9) в свободное пространство; а бортовая приёмная антенна ВС принимает это излучение и формирует на антенном входе бортового РПМ измерительный ПС u_пс(t) (4);

далее входные функциональные устройства бортового РПМ с аналоговой обработкой входных ВЧ-сигналов u_вх(t) в штатном режиме радиоприёма РПМ модулированного излучения с двухполосной аналоговой AM, либо ЧМ, либо кодовой ШИМ выполняют в процессе предварительной и первичной обработки немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) два или три преобразования частоты ПС f_пс(t) на высокой (ВЧ) и ненулевых промежуточных (ПЧ) частотах, квазилинейное резонансное усиление и узкополосную фильтрацию в УВЧ и УПЧ РПМ, охваченных замкнутой задержанно-усиленной системой автоматической регулировки усиления (АРУ), и дополнительно резонансное амплитудное ограничение преобразованного (пр) по частоте измерительного ПС u_пс.пр(t) с аналоговой ЧМ или кодовой ШИМ в каскадах амплитудного ограничения оконечного УПЧ РПМ, а затем амплитудное либо частотное детектирование преобразованного (пр) измерительного ПС u_пс.пр(t) в амплитудном (АД) либо частотном (ЧД) детекторе несинхронного типа с линейной детекторной характеристикой (ДХ) и дифференцирующей входной ВЧ-нагрузкой ЧД; далее многокаскадный линейный УНЧ с АРУ и межкаскадной ёмкостной связью усиливает спектральные составляющие выходного НЧ-напряжения АД u_ад(t) либо ЧД u_чд(t) в пределах полосы пропускания УНЧ и формирует на телефонном или телеграфном выходе РПМ напряжение вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t), содержащее первичную измерительную информацию для косвенных антенных измерений на борту ВС в лётных условиях;

(в) для этого милливольтметр с дополнительным УНЧ измеряет текущие эффективные значения U_вых.пс(t) вносимого РПМ НЧ-шума ; бортовой магнитный регистратор регистрирует выборочные значения уровня НЧ-шума U_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д с частотой выборки F_пc ≤ 100 Гц во время полного разворота ВС; а также при горизонтальном полёте ВС в течение 3…5 минут до и после полного разворота ВС; в дальнейшем статистическую обработку массива выборочных значений U_вых.пс(t_д) выполняют либо бортовой ЭВМ в полёте ВС, либо аэродромной ПЭВМ после посадки ВС; в этом случае загружают в оперативную память ПЭВМ со съёмного накопителя бортового магнитного регистратора и флэш-накопителя бортовой ЭВМ массивы измерительной НЧ-информации о выборочных значениях параметров полёта ВС и местоположения ВС в полёте и текущих выборочных уровнях U_вых.пс(t_д) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС, а затем пересчитывают ПЭВМ измеренные выборочные значения курсового угла θ_кур(t_д), углов крена θ_кр(t_д) и тангажа θ_кр(t_д) ВС в текущие значения азимута θ_аз(t_д) = α₀(t_д), угла места θ_ум(t_д) = 90° – β₀(t_д) и дополнительного угла места ПДН бортовой приёмной антенны ВС в направлении аэродромной передающей антенны в подвижной, связанной с ВС антенной системе сферических координат после чего по результатам измерений и пересчёта формируют ПЭВМ многомерный массив выборочных значений азимута и угла места ПДН бортовой приёмной антенны ВС и уровня вносимого РПМ НЧ-шума в дискретные моменты времени СЕВ t_д во время полного разворота ВС; отображают на экране монитора ПЭВМ или аэродромной системы отображения информации (СОИ) их совмещённые обзорные графики как функции дискретного времени СЕВ t_д, а затем определяют по этим графикам дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k, k = 0, 1, 2,…, k_mах, при которых текущие значения азимута θ_аз.k(t_д.k) достигают заданных в полётном задании ВС фиксированных значений с заданным шагом Δθ_аз = 360°/k_max = 5° или 10° при k_max = 72 или 36, где k = 0 в начальный момент разворота ВС t_д.k = t_рвс и k = k_mах = 360°/Δθ_аз в момент полного разворота ВС t_д.k = t_рвс + Т_рвс при длительности полного разворота ВС Т_рвс; далее вычисляют ПЭВМ методом наименьших квадратов усреднённые по выборке значения текущих выборочных уровней U_вых.пс(t_д.kp) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t_д.kp) и их минимальные среднеквадратичные отклонения ΔU_вых.пс(t_д.k) при заданном объеме выборки 2N_пс+1 ≈ N_сш >> 1 от регрессионной зависимости в виде усечённого ряда Тейлора

