RU2285932C1 - System for determining spatial position of object - Google Patents
System for determining spatial position of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285932C1 RU2285932C1 RU2005108031/09A RU2005108031A RU2285932C1 RU 2285932 C1 RU2285932 C1 RU 2285932C1 RU 2005108031/09 A RU2005108031/09 A RU 2005108031/09A RU 2005108031 A RU2005108031 A RU 2005108031A RU 2285932 C1 RU2285932 C1 RU 2285932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- antennas
- electromagnetic radiation
- determining
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиопеленгации, а именно к средствам, обеспечивающим определение пространственного местоположения объекта, например летательного аппарата (ЛА).The invention relates to direction finding, and in particular to means for determining the spatial location of an object, such as an aircraft (LA).
Изобретение может быть применено для определения пространственного положения объекта и определения азимутального и угломестного направлений на используемые соответствующие маяки с целью увеличения точности определения местоположения в пространстве, например ЛА, и выдерживания заданной траектории полета, в том числе посадки и, тем самым, повышения безопасности воздушного движения, упрощения и уменьшения весогабаритных характеристик соответствующего бортового оборудования объекта, всепогодности системы, возможности использования одного маяка для ориентации по азимуту (положению объекта по отношению к маяку, в том числе к заданной линии курса) и углу места (положению объекта по отношению к установленной глиссаде снижения), усовершенствования радиотехнической системы радиопеленгации - комплекса маячного и бортового оборудования, позволяющего определять текущие угловые координаты местоположения объекта (в виде азимута и угла места относительно маяка), выполнять движение по заданной траектории с точностями и до высот, соответствующих, например, посадочному минимуму, установленному для данного объекта.The invention can be applied to determine the spatial position of an object and determine the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacons used in order to increase the accuracy of determining a location in space, for example, an aircraft, and to maintain a predetermined flight path, including landing, and thereby improve air traffic safety , simplification and reduction of weight and size characteristics of the corresponding on-board equipment of the facility, the all-weather system, the possibility of use one beacon for azimuthal orientation (object’s position with respect to the lighthouse, including the set course line) and elevation angle (object’s position with respect to the set glide path), improvement of the radio direction finding system - a complex of lighthouse and airborne equipment, which allows to determine current angular coordinates of the object’s location (in the form of azimuth and elevation relative to the lighthouse), to perform movement along a given path with accuracy and to heights corresponding, for example, to the landing minimum set for this facility.
Определение местоположения объекта с большой точностью особенно важно при его посадке, т.к. это напрямую связано с обеспечением безопасности. Актуальность решения такой задачи очевидна: например, 53% всех авиационных происшествий происходит при выполнении заходов на посадку в сложных метеоусловиях, в основном при ухудшении видимости [1. В.И.Жулев, B.C.Иванов "Безопасность полетов летательных аппаратов". - М.: Транспорт, 1986, с.24, 150].Determining the location of an object with great accuracy is especially important when planting it, because this is directly related to security. The relevance of solving such a problem is obvious: for example, 53% of all accidents occur during landing approaches in difficult weather conditions, mainly when visibility deteriorates [1. V.I. Zhulev, B.C. Ivanov "Flight safety of aircraft". - M .: Transport, 1986, p.24, 150].
Известны системы пеленгации, использующие высокоточные лазерные устройства со слаборасходящимися пучками излучения малого диаметра, реализованные под названием системы "Глиссада" [2. Кабанов М.В., Панченко М.В. Рассеяние оптических волн дисперсными частицами. Ч. III, Изд. Томского филиала СО АН, 1984, §3.3]. В этой системе комбинация лазерных лучей воспринимается в виде наглядного символа, определяющего положение ЛА относительно посадочной траектории и точки приземления. Это достигается с помощью группы лазерных маяков: курсового, расположенного у торца взлетно-посадочной полосы (ВПП) на оси; двух глиссадных маяков, расположенных с обеих сторон ВПП; двух маяков на противоположной стороне ВПП для обозначения кромки ВПП. Лазерные пучки образуют в пространстве фигуру из трех световых полос, направленных под углом снижения навстречу ЛА. При отклонениях ЛА от курса и глиссады расположение полос в пространстве изменяется. Недостатком этой системы является существенная зависимость ее дальности действия от погодных условий.Known direction finding systems using high-precision laser devices with weakly diverging beams of radiation of small diameter, implemented under the name of the system "Glissada" [2. Kabanov M.V., Panchenko M.V. Scattering of optical waves by dispersed particles. Part III, Ed. Tomsk branch of SB AS, 1984, §3.3]. In this system, the combination of laser beams is perceived as a visual symbol that defines the position of the aircraft relative to the landing trajectory and the touchdown point. This is achieved using a group of laser beacons: course, located at the end of the runway (runway) on the axis; two glide path lighthouses located on both sides of the runway; two beacons on the opposite side of the runway to indicate the edge of the runway. Laser beams in space form a figure of three light bands directed at an angle of descent toward the aircraft. When the aircraft deviates from the course and glide path, the arrangement of the bands in space changes. The disadvantage of this system is the significant dependence of its range on weather conditions.
