Комплексный доплеровский измеритель скорости подвижного объекта Советский патент 1992 года по МПК G01S13/60 

1347721

Изобретение относится к раднотех- пике и может быть использовано в доп- леровских измерителях скорости по /Лвижиых обт ектов, например летатель- с ных аппаратов (ЛЛ).

Целью изобретения является повыгае- ние точности измерения путевой скорости полета подвижного объекта.

На чертеже представлена структур- 10 ная схема КОМПЛЕКСНОГО доплеровского измерителя скорости подвижного объекта.

Измеритель состоит из радиотехнического канала, включающего после- 15 довательно соединенные фазовый детектор (ФД) 1, первый усилитель 2, пятый 3, шестой А, седьмой 5 блоки вычитания, четвертый интегратор 6, вось 0

30

35

мой блок 7 вычитания и первый интегратор 8, последовательно соединенные . первый весовой усилитель 9, вход ко- торого соединен с выходом ФД 1, пер- nbtfi блок 10 вычитания, фильтр верхнюю частот (ФВЧ) 11, второй блок t2 вычи- 25 танйя, управляющий элемент 13 и под- страиваемый генератор 14, выход которого соединён с вторым входом ФД 1, а выход последнего через третий весовой усилитель 15 - с входом вычитаемого восьмого блока 7 вычитания, уптавляе- мый усилитель 16, вход которого подключен к выходу четвертого интегратора 6, а выход - к входу вычитаемого седьмого блока 5 вычитания, последовательно соединенные десятый блок 17 вычитания, пход уметгьшаемого которого соединен с выходом второго блока 12 вычитания, и второй масштабирующий

усилитель 18, выход которого соединен 40 рассогласованием Фаз сигнала с входом вычитаемого шестого блока 4 и подстраиваемого генератора вычитания, и нерадиотехнический канал, включающий последовательно соеди 1генные третий блок 19 вычитания, выход уменьшаемого которого является 45 вторым выходом устройства, второй усилитель 20, первый сумматор 21 и второй интегратор 22, выход которого соединен с входом вычитаемого девятого блока 17 вычитания, последовательно gQ соедизгенные четвертый блок 23 вычитания и первый масштабирующий усилитель 24, выход которого подключен к входу вычитаемого третьего блока 19

последовательно соединенные усилитель 28, третий суммато фильтр нижних частот (ФНЧ) 3 которого соединен с первым в уменьшаемого четвертого блок читания, а второй вход уме11ь последнего соединен с выходо го блока 12 вычитания, при э третьего блока 19 вычитания к входам третьего 25 и четве усилителей, а через второй 3 вертый 32 и пятый 33 весовые тели - к входам уменьшаемого ственно первого 10, пятого 3 мого 7 блоков вычитания, вых соответственно через первый рой 35 и третий 36 усилители ции подключен к вторым входа го 21, второго 26 и третьего маторов, десятый блок 37 выч входы уменьшаемого и вычитае торого соединены соответстве ходами второго блока 12 вычи и третьего интегратора 27, а ход подключен к управляющему управляемого усилителя 17, п выходом комплексного доплеро измерителя путевой скорости го объекта является выход вт блока 12 вычитания, а первым

первый вход фазового детекто

Устройство работает следую разом.

Входной радиосигнал ,(t) жащий информацию о путевой с н сигнал с выхода подстраива генератора 14 поступают на ФД ходное напряжение ФД 1 опред

нал ошибки с выхода ФД 1 чере вый усилитель 2 подается на 4HTaeMof o пятого блока 3 вычи на. вход уменьшаемого которого четвертый весовой усилитель 3 хода третьего блока 19 вычита дается напряжение, пропорцион ошибке слежения нераднотехнич канал, Указанная ошибка слеже мируется в блоке 19 вычитания разности между наблюдаемым си ) на выходе измерителя ск например канала скорости сист

вычитания, последовательно соединен- .д душных сигналов (СВС), и опорным сиг- ные третий усилитель 25, второй сум- налом (t), формируемым в нерадно матор 26, третий интегратор 27, выход ч-ехническом канале рассматриваемого которого подключен к входу вычитаемо- измерителя. Результирующее напряжение го четвертого блока 23 вычитания, сигнала ошибки с выхода пятого бло

0

5

0

0

5

5

0 рассогласованием Фаз сигнала и подстраиваемого генератора 5 Q

последовательно соединенные четвертые усилитель 28, третий сумматор 29 и фильтр нижних частот (ФНЧ) 30, выход которого соединен с первым входом уменьшаемого четвертого блока 23 вычитания, а второй вход уме11ьшаемого последнего соединен с выходом второго блока 12 вычитания, при этом выход третьего блока 19 вычитания подключен к входам третьего 25 и четвертого 28 усилителей, а через второй 31, четвертый 32 и пятый 33 весовые усилители - к входам уменьшаемого соответственно первого 10, пятого 3 и восьмого 7 блоков вычитания, выход ФД 1 соответственно через первый 34, второй 35 и третий 36 усилители коррекции подключен к вторым входам первого 21, второго 26 и третьего 29 сумматоров, десятый блок 37 вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены соответственно с выходами второго блока 12 вычитания и третьего интегратора 27, а его выход подключен к управляющему входу управляемого усилителя 17, причем выходом комплексного доплеровского измерителя путевой скорости подвижно-, го объекта является выход второго блока 12 вычитания, а первым входом -,

первый вход фазового детектора 1,

Устройство работает следующим образом.

