RU2159447C1 - Flying vehicle radio direction finding method - Google Patents

Abstract

FIELD: taking bearings of aircraft or any other moving objects in short-range navigation region, during take-off, and landing. SUBSTANCE: method includes determining angular coordinates of flying vehicle by measuring signal transmitted from ground radio direction finding station on board vehicle, signal modulation frequency being in unambiguous consistency with direction of radiation; frequency of signal transmitted from ground radio direction finding station is modulated, frequency of signal received on board flying vehicle is transformed by heterodyning, signal modulation frequency is measured, flying vehicle bearings are calculated for which purpose signal modulation frequency obtained is multiplied by factor determining consistency between direction of signal radiation and signal modulation frequency; direction of radiation is varied in space within direction finding sector by rotating radiating antenna in direction opposing angular displacement of flying vehicle relative to ground radio direction finding station. EFFECT: improved precision of taking flying-vehicle bearing. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам пеленгации летательных аппаратов (ЛА) с помощью радиотехнических средств и может быть использовано для определения местоположения самолета или другого подвижного объекта в зоне ближней навигации, а также при посадке и взлете. Широко известен радиопеленгаторный способ определения положения самолетов (см. Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов. радио, 1975. - С.290-292), основанный на пеленгации подвижных объектов с помощью наземных радиолокаторов. Для возможности определения местоположения самолета по информации наземного локатора необходима линия связи радиолокатор - самолет, что затрудняет использование данного способа в системах управления воздушным движением с высокой интенсивностью. The invention relates to methods for direction finding of aircraft (LA) using radio equipment and can be used to determine the location of an aircraft or other moving object in the near navigation zone, as well as during landing and take-off. The radio direction finding method for determining the position of aircraft is widely known (see G. Belotserkovsky. Fundamentals of radar and radar devices. - M .: Sov. Radio, 1975. - P.290-292), based on direction finding of moving objects using ground-based radars. To be able to determine the location of an aircraft from ground-based locator information, a radar-to-aircraft communication line is required, which makes it difficult to use this method in high-intensity air traffic control systems.

В настоящее время большой интерес представляет решение задачи определения углового положения ЛА посредством временного способа (см. Беляевский Л. С., Новиков В. С., Оленюк П. В. Основы радиопеленгации. - М.: Транспорт, 1982. - С. 114-119), основанного на измерении промежутка времени между импульсами, передаваемыми с помощью сканирующего излучателя при определенном угловом положении последнего. Точность названного способа зависит от точности измерения промежутка времени и скорости движения ЛА в направлении, перпендикулярном лучу. По этой причине системы, реализующие данный способ, используются, как правило, для определения углового положения объектов, движущихся в радиальном направлении относительно пункта радионавигации. Для определения местоположения быстроперемещающихся ЛА такие системы практически не пригодны. Currently, it is of great interest to solve the problem of determining the angular position of an aircraft using a temporary method (see Belyaevsky L.S., Novikov V.S., Oleniuk P.V. Fundamentals of radio direction finding. - M.: Transport, 1982. - P. 114 -119), based on measuring the time interval between pulses transmitted by a scanning emitter at a certain angular position of the latter. The accuracy of this method depends on the accuracy of measuring the time interval and the speed of the aircraft in the direction perpendicular to the beam. For this reason, systems implementing this method are used, as a rule, to determine the angular position of objects moving in the radial direction relative to the radio navigation point. Such systems are practically unsuitable for determining the location of fast moving aircraft.

Помимо названных, известен также амплитудный способ углометрии, описанный в книге Духон Ю. И., Ильинский Н. Н., Средства управления летательными аппаратами. - М.: Воениздат, 1972 - С.332-334, выбранный в качестве прототипа. Способ основан на сравнении сигналов с разной частотой амплитудной модуляции, передаваемых двумя неподвижными излучателями с пересекающимися в заданном направлении диаграммами. In addition to the aforementioned, the amplitude method of goniometry is also known, described in the book Dukhon Yu. I., Ilyinsky N.N. - M .: Military Publishing House, 1972 - S.332-334, selected as a prototype. The method is based on comparing signals with different amplitude modulation frequencies transmitted by two fixed emitters with diagrams intersecting in a given direction.