В настоящее время применяют в основном три типа систем для определения пространственного положения объекта: упрощенную, радиомаячную и радиолокационную [3. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1973, с.244-247; 4. Бородин В.Т., Рыльский Г.И. Управление полетом самолетов и вертолетов. - М.: Машиностроение, 1972, с.96-103, 108-115, 187-190; 5. Духон Ю.И, Ильинский Н.Н. Средства управления летательными аппаратами. - М.: Воениздат, 1972, с.306-311, 314-318; 6. Сафронов Н.А. Радиооборудование самолетов. - М.: Машиностроение, 1993, с.305-311, 339-345].Currently, mainly three types of systems are used to determine the spatial position of an object: simplified, beacon and radar [3. Bodner V.A. Control systems for aircraft. - M.: Mechanical Engineering, 1973, p. 244-247; 4. Borodin V.T., Rylsky G.I. Flight control of airplanes and helicopters. - M .: Mechanical Engineering, 1972, p.96-103, 108-115, 187-190; 5. Dukhon Yu.I., Ilyinsky N.N. Aircraft controls. - M .: Military Publishing House, 1972, p. 306-311, 314-318; 6. Safronov N.A. Radio equipment of aircraft. - M .: Mechanical Engineering, 1993, p.305-311, 339-345].
Наземное оборудование упрощенной системы включает радиопеленгатор, две приводные аэродромные радиостанции, два или три маркерных радиомаяка (РМ), связные командно-стартовые радиостанции и светотехническое оборудование. В составе бортового оборудования используется связная радиостанция, автоматический радиокомпас, радиовысотомер, радиоприемник сигналов маркерных радиомаяков и пилотажно-навигационные приборы (компас, авиагоризонт, часы и т. д.). Работой системы управляют с командно-диспетчерского или командно-стартового пункта.The ground-based equipment of the simplified system includes a radio direction finder, two driven airfield radio stations, two or three marker radio beacons (RM), connected command-launch radio stations and lighting equipment. The airborne equipment uses a connected radio station, an automatic radio compass, a radio altimeter, a radio receiver of marker beacon signals and flight and navigation devices (compass, horizon, clock, etc.). The operation of the system is controlled from a command dispatch or command and launch point.
В состав радиомаячной системы входит вышеуказанное оборудование упрощенной системы и дополнительное диспетчерское и радиомаячное оборудование. Последнее содержит курсовой и глиссадный РМ, устанавливаемые на земле, и соответствующие бортовые радиоприемники. Курсовой РМ создает равносигнальную плоскость, совпадающую с вертикальной плоскостью посадочного курса. Его устанавливают в 300...1000 м позади ВПП на ее оси. Глиссадный РМ предназначен для указания экипажу плоскости планирования. Его устанавливают обычно левее ВПП на расстоянии 100...150 м от ее оси или непосредственно на оси ВПП, если РМ имеет невыступающую антенну. Выходные сигналы курсового и глиссадного РМ, пропорциональные угловым отклонениям центра тяжести ЛА от линии планирования, могут быть использованы в качестве сигналов рассогласования при автоматизации изменения пространственного положения объекта.The beacon system includes the above simplified system equipment and additional dispatch and beacon equipment. The latter contains the course and glide path RM, installed on the ground, and the corresponding airborne radios. Heading RM creates an equal-signal plane that coincides with the vertical plane of the landing course. It is installed 300 ... 1000 m behind the runway on its axis. Glide path RM is intended to indicate the planning plane to the crew. It is usually installed to the left of the runway at a distance of 100 ... 150 m from its axis or directly on the axis of the runway if the RM has a non-protruding antenna. The output signals of the course and glide path RM, proportional to the angular deviations of the center of gravity of the aircraft from the planning line, can be used as misalignment signals to automate changes in the spatial position of the object.
В состав радиолокационной системы входит вышеуказанное оборудование упрощенной системы, диспетчерское оборудование (такое же, как в радиомаячной системе) и посадочный радиолокатор. При выполнении, например, посадки положение ЛА относительно линии планирования и ВПП измеряется посадочным радиолокатором, операторы которого определяют требуемый маневр ЛА и передают команды управления экипажу по радиотелефонному каналу. При определенных условиях для выполнения посадки могут быть использованы активные или пассивные бортовые радиолокационные станции, обеспечивающие возможность наблюдения на экране индикатора изображения ВПП.The composition of the radar system includes the above equipment of the simplified system, dispatch equipment (the same as in the beacon system) and landing radar. When performing, for example, landing, the position of the aircraft relative to the planning line and the runway is measured by the landing radar, the operators of which determine the required maneuver of the aircraft and transmit control commands to the crew via the radiotelephone channel. Under certain conditions, active or passive airborne radar stations can be used to land, providing the possibility of observing the runway image indicator on the screen.
Однако необходимо дальнейшее повышение точности определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк, в пределе - до соответствующей точности лазерных систем.However, a further increase in the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon is necessary, in the limit, to the corresponding accuracy of the laser systems.
Известен пеленгатор радиосигналов источников радиоизлучения при размещении антенного устройства на поверхности подвижного объекта, содержащий направленную антенну, поворотное устройство, обеспечивающее изменение положения максимума диаграммы направленности антенны в заданном секторе углов, приемник, соединенный с антенной, и регистратор уровня сигнала в приемнике [7. Г.П.Астафьев, B.C.Шебашевич, Ю.А.Юрков. Радионавигационные устройства и системы. - М.: Сов. Радио, 1958]. Пеленг определяется по направлению в пространстве, соответствующему максимальному уровню сигнала.Known direction finder of radio signals of radio sources when placing an antenna device on the surface of a moving object, containing a directional antenna, a rotary device that provides a change in the position of the maximum antenna radiation pattern in a given sector of angles, a receiver connected to the antenna, and a signal level recorder in the receiver [7. G.P. Astafiev, B.C. Shebashevich, Yu.A. Yurkov. Radio navigation devices and systems. - M .: Owls. Radio, 1958]. The bearing is determined by the direction in space corresponding to the maximum signal level.
