Устройство для определения приращения дальности до излучателя на подвижном объекте Советский патент 1993 года по МПК G01S13/84 

Изобретение относится к области ради- онавигации и может использоваться для уп- вления летательными- аппаратами сельскохозяйственной авиации при проведении авиационно-химических работ.

Цель изобретения - повышение точности определения приращения дальности.

На фиг. 1 представлена структурная схе- мЈ устройства для определения прираще- м я дальности до излучателя на подвижном о€ьекте; на фиг, 2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип компенсации ошибки измерения приращения дальности.

Устройство для определения прираще- дальности до излучателя на подвижном объекте содержит последовательно соеди- не иные приемник 1, измеритель 2 разности

Ф4

з, коммутатор 3, блок 4 памяти и опорный

генератор 5, выход которого подключен ко второму входу измерителя 2 разности фаз, п( рвый ключ 6, включенный между выходом и; мерителя 2 разности фаз и входом блока 4 1амяти. тактовый генератор 7, выход кото- рс го подключен к управляющему входу коммутатора 3. последовательно соединенные

накопитель 8,второй ключ 9.вычислитель 10 значения дрейфа напряжения, блок 11 вычитания и индикатор 12, третий ключ 13, включенный между выходом накопителя 8 и вторым входом блока 11 вычитания, формирователь 14 управляющих сигналов, выход сигнала Обнуление которого подключен к управляющему входу первого ключа 6 и входу обнуления накопителя 8, а выход сигнала Переключение - к управляющим входам второго ключа 9 и третьего ключа 13.

Устройство для определения приращения дальности до излучателя на подвижном обьекте работает следующим обрззсм.

В приемнике 1, расположенном на подвижном объекте, принятый от наземного излучателя сигнал усиливается и подается на первый вход измерителя 2 разности фаз. Коммутатор 3, управляемый тактовым генератором 7, осуществляет периодическое кратковременное отключение выхода измерителя 2 разности фаз от входа накопителя 8 и подключение выхода измерителя 2 разности фаз к входу блока 4 памяти. Причем интервал времени подключения входа на

fe

00 CJ 00

Ю 00

CJ

копителя 8 к выходу измерителя 2 разности фаз - такт измерения - на несколько порядков больше интервала времени подключе- ния входа блока 4 памяти к выходу измерителя 2 разности фаз - такта синхро- низэции.

Перед началом измерения для установления условного нуля дальности по сигналу Обнуление формирователя 14 управляющих сигналов, подаваемому на управляю- щий вход первого ключа б и вход обнуления накопителя 8, происходит замыкание первого ключа 6 и обнуление накопителя 8. При замкнутом первом ключе 6 происходит синхронизация фаз колебаний опорного гене- ратора 5 с фазой принятых колебаний и запоминание блоком памяти нулевой разности фаз.

В первый такт измерения коммутатор 3, управляемый тактовым генератором 8, осу- ществляет подключение выхода измерителя 2 разности фаз к входу накопителя 8, при этом сигнал разности фаз между фазой принятых колебаний и запомненной при обнулении фазой колебаний опорного генератора 5, несущий информацию о при- рЭ1Ц8нии дальности, подается на накопитель 3 и затем на индикатор 12. В течение последующего такта синхронизации происходит синхронизация и запоминание фазы колебаний опорного генератора 5. В последующие такты измерения сигнал разности фаз между фазой принятых колебаний и запомненной при синхронизации фазой колебаний опорного генератора 5 поступает на вход накопителя 8, в котором происходит суммирование текущего значения приращения дальности с измеренными в предыдущие такты, и на индикатор 12 поступает информация об измеренном значении при- ращения дальности от излучателя до подвижного объекта.