При осуществлении указанного способа за счет поочередного излучения сигналов в пределах каждой диаграммы направленности создается равносигнальная зона, которая определяет линию курса. С помощью бортового приемоиндикатора осуществляют прием, детектирование и последующее выделение низкочастотных составляющих. Об отклонении ЛА относительно равносигнального направления судят по величине и знаку разностного тока, протекающего по нагрузке частотного дискриминатора. Система, обеспечивающая реализацию описанного способа, позволяет определить направление отклонения ЛА от линии курса, однако, величина отклонения при этом измеряется грубо, с большими погрешностями, а измерения могут осуществляться только в части сектора, ограниченной диаграммой направленности излучателя. When implementing this method, due to the alternating emission of signals within each radiation pattern, an equal-signal zone is created that defines the course line. Using the onboard transceiver receive, detect and then isolate the low-frequency components. The deviation of the aircraft relative to the equal signal direction is judged by the magnitude and sign of the differential current flowing through the load of the frequency discriminator. The system that provides the implementation of the described method allows you to determine the direction of the deviation of the aircraft from the course line, however, the deviation is measured roughly, with large errors, and measurements can be carried out only in the part of the sector limited by the radiation pattern.

Основным недостатком способа-прототипа является неудовлетворительная точность определения пеленга ЛА. The main disadvantage of the prototype method is the unsatisfactory accuracy of determining the bearing of the aircraft.

Задачей заявленного изобретения является повышение точности определения пеленга (местоположения) ЛА. The objective of the claimed invention is to increase the accuracy of determining the bearing (location) of the aircraft.

Указанная задача решается за счет того, что в способе радиопеленгации ЛА, основанном на определении угловых координат летательного аппарата посредством измерения на его борту параметров передаваемого с наземного пункта радиопеленгации сигнала, частота модуляции которого поставлена в однозначное соответствие направлению излучения, осуществляют частотную модуляцию сигнала, передаваемого с наземного пункта радиопеленгации, путем гетеродинирования преобразуют частоту сигнала, принятого на борту летательного аппарата, измеряют частоту его модуляции, пеленг летательного аппарата вычисляют, умножая полученное значение частоты модуляции сигнала на коэффициент, определяющий соответствие между направлением излучения сигнала и частотой модуляции сигнала. Изменение направления излучения в пространстве осуществляют путем вращения излучающей антенны. This problem is solved due to the fact that in the method of direction finding of an aircraft based on the determination of the angular coordinates of the aircraft by measuring on board its parameters transmitted from a ground-based radio direction finding signal, the modulation frequency of which is uniquely aligned with the direction of radiation, the frequency modulation of the signal transmitted from of a ground-based radio direction finding point, by heterodyning, the frequency of the signal received on board the aircraft is converted, often measured at its modulation, the bearing of the aircraft is calculated by multiplying the frequency modulation signal obtained value by a coefficient that determines matching signal and the frequency modulation signal between the radiation direction. Changing the direction of radiation in space is carried out by rotating the radiating antenna.

Благодаря определению пеленга ЛА в любой точке сектора по измеренному значению частоты, появляется возможность сужения диаграммы направленности антенны (ДНА) в азимутальной плоскости без сокращения угловых размеров сектора пеленгации, который может быть даже круговым. Кроме того, в зависимости от направления захода (разворота) самолета на посадку его угловое перемещение относительно наземного пункта радиопеленгации может совпадать с вращением антенны или быть встречным. Очевидно, что в первом случае ДНА будет несколько "растянутой" в пространстве, а во втором случае "сжатой". Дополнительный эффект сжатия ДНА также предлагается использовать для повышения точности определения пеленга ЛА. Для этого предусмотрено изменение направления вращения антенны, которое задают в зависимости от расположения траектории движения ЛА путем реверсирования двигателя привода. Thanks to the determination of the aircraft bearing at any point in the sector by the measured frequency value, it becomes possible to narrow the antenna pattern (BOTTOM) in the azimuthal plane without reducing the angular dimensions of the direction finding sector, which can even be circular. In addition, depending on the direction of approach (turn) of the aircraft to land, its angular movement relative to the ground direction finding point may coincide with the rotation of the antenna or be counter. Obviously, in the first case the DND will be somewhat “stretched” in space, and in the second case, “compressed”. An additional effect of DND compression is also proposed to be used to increase the accuracy of determining the bearing of an aircraft. For this, a change in the direction of rotation of the antenna is provided, which is set depending on the location of the aircraft trajectory by reversing the drive motor.