Входной радиосигнал ,(t), содержащий информацию о путевой скорости, н сигнал с выхода подстраиваемого генератора 14 поступают на ФД 1. Выходное напряжение ФД 1 определяется

,(0

14. Сигнал ошибки с выхода ФД 1 через первый усилитель 2 подается на вход вы- 4HTaeMof o пятого блока 3 вычитания, на. вход уменьшаемого которого через четвертый весовой усилитель 32 с выхода третьего блока 19 вычитания подается напряжение, пропорциональное ошибке слежения нераднотехнического канал, Указанная ошибка слежения формируется в блоке 19 вычитания и равна разности между наблюдаемым сигналом ) на выходе измерителя скорости, например канала скорости системы воз п/.

ка 3 вы -лтаиия подается на вход уменьшаемого шестого блока 4 вычитания. На его вход вычитаемого с выхода второго масштабирующего усилителя 18 в соответствии с выражением (1) подается напряжение, проппрц ональное оценочному значению флуктуационнон составляющей путевой скорости.

dW °

йГ

др- (dl -/и) -d/.(W-W ) + (t),

dW „

где - знак оценки;

W - постоянная составляющая путевой скорости;

n(t) - белый гауссовский myh- с нулевым математическим ожиданием и единичной интенсивностью; 6 - среднеквадратическое значение скорости турбулентности - ле- жит в пределах О,А - 2,7 м/с; у - - параметрj характеризующий ти- рину спектра турбулентной составляющей скорости вртра; V - воздушная скорость; L - масштаб турбулентности (L 2001000 м),

параметры d. и ft изменяются в зависимости от масштаба турбулентности, от высоты и скорости полета ЛА, а также зависят от типа ЛА. Так, например, для км, ,3-1,95 и 1000 м диапазон изменения с, 0,003- 0,069 с- и 1 0,1-3 с .

Такое введение корректирующего сигнала позволяет повысить точно гь слежения за измеряегчым навигационным параметром W и компенсировать траек- торные нестабильности ЛА. С выхода шестого блока 4 вычитания напряжение сигнала ошибки подается на вход умень шаемого седьмого блока 5 вычитания, Являющегося входом фильтра нижних частот с регулируемой полосой пропускания. Этот ФНЧ 30 представляет собой интегратор с регулируемой отрида- тельной обратной связью и содержит последовательно соединенные седьмой блок 5 вычитания, четвертыГг интегратор 6 и управляемый усилитель 16, выход которого подключен к входу вычитаемого седьмого блока 5 вычитания. Выходом указанного ФНЧ является выход четвертого интэграторл 6, который соединен с первьпч BxoriDM умснт,шаемого восьмого блока 7 вычшаиия. Упрапляю

7721

тиГт пход упрагачя -мого усилчт ля соединен с вмходом десятого C. ioicd 37 вычитания, с выхода которого ил j ero подается напряжение, пропорциональное оценке поэдугакоП скорости полета ЛЛ, 3i o нгшряжэние .используется для автомат 1ческой регулировки полосы пропускания ФНЧ (и в целом

1Q всего радиотехнического канала) в соответствии с равенством

V - 2

15

20

30

35

25

40

45

Тем сймым обеспечивается согласование полосы пройускйния следящей системы с щириной спектр фильтруемого процесса (1), что в г сзультате обеспечивает в широком диапазоне скоростей полета ЛА нинтшальную ошибку измерения его путевой скорости. С выхода четвертого интегратора 6 напряжение, пропорциональное скорости изменения путевой CKopocTii, подается на первый вход уменьшаемого восьмого блока 7 вычитания. На его вход вычитаемого и второй рход уменьшаемого с выходов ФД 1 и третьего блока 19 вычитания соответстяенно через третий 15 и 33 весоБые усилители подаются напряжения, пропорциональнее соответствующим сигналаг-i ошибок слежения, с весами, определяемыми коэффициентами передачи указанных ускорителей. Это повьшшет устойчивость слежения за измеряемым навигационным параметром, а также и точность его измерения. Далее выходное напряжение восьмого блокг 7 вычитания подается на вход первого интегратора 8, С выхода первого интегратора 8 снимается напряжение, пропорциональное путевой скорости подвижного объекта, и с целью компенсации содержащейся в ием флуктуационной ошибки С, обусловленной неоднородностью облучаемой площадки земной поверхности, подается на вход уменьшаемого второго блока 12 вычитания. На его вход вычитаемого с выхода ФВЧ 11 подается напряжение.