в окрестности дискретных узловых моментов времени СЕВ t_д.k как функции текущего дискретного времени СЕВ t_д.kp = t_д.k + p⋅Δt_пс с шагом Δt_пс = 1/F_пс,

где р = ± 0, 1, 2,…, N_пс – номер отсчёта текущих выборочных уровней вносимого РПМ НЧ-шума U_вых.пс(t_д.kp) в окрестности дискретных узловых моментов времени t_д.k с частотой выборки F_пс ≤ 100 Гц и с объёмом выборки 2N_пс+1 ≈ N_сш > 100;

и – значения 1-й и 2-й производных усреднённых по выборке уровней по приращению дискретного времени СЕВ Δt_пс = 1/F_пс в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k; после чего регистрируют в флэш-накопителе аэродромной ПЭВМ многомерные массивы вычисленных значений и минимальных среднеквадратичных отклонений ΔU_вых.пс(t_д.k), k = 0, 1, 2,…, k_mах для вычисления соотношения усреднённых уровней НЧ-шума РПМ (5), уровней несущей U_пс(t_д.k) (7) измерительного ПС u_пс(t) (4) и ПДН бортовой приёмной антенны по исходным выражениям (1), (2), (3);

г) далее вычисляют уточнённые значения исходных выражений (1), (2), (3):

с учётом безразмерных поправок:

характеризующих фактические изменения во время полного разворота ВС текущих значений наклонной дальности ВС D_вс(t_д.k) до аэродромной передающей антенны (апа), уровней несущей U_рпд(t_д.k) и мощности Р_рпд(t_д.k) основного излучения (ПС) u_рпд(t) (9) аэродромного РПД источника измерительного ПС (4) и нормированной ПДН аэродромной передающей или приемной антенны по напряжению (апа.н) G_апа.н(θ_апа.аз;θ_апа.ум) в дискретные узловые моменты времени СЕВ t_д.k относительно их измеренных значений D_вс(t_рвс), U_рпд(t_рвс), P_рпд(t_рвс), G_апа.н(t_рвс) в начальный момент разворота ВС t_д.k = t_рвс; далее определяют минимальные и максимальные значения среди уточнённых значений уровней несущей и мощности измерительного ПС u_пс(t) (4) во время полного разворота ВС и уточнённые значения

неравномерности нормированной ПДН бортовой приёмной антенны по напряжению (бпа.н) и мощности (бпа.н) в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум; а затем оценивают соответствие уточнённых значений параметров ПДН (10) – (14) требованиям ТД; при этом неравномерность нормированной ПДН и (14) слабонаправленных бортовых антенн бортовых PC, АРК, КРП, аппаратуры АЗН-В, радиодальномера и радиоответчика ВС не должна превышать 12 дБ при значениях азимута θ_аз в пределах от 0 до 360° и 20 дБ для ПДН пеленгационных приёмных антенн ГРП и РСБН ВС в заданных секторах азимута θ_аз и угла места θ_ум;

в случае несоответствия уточнённых значений параметров ПДН (10) – (14) заданным требованиям определяют секторы азимута θ_аз и угла места θ_ум ПДН, в пределах которых эти параметры соответствуют требованиям ТД, для принятия решения установленным порядком либо о эквивалентном соответствии уточнённых параметров ПДН (10) – (14) требованиям в составе ВС, либо о необходимости доработки антенны и/или изменении её размещения на борту ВС;