Технический результат изобретения заключается в осуществлении пеленгации (определения местоположения) ЛА с повышенной точностью за счет сужения ДНА, а также благодаря лучшей помехозащищенности системы пеленгации, в которой используется частотная модуляция. Кроме того, увеличивается сектор пеленгации, что обусловлено вращением излучающей антенны. The technical result of the invention consists in the implementation of direction finding (positioning) of aircraft with increased accuracy due to the narrowing of the bottom, and also due to better noise immunity of the direction finding system, which uses frequency modulation. In addition, the direction finding sector is increasing due to the rotation of the radiating antenna.

Возможный вариант практического осуществления предложенного способа поясняется с помощью чертежей. A possible embodiment of the proposed method is illustrated using the drawings.

На фиг. 1 представлена блок-схема пункта радиопеленгации, расположенного на земле. In FIG. 1 is a block diagram of a radio direction finding station located on the ground.

На фиг. 2 изображена функциональная схема измерительного устройства, размещенного на борту ЛА. In FIG. 2 shows a functional diagram of a measuring device located on board an aircraft.

В соответствии с фиг. 1 пункт радиопеленгации содержит излучающую антенну 1, которая установлена на оси 2 с возможностью вращения в азимутальной плоскости; связанные с осью 2 привод 3 и датчик 4 угла поворота антенны, подключенный к модулятору 5, соединенному с задающим генератором 6 и усилителем мощности 7, к которому подключена антенна 1; блок переключения (БП) 8 направления вращения излучающей антенны 1, к выходу которого подключен двигатель привода 3. Измерительное устройство согласно фиг. 2 содержит бортовую антенну 9, соединенную с преобразователем-усилителем 10, выход которого подключен к частотному детектору (ЧД) 11, с которым связан частотомер 12, выход которого соединен с вычислителем 13, связанным с потребителем 14 информации. In accordance with FIG. 1, the radio direction finding point comprises a radiating antenna 1, which is mounted on the axis 2 with the possibility of rotation in the azimuthal plane; drive 3 and an antenna angle sensor 4 connected to axis 2, connected to a modulator 5 connected to a master oscillator 6 and a power amplifier 7, to which antenna 1 is connected; a switching unit (BP) 8 of the direction of rotation of the radiating antenna 1, to the output of which a drive motor 3 is connected. The measuring device according to FIG. 2 contains an onboard antenna 9 connected to a converter-amplifier 10, the output of which is connected to a frequency detector (BH) 11, to which a frequency meter 12 is connected, the output of which is connected to a computer 13 connected to the information consumer 14.

Отражатель излучающей антенны 1 выполнен в виде усеченного параболоида. Поперечное сечение ДНА представляет собой вытянутый эллипс, большая ось которого ориентирована в вертикальной плоскости, а малая - в азимутальной плоскости. The reflector of the radiating antenna 1 is made in the form of a truncated paraboloid. The DND cross section is an elongated ellipse, the major axis of which is oriented in the vertical plane, and the minor axis in the azimuthal plane.

В качестве двигателя привода 3 используется электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением. БП 8 содержит переключатель полярности напряжения, подводимого к указанному электродвигателю. As the drive motor 3, a direct current electric motor with independent excitation is used. BP 8 contains a polarity switch voltage supplied to the specified motor.

Преобразователь-усилитель 10 выполнен по схеме, включающей гетеродин, смеситель сигналов и усилитель преобразованного сигнала, соединенный с выходом смесителя. Converter-amplifier 10 is made according to the scheme, including a local oscillator, a signal mixer and an amplifier of the converted signal connected to the output of the mixer.

