RU2707269C1 - Aircraft navigation method and device for its implementation - Google Patents

Aircraft navigation method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2707269C1
RU2707269C1 RU2019101536A RU2019101536A RU2707269C1 RU 2707269 C1 RU2707269 C1 RU 2707269C1 RU 2019101536 A RU2019101536 A RU 2019101536A RU 2019101536 A RU2019101536 A RU 2019101536A RU 2707269 C1 RU2707269 C1 RU 2707269C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
input
circulator
amplitude
signal
Prior art date
Application number
RU2019101536A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Львович Кунилов
Мария Михайловна Ивойлова
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2019101536A priority Critical patent/RU2707269C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707269C1 publication Critical patent/RU2707269C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20Instruments for performing navigational calculations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/46Indirect determination of position data
    • G01S13/48Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5244Adaptive clutter cancellation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radar ranging.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radar equipment (RRC). Result is achieved due to the fact that in the aircraft navigation method, radio waves are emitted on three non-overlapping beams simultaneously, the beam signals are generated from one continuous harmonic oscillation by its amplitude modulation with a low-frequency harmonic oscillation, subsequent conversion of the received signal into an amplitude-modulated sequence of phase-modulated radio pulses of a given duration, which is divided by frequency filtering into three radio pulse sequences, wherein the reflected radio waves are received by the same three beams and treated by a correlation method. Device intended for method implementation contains transmitting device including master oscillator, amplitude-pulse modulator, power amplifier, amplitude modulator, power divider, phase modulator, continuous harmonic signal generator and code sequence generator. Common part of receiving and transmitting devices comprises a Y-circulator, an antenna, a pulse generator, a band-pass filter tuned to the frequency range of the first beam, a second Y-circulator, a band-pass filter tuned to the frequency range of the second beam, and the second beam antenna, the third Y-circulator, the band-pass filter tuned to the third beam frequency band, and the third beam antenna. Receiving device comprises a protection device designed to protect a receiving device from input signals and high-level interference, a low-noise amplifier, a quadrature phase detector, a frequency-selective device which is in form of a first frequency separator, a second frequency separator, second and third quadrature phase detectors, inputs of each of three detectors are connected to three outputs of the first frequency separator, and inputs of the reference signal of these detectors are connected to outputs of the second frequency separator.
EFFECT: technical result is faster RRC, as well as accuracy of determining the location of aircraft (AC) when moving at high speeds and increasing range of altitude during flight.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении радиолокаторов рельефометрических систем (РРС), предназначенных для определения местоположения летательных аппаратов (ЛА) в соответствии с корреляционно-экстремальным принципом навигации.The invention relates to the field of radar technology and can be used in the construction of radar relief systems (RRS), designed to determine the location of aircraft (LA) in accordance with the correlation-extreme principle of navigation.

Реализация данного принципа заключается в составлении текущей карты местности (ТКМ) по данным измерений параметров мерного участка подстилающей поверхности однолучевым или многолучевым радиолокатором с последующим сравнением ТКМ с эталонной картой местности (ЭКМ), находящейся на борту ЛА до начала его движения. Вычисляют сигнал коррекции местоположения ЛА на основе анализа различий (взаимных смещений) ЭКМ и ТКМ мерного участка [Ржевкин, В.А. Автономная навигация по картам местности / В. А. Ржевкин // Зарубежная радиоэлектроника. - 1981. - №10. - С.3-28].The implementation of this principle is to compile a current terrain map (TKM) according to measurements of the parameters of the measured area of the underlying surface with a single-beam or multi-beam radar, followed by a comparison of the TKM with the reference terrain map (ECM) on board the aircraft before it begins to move. The aircraft location correction signal is calculated based on the analysis of differences (mutual displacements) of the ECM and TKM of the measured section [Rzhevkin, V.A. Autonomous navigation on terrain maps / V. A. Rzhevkin // Foreign Radio Electronics. - 1981. - No. 10. - S.3-28].