Недостатком этого пеленгатора, а также многоканального пеленгатора [8. Патент RU 2096797 С1, кл. G 01 S 3/14, 1996] является то, что они не позволяют подавлять сигналы, попадающие на антенну после отражения от поверхности объекта. В достаточно сложном решении [9. Патент RU 2218580 С2, кл. G 01 S 3/14, 2001] ставится цель снижения, но не полного устранения, количества ложных пеленгов, появляющихся в результате приема электромагнитных волн, отраженных от поверхности объекта. В заявляемой системе эта проблема решена простыми средствами.The disadvantage of this direction finder, as well as multichannel direction finder [8. Patent RU 2096797 C1, cl. G 01 S 3/14, 1996] is that they do not allow suppressing the signals entering the antenna after reflection from the surface of the object. In a rather complicated solution [9. Patent RU 2218580 C2, cl. G 01 S 3/14, 2001] the goal is to reduce, but not completely eliminate, the number of false bearings resulting from the reception of electromagnetic waves reflected from the surface of the object. In the inventive system, this problem is solved by simple means.
По критерию минимальной достаточности за прототип принимается система для определения пространственного положения объекта, в том числе подвижного, например летательного аппарата, с заданными в правой системе координат его продольной осью ОХ, нормальной осью OY и поперечной осью OZ, с направлениями, соответственно, вперед, вверх и вправо с использованием соответствующих маяков и электромагнитных каналов их связи с бортовым оборудованием объекта, содержащая функционально связанные передающую систему маяка, снабженную средством формирования электромагнитных сигналов, бортовую приемную систему электромагнитных сигналов и бортовой блок, включающий, в том числе, функционально связанные определитель дальности положения объекта, определитель азимута и определитель угла места, соответственно, соединенные с бортовыми датчиками, формирующими, в том числе, данные о скорости и траектории движения объекта, и при необходимости блок передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения в индикаторе и выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок выработки сигналов управления органами обеспечения изменения пространственного положения объекта [10. Авиационная радионавигация. Справочник под ред. А.А.Сосновского. М.: Транспорт, 1990, стр.151].According to the criterion of minimum sufficiency, a prototype is a system for determining the spatial position of an object, including a moving one, for example an aircraft, with its longitudinal axis OX, normal axis OY and transverse axis OZ defined in the right coordinate system, with directions, respectively, forward, up and to the right using the appropriate beacons and electromagnetic channels of their communication with the on-board equipment of the facility, containing functionally connected transmitting system of the beacon, equipped with means of electromagnetic signals, the on-board receiving system of electromagnetic signals and the on-board unit, including, inter alia, functionally related determinants of the range of the position of the object, the azimuth determinant and the determinant of elevation, respectively, connected to the on-board sensors, which form, among other things, speed and the trajectory of the object’s movement, and, if necessary, the transmission unit of azimuthal, elevation and rangefinder information and information about the deviation from the given trajectory for visual display in the indicator torus and generate electrical signals in other equipment, such as control signal generation unit bodies providing spatial changes in position of the object [10. Aeronautical radio navigation. Handbook Ed. A.A.Sosnovsky. M .: Transport, 1990, p. 151].
Радиопеленгационная система по прототипу, хотя и достаточно совершенная на сегодня, не является оптимальной, т.к. точность ориентации ниже, чем в соответствующей лазерной. Система обладает все еще недостаточными возможностями, например, для обеспечения безопасности полетов (БП), является достаточно сложной, использует несколько РМ, что усложняет ее эксплуатацию.The radio direction finding system of the prototype, although quite advanced today, is not optimal, because orientation accuracy is lower than in the corresponding laser. The system still has insufficient capabilities, for example, to ensure flight safety (PS), it is quite complex, uses several RMs, which complicates its operation.
Сущность изобретения направлена на увеличение точности определения пространственного положения объекта за счет повышения точности определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк, тем самым, повышение БП, упрощение системы, повышение ее технико-экономической эффективности, в том числе, из-за экономии частотного ресурса и количества необходимых РМ.The invention is aimed at increasing the accuracy of determining the spatial position of an object by increasing the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon, thereby increasing the power supply, simplifying the system, increasing its technical and economic efficiency, including due to the saving of the frequency resource and the number of required RM.
Отличительная особенность заявленного изобретения от прототипа заключается преимущественно в том, что электромагнитное излучение принимают антенным устройством, состоящим из двух соединенных с приемными устройствами магнитных антенн, преимущественно со стержневыми сердечниками, причем антенны выполнены и ориентированы относительно продольной оси объекта таким образом, что при отклонении направления движения объекта от направления на соответствующий маяк происходит большое относительное изменение мощности сигналов маяка, регистрируемой бортовой приемной системой от каждой из антенн. Объект ориентируют на соответствующий маяк, добиваясь равенства сигналов, принятых обеими антеннами. Это позволяет повысить точность определения положения объекта относительно линий курса и глиссады и точность определения азимутального и угломестного направлений на соответствующий маяк по сравнению с прототипом.A distinctive feature of the claimed invention from the prototype lies mainly in the fact that electromagnetic radiation is received by an antenna device consisting of two magnetic antennas connected to receiving devices, mainly with rod cores, the antennas being made and oriented relative to the longitudinal axis of the object in such a way that when the direction of movement is deviated object from the direction to the corresponding beacon there is a large relative change in the power of the beacon signals, register adjustable on-board receiving system from each of the antennas. The object is oriented to the corresponding lighthouse, achieving equality of signals received by both antennas. This improves the accuracy of determining the position of the object relative to the course and glide path lines and the accuracy of determining the azimuthal and elevation directions to the corresponding beacon in comparison with the prototype.