Другие элементы наземного и бортовых устройств широко известны и их практическая реализация не вызывает затруднений. Other elements of ground and airborne devices are widely known and their practical implementation does not cause difficulties.

В процессе осуществления способа радиопеленгации ЛА излучающую антенну 1 приводят во вращательное движение приводом 3, относительно вертикальной оси 2. Использование в качестве отражателя излучающей антенны 1 усеченного параболоида обеспечивает сжатие ДНА в горизонтальной плоскости. При повороте антенны 1 изменяется напряжение, снимаемое с датчика 4 угла. В зависимости от изменения названного напряжения, подаваемого на модулятор 5, изменяется частота угловой модуляции высокочастотных колебаний задающего генератора 6 по закону
F = K_φ • φ,
где K_φ - коэффициент пропорциональности;
φ - текущее значение угла поворота антенны.In the process of implementing the radio direction finding method of the aircraft, the emitting antenna 1 is rotationally driven by the drive 3, relative to the vertical axis 2. The use of a truncated paraboloid as a reflector of the radiating antenna 1 ensures that the DND is compressed in the horizontal plane. When the antenna 1 is rotated, the voltage removed from the angle sensor 4 changes. Depending on the change in the named voltage supplied to the modulator 5, the frequency of the angular modulation of high-frequency oscillations of the master oscillator 6 changes according to the law
F = K _φ • φ,
where K _φ is the coefficient of proportionality;
φ is the current value of the angle of rotation of the antenna.

Соответственно изменяются параметры сигнала на входе усилителя мощности 7 и излучения. Высокочастотные электромагнитные колебания принимают на ЛА с помощью бортовой антенны 9 измерительного устройства. В случае необходимости доплеровский сдвиг несущей частоты, вызванный перемещением ЛА относительно передатчика, компенсируют за счет автоматической подстройки частоты гетеродина преобразователя-усилителя 10, как это осуществляется в известных радиотехнических системах (см. Радиотехнические цепи и сигналы. /Д.В. Васильев и др.; под. ред. К. А. Самойло - М.: Радио и связь, 1982 - С.387-395). Accordingly, the parameters of the signal at the input of the power amplifier 7 and radiation are changed. High-frequency electromagnetic waves are received on the aircraft using the on-board antenna 9 of the measuring device. If necessary, the Doppler shift of the carrier frequency caused by the movement of the aircraft relative to the transmitter is compensated by automatically adjusting the local oscillator frequency of the converter-amplifier 10, as is done in known radio engineering systems (see Radio engineering circuits and signals. / D.V. Vasiliev et al. ; under the editorship of K.A. Samoilo - M .: Radio and communications, 1982 - S.387-395).

При непрерывной работе наземного пункта радиопеленгации сигнал, принимаемый на борту ЛА, имеет периодический характер. Огибающая сигнала на входе преобразователя-усилителя 10 определяется диаграммой направленности антенны 1, а также скоростью ее углового перемещения. With the continuous operation of the ground-based radio direction finding station, the signal received on board the aircraft is periodic. The envelope of the signal at the input of the Converter-amplifier 10 is determined by the radiation pattern of the antenna 1, as well as the speed of its angular displacement.