(д) для измерения ПДН слабонаправленной передающей антенны ВС заявленным способом в лётных условиях в качестве радиоприёмной измерительной ВЧ-аппаратуры используют штатный РПМ с телефонным или телеграфным выходом в составе аэродромной PC либо НИП, соединённый непосредственно или через ВЧ-коммутатор с АФТ аэродромной приёмной антенны горизонтальной и вертикальной поляризации с априорно известными параметрами местоположения и высоты размещения антенны на аэродроме базирования ВС и её электрическими параметрами , в их числе нормированной ПДН G_апа.м(θ_апа.aз;θ_апа.ум) и КДН К_апа.м(θ_апа.aз;θ_апа.ум) аэродромной приёмной антенны по мощности (апа.м) в неподвижной антенной системе сферических координат а в качестве источника измерительного ВЧ-сигнала для аэродромного РПМ – штатный РПД бортовой PC или бортового ПНО, соединённый штатно с АФТ анализируемой передающей антенны ВС, а также НЧ-вольтметр и милливольтметр с дополнительным УНЧ на телефонном или телеграфном выходе аэродромного РПМ и встроенный ВЧ-вольтметр на антенном выходе бортового РПД; в этом случае выражение (4) описывает текущие значения измерительного ПС u_пс(t) на антенном входе аэродромного РПМ, а выражение (9) – текущие значения основного излучения (ПС) u_рпд(t) бортового РПД на его антенном выходе; вследствие этого для определения ПДН бортовой передающей антенны ВС по исходным (1) – (3) и уточнённым (10) – (14) выражениям необходимо заменить в этих выражениях измеряемые параметры ПДН бортовой приёмной антенны ВС и известные параметры бортового РПМ на измеряемые параметры ПДН бортовой передающей антенны ВС и известные параметры бортового РПД, а известные параметры аэродромной передающей антенны ВС и аэродромного РПД – на известные параметры аэродромной приёмной антенны и аэродромного РПМ;

возможность практического аппаратурного осуществления заявленного способа в соответствии с последовательностью действий, условиями и режимами их выполнения, изложенными выше в п. 1, обусловлена тем, что нелинейная функциональная зависимость соотношения уровней (5) вносимого РПМ НЧ-шума u_вых.пс(t) и u_вых.сш(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ от уровня несущей U_пс немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ является монотонно убывающей в диапазонах значений и , удовлетворяющих условиям и, соответственно, U_пор.cш<U_пс.min<U_пс<U_пс.max где U_пор.сш – пороговая чувствительность РПМ по напряжению собственного НЧ-шума u_сш(t) на антенном входе РПМ; – усреднённый по выборке уровень U_вых.сш(t) собственного НЧ-шума u_сш(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ в отсутствие немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4), – минимальное значение соотношения уровней вносимого РПМ НЧ-шума (5) на его нижнем плоском участке АХ при малых в среднеквадратичном уровнях остаточной паразитной (оп) и немодулированного измерительного ПС u_пс(t) (4) в полосе пропускания бортового или аэродромного РПМ Δf_{рпм.вых} по его телефонному либо телеграфному выходу.