Предложена система для определения пространственного положения объекта, в том числе подвижного, например летательного аппарата, с заданными в правой системе координат его продольной осью ОХ, нормальной осью OY и поперечной осью OZ с направлениями, соответственно, вперед, вверх и вправо с использованием соответствующих маяков и электромагнитных каналов их связи с бортовым оборудованием объекта, содержащая следующие существенные признаки прототипа:A system is proposed for determining the spatial position of an object, including a moving one, for example an aircraft, with its longitudinal axis OX, normal axis OY and transverse axis OZ defined in the right coordinate system with directions, respectively, forward, up and to the right using the appropriate beacons and electromagnetic channels of their communication with on-board equipment of the facility, containing the following essential features of the prototype:
система содержит функционально связанные передающую систему маяка, снабженную средством формирования электромагнитных сигналов, бортовую приемную систему электромагнитных сигналов и бортовой блок, включающий, в том числе, функционально связанные определитель дальности положения объекта, определитель азимута и определитель угла места, соответственно, соединенные с бортовыми датчиками, формирующими, в том числе, данные о скорости и траектории движения объекта, и, при необходимости, блок передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения в индикаторе и выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок выработки сигналов управления органами обеспечения изменения пространственного положения объекта.the system comprises a functionally coupled transmitter system of the beacon, equipped with means for generating electromagnetic signals, an on-board receiver system of electromagnetic signals and an on-board unit, including, inter alia, functionally related determinants of the range of the position of the object, the azimuth determiner and the determinant of the elevation, respectively, connected to the on-board sensors, forming, including, data on the speed and trajectory of the object, and, if necessary, the transmission unit azimuthal, elevation and rangefinder th information and information about the deviation from the predetermined path for visual display in the indicator and generate electrical signals in other equipment, such as control signal generation unit bodies providing spatial changes in position of the object.
Другими существенными, отличительными от прототипа, признаками являются следующие:Other significant distinguishing features of the prototype, the signs are the following:
для определения азимутального направления на соответствующий маяк бортовая приемная система содержит антенное устройство, выполненное из двух магнитных антенн, преимущественно со стержневыми сердечниками, при этом оси антенн, совпадающие с осями их сердечников, расположены симметрично относительно оси симметрии АА, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии АА углы α=±Δα, где Δα больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при α>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при α<0 они сходятся в указанном направлении, антенны соединены радиокабелями со своими введенными приемными устройствами, включающими, в том числе, последовательно соединенные блоки селекции принимаемого от соответствующего маяка электромагнитного излучения, например, по его модуляции, и блоки измерения уровней сигналов принятого антеннами излучения, соединенные функционально с определителем азимута положения объекта через введенный в систему блок измерения рассогласования указанных уровней сигналов, а для определения угломестного направления на соответствующий маяк бортовая приемная система содержит антенное устройство, выполненное аналогично упомянутому антенному устройству для определения азимутального направления, при этом оси антенн этого антенного устройства расположены симметрично относительно оси симметрии ВВ, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии ВВ углы β=±Δβ, где Δβ больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при β>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при β<0 они сходятся в указанном направлении, а аналогичные упомянутым блоки селекции и измерения уровней сигналов принятого антеннами излучения соединены функционально с определителем угла места положения объекта через введенный в систему аналогичный упомянутому блок измерения рассогласования указанных уровней сигналов.to determine the azimuthal direction to the corresponding lighthouse, the on-board receiving system comprises an antenna device made of two magnetic antennas, mainly with rod cores, while the axis of the antennas coinciding with the axes of their cores are located symmetrically with respect to the axis of symmetry AA parallel to the longitudinal axis of the object OX, in a plane parallel to the XOZ plane associated with the object, and the axis of the antennas form the angles α = ± Δα with the axis of symmetry AA, where Δα is greater than zero degrees and preferably does not exceed 0.5 g ausa, and for α> 0, the antenna axes diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the OX object, and for α <0 they converge in the indicated direction, the antennas are connected by radio cables to their input receivers, including, in series, connected blocks selection of the electromagnetic radiation received from the corresponding beacon, for example, by its modulation, and blocks for measuring signal levels received by the radiation antennas, connected functionally with the azimuth determiner of the position of the object through the mismatch unit of the indicated signal levels given to the system, and for determining the elevation direction to the corresponding lighthouse, the on-board receiving system contains an antenna device similar to the aforementioned antenna device for determining the azimuthal direction, while the antenna axes of this antenna device are located symmetrically with respect to the symmetry axis of the BB parallel to the longitudinal axis of the object OX, in a plane parallel to the XOY plane associated with the object, and the axis of the antennas is formed with the axis the symmetry of the explosive angles β = ± Δβ, where Δβ is greater than zero degrees and mainly does not exceed 0.5 degrees, and for β> 0 the antenna axes diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the object OX, and for β <0 they converge in the indicated direction, and similar to the aforementioned blocks of selection and measurement of signal levels of the radiation received by the antennas are connected functionally to the position angle determinant of the object through the mismatch measuring unit of the indicated signal levels similar to the aforementioned, introduced into the system.
