Принцип действия многолучевого ДИСС

 

Однолучевые и двухлучевые ДИСС позволяют определить только два навигационных параметра – путевую скорость и угол сноса. Определение трех составляющих вектора полной скорости ЛА такими ДИСС невозможно.

Для определения трех составляющих вектора полной скорости ДИСС должен иметь не менее трех некомпланарных (не лежащих в одной плоскости) лучей антенной системы.

Обычно ориентация лучей ДИСС выбирается из условий применения ЛА и диапазона возможных значений измеряемых навигационных параметров.

В современных ДИСС применяются жестко связанные с корпусом ЛА неподвижные антенные системы. Поэтому первичная навигационная информация (составляющие полной скорости) определяется в самолетной системе координат OX_cY_cZ_c, ось OX_c которой направлена по продольной оси ЛА, ось OZ_c направлена в сторону правой полуплоскости, ось OY_c перпендикулярна плоскости OX_cZ_c и направлена вверх.

В самолетной системе координат вектор полной скорости W раскладывается на три ортогональные составляющие: W_xc – продольную, W_zc – поперечную и W_yc – вертикальную. При этом доплеровский сдвиг частоты сигнала, принятого по каждому из лучей антенной системы, можно представить как результат сложения доплеровских сдвигов, вызываемых каждой составляющей вектора полной скорости, т.е.

F_дi = F_дi ( W_xc ) + F_дi ( W_zc ) + F_дi ( W_yc )                 (3.9)

где i – номер луча.

На рис.3.3 представлено расположение лучей трехлучевого ДИСС в системе координат OX_cY_cZ_c, начало которой совпадает с центром масс ВС.

 

 

Рис.3.3. Расположение лучей трехлучевого ДИСС.

На рис.3.3 вектор W₁ представляет собой проекцию вектора полной скорости W на плоскость OX_cZ_c.

Полагая, что углы наклона всех лучей в вертикальной плоскости относительно продольной оси ЛА одинаковы и равны g, для доплеровских сдвигов частот по лучам антенны согласно (3.9) получим

     F_{д 1} =  ( W_xc cos g cos m – W_zc cos g sin m – W_yc sin g )

              F_{д 2} =  ( – W_xc cos g cos m – W_zc cos g sin m – W_yc sin g )      (3.10)

        F_{д 3} =  ( – W_xc cos g cos m + W_zc cos g sin m – W_yc sin g )

Решая систему уравнений (3.10) относительно неизвестных W_xc, W_yc, W_zc, получим

W_xc =  (F_д1 – F_д2 ),

                             W_yc = –  (F_д1   + F_д3),                               (3.11)

W_zc =  (F_д3 – F_д2 ).

 

Для навигации ЛА необходимо знать проекции вектора полной скорости W не в системе координат OX_cY_cZ_c, связанной с ЛА, а в горизонтальной системе координат OX_гY_гZ_г, в которой определяется перемещение ЛА относительно земной поверхности. Переход от связанной к горизонтальной системе координат осуществляется путем следующих координатных преобразований

 

      W_{x г} = W_xc cos u   – W_yc sin u cos x + W_zc sin u sin x,

             W_yг = W_xc sin u + W_yc cos u cos x   – W_zc cos u sin x,          (3.12)

                             W_zг = W_yc sin x + W_zc cos x,

где: u – угол тангажа, x – угол крена.

После определения составляющих скорости в горизонтальной системе координат в вычислителе ДИСС производится вычисление путевой скорости и угла сноса ВС в соответствии с выражениями

 

                                   ;                                             (3.13)

                                   .                                             (3.14)

 

В четырехлучевых ДИСС обычно используется антенная система с симметричной относительно продольной оси ЛА Х-образной ориентацией лучей.

Для определения трех составляющих вектора скорости ЛА, как уже отмечалось, достаточно трех лучей. Поэтому информация, получаемая по четвертому лучу, является избыточной. В четырехлучевом ДИСС между четырьмя доплеровскими частотами существует следующее соотношение

 

F_д1 + F_д3  = F_д2 + F_д4  .                                          (3.15)

 

Данное соотношение справедливо при любых эволюциях ЛА и может служить критерием правильности работы всех каналов измерителя.

Из (3.15) видно, что одна из доплеровских частот может быть выражена через три другие. Составляющие скорости W_xc, W_zc, W_yc  в самолетной системе координат могут быть определены по формулам (3.11), если считать четвертый луч резервным.

Определение составляющих полной скорости ЛА по формулам (3.11) соответствует когерентному режиму работы ДИСС, т.е. раздельной обработке информации по каждому лучу. В четырехлучевом ДИСС возможна и попарная обработка информации по лучам (автокогерентный режим).      При этом в ДИСС измеряются разности доплеровских частот по лучам, лежащим в одной плоскости F₁= F_д1 – F_д3 и F₂ = F_д4 – F_д2 , по которым определяются путевая скорость и угол сноса

 

 ;  

 

3.5. Спектр доплеровского сигнала.