Известен способ навигации ЛА [Патент 2598000 РФ, МПК G01S 13/91 (2006.01). Способ автономной навигации летательных аппаратов / Кашин А.В., Хрусталев А.А., Кунилов А.Л., Ивойлова М.М.; заявители и патентообладатели Госкорпорация «Росатом», ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова». - 2015154920/07; заявлено 21.12.15; опубликовано 20.09.16, Бюл. №26], выбранный за аналог.A known method of navigation aircraft [RF Patent 2598000, IPC G01S 13/91 (2006.01). The method of autonomous navigation of aircraft / Kashin A.V., Khrustalev A.A., Kunilov A.L., Ivoylova M.M .; applicants and patent holders State Corporation "Rosatom", Federal State Unitary Enterprise "Federal Scientific Research Center for Scientific Research NIIIS named after Yu.E. Sedakova. " - 2015154920/07; stated 12/21/15; published on September 20, 2016, Byul. No. 26], selected for the analogue.

Реализация способа заключается в определении наклонных дальностей ЛА до подстилающей поверхности по нескольким лучам, в каждом из которых излучают и принимают радиоволны в виде последовательности радиоимпульсов, начальные фазы которых модулированы М-последовательностью (МП), ортогональной модулирующим М-последовательностям радиоволн в других лучах, при этом радиоволны излучают одновременно на общей для всех лучей частоте. Отраженные волны разделяют по лучам и определяют наклонные дальности корреляционным способом с использованием модулирующих М-последовательностей в качестве опорных функций или способом согласованной фильтрации с использованием модулирующих М-последовательностей в качестве весовых коэффициентов. Таким образом, в РРС осуществляется кодовое разделение сигналов лучей принимаемых одновременно. Увеличение количества используемых лучей ведет к существенному увеличению поступаемой информации за один такт измерения, что уменьшает время измерений местоположения ЛА. Недостатки аналога следующие:The implementation of the method consists in determining the inclined ranges of the aircraft to the underlying surface according to several beams, in each of which radio waves are emitted and received in the form of a sequence of radio pulses, the initial phases of which are modulated by an M-sequence (MP) orthogonal to modulating M-sequences of radio waves in other beams, this radio waves emit simultaneously at a common frequency for all the rays. The reflected waves are separated by rays and the slant ranges are determined by a correlation method using modulating M-sequences as reference functions or by a matched filtering method using modulating M-sequences as weighting factors. Thus, in the RRS is a code division of the signals of the rays received simultaneously. The increase in the number of rays used leads to a significant increase in the information received per measurement step, which reduces the time of measuring the location of the aircraft. The disadvantages of the analogue are as follows:

- недостаточная точность составления ТКМ при существенно различных уровнях принимаемых сигналов используемых лучей;- insufficient accuracy of compilation of TCM with significantly different levels of received signals of the used rays;

- сложность практической реализации способа.- the complexity of the practical implementation of the method.

Причина первого недостатка обусловлена тем, что при разделении принимаемых сигналов лучей, в случае уменьшения амплитуды некоторых из них по сравнению с другими, наблюдается уменьшение уровней главных максимумов корреляционных функций суммарного принимаемого сигнала всех лучей и соответствующих малым сигналам модулирующих последовательностей.The reason for the first drawback is due to the fact that when the received signals of the rays are separated, in the case of a decrease in the amplitude of some of them compared to others, there is a decrease in the levels of the main maxima of the correlation functions of the total received signal of all the rays and modulating sequences corresponding to small signals.

Значения корреляционных интегралов Kj0), являющихся результатом взаимно-корреляционной обработки огибающей принимаемого суммарного сигнала uΣ(t) и опорных сигналов u0j(t) трех лучей, можно определить какThe values of the correlation integrals K j0 ), which are the result of cross-correlation processing of the envelope of the received total signal u Σ (t) and the reference signals u 0j (t) of three rays, can be defined as