Кроме того, каждое антенное устройство заключено в преимущественно проточный кожух, выполненный, например, в виде трубы прямоугольного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью, с обеспечением экранирования электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта.In addition, each antenna device is enclosed in a predominantly flow-through casing made, for example, in the form of a rectangular tube with an internal surface that absorbs electromagnetic radiation, providing shielding of the electromagnetic radiation coming from the back hemisphere of the space and the electromagnetic radiation of the corresponding beacon reflected from the surface of the object .
Также оси симметрии АА и ВВ антенных устройств для определения азимутального и угломестного направлений совмещены и антенные устройства заключены в единый преимущественно проточный кожух, выполненный, например, в виде трубы крестообразного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью, с обеспечением экранирования электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта.Also, the symmetry axes of AA and BB of the antenna devices for determining the azimuthal and elevation directions are combined and the antenna devices are enclosed in a predominantly single flowing casing made, for example, in the form of a cross-shaped pipe with an internal surface that absorbs electromagnetic radiation, providing shielding of electromagnetic radiation coming from the back hemispheres of space, and electromagnetic radiation of the corresponding beacon reflected from the surface of the object.
Кроме того, например, для привода объекта в заданную вертикальную плоскость с заданным азимутальным направлением и осуществления движения объекта в этой плоскости над поверхностью Земли она содержит дополнительно по крайней мере еще один соответствующий маяк, при этом основной и дополнительный маяки установлены в заданных местах, разнесенных друг от друга вдоль линии пересечения поверхности Земли с указанной вертикальной плоскостью, при этом частоты и модуляции электромагнитных излучений передающих систем дополнительного и основного маяков не обязательно одинаковые.In addition, for example, to drive an object into a given vertical plane with a given azimuthal direction and to carry out the movement of the object in this plane above the Earth's surface, it additionally contains at least one more corresponding beacon, while the main and additional beacons are installed in predetermined locations spaced apart from each other along the line of intersection of the Earth’s surface with the specified vertical plane, while the frequencies and modulations of electromagnetic radiation of the transmitting systems are additional and basically a beacon is not necessarily the same.
Предлагаемая система благодаря отличительным от прототипа признакам обеспечивает увеличение точности определения пространственного положения объекта, азимутального и угломестного направлений и захода на соответствующий маяк и, тем самым, повышение БП и ее технико-экономической эффективности.The proposed system, due to distinctive features from the prototype, provides an increase in the accuracy of determining the spatial position of the object, azimuth and elevation directions and approach to the corresponding lighthouse and, thereby, increasing the power supply and its technical and economic efficiency.
Ниже изобретение описано более детально со ссылками на чертежи, схематично иллюстрирующие реализацию заявленного способа.Below the invention is described in more detail with reference to the drawings, schematically illustrating the implementation of the claimed method.
На фиг.1 показана заявляемая система, на фиг.2 - схемы расположения азимутального (а) и угломестного (б) антенных устройств, на фиг.2в - схема расположения этих антенных устройств с совмещенными их осями симметрии.Figure 1 shows the inventive system, figure 2 - location of the azimuthal (a) and elevation (b) antenna devices, figure 2B is a layout of these antenna devices with their symmetry axes.
Как и в прототипе, система (фиг.1) содержит функционально связанные передающую систему маяка 1, снабженную средством 2 формирования электромагнитных сигналов, и бортовую приемную систему электромагнитных сигналов 3, бортовой блок 4, включающий, в том числе, функционально связанные определитель дальности положения объекта 5, определитель азимута 6 и определитель угла места 7, соответственно, соединенные с бортовыми датчиками 8, формирующими, в том числе, данные о скорости и траектории движения объекта, и, при необходимости, блок 9 передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения на индикаторе 10 и выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок 11 выработки сигналов управления органами 12 обеспечения изменения пространственного положения объекта.As in the prototype, the system (Fig. 1) contains a functionally coupled transmitting system of the
Система содержит все упомянутые составляющие прототипа 1...12 и их функциональные связи, но дополнительно бортовая приемная система 3 содержит антенное устройство 19 (фиг.2а), выполненное из двух магнитных антенн 13 (фиг.1), соединенных радиокабелями 14 с приемным устройством 15. Приемное устройство 15 включает, в том числе, блок 16 селекции принимаемого от маяка электромагнитного излучения, например, по его модуляции, и блок 17 определения уровня сигнала принятого антенной излучения.The system contains all the mentioned components of the
Оси антенн, совпадающие с осями их сердечников, расположены симметрично относительно оси симметрии АА, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом (фиг.2а), причем оси антенн образуют с осью симметрии АА углы α=±Δα, где Δα больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при α>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при α<0 они сходятся в указанном направлении.The axes of the antennas coinciding with the axes of their cores are located symmetrically with respect to the axis of symmetry AA parallel to the longitudinal axis of the object OX in a plane parallel to the XOZ plane associated with the object (Fig. 2a), and the axis of the antennas form angles α = ± with the axis of symmetry AA Δα, where Δα is greater than zero degrees and mostly does not exceed 0.5 degrees, and for α> 0 the antenna axes diverge in the direction coinciding with the direction of the longitudinal axis of the object OX, and for α <0 they converge in the indicated direction.
Блок 17 первой антенны и аналогичный блок второй антенны через блок 18 измерения рассогласования уровней сигналов принятого антеннами излучения соединены функционально с определителем 6 азимута положения объекта, входящим в блок 4.Block 17 of the first antenna and a similar block of the second antenna through block 18 measuring the mismatch of signal levels received by the radiation antennas are connected functionally with the
Для определения угломестного направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 (фиг.2б) выполнено аналогично упомянутому антенному устройству для определения азимутального направления.To determine the elevation direction to the corresponding beacon, the antenna device 19 (Fig.2b) is made similar to the aforementioned antenna device for determining the azimuthal direction.
