Модернізований частотно-часовий метод вимірювання параметрів руху літальних апаратів

Запропонований винахід відноситься до галузі лазерних систем і може бути використаний для забезпечення високих точностних характеристик вимірювання шести параметрів руху (ВПР) і стійкого кутового автосупроводження літального апарата (ЛА) у широкому діапазоні дальностей, завдяки вимірювання кутових швидкостей ЛА та використання цієї" інформації у фільтрі нижніх частот (ФНЧ) каналу автоматичного супроводження ЛА за напрямком (АСН) для підвищення стійкості кутового автосупроводження. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є частотно-часовий метод (ЧЧМ) вимірювання [1], заснований на використанні синхронізованого одномодового багаточастотного лазерного випромінювання для створення рівносигнального напрямку (РСН) завдяки формування частково перетинаючихся парціальних діаграм спрямованості (ДС), які при зустрічному скануванні у кожній із двох ортогональних площин, на підставі використання пачок імпульсів частот міжмодових биттів, забезпечують автосупроводження ЛА за напрямком при одночасному вимірюванні похилої дальності, радіальної швидкості та кутів азимута і міста. Недоліком методу-прототипу є - відсутність вимірювання кутової швидкості ЛА та не використання цієї інформації для оптимальної фільтрації слабих сигналів відбитих від ЛА з великої дальності, тобто для підвищення стійкості (астатизму) каналу АСН. В основу винаходу поставлена задача створити модернізований частотно-часовий метод вимірювання параметрів руху літальних апаратів, який забезпечить при одночасному стійкому кутовому автосупроводженні ЛА вимірювання шести параметрів руху: похилу дальність R, кути азимута a і міста b , радіальну R' та кутові a ¢ і b ¢ швидкості в широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому методу-прототипі, з метою стійкого кутового автосупроводження ЛА при одночасному високоточному вимірюванні шести параметрів руху кутів азимута a і міста b , похилої дальності R, радіальної R' та кутови х швидкостей a ¢ і b ¢ , ви користовуються не тільки пачки імпульсів частот міжмодових биттів, а ще і огинаючи цих пачок, завдяки використання заданого кута відхилення ДС. Таким чином можливо визначити: 1) тангенційну складову швидкості руху ЛА × U DTp Ut = R × q = л × 2 Tск R - дальність до ЛА; де (1) × 0 - кутова швидкість руху ЛА; DTp - результуючий час заміру руху ДС в одному каналу за один прохід; Tск - час сканування ДС; Uл = R × wск - швидкість руху ДС; wск - частота сканування. - дисперсію оцінки визначення тангенційної складової s2 = U U2 × s 2 T л D t 2 Tск = e U2 = л 2 q де q - відношення сигнал/шум; 2 2 e æ 2 Dqx ö Dq ×ç ÷ = 2e × x 2q è k ø q ×k - дисперсія оцінки положення 2-х фронтів огинаючих пачок імпульсів частот міжмодових биттів, 2Dq x k= Tск де - швидкість сканування ДС; Dq x - ширина ДС. 2) кутову складову швидкості руху ЛА × D Tp w Dq x DTp q = ск × @ × 2 Tск 2Tск Tск - дисперсію похибки визначення кутової швидкості ЛА s2T = D s2 t U e w2 × ск q 2 q R2 3) кутове відхилення ЛА від РСН s2 = × = (2) (3) (4) (5) Uл D T × R 2 - дисперсію оцінки кутового разузгодження огинаючих пачок імпульсів частот міжмодових биттів q= s2 = q D q2 x × s 2T = D e Dq 2 × x 8 q 2 4 × Tск 4) погрішність вимірювання похилої дальності до ЛА 2 sR = C2s 2 t Т МБ 2 st = q ; де Т МБ - період частоти міжмодових биттів. 5) радіальну складову швидкості руху ЛА & Dn допл С R= D nм Dn допл де - частота Допплера; D nм - частота міжмодових биттів. - погрішність вимірювання радіальної складової швидкості руху ЛА sDn допл sR = & D nм Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні винаходу полягає в побудові каналів АСН з вимірюванням кутів азимута a і міста b , похилої дальності R, радіальної R’ та кутови х швидкостей a ¢ і b¢ шестипараметричної ЛВС та в високоточному вимірюванні шести параметрів руху ЛА у широкому діапазоні дальностей починаючи з початкового моменту його польоту при понадвузьких ДС. На фіг.1 приведено виділення із синхронізованого одномодового багаточастотного лазерного випромінювання необхідних частот для отримання частот міжмодових биттів і формування сумарної ДС. На фіг.2 приведено формування рівносигнального напрямку при використанні частот міжмодових биттів синхронізованого одномодового багато-частотного лазерного випромінювання. На фіг.3 приведено попарне зустрічно-сканування діаграм спрямованості у кожній з двох ортогональних площин. На фіг.4 приведено зрушення ДС і ЛА, де а) рух ДС і ЛА співпадає, б) рух ДС і ЛА неспівпадає. На фіг.5 приведено зрушення огинаючих періодів пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один повний прохід ДС у прямому і зворотному напрямку сканування. На фіг.6 приведено зрушення огинаючих півперіодів пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один прохід ДС у одному напрямку сканування. Суть модернізованого частотно-часового методу вимірювання параметрів руху літальних апаратів, полягає в тому, що на передаючому боці шести-параметричної ЛВС із синхронізованого спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазера за допомогою селектора подовжніх мод виділяються необхідні пари частот (фіг.1) для формування і „підфарбування" 4-х частково перетинаючихся парціальних ДС (фіг.2) різницевими частотами міжмодових биттів: Dn54 = n 5 - n 4 = Dnм , Dn 97 = n9 - n7 = 2Dnм , Dn 63 = n 6 - n 3 = 3D nм , Dn 82 = n 8 - n 2 = 6D nм , які створюють рівносигнальний напрямок. Завдяки використання блока дефлекторів парціальні ДС попарно зустрічне сканують у кожній із двох ортогональних площин з заданим кутом відхилення. Це зустрічне сканування ДС приводить на прийомному боці шестипараметричної ЛВС до зрушення огинаючих періодів пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один повний прохід ДС у прямому і зворотному напрямку сканування, яке дає похибки супроводження по кутам. Різниця в тривалості огинаючих (фіг.4, 6), зрушення огинаючих півперіодів пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один прохід ДС у одному напрямку сканування, дає похибки кутових швидкостей. Зустрічне сканування пар парціальних ДС у кожній із двох ортогональних площин дозволяє також вимірювати з високою точністю похилу дальність до ЛА по запізнюванню частот міжмодових биттів, де для боротьби з неоднозначністю вимірювань використовується багатошкальний метод вимірювання, а також його радіальну швидкість допплерівським методом, оскільки найкращий режим сканування забезпечується при напівперекритті ДС. (6) (7) (8) (9) (10) Високоточні вимірювання шести параметрів руху ЛА можливі завдяки формуванню стабільних ДС. Пропонуємий метод вимірювання припускає обробку результатів вимірів у цифровій формі. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1. Рондин Ю.П., Коломийцев А.В. Система автоматического сопровождения объекта по направлению на многомодовых лазерах. //Информационные системы. Вып. - 1(5). - X.: НАНУ, ПАНИ, ХВУ. - 1997. - С.35-39.