Одновременно с сигналом Обнуление перед началом измерений с выхода формирователя 14 управляющих сигналов сигнал Переключение Иформ., представляющий одиночный импулье длительностью Ы1 (фиг. 2, а), подается на управляющие входы второго ключа 9 и третьего ключа 13. При этом второй ключ 9 замыкается и третий ключ 13 размыкается на отрезок времени

totl. ... :

В течение отрезка времени tot с выходи накопителя 8 через замкнутый второй ключ 9 осуществляется запись входной реализа- ции дрейфа напряжения устройства ивх.др. (фиг. 2, 6), При разомкнутом третьем ключе 13 информация об измеряемом отрезке дальности на второй вход блока 11 вычитания не поступает. Затем в течение отрезка

времени t ti вычислитель 10 реализует алгоритм вычисления предсказанного дрейфа напряжения устройства следующим образом.

Все записанные в течение отрезка времени tot N дискретных значений входной реализации дрейфа напряжения устройства ивх.др. являются обучающей последовательность длины N.

Предсказываемое значение реализации дрейфа напряжения устройства представляется с помощью расширенного оператора предсказания:

XN +1 2 х п + Z z) И xi2 HI 12 +

1 1И 1 12 1

& & & .

+ 2/2- 2/ ХЦ Х|2 Х|3 Щ I2 l3 + .

И - 112 1 13 1

где г{1|(} - коэффициенты веса 1-го дискретного значения.

Для предсказания N+1 значения входной реализации дрейфа напряжения устройства определяются коэффициенты веса r{ik}, например, по критерию минимума среднеквадратической ошибки измерения

приращения дальности . Поэтому для определения r{ik} в течение отрезка времени t ti вычислитель 10 производит обучение расширенного оператора предсказания.

Из всего количества N записанных в течение отрезка времени tot1 известных значений реализации дрейфа напряжения устройства Uex.flp. выбираются п значений (п - длина предистории). Оптимальное число точек предистории для входной реализации дрейфа напряжения устройства , а наименьшая ошибка предсказания

получается при реализации двучленно то оператора Ј + S Е ЕС учетом этого предсказываемое значение реализации представляется в виде:

„. 33 33 # v I v v v1

хг +1 х 2, XI п + 2/ 2/2/

( 1И 1 1 И XJ2. XftHi 12 1з

Х1П + Х2Г2 + ХЗгЗ+Х13г4-|-Х23г5+ХЗ Г6+ + Х12Х2Г + Х 12ХЗГ8 Х22Х1Г9 + Х22ХЗГ10 + Х32Х1П1+Х32Х2Г)2+ Х1Х2ХЗГ13Предсказываемое значение реализации вычисляется как

« 4 + 2 Xj -2)-Х(Г| +

i 2

i

Xil Xj2Xi3ri1i2j3 ... И

т.д.

При этом каждый рзз очередное предсказанное значение xi сравнивается с записанным в течение отрезка времени tot в память вычислителя 10 соответствующим дискретным значением входной реализации дрейфа напряжения устройства xi и вы- числяются значения ( -xn+i) x х() и т.д., пока не будут учтены все N записанных дискретных значений ивх.др.

Среднеквадратическая ошибка по множеству известных значений N обучающей последовательности определяется выражением

Ј

(хр-хр)2

n+1

(ЛМ-п+1

Полученная ошибка гЯ сравнивается с заданным значением (например,

). Если (Ц , осуществляется второй шаг обучения, при котором значения r{ik} изменяются в соответствии с алгоритмом минимизации функции fr(n). Минимизацию функции о(г) можно выполнить различными методами: методо.м Гауса-Зей- деля (т.е. поочередным изменением коэффициентов), методом градиента, или наискорейшего спуска, и т.п.

Отыскивается значение ошибки при

втором шаге (% и сравнивается с Omin.

Процесс обучения заканчивается, если в результате сравнения полученной при

очередном шаге о с oЈiin получим

of Найденные при последнем шаге коэффициенты r{ik} оптимальны, и расширенный оператор считается обученным- предсказыванию будущих значений данного процесса дрейфа напряжения.