 

Антенная система ДИСС имеет лучи конечной ширины, и поэтому отражение радиоволн происходит от достаточно большого участка S земной поверхности. Этот участок включает в себя множество элементарных отражателей, независимых один от другого и расположенных произвольно в пределах облучаемого участка S (рис.3.4).

Элементарные отражатели отличаются размерами, формой, электрическими параметрами, поэтому элементарные сигналы, отраженные от них, имеют различные и случайные начальные фазы и амплитуды.

Поскольку в пределах ширины луча облучение участка земной поверхности происходит под различными углами в вертикальной плоскости, то отраженные элементарные сигналы имеют различные доплеровские сдвиги частоты относительно излученного сигнала, так как , где i – номер элементарного отражателя, g_i – угол, под которым он облучается.     

Таким образом, при излучении монохроматического сигнала ввиду конечной ширины луча на выходе смесителя приемника ДИСС образуется немонохроматический (имеющий спектр конечной ширины) сигнал, представляющий сумму элементарных сигналов со случайными начальными фазами и амплитудами.

           

 

 

Рис.3.4. Принцип формирования спектра доплеровских частот.

 

Следует отметить, что под одинаковым углом g_i в пределах ширины луча облучается не один, а несколько элементарных отражателей, образующих гиперболу PQ на земной поверхности (см. рис.3.4).

Суммарный доплеровский сигнал на выходе смесителя представляет собой сумму большого числа элементарных сигналов со случайными начальными фазами и амплитудами и регулярным изменением амплитуды и частоты. Мгновенные значения фазы, амплитуды и доплеровской частоты сигнала на выходе смесителя при этом носят случайный характер.

Распределение мощности сумм элементарных сигналов с одинаковыми доплеровскими частотами, усредненное по множеству случайных отражателей, называется доплеровским спектром отраженного от земной поверхности сигнала.

Форма огибающей доплеровского спектра для ДИСС с излучением непрерывных немодулированных колебаний показана на рис.3.4.

Средней частотой F_дср доплеровского спектра называют частоту, делящую мощность спектра пополам так, что суммарные мощности составляющих спектра с частотами F_д < F_дср и F_д > F_дср равны между собой.

Если коэффициент отражения земной поверхности постоянен в пределах ширины диаграммы направленности антенны ДИСС, то F_дср совпадает с частотой F_д0 доплеровского сигнала элементарного отражателя, облучаемого под углом g₀.

           

 В современных ДИСС D Q_{0, 5} = (4...5) °, g₀ = (65...70) °. Тогда при горизонтальном полете ЛА с углом сноса a = 0 получим . Следовательно, доплеровский сигнал является узкополосным.

При увеличении путевой скорости ЛА спектр доплеровского сигнала расширяется и сдвигается в область более высоких частот (рис.3.5).

           

 

 

 

 

Рис.3.5. Эволюции спектра доплеровского сигнала при изменении скорости ЛА

 

 

Рассмотрим влияние изменения характера окружающей поверхности на спектр доплеровского сигнала. Для всех видов земной поверхности коэффициент отражения K_отр в большей или меньшей степени зависит от угла g. Зависимость коэффициента отражения от g приводит к тому, что элементарные отражатели, облучаемые под углом g > g₀ регулярно дают большую мощность отражения, чем отражатели, облучаемые под углом g < g₀. Это приводит к смещению средней частоты доплеровского спектра в область низких частот на величину dF_д и несимметричности спектра.

Относительная величина смещения средней частоты d F_д/ F_{д ср} определяется выражением 

            ,                                 

 

где коэффициент K₁ характеризует изменение коэффициента отражения в пределах ширины луча антенны.

По­сколь­ку из­ме­не­ние ко­эф­фи­ци­ен­та от­ра­же­ния в пре­де­лах ши­ри­ны лу­ча при от­ра­же­нии от мор­ской по­верх­но­сти про­яв­ля­ет­ся силь­нее, чем при от­ра­же­нии от су­ши, то и сме­ще­ние сред­ней час­то­ты спек­тра также бу­дет боль­шим.

Смещение средней частоты спектра доплеровского сигнала при изменении характера подстилающей поверхности приводит к дополнительным погрешностям измерения путевой скорости и угла сноса. Для уменьшения этих погрешностей в вычислителе ДИСС вводятся поправки на среднее смещение при полете над сушей (примерно 0, 4F_дср ) и при полете над морем ( 1, 6...1, 8 F_дср ). При этом в современных ДИСС предусмотрены режимы работы “СУША” и “МОРЕ”, включаемые летчиком.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: