RU2465611C1 - Method of measuring boresight error of aircraft antenna dome fitted with onboard radar station - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method involves measuring angular displacement of the equisignal direction of the antenna at a given turning angle of the antenna with the dome and determining boresight error depending on the turning angle. To this end, the onboard radar station measures bearing angles of radar antenna reflectors mounted on the ground and determines reference bearing angles by recalculating known geodesic coordinates (latitude φ, longitude λ and altitude h) of radar reflectors and current geodesic coordinates of the aircraft, generated by its navigation system, and boresight error is determined by calculating the difference between reference bearing angles and bearing angle values measured by the onboard radar station.

EFFECT: easy and cheap compensation for boresight error of the antenna dome of a radar station mounted on aircraft.

Description

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности к радиолокационным устройствам, и может быть использовано для компенсации пеленгационных ошибок системы антенна-обтекатель бортовой радиолокационной техники.The present invention relates to aeronautical engineering, in particular to radar devices, and can be used to compensate for direction-finding errors of the radome antenna-fairing system.

Известен способ компенсации пеленгационных ошибок антенна-обтекатель [Пригода В.А. и др. «Обтекатели антенн летательных аппаратов» - М.: Машиностроение, 1970 г., стр.265-268; «Методы измерения характеристик антенн СВЧ». Под ред. Н.М.Цейтлина. - М.: Радио и связь, 1985, стр.334], состоящий в замере на стенде вносимых обтекателем ошибок пеленгации и их фиксации для разных угловых значений с последующим использованием замеренных величин в качестве вычитаемых поправок при пеленгации целей БРЛС в составе самолета.A known method of compensating direction-finding errors antenna-fairing [Prigoda VA and others. "Aircraft antenna fairings" - M.: Mechanical Engineering, 1970, pp. 265-268; "Methods for measuring the characteristics of microwave antennas." Ed. N.M. Zeitlina. - M .: Radio and communications, 1985, p. 344], consisting in measuring the direction-finding errors introduced by the fairing and fixing them for different angular values, followed by the use of the measured values as deductible corrections for direction-finding radar targets in the aircraft.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является [RU 2162232 С1 «Способ измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель», опубл. 20.01.2001 г.], заключающийся в измерении углового смещения электрической оси антенны на заданном угле поворота поворотного устройства с обтекателем относительно первоначального положения электрической оси антенны без обтекателя и определении зависимости пеленгационных ошибок от угла поворота поворотного устройства с обтекателем. Далее определяют зависимость углового смещения электрической оси антенны от угла поворота поворотного устройства без обтекателя, выделяют из этой зависимости составляющую углового смещения электрической оси антенны, вносимого поворотным устройством на различных углах поворота, путем исключения флюктуационной составляющей углового смещения электрической оси, вносимого дифракцией электромагнитных волн, а затем корректируют зависимость пеленгационных ошибок системы антенна-обтекатель от угла поворота поворотного устройства путем вычитания из измеренного углового смещения электрической оси антенны на заданном угле поворота поворотного устройства с обтекателем выделенной составляющей углового смещения электрической оси антенны, вносимого поворотным устройством на том же угле поворота.The closest in technical essence to the present invention is [RU 2162232 C1 "Method for measuring direction-finding errors of antenna-fairing systems", publ. January 20, 2001], which consists in measuring the angular displacement of the electric axis of the antenna at a given angle of rotation of the rotary device with a cowl relative to the initial position of the electric axis of the antenna without cowling and determining the dependence of direction-finding errors on the angle of rotation of the rotary device with cowl. Next, the dependence of the angular displacement of the electric axis of the antenna on the angle of rotation of the rotary device without a fairing is determined, the component of the angular displacement of the electric axis of the antenna introduced by the rotary device at different angles of rotation is extracted from this dependence by eliminating the fluctuation component of the angular displacement of the electric axis introduced by diffraction of electromagnetic waves, and Then, the dependence of direction-finding errors of the antenna-fairing system on the rotation angle of the rotary device is corrected by subtracting from the measured angular displacement of the electric axis of the antenna at a given angle of rotation of the rotary device with a fairing selected component of the angular displacement of the electric axis of the antenna introduced by the rotary device at the same angle of rotation.

В этом способе при оценке вносимых обтекателем ошибок в качестве измерителя эталонной величины углового положения облучающей испытываемую систему вспомогательной антенны используются инструментальные средства стенда, например теодолит или его аналог, измеряющий угловое положение вспомогательной антенны относительно привалочной плоскости или оси симметрии системы антенна-обтекатель.In this method, when evaluating errors introduced by the radome, as a measure of the reference value of the angular position of the auxiliary antenna irradiating the system under test, bench tools are used, for example, theodolite or its analogue, which measures the angular position of the auxiliary antenna relative to the attachment plane or axis of symmetry of the antenna-fairing system.

Недостатком этого способа компенсации пеленгационных ошибок для системы антенна-обтекатель бортовой радиолокационной станции (БРЛС) является осуществление замера вносимых обтекателем ошибок инструментальными средствами стенда, по составу и размещению не соответствующими условиям фактического применения БРЛС на борту самолета. Это обстоятельство может существенно уменьшить эффективность компенсации ошибок пеленгации системы антенна-обтекатель в эксплуатации. Кроме того, использование такого метода подразумевает наличие громоздкого и дорогого стенда высокочастотных измерений и в течение всего срока службы РЛС и обтекателей, соблюдение жесткой технологической дисциплины по ведению баз данных ошибок, учету ошибок при замене и ремонте обтекателей и антенн, периодическое повторение калибровки и юстировки антенн и обтекателей. Все это усложняет и удорожает эксплуатацию бортовой радиолокационной техники. Поэтому необходима разработка процедуры измерения и учета пеленгационных ошибок системы «антенна-обтекатель», реализуемой, во-первых, в течение срока службы техники в рамках проведения регламентных работ самолета в местах его эксплуатации и, во-вторых, упрощающее приборное, методическое и организационное обеспечение проводимых работ.The disadvantage of this method for compensating direction-finding errors for the antenna-fairing system of an airborne radar station is the measurement of errors introduced by the fairing by the stand tools, in composition and placement that do not correspond to the conditions of the actual use of the radar station on board the aircraft. This circumstance can significantly reduce the efficiency of error correction for direction finding of the antenna-fairing system in operation. In addition, the use of this method implies the presence of a cumbersome and expensive high-frequency measurement stand and throughout the life of the radar and radomes, adherence to strict technological discipline for maintaining error databases, accounting for errors when replacing and repairing radomes and antennas, periodically repeating calibration and alignment of antennas and fairings. All this complicates and increases the cost of operation of airborne radar equipment. Therefore, it is necessary to develop a procedure for measuring and accounting for direction-finding errors of the antenna-fairing system, which is implemented, firstly, during the life of the equipment as part of the scheduled maintenance of the aircraft in the field of operation and, secondly, simplifying instrumentation, methodological and organizational support ongoing work.

Техническим результатом предлагаемого «Способа измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель самолета с установленной на нем бортовой радиолокационной станцией» является упрощение и удешевление работ по компенсации ошибок пеленгации системы «антенна-обтекатель» бортовой радиолокационной станции (БРЛС), установленной на самолете.The technical result of the proposed "Method for measuring direction-finding errors of antenna-fairing systems of an aircraft with an airborne radar station installed on it" is to simplify and reduce the cost of compensating for direction-finding errors of the antenna-fairing system of an airborne radar station installed on the aircraft.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в измерении углового смещения равносигнального направления антенны на заданном угле поворота антенны с обтекателем и определении пеленгационных ошибок в зависимости от угла поворота. Новым в предлагаемом способе является то, что одновременно производят измерение бортовой радиолокационной станцией углов пеленгации установленных на земле радиолокационных отражателей антенны и определение эталонных углов пеленгации путем пересчета известных геодезических координат (широты φ, долготы λ и высоты h) радиолокационных отражателей и текущих геодезических координат самолета, формируемых его навигационной системой, а определение пеленгационных ошибок производят вычислением разницы между эталонными углами пеленгации и величинами углов пеленгации, измеренными бортовой радиолокационной станцией. Расчет углов пеленгации из геодезических координат носит название «обратной геодезической задачи в пространственной системе координат [М.Машимов. «Теоретическая геодезия». Москва. «Недра». 1991].The essence of the invention consists in measuring the angular displacement of the equal-signal direction of the antenna at a given angle of rotation of the antenna with a cowl and determining direction-finding errors depending on the angle of rotation. New in the proposed method is that at the same time the onboard radar station measures the direction finding angles of the radar reflectors of the antenna installed on the ground and determines the reference direction finding angles by recalculating the known geodetic coordinates (latitude φ, longitude λ and height h) of the radar reflectors and the current geodetic coordinates of the aircraft, formed by its navigation system, and the determination of direction-finding errors is made by calculating the difference between the reference direction-finding angles and direction finding angles measured by the airborne radar station. The calculation of direction finding angles from geodetic coordinates is called the “inverse geodesic problem in a spatial coordinate system [M.Mashimov. "Theoretical Surveying." Moscow. "Bosom". 1991].