2. Способ измерения ПДН слабонаправленных приёмных и передающих антенн бортовых PC и бортового ПНО ВС в лётных условиях по п. 1, отличающийся тем, что предварительно до начала антенных измерений в лётных условиях выполняют измерение нормированной градуировочной АХ δU_{гвых.тс}(U_тс) (6) бортового и аэродромного РПМ с телефонным или телеграфным выходом в лабораторно-стендовых условиях или в составе ВС в аэродромных условиях при штатном размещении бортового РПМ на ВС, при этом в качестве источника тест-сигнала (ТС) u_тс(t), имитирующего измерительный ПС u_пс(t) (4) на антенном входе РПМ в лётных условиях, используют маломощный измерительный ВЧ-генератор типа генератора стандартных сигналов (ГСС) или автономного ВЧ-имитатора ПС РПД с калиброванным уровнем несущей ТС U_тс и с частотой ТС f_тс ≈ f_рпм, равной или близкой выбранной литерной частоте РПМ f_рпм; при этом последовательность действий и условия измерения нормированной градуировочной АХ РПМ (6) в исходном подготовительном режиме градуировки в отсутствие на антенном входе РПМ тест-сигнала u_тс(t) полностью идентичны последовательности действий и условиям измерения ВЧ-вольтметром и регистрации текущих эффективных значений U_вых.сш(t) напряжения собственного НЧ-шума РПМ u_вых.сш(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ в аэродромных условиях, изложенным выше в подразделе 1(a); в завершение начального этапа градуировки вычисляют бортовой ЭВМ или аэродромной ПЭВМ усреднённый по выборке уровень напряжения собственного НЧ-шума u_{гвых.сш}(t) на телефонном или телеграфном выходе РПМ и среднеквадратичное отклонение ΔU_{гвых.сш} текущих выборочных значений уровня НЧ-шума РПМ U_{гвых.сш}(t_д) от его усреднённого значения с частотой выборки F_гсш ≤ 100 Гц и объёмом выборки N_гсш ≥ 100; после чего регистрируют в флэш-накопителе бортовой ЭВМ или ПЭВМ вычисленные значения и ΔU_вых.сш для использования при вычислении по результатам антенных измерений нормированной градуировочной АХ (6);

далее включают измерительный ВЧ-генератор в режиме генерации немодулированного тест-сигнала (ТС) u_тс(t) с калиброванным уровнем несущей ТС U_тс и частотой ТС f_тс ≈ f_рпм и устанавливают поочерёдно фиксированные значения уровня несущей U_тс в диапазоне от 0 до 65…70 дБ с шагом 4…6 дБ относительно пороговой чувствительности РПМ U_пор.сш по напряжению собственного ВЧ-шума u_сш(t); после чего измеряют милливольтметром с дополнительным УНЧ текущие эффективные значения U_{гвых.тс}(t) напряжения вносимого РПМ НЧ-шума u_{гвых.тс}(t) на телефонном или телеграфном НЧ-выходе РПМ; бортовым или аэродромным магнитным регистратором регистрируют их выборочные значения U_{гвых.тс}(t_д) в дискретные моменты времени СЕВ t_д и усредняют ЭВМ или ПЭВМ эти значения по выборке с частотой выборки F_гтс ≈ F_сш ≤ 100 Гц и объёмом выборки N_гтс ≈ N_сш ≥ 100 при всех установленных уровнях несущей ТС U_тс, а затем вычисляют значения нормированной градуировочной АХ РПМ (6) при дискретных значениях уровня несущей ТС U_тс и регистрируют массив вычисленных значений АХ в флэш-накопителе ЭВМ или ПЭВМ; после завершения антенных измерений для градуировки нормированной АХ РПМ загружают измерительные данные с флэш-накопителя бортовой ЭВМ в оперативную память аэродромной ПЭВМ и отображают на экране монитора ПЭВМ или аэродромной системы отображения информации (СОИ) график нормированной градуировочной АХ РПМ δU_вых.тс(U_тс) (6) в двойном логарифмическом масштабе как функции дискретных значений уровня несущей ТС U_тс на антенном входе РПМ, документируют АХ (6) в виде распечатки графика АХ на бумажном носителе принтером ПЭВМ;

по результатам градуировки нормированной АХ РПМ (6) определяют также:

диапазон ожидаемых значений уровня несущей ПС U_пс измерительного ПС u_пс(t) (4) на монотонно убывающем участке градуировочной АХ РПМ (6) ; ожидаемые максимально допустимые (max.доп) и минимально допустимые (min.доп) значения U_{пс.max.доп} и U_{пс.min.доп} уровня несущей ПС U_пс на антенном входе РПМ; ожидаемый диапазон монотонного изменения соотношения уровней вносимого РПМ НЧ-шума (5) и его ожидаемое минимальное значение на нижнем плоском участке (5) во время полного разворота ВС.