Figure 00000001
Figure 00000001

где τ0 - задержка опорного сигнала j-того луча, Аi- амплитуда принимаемого сигнала i-того луча, Kjj0) - корреляционные функции сигнала i-того луча и j-того опорного сигнала [Кашин, А.В. О возможности применения CDMA-технологии в трехлучевом радиолокаторе системы автономной навигации / А.В. Кашин, А.Л. Кунилов, М.М. Ивойлова // Материалы XXIII Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» ИСТ-2017. - Н.Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - 2017. - С. 1302-1306].where τ 0 is the delay of the reference signal of the j- th beam, And i is the amplitude of the received signal of the i-th beam, K jj0 ) are the correlation functions of the signal of the i-th beam and j-th reference signal [Kashin, A.V. On the possibility of using CDMA technology in a three-beam radar of an autonomous navigation system / A.V. Kashin, A.L. Kunilov, M.M. Ivoilova // Materials of the XXIII International Scientific and Technical Conference "Information Systems and Technologies" IST-2017. - N. Novgorod: NSTU named after R.E. Alekseeva. - 2017. - S. 1302-1306].

Полученные с использованием (1) графики корреляционных интегралов Kj0), при различных значениях Ai (фиг. 1) наглядно демонстрируют, что малые сигналы могут оказаться скрыты в корреляционных шумах больших сигналов, что в свою очередь может привести к потере информации, получаемой по данным лучам.The graphs of correlation integrals K j0 ) obtained using (1) for various values of A i (Fig. 1) clearly demonstrate that small signals can be hidden in the correlation noise of large signals, which in turn can lead to loss of information obtained by these rays.

Причина второго недостатка обусловлена тем, что для реализации данного способа необходимо многоканальное приемопередающее устройство, количество каналов в котором соответствует количеству лучей, с амплитудно-фазовым модулятором в каждом канале передатчика, управляемым ортогональными модулирующими последовательностями, и корреляторами или согласованными фильтрами в каждом канале приемника для раскодирования принимаемых сигналов лучей.The reason for the second drawback is that in order to implement this method, a multi-channel transceiver is necessary, the number of channels in which corresponds to the number of rays, with an amplitude-phase modulator in each channel of the transmitter controlled by orthogonal modulating sequences, and correlators or matched filters in each channel of the receiver for decoding received signal beams.

Известен способ навигации ЛА [Патент 2284544 РФ, МПК G01S 5/02 (2006.01) G01C 21/20 (2006.01). Способ навигации летательных аппаратов / Хрустал ев А.А., Кольцов Ю.В., Рындык А.Г., Плужников А.Д., Потапов Н.Н., Егоров С.Н.; заявители и патентообладатели Госкорпорация «Роса-том», ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова». - №2005116497/09; заявлено 30.05.05; опубликовано 27.09.06, Бюл. №27] на основе РРС с использованием радиоволн, излучающихся последовательно в виде трех или более лучей, выбранный за прототип.A known method of navigation aircraft [RF Patent 2284544, IPC G01S 5/02 (2006.01) G01C 21/20 (2006.01). Aircraft navigation method / Khrustal ev A.A., Koltsov Yu.V., Ryndyk A.G., Pluzhnikov A.D., Potapov N.N., Egorov S.N .; applicants and patent holders Rosa-tom State Corporation, Federal State Unitary Enterprise Federal Research Center for Scientific Research Yu.E. Sedakova. " - No. 2005116497/09; claimed 05/30/05; published September 27, 2006, Byul. No. 27] based on RRS using radio waves emitted sequentially in the form of three or more rays, selected as a prototype.

Реализация способа заключается в составлении ТКМ путем измерения параметров мерного участка с помощью радиоволн, при излучении представляющих собой лучи, которые воздействуют на подстилающую поверхность последовательно (фиг. 2, где поз. 1 - луч 1, поз. 2 - луч 2, поз. 3 - луч 3). Определяют местоположение ЛА на основе полученных измерений наклонных дальностей, сигнал коррекции движения ЛА вычисляют в соответствии с дифференциально-разностным алгоритмом обработки многолучевых измерений (ДРАОМИ). Таким образом, в данной РРС осуществляется временное разделение принимаемых последовательно сигналов лучей.The implementation of the method consists in compiling TKM by measuring the parameters of the measured area using radio waves, when emitted are rays that act on the underlying surface sequentially (Fig. 2, where pos. 1 - beam 1, pos. 2 - beam 2, pos. 3 - beam 3). The location of the aircraft is determined on the basis of the obtained measurements of the inclined ranges, the signal for correcting the movement of the aircraft is calculated in accordance with the differential-difference algorithm for processing multipath measurements (DRAOMI). Thus, in this RRS is a temporary separation of sequentially received signals of the rays.