Оси антенн 13 этого антенного устройства расположены симметрично относительно оси симметрии ВВ, параллельной продольной оси объекта ОХ, в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом, причем оси антенн образуют с осью симметрии ВВ углы β=±Δβ, где Δβ больше нуля градусов и преимущественно не превышает 0,5 градуса, и при β>0 оси антенн расходятся в направлении, совпадающем с направлением продольной оси объекта ОХ, а при β<0 они сходятся в указанном направлении.The axis of the
Указанные значения углов соответствуют резко выраженному минимуму направленности излучения магнитной антенны и требованиям к точности определения направления на соответствующий маяк.The indicated values of the angles correspond to the sharply expressed minimum directivity of the radiation of the magnetic antenna and the requirements for the accuracy of determining the direction to the corresponding beacon.
При этом блок 17 определения уровня сигнала принятого антенной излучения первой антенны и аналогичный блок второй антенны через блок 18 измерения рассогласования уровней сигналов принятого антеннами излучения соединен функционально с определителем 7 угла места положения объекта, входящим в блок 4. Движущийся объект, например летательный аппарат, имеет заданные в правой системе координат продольную ось ОХ, нормальную ось OY и поперечную ось OZ с направлениями, соответственно, вперед, вверх и вправо (фиг.2). На фигуре 2 оси, направленные на нас, обозначены О.In this case, the block 17 for determining the signal level of the received antenna radiation of the first antenna and the analogous block of the second antenna through the block 18 for measuring the mismatch of the signal levels of the radiation received by the antennas are connected functionally to the object position angle determiner 7 included in block 4. A moving object, for example an aircraft, has defined in the right coordinate system, the longitudinal axis OX, the normal axis OY and the transverse axis OZ with directions, respectively, forward, up and to the right (figure 2). In the figure, 2 axes directed towards us are indicated by O.
Магнитные антенны 13 (фиг.2а и 2б) выполнены преимущественно со стержневыми сердечниками. Падающее на антенны излучение показано стрелкой И.Magnetic antennas 13 (figa and 2b) are made mainly with rod cores. The radiation incident on the antenna is indicated by the arrow I.
Для определения азимутального направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 выполнено с возможностью его крепления на объекте (фиг.2а) таким образом, чтобы оси антенн 13 находились в плоскости, параллельной плоскости XOZ, связанной с объектом.To determine the azimuthal direction to the corresponding beacon, the
Для определения угломестного направления на соответствующий маяк антенное устройство 19 выполнено с возможностью его крепления на объекте (фиг.2б) таким образом, чтобы оси антенн 13 находились в плоскости, параллельной плоскости XOY, связанной с объектом.To determine the elevation direction to the corresponding beacon, the
Для определенности изложения объект далее называем ЛА, маяк - посадочным радиомаяком (ПРМ); используется электромагнитное излучение радиочастотного диапазона.For the sake of clarity, the object is then called an aircraft, the beacon - landing radio beacon (PFP); uses electromagnetic radiation of the radio frequency range.
Предложенная система работает следующим образом.The proposed system works as follows.
Электромагнитный сигнал ПРМ формируют средством 2 наземной передающей системы 1 соответствующего маяка (фиг.1). Его принимают каждой магнитной антенной 13 бортовой приемной системы 3 и далее по радиокабелям 14 электрические сигналы поступают в приемные устройства 15. В них в блоках 16 из принимаемых антеннами совокупных излучений селектируют излучение ПРМ, например, по его модуляции. В приемных устройствах 15 в блоках 17 измеряют уровни принятого излучения ПРМ. В блоке 18 производят сравнение сигналов, принятых каждой антенной. При наличии рассогласования уровней этих сигналов корректируют траекторию движения объекта в соответствующих плоскостях, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, близкого к нулевому. Этого достигают, поворачивая объект в горизонтальной плоскости при α>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при α<0 - в сторону антенны с большим уровнем сигнала и, соответственно, поворачивая объект при β>0 в сторону антенны с меньшим уровнем сигнала, а при β<0 - в сторону антенны с большим уровнем сигнала. По положению объекта при достижении этого условия судят о направлении на соответствующий маяк, определяя при этом азимутальное и угломестное направления с использованием бортового оборудования для их измерения. Далее информацию направляют в определитель азимута 6 или, соответственно, определитель угла места 7 бортового блока 4. В определителе дальности 5 положения ЛА используется любой из известных методов измерения дальности.The electromagnetic signal of the PFP is formed by means 2 of the
Выделенная из блока 4 информация о местоположении ЛА по азимуту (курсу) и углу места (глиссаде) поступает, при необходимости, в блок 9 передачи азимутальной, угломестной и дальномерной информации и информации об отклонении от заданной траектории для визуального отображения информации на индикаторе 10 и для выработки электрических сигналов в другое оборудование, например в блок 11 выработки сигналов управления органами 12 обеспечения изменения пространственного положения (траектории) ЛА.Information on the location of the aircraft in azimuth (heading) and elevation (glide path) extracted from block 4 is received, if necessary, in block 9 for transmitting azimuthal, elevation and rangefinding information and information about deviation from a given path for visual display of information on indicator 10 and for generating electrical signals to other equipment, for example, to a block 11 for generating control signals for the organs 12 for providing changes in the spatial position (trajectory) of the aircraft.