Измерение пеленгационных ошибок и их компенсация производится следующим образом.The measurement of direction finding errors and their compensation is as follows.

Самолет, снабженный навигационной системой, определяющей его текущие геодезические координаты, летит по заданной траектории с включенной БРЛС, измеряющей углы пеленгации - азимут (A3) и угол места (УМ) наземных радиолокационных отражателей с известными геодезическими координатами. Результаты измерения угловых координат этих ориентиров регистрируются БРЛС на борту самолета в режиме реального времени. Одновременно в этой же временной шкале регистрируются текущие геодезические координаты самолета, формируемые бортовой навигационной системой. По завершении пеленгации наземных радиолокационных отражателей производят расчет эталонных величин азимута (АЗэт) и угла места (УМэт) путем решения обратной геодезической задачи для каждой точки траектории полета, где БРЛС пеленгует наземные радиолокационные отражатели, и расчет ошибок пеленгации путем вычитания из замеренных БРЛС значений A3 и УМ эталонных углов пеленгации:An aircraft equipped with a navigation system that determines its current geodetic coordinates flies along a predetermined trajectory with the radar turned on, measuring direction-finding angles — azimuth (A3) and elevation angle (UM) of ground-based radar reflectors with known geodetic coordinates. The results of measuring the angular coordinates of these landmarks are recorded by radar on board the aircraft in real time. At the same time, the current geodetic coordinates of the aircraft formed by the on-board navigation system are recorded in the same timeline. Upon completion of the direction finding of ground-based radar reflectors, the reference azimuth (AZet) and elevation angle (UMet) are calculated by solving the inverse geodesic problem for each point of the flight path, where the radar is finding the ground-based radar reflectors and calculating direction finding errors by subtracting the values of A3 and UM reference direction finding angles:

ΔАЗ=А3-АЗэт, ΔУМ=УМ-УМэт.ΔAZ = А3-АЗет, ΔУМ = УМ-УМет.

Описанные операции могут быть выполнены как инструментальной наземной системой обработки, так собственным вычислительным комплексом БРЛС.The described operations can be performed as instrumental ground processing system, as well as its own radar computing system.

Полученные величины ΔАЗ и ΔУМ вносятся в двумерные массивы ΔAЗ=f(AЗ, УМ) и ΔУМ=f(АЗ, УМ) энергонезависимого запоминающего устройства (ЭЗУ) БРЛС и используются в дальнейшей эксплуатации самолета и БРЛС в качестве вычитаемых поправок при пеленгации целей в соответствии с выражениями:The obtained ΔAZ and ΔУМ values are entered into two-dimensional arrays ΔАЗ = f (АЗ, УМ) and ΔУМ = f (АЗ, УМ) of the non-volatile storage device (EZU) of the radar and are used in the further operation of the aircraft and radar as deductible corrections in the direction finding of targets in accordance with with expressions:

АЗкорр=А3 изм-ΔАЗ,AZKorr = A3 ISM-ΔAZ,

УМкорр=УМизм-ΔУМ,UMcorr = UMism-ΔUM,

где: АЗизм, УМизм - углы пеленгации, измеренные БРЛС;where: AZism, UMism - direction finding angles measured by radar;