50

пропорциональное оценочному значению . Оценочное значение Е.., ошибки .

IvJW

W

55

формируется с помощью цепочки, состоящей из последовательно соединенных первого весового усилителя 9, пход которого соединен с выходом фазового детектора 1, первого блока 10 вычитания, суммирутощий вход которого через второй весовой усилитель 31 соединен с выходом третьего блока 19

13А77216

вычитания. Напряжение, пропорциональ- ствующих усилителей 34 - 36 коррекции.

мое Е , во втором блоке 12 вычитания используется для компенсации ошибки Е. В рого

результате этого с выхода вто- блока 12 вычитания снимается напряжение, пропорциональное путевой скорости подвижного объекта, не со- держащее указанной ошибки. Напряжение с выхода второго блока 12 вычитания ю иснользуется .для подстройки через управляющий элемент 13 подстраиваемого генератора 14, уменьшая тем самым сигнал ошибки на выходе ФД 1, и для более точного формирования в нерадио- 15

Скорректированные сигналы с выходов сумматоров 21, 26 и 29 через интеграторы 22 и 27 и ФНЧ 30 поступают на входы вычитаемого девятого 17, четвертого 23 блоков вычитания и первый вход уменьшаемого блока 23 вычитания. На вход уменьшаемого девятого блока 17 вычитания подается с выхода второго блока 12 вычитания напряжение, пропорциональное оценочному значению W. В резул1 тате этого на выходе блока 17 вычитания формируется напряжение, пропорциональное &., и

техническом канале опорного сигнала ).

На вход уменьшаемого третьего блока 19 вычитания поступает сигнал , (t), снимаемьа1 с канала скорости, например, СВС. Этот сигнал несет информацию о путевой скорости подвижного объекта, хотя и с больш1тм1г ошибками по сравнеишо с радиотехническим измерителем. Эти ошибки обусловлены наличием ветра и собственными ошибками автономного нерадиотехнического измерителя скорости, например, СВС. При этом указанные ошибки имеют отличительиые от ошибок радиотехнического зо включенного в цепь отрицательной обратной связи интегратора. Кроме, того, напряжение с выхода второго блока 12 вычитания, как указывалось выше, подается также на второй вход уменьшаемого четвертого блока 23 вычитания, выходное напряжение которого через масштабирующий усилитель 24 в качестве опорного сигнала (t) подается на вход вычитаемого третьего блока 19 вычитания. .

измерителя природу происхождения и .энергетические спектры, что и предопределяет возможность их уменьшения. При этом должно быть выполнено преобразование сигнала с выхода канала скорости СВС к системе координат радиотехнического измерителя. На вход вычитаемого третьего блока 19 вычитания с выхода первого масштабирующего усилителя 24 поступает опорный сигнал j(t). В результате этого на выходе третьего блока 19 вычитания формируется сигнал ошибки, который через соответствующие весовые усилители подается в радиотехнический канал, что позволяет сузить (без увеличения динамических ошибок) его пропускание, повысить устойчивость в работе радиотехнического канала и точность слежения в нем за измеряемым навигационным параме.тром. Кроме того, указанный сигнал через второй 20, третий 25 и четвертый 28 усилители подается на первые входы соответственно первого

35

40

45

50

Формула изобретения

Комплексный доплеровский измеритель скорости подвижного объекта, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, первый вход которого является первым входом устройства, первый усилитель и первый интегратор, последовательно соединенные первый весовой усилитель, вход которого соед1шен с выходом фазового детектора, первый блок вычитания, фильтр верхних частот и йторой блок

21, второго 26 и третьего 29 суммато- 55 вычитания, выход которого является ров, на вторые входы которых поступа- выходом устройства, последовательно

Соединенные управляющий элемент и подстраиваемый генератор, выход котоют корректирующие сигналы, снимаемые с выхода ФД 1, с весами, определяемыми коэффициентами передачи соответрого соединен с вторым входом фазовоСкорректированные сигналы с выходов сумматоров 21, 26 и 29 через интеграторы 22 и 27 и ФНЧ 30 поступают на входы вычитаемого девятого 17, четвертого 23 блоков вычитания и первый вход уменьшаемого блока 23 вычитания. На вход уменьшаемого девятого блока 17 вычитания подается с выхода второго блока 12 вычитания напряжение, пропорциональное оценочному значению W. В резул1 тате этого на выходе блока 17 вычитания формируется напряжение, пропорциональное &., и