При необходимости захода объекта на соответствующий маяк по заданному азимутальному и/или угломестному направлению сравнивают его азимутальное и/или угломестное направление на соответствующий маяк с заданным и измеряют их рассогласование. Затем корректируют траекторию движения объекта, уменьшая величину рассогласования вплоть до минимально возможного значения, и одновременно удерживают направление объекта на соответствующий маяк.If it is necessary to enter the object on the corresponding lighthouse in a given azimuthal and / or elevation direction, its azimuthal and / or elevation direction on the corresponding lighthouse is compared with the given one and measure their mismatch. Then, the trajectory of the object is adjusted, reducing the amount of mismatch up to the minimum possible value, and at the same time keep the direction of the object to the corresponding beacon.
Магнитная антенна имеет резко выраженную направленную характеристику. Полярная диаграмма ее чувствительности имеет форму восьмерки. Уровень принимаемого магнитной антенной сигнала не имеет резко выраженного максимума, но его минимум весьма отчетлив (практически близок к нулевому значению) и позволяет определить его с достаточно большой точностью. Направление на пеленгуемый соответствующий маяк определяют, как указывалось, по минимуму рассогласования уровней принимаемых антеннами сигналов. В этом случае направление на соответствующий маяк совпадает с направлением оси симметрии АА (или, соответственно, ВВ) антенного устройства. Точность определения направления (отсчета по азимуту и/или углу места) составляет на практике около 0,5 градуса (±0,25 градуса). С сокращением расстояния от объекта до соответствующего маяка точность определения местоположения пропорционально растет. Таким образом, если направление падающего излучения совпадает с продольной осью ОХ ЛА, то рассогласование между уровнями сигналов от каждой из антенн будет минимальным. При отклонении направления излучения от оси ОХ рассогласование между уровнями сигналов существенно увеличивается. Производя изменение траектории движения ЛА до получения минимального рассогласования сигналов от антенн 13, пилот (или автоматика), тем самым, ориентирует ЛА на ПРМ. При этом в блоке 4 определяется рассогласование между азимутальным и/или угломестным направлением на соответствующий маяк и заданным азимутальным и/или угломестным направлением. Пилот (или автоматика), производя необходимое управление, корректирует траекторию движения ЛА, уменьшая величину рассогласования до минимально возможного значения (вплоть до нулевого), при котором согласно требованиям для ПРМ 1-й категории отклонение от оси на начало взлетно-посадочной полосы не превышает ±10,5 м, а для ПРМ 2-й категории - не превышает ±7,5 м. Вследствие указанной резко выраженной чувствительности величины сигнала к отклонению сердечника антенны от направления на соответствующий маяк посадка ЛА будет производиться практически без рыскания.The magnetic antenna has a pronounced directional characteristic. The polar diagram of its sensitivity is in the form of a figure eight. The level of the signal received by the magnetic antenna does not have a pronounced maximum, but its minimum is very distinct (almost close to zero) and allows you to determine it with fairly high accuracy. The direction to the direction-finding corresponding beacon is determined, as indicated, to minimize the mismatch in the levels of the signals received by the antennas. In this case, the direction to the corresponding beacon coincides with the direction of the axis of symmetry AA (or, respectively, BB) of the antenna device. The accuracy of determining the direction (reference in azimuth and / or elevation) is in practice about 0.5 degrees (± 0.25 degrees). With a reduction in the distance from the object to the corresponding beacon, the accuracy of positioning increases proportionally. Thus, if the direction of the incident radiation coincides with the longitudinal axis of the aircraft’s OX, then the mismatch between the signal levels from each of the antennas will be minimal. When the radiation direction deviates from the OX axis, the mismatch between signal levels increases significantly. Making a change in the trajectory of the aircraft to obtain a minimum mismatch of the signals from the
Для предотвращения попадания на антенные устройства помехового электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта, их экранируют, помещая в преимущественно проточный (для набегающего воздушного потока) кожух, выполненный, например, в виде трубы прямоугольного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью.In order to prevent interference electromagnetic radiation coming from the rear hemisphere of the space and electromagnetic radiation of the corresponding beacon reflected from the object’s surface onto the antenna devices, they are shielded by placing in a predominantly flowing (for incoming air flow) casing made, for example, in the form of a rectangular pipe cross sections with an electromagnetic surface absorbing electromagnetic radiation.
Представляет практический интерес система (фиг.2в), в которой оси симметрии АА и ВВ антенных устройств для определения азимутального и угломестного направлений совмещены (на фигуре совмещенные оси обозначены О) и антенные устройства заключены в единый преимущественно проточный кожух 20, выполненный, например, в виде трубы крестообразного сечения с поглощающей электромагнитное излучение внутренней поверхностью, с обеспечением экранирования электромагнитного излучения, приходящего из задней полусферы пространства, и электромагнитного излучения соответствующего маяка, отраженного от поверхности объекта.Of practical interest is a system (FIG. 2 c), in which the symmetry axes of AA and BB of the antenna devices for determining the azimuth and elevation directions are aligned (the aligned axes are indicated by O in the figure) and the antenna devices are enclosed in a predominantly
С целью повышения точности радиопеленгации или, например, для привода объекта в заданную вертикальную плоскость с заданным азимутальным направлением и осуществления движения объекта в этой плоскости над поверхностью Земли система содержит дополнительно по крайней мере еще один соответствующий маяк, при этом основной и дополнительный маяки установлены в заданных местах, разнесенных друг от друга вдоль линии пересечения поверхности Земли с указанной вертикальной плоскостью. При этом частоты и модуляции электромагнитных излучений передающих систем дополнительного и основного маяков не обязательно одинаковые. В этом случае осуществляется привод объекта на линию, соединяющую эти маяки, с большей точностью.In order to increase the accuracy of radio direction finding or, for example, to drive an object into a given vertical plane with a given azimuthal direction and to make the object move in this plane above the Earth's surface, the system additionally contains at least one more corresponding beacon, while the main and additional beacons are installed in the specified places spaced from each other along the line of intersection of the Earth's surface with a specified vertical plane. In this case, the frequencies and modulations of electromagnetic radiation of the transmitting systems of the additional and main beacons are not necessarily the same. In this case, the object is driven to the line connecting these beacons with greater accuracy.