Известно устройство [СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Книга 1 / А.И. Белоус, М.К. Мерданов, С.В. Шведов - М.: Изд-во Техносфера, 2016. - С. 55], с помощью которого возможна реализация способа-прототипа навигации ЛА, выбранное за устройство-прототип. Структурная схема данного устройства приведена на фиг. 3.A device [microwave electronics in radar and communication systems. Book 1 / A.I. Belous, M.K. Merdanov, S.V. Shvedov - M .: Technosphere Publishing House, 2016. - P. 55], with the help of which it is possible to implement the prototype method of aircraft navigation selected for the prototype device. The block diagram of this device is shown in FIG. 3.

Работа устройства-прототипа осуществляется следующим образом. Сигнал высокочастотного задающего генератора 1 поступает на вход амплитудно-импульсного модулятора 2, где модулируется по амплитуде видеоимпульсной последовательностью, сформированной генератором импульсов 4 и подающейся на модулирующий вход амплитудно-импульсного модулятора 2. Временная форма сформированного таким образом сигнала первого луча

Figure 00000002
) представляющего собой последовательность радиоимпульсов, имеет видThe operation of the prototype device is as follows. The signal of the high-frequency master oscillator 1 is fed to the input of the pulse-amplitude modulator 2, where it is modulated by the amplitude of the video pulse sequence generated by the pulse generator 4 and fed to the modulating input of the pulse-amplitude modulator 2. The temporal shape of the first beam signal thus formed
Figure 00000002
), which is a sequence of radio pulses, has the form

Figure 00000003
Figure 00000003

где U(t) - огибающая зондирующих радиоимпульсов; Т-период следования радиоимпульсов в последовательности; ω0 - частота несущего колебания;

Figure 00000004
, L - порядковый номер радиоимпульса и число радиоимпульсов в последовательности (длина последовательности
Figure 00000005
- сдвиг начальной фазы
Figure 00000004
-го радиоимпульса.where U (t) is the envelope of the probe radio pulses; T-period of the sequence of radio pulses in the sequence; ω 0 is the frequency of the carrier oscillation;
Figure 00000004
, L is the serial number of the radio pulse and the number of radio pulses in the sequence (sequence length
Figure 00000005
- shift of the initial phase
Figure 00000004
radio pulse.

Сигнал (2) усиливается в усилителе мощности 3, через Y-циркулятор 5 поступает на вход антенны 6 и излучается.The signal (2) is amplified in the power amplifier 3, through the Y-circulator 5 is fed to the input of the antenna 6 and is emitted.

Отраженный сигнал принимается той же антенной 6 и через Y-циркулятор 5 поступает на защитное устройство 7, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов 4, предохраняющее приемное устройство от входных сигналов и помех высоких уровней. Далее отраженный сигнал усиливается в малошумящем усилители 8 и через частотно-избирательное устройство 9, настроенное на частоту задающего генератора, поступает на вход квадратурного фазового детектора 10, при этом в качестве гетеродинного сигнала в детекторе 10 используется сигнал с выхода задающего генератора 1. Выделяемая квадратурным фазовым детектором 10 комплексная огибающая сигнала первого луча обрабатывается корреляционным способом или способом согласованной фильтрации.The reflected signal is received by the same antenna 6 and through the Y-circulator 5 is fed to a protective device 7, the control input of which is connected to the second output of the pulse generator 4, which protects the receiving device from input signals and high-level interference. Further, the reflected signal is amplified in low-noise amplifiers 8 and, through a frequency-selective device 9 tuned to the frequency of the master oscillator, is fed to the input of the quadrature phase detector 10, while the signal from the output of the master oscillator 1 is used as the local oscillator signal. Identified by the quadrature phase the detector 10, the complex envelope of the signal of the first beam is processed by a correlation method or a matched filtering method.