0

через второй масштабирующий усилитель 18 подается на вход вычитаемого шестого блока 4 вычитания. С выходов второ - го блока 12 вычитания и третьего интегратора 27 на входы уменьшаемого и вычитаемого десятого блока 37 вычитания подаются напряжения, соответственно пропорциона льные оценочным значениям W и и. В результате этого на 5 выходе блока 37 формируется напряжение, пропорциональное , которое далее в соответствии с (2) используется для аитоматической регулиров- к и усиления управляемого усилителя 16,

45

50

Формула изобретения

Комплексный доплеровский измеритель скорости подвижного объекта, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, первый вход которого является первым входом устройства, первый усилитель и первый интегратор, последовательно соединенные первый весовой усилитель, вход которого соед1шен с выходом фазового детектора, первый блок вычитания, фильтр верхних частот и йторой блок

рого соединен с вторым входом фазовоI го детекгоря, последовательно соединенные блок вычитания, вход уменьшаемого которого является вторым, входом устройства, второй усилитель, первый су гматор и второй интегратор, .последоватрп -ио соединенкые четвертый блок вмчитаннп н nepnbiii масштабирующий усилитель, выход которого подключен к входу вычитаемого третьего блока вычитания, последовательно соединенные третий усилитель, второй сумматор и третий интегратор, выкод которого подключен к входу вычитаемого четвертого блока вычитания, последовательно соединенные четвертый усилитель, третий сумматор и фильтр нижн1 х частот, выход которого соединен с первьи входгм уменьшаемого четвертого блока вычитания, при этом выход третьего блока вычитания подключён к входам третьего и qcT jepTo- го усилителей, а также к входу второго весового усилителя, выход которого

соединен с входом уменьшаемого перво- 25 ход которого соединен с входом вычиго блЬка вычитания, выход фазового детектора соответственно через первый, второй и третий усилители коррекции подключен к вторым «ходам первого, йторого и третьего сумматоров, отличающийся тем, что, с целью повьппени; точности измерения путевой скорости, в яего введены последовательно соединенные nnTfti, тестой, седьмой блоки вычитания, четтаемого шестого блока вычитания, при этом вход уменьшаемого девятого блока вычитания, а вход вычитаемого - п 151,гходом второго интегратора, деся- 30 тьй Гшок вычитания, иходы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены соответственно с выходами второгЬ блока вычитания и третьего интегратора, а выход подключен к управляющему входу управляемого усилителя.

Составитель В.Зерюкаев

Редактор М.Кузнецова Техред Л.Олийиык Корректор Л.Пилипенко

..«...-.«.«.«.«.«....1---.

Заказ 4056ТиражПодписное

LilMHIlH Государственного комитета СССР

по лелам изобретений и открытий , Москвя, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производствеинр-полш ря и - к - предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

5

0

ncpTi.i интегратор и восьмой бпбк г - - читяиия, включенные между -ibixi:- ом первого усилите. п и первого интегратора, выход которого соединен с входом умеььша мо о второго блока вычитании, рыход которого подключен к входу упрлвляющего элемента и к второму вхсяу умельшаемого четвертого блока пычигапия, управляемый усили- тель, вход которого подключен к выходу четвертого интегратора, а выход - к входу вычитаемого седьмого блока вычитания, третий весовой усилитель, который включен между выходом фазового детектора и гходом вычитаемого восьмого блока вьгчитаяия, четвертый и пятый весовые усилители, входы ко- Хорьтх соединены с выходом третьего блока вычитания, а выходы- с входами уменьшаемого соответственно пятого и восьмого блоков вычитания,последовате льно соединенные девятый блок вычитания и второй масштабирукиий усилитель, вытаемого шестого блока вычитания, при этом вход уменьшаемого девятого блока вычитания, а вход вычитаемого - п 151,гходом второго интегратора, деся- 0 тьй Гшок вычитания, иходы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены соответственно с выходами второгЬ блока вычитания и третьего интегратора, а выход подключен к управляющему входу управляемого усилителя.

Изобретение относится к радиотехнике, а «менн о к доплеровским измерителям скорости подвижных объект ; тов. Целью изобретения является повышение точности иэмерени я путевой скорости полета подвижного объекта. В радиотехнический канал измерителя введены блоки вычитания 3-5, интегратор 6 и блок вычитания 7, что позволяет учесть и скомпенсировать тра- екторные неьтабильности подвижных объектов, вызванные турбулентной составляющей скорости ветра и флуктуаци- ями тяги двигателей за счет формирования корректирующего сигнала и согласования полосы слеляшей системы с шириной спектра фильтруемого про- (скорости). Весовые усилителя 15 и 33, через которые в цепь слежения заводятся сигналы пропорфюналь- ные ошибкам слежения, с весами, дают возможность повысить устойчивость процесса слежения за измеряемым параметром. 1 ил. 1в 00 4 Ю