После обучения оператора и получения |опт. далее по известным N значениям (за- исанным в память вычислителя 10)опреде- яется N+1 значение дрейфа напряжения утем реализации приведенного алгоритма ри . Значение N+2 дрейфа напряжения определяется уже с учетом N+1 пред- :казанного значения, значение N+3 - с /четом предсказанных значений N+1 и N+2 л т.д.

Частота вычисления предсказанных значений (N+1, N+2 и т. д.) зависит от ширины спектра предсказываемого процесса, ко- горый достаточно полно характеризует его автокорреляционная функция, и чем шире ;пектр, тем меньше должен быть интервал предсказывания, т.е. предсказанные значения должны следовать с большей частотой.

0

5

Например, в данном устройстве время упреждения (т.е. величина отрезка времени между предсказываемыми значениями) составляет 1с, что является достаточным 5 для обеспечения необходимой точности работы устройства, т.е. для обеспечения сред- неквадратической ошибки измерения

приращения дальности cfain 1 м вычисление предсказываемых значений N+1, N+2 и т.д. должно осуществляться с частотой в 1 с. Таким образом, начиная с момента времени ti с выхода вычислителя 1, на инвертирующий вход блока 11 вычитания поступает предсказанное значение дрейфа напряже5 ния устройства ивых.8ыч. (фиг. 2, в).

По окончании управляющего импульса иформ. второй ключ 9 размыкается, третий ключ 13 замыкается, и на неинвертирующий вход блока 11 вычитания поступает сигнал

входной реализации дрейфа напряжения устройства Увх.др. (фиг. 2, б), на инвертирующий вход которого поступает предсказанное значение иВых.выч. (фиг. 2, в). На выходе блока 11 вычитания в результате сложения сигналов с противоположными знаками получается близкое к нулевому значение дрейфа напряжения устройства Увых. др. (фиг. 2, г).

В случае изменения расстояния между

0 наземным излучателем и подвижным объектом на выходе накопителя 8 присутствует сигнал, несущий информацию о приращении дальности и содержащий дрейфовую составляющую. С выхода накопителя 8 сигнал, пропорциональный приращению дальности, через замкнутый третий ключ 13 поступает на неинвертирующий вход блока 11 вычитания, на инвертирующий вход которого с выхода вычислителя 10 поступает вычисленное прогнозируемое значение дрейфа напряжения устройства, компенсирующее дрейфовую составляющую сигнала. На индикаторе 12 присутствует сигнал приращения дальности от излучателя до по5 движного объекта.

Таким образом, использование устройства для определения приращения дальности до излучателя на подвижном объекте обеспечивает повышение точности определения приращения дальности в условиях действия помех за счет непрерывной компенсации дрейфовой составляющей сигнала.

Формула изобретения Устройство для определения приращения дальности до излучателя на подвижном объекте, включающее последовательно соединенные приемник, измеритель разности фаз, коммутатор, блок памяти и опорный

5

0

0

5

генератор, выход которого подключен к второму входу измерителя разности фаз, тактовый генератор, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, накопитель, вход которого подключен к второму выходу коммутатора, индикатор, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения приращения дальности введены между выходом измерителя разности фаз и входом блока памяти - первый ключ, между выходом накопителя и вхо0

дом индикатора - последовательно соединенные второй ключ, вычислитель значения дрейфа напряжения и блок вычитания, между выходом накопителя и вторым входом вычитателя третий ключ, формирователь управляющих сигналов, выход сигнала Обнуление которого подключен к управляющему входу первого ключа и входу обнуления накопителя, а выход сигнала Переключение - к управляющим входам второго и третьего ключей.

Использование: радионавигация. Сущность изобретения: устройство для определения приращения дальности до излучателя на подвижном обьекте содержит приемник, измеритель разности фаз, коммутатор, блок памяти, опорный генератор, первый, второй и третий ключи, тактовый генератор, накопитель, вычислитель значения дрейфа напряжения, блок вычитания и индикатор. 2 ил,

Фиг. 1

Utw.gp.

Фиг, 2