ΔAЗ=f(AЗ, УM) и ΔУМ=f(АЗ, УМ) - ошибки углов пеленгации, взятые из массивов ЭЗУ;ΔAЗ = f (АЗ, УМ) and ΔУМ = f (АЗ, УМ) are the errors of direction finding angles taken from the arrays of the electronic control devices;

АЗкорр, УМкорр - откорректированные величины измеренных углов пеленгации.AZkorr, UMkorr - adjusted values of the measured direction finding angles.

Предлагаемый способ был исследован путем математического моделирования процесса пеленгации наземных целей бортовой РЛС и расчета «обратной геодезической задачи». Полученные точности поправок углов пеленгации не превысили 0,1°, что позволяет применить это метод на практике.The proposed method was investigated by mathematical modeling of the direction finding process of ground targets of an airborne radar and the calculation of the "inverse geodetic problem". The obtained accuracy of the corrections of the direction finding angles did not exceed 0.1 °, which allows us to apply this method in practice.

Использование эталонных величин углового положения пеленгуемых наземных целей данных «обратной геодезической задачи» является преимуществом предлагаемого метода определения ошибок пеленгации перед указанным прототипом, т.к.:The use of reference values of the angular position of direction finding ground targets of the data of the “inverse geodetic problem” is an advantage of the proposed method for determining direction finding errors over the specified prototype, because:

- устраняется необходимость наличия специального стенда антенных измерений; развертывание и эксплуатация таких стендов для бортовых РЛС в местах дислокации авиационной техники практически невозможно;- eliminates the need for a special antenna measurement bench; the deployment and operation of such stands for airborne radars in places of deployment of aircraft is almost impossible;

- замер пеленгационных ошибок производится для реального размещения антенны БРЛС и обтекателя на самолете, что снижает влияние неточностей, связанных с разницей состава и размещения системы на стенде и самолете;- direction finding errors are measured for the actual placement of the radar antenna and radome on the aircraft, which reduces the effect of inaccuracies associated with the difference in the composition and placement of the system on the stand and the aircraft;

- процедура измерения и учета ошибок может выполняться в течение срока службы техники в рамках проведения регламентных работ и облета самолета в местах его эксплуатации, не требует (за исключением наличия наземных отражателей с известными координатами) дополнительного приборного и методического обеспечения при минимальном организационном обеспечении проводимых работ.- the procedure for measuring and accounting errors can be performed during the service life of the equipment as part of routine maintenance and overflight of the aircraft in the places of its operation, it does not require (except for the presence of ground reflectors with known coordinates) additional instrument and methodological support with minimal organizational support for the work.

Claims (1)

Способ измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель самолета с установленной на нем бортовой радиолокационной станцией, основанный на измерении углового смещения равносигнального направления антенны на заданном угле поворота антенны с обтекателем и определении пеленгационных ошибок в зависимости от угла поворота, отличающийся тем, что одновременно производят измерение бортовой радиолокационной станцией углов пеленгации установленных на земле радиолокационных отражателей антенны и определение эталонных углов пеленгации путем пересчета известных геодезических координат радиолокационных отражателей и текущих геодезических координат самолета, формируемых его навигационной системой, а определение пеленгационных ошибок производят вычислением разницы между эталонными углами пеленгации и величинами углов пеленгации, измеренными бортовой радиолокационной станцией. A method for measuring direction-finding errors of an aircraft-cowl antenna system with an airborne radar station installed on it, based on measuring the angular displacement of the antenna direction of rotation at a given angle of rotation of the antenna with a cowl and determining direction-finding errors depending on the angle of rotation, characterized in that they simultaneously measure the airborne radar station of direction finding angles of ground-mounted radar reflectors of the antenna and determination of reference angles of diapers ation by converting the known geodetic coordinates and current radar reflectors geodetic coordinate plane formed by its navigation system, and the definition of the direction-finding errors calculates a difference between the reference angle and DF DF angle values measured by the onboard radar.