Результативность и эффективность использования предлагаемой системы состоит в следующем.The effectiveness and efficiency of using the proposed system is as follows.
Изобретение позволяет увеличить точность пеленгации и ориентации в пространстве объекта и выдерживания заданной траектории и тем самым повысить безопасность посадки ЛА, упростить и уменьшить весогабаритные характеристики соответствующего бортового оборудования объекта, система всепогодна, возможно использование одной частоты электромагнитного излучения маяка для ориентации по азимуту и углу места, а также возможно применение одного маяка. Система относительно проста в реализации, ее точность близка к системам лазерной ориентации, в том числе при посадке, но лишена ее недостатков, легко вписывается в применение с другими системами радиопеленгации и навигации.The invention allows to increase the accuracy of direction finding and orientation in the object’s space and to maintain a given trajectory and thereby increase the safety of aircraft landing, simplify and reduce the weight and size characteristics of the corresponding on-board equipment of the object, the weatherproof system, it is possible to use one frequency of the electromagnetic radiation of the beacon for orientation in azimuth and elevation, and it is also possible to use one beacon. The system is relatively simple to implement, its accuracy is close to laser orientation systems, including during landing, but devoid of its shortcomings, easily fits into the application with other radio direction finding and navigation systems.
Таким образом, отличительные признаки заявляемой системы для определения пространственного положения объекта обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы условию "новизны".Thus, the distinctive features of the claimed system for determining the spatial position of the object provide the emergence of new properties that are not achieved in the prototype and analogues. The analysis made it possible to establish: analogues with a set of features identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the conformity of the claimed system to the “novelty” condition.
Результаты поиска известных решений в области радиопеленгации, радионавигации и связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной системы, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".The search results for known solutions in the field of direction finding, radio navigation and communication in order to identify features that match the distinctive features of the claimed system from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. Also, the popularity of the influence of the actions provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified result was not revealed. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005108031/09A RU2285932C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | System for determining spatial position of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005108031/09A RU2285932C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | System for determining spatial position of object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2285932C1 true RU2285932C1 (en) | 2006-10-20 |
Family
ID=37437980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005108031/09A RU2285932C1 (en) | 2005-03-22 | 2005-03-22 | System for determining spatial position of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285932C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505786C2 (en) * | 2012-04-17 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | System and method for determining spatial position and heading of airborne vehicle |
| RU2576466C2 (en) * | 2014-10-13 | 2016-03-10 | Александр Абрамович Часовской | Device for searching pulse emitters |
-
2005
- 2005-03-22 RU RU2005108031/09A patent/RU2285932C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авиационная радионавигация. Справочник под ред. Сосновского А.А. - М.: Транспорт, 1990, с.151. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505786C2 (en) * | 2012-04-17 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | System and method for determining spatial position and heading of airborne vehicle |
| RU2576466C2 (en) * | 2014-10-13 | 2016-03-10 | Александр Абрамович Часовской | Device for searching pulse emitters |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3296760B1 (en) | Method and system for testing radar systems | |
| US8886373B2 (en) | System and method for assisting in the decking of an aircraft | |
| CN105892483A (en) | Miniature SAR remote sensing observation method based on multi-rotor unmanned aerial vehicle | |
| CN104980236B (en) | The method of testing of low orbit satellite Ka frequency range data receiving system tracking performances | |
| CN110456655B (en) | Microwave landing simulation system | |
| RU2282867C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| CN104777448B (en) | Unmanned plane recovery system and method based on pulse piloting system and pseudo satellite, pseudolite field | |
| RU190804U1 (en) | Device for providing navigation and landing of shipboard aircraft | |
| US20160340056A1 (en) | Precision guidance method and system for aircraft approaching and landing | |
| RU2285933C1 (en) | System for determining spatial position of object | |
| RU2285932C1 (en) | System for determining spatial position of object | |
| RU2501031C2 (en) | Method for flight inspection of ground-based radio flight support equipment and apparatus for realising said method | |
| RU2578168C1 (en) | Global terrestrial-space detection system for air and space objects | |
| RU2282869C1 (en) | System for determination of object spatial attitude | |
| Rieth et al. | Aircraft to ground-station C-band channel—Small airport scenario | |
| RU2282866C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| Eltahier et al. | Review of instrument landing system | |
| RU2282864C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| US20220413128A1 (en) | Guidance system for leading an aircraft to a reference point; associated guidance method | |
| RU2214943C1 (en) | Method of landing flying vehicle | |
| RU2363009C1 (en) | System to determine spatial position of objects | |
| RU2282865C1 (en) | System for determination of object spatial attitude | |
| RU2282868C1 (en) | Method for determination of object spatial attitude | |
| CN219225066U (en) | GPS-free positioning system for forest rescue | |
| AU600963B2 (en) | Microwave rendezvous system for aerial refueling |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110323 |