В усилителе-преобразователе 10 осуществляют преобразование (понижение) частоты сигнала путем его гетеродинирования. Необходимость понижения частоты принятого сигнала обусловлена тем, что для получения узкой диаграммы направленности антенны 1 колебания, излучаемые антенной, должны иметь достаточно высокую частоту. (Целесообразно использовать частоты сантиметрового или миллиметрового диапазона). После преобразования и усиления сигнал подают на ЧД 11, где осуществляют его детектирование. С помощью частотомера 12 измеряют значение частоты модуляции, которое подается на вычислитель 13. Очевидно, что сигнал на выходе ЧД 11 будет только в те моменты времени, когда направление излучения совпадает с пеленгом на ЛА. Пеленг ЛА определяют на основании соответствия между частотой модуляции и направлением излучения (1), используя следующее выражение
П = K $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{-1}}{\text{φ}}$ • F_и+ П_о,
где F_и - измеренное значение частоты;
П₀ - начальное значение пеленга, зависящее от ориентации наземного пункта радиопеленгации относительно направления на север.In the amplifier-converter 10, the signal is converted (reduced) by the frequency of the signal by heterodyning it. The need to lower the frequency of the received signal is due to the fact that in order to obtain a narrow radiation pattern of antenna 1, the oscillations emitted by the antenna must have a sufficiently high frequency. (It is advisable to use the frequency of the centimeter or millimeter range). After conversion and amplification, the signal is fed to BH 11, where it is detected. Using a frequency counter 12 measure the value of the modulation frequency, which is fed to the calculator 13. It is obvious that the signal at the output of the BH 11 will only be at those times when the direction of radiation coincides with the bearing on the aircraft. An aircraft bearing is determined based on the correspondence between the modulation frequency and the radiation direction (1) using the following expression
N = k $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{-1}}{\text{φ}}$ • F _and + P _about ,
where F _and is the measured value of the frequency;
P ₀ - the initial value of the bearing, depending on the orientation of the ground-based radio direction finding point relative to the north direction.

Вычисленное значение пеленга поступает к потребителю 14 информации. The calculated bearing value is sent to the consumer 14 information.

В случае необходимости при изменении траектории подхода ЛА к посадочной полосе изменяют направление вращения излучающей антенны, используя БП 8. При этом обеспечивается встречное угловое движение ЛА относительно вращающейся антенны. If necessary, when changing the trajectory of the approach of the aircraft to the landing strip, the direction of rotation of the emitting antenna is changed using BP 8. This ensures counter-angular movement of the aircraft relative to the rotating antenna.

Применение вращающейся антенны с узкой диаграммой направленности и осуществление ее вращения в направлении, противоположном движению ЛА, использование частотной модуляции позволяют повысить точность пеленгации и обеспечить измерение пеленга ЛА независимо от его местоположения относительно пункта радиопеленгации. The use of a rotating antenna with a narrow radiation pattern and its rotation in the direction opposite to the motion of the aircraft, the use of frequency modulation can improve the direction finding accuracy and ensure the measurement of the bearing of the aircraft regardless of its location relative to the direction finding point.

Claims (3)

1. Способ радиопеленгации летательного аппарата, основанный на определении угловых координат летательного аппарата посредством измерения на его борту параметров передаваемого с наземного пункта радиопеленгации сигнала, отличающийся тем, что осуществляют частотную модуляцию сигнала, передаваемого с наземного пункта радиопеленгации, при этом частота модуляции сигнала поставлена в однозначное соответствие направлению излучения путем гетеродинирования преобразуют частоту сигнала, принятого на борту летательного аппарата, измеряют частоту его модуляции, пеленг летательного аппарата вычисляют, умножая полученное значение частоты модуляции на коэффициент, определяющий соответствие между направлением излучения сигнала и частотой модуляции сигнала. 1. A method of radio direction finding of an aircraft, based on determining the angular coordinates of the aircraft by measuring on board parameters of a signal transmitted from a ground direction finding station, characterized in that the frequency modulation of the signal transmitted from the ground direction finding direction, while the modulation frequency of the signal is set to unambiguous correspondence to the direction of radiation by heterodyning convert the frequency of the signal received on board the aircraft, measure h sion frequency modulating it, the bearing of the aircraft is calculated by multiplying the value obtained at the modulation frequency coefficient determining matching signal and the frequency of the modulation signal between the radiation direction. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пределах сектора пеленгации изменяют направление излучения в пространстве путем вращения излучающей антенны. 2. The method according to claim 1, characterized in that within the direction finding sector they change the direction of radiation in space by rotating the radiating antenna. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что вращение излучающей антенны осуществляют в направлении, противоположном угловому перемещению летательного аппарата относительно наземного пункта радиопеленгации. 3. The method according to p. 2, characterized in that the rotation of the radiating antenna is carried out in the opposite direction to the angular movement of the aircraft relative to the ground direction finding point.

Images