Описанная процедура формирования, излучения и приема сигнала первого луча повторяется последовательно еще дважды для второго и третьего лучей. С целью получения наклонных дальностей при переходе от первого ко второму лучу, от второго к третьему лучу и при переходе к новому циклу измерений антенна приемопередатчика поворачивается на некоторый заданный угол.The described procedure for the formation, emission and reception of the signal of the first beam is repeated successively twice more for the second and third rays. In order to obtain inclined ranges during the transition from the first to the second beam, from the second to the third beam, and when moving to a new measurement cycle, the transceiver antenna rotates at a certain given angle.

Недостатки прототипов следующие:The disadvantages of the prototypes are as follows:

- недостаточное быстродействие и точность определения текущего местоположения ЛА в процессе его движения над мерным участком с повышенными скоростями;- insufficient speed and accuracy of determining the current location of the aircraft in the process of its movement over the measured area with increased speeds;

- ограничения на высоты полета ЛА над мерным участком.- restrictions on aircraft altitude above the measured area.

Причиной первого недостатка является последовательный переход излучения и приема радиоволн с одного луча на другой луч, при котором за время излучения и приема по одному лучу ЛА перемещается относительно подстилающей поверхности и в результате при излучении и приеме радиоволн по другим лучам пятно засветки, дальность до которого определяется, оказывается смещено вперед по курсу полета ЛА. Это приводит к зависимости точности определения текущего местоположения ЛА от скорости его движения и длительности излучаемых радиоволн.The reason for the first drawback is the sequential transition of radiation and reception of radio waves from one beam to another beam, during which during the emission and reception of one beam the aircraft moves relative to the underlying surface and as a result, when the radiation and reception of radio waves by other rays, a spot of illumination, the distance to which is determined , is shifted forward in the flight direction of the aircraft. This leads to a dependence of the accuracy of determining the current location of the aircraft on the speed of its movement and the duration of the emitted radio waves.

Причина второго недостатка обусловлена тем, что: во-первых, с увеличением высоты полета ЛА возрастает требование к энергетическому потенциалу РРС, реализация которого в рамках данного способа при сохранении импульсной мощности излучаемых в каждом луче радиоволн возможна только за счет увеличения их длительности, что, как было сказано выше, приведет к росту ошибки определения местоположения ЛА над мерным участком; во-вторых, со снижением высоты полета ЛА возрастает требование к величине «мертвой» зоны РРС, реализация которого возможна при уменьшении длительности радиоволн, излучаемых в каждом луче, и повышении скорости перехода РРС как из режима излучения радиоволн в режим приема отраженных радиоволн в пределах одного луча, так и перехода с одного луча на другой, что может представлять техническую проблему.The reason for the second drawback is due to the fact that: firstly, with an increase in the flight altitude of the aircraft, the requirement for the RRS energy potential increases, the implementation of which in the framework of this method, while maintaining the pulse power of the radio waves emitted in each beam, is possible only by increasing their duration, which, as It was said above that will lead to an increase in the error in determining the location of the aircraft over the measuring section; secondly, with a decrease in the flight altitude of the aircraft, the requirement for the magnitude of the "dead" zone of RRS increases, the realization of which is possible with a decrease in the duration of the radio waves emitted in each beam and an increase in the rate of transition of the RRS from the mode of radiation of radio waves to the mode of receiving reflected radio waves within one beam, and the transition from one beam to another, which may be a technical problem.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение быстродействия радиолокационных рельефометрических систем, а также точности определения местоположения летательного аппарата при движении над мерным участком с повышенными скоростями и увеличении диапазона высот при полете.The technical result of the invention is to increase the speed of radar relief systems, as well as the accuracy of determining the location of the aircraft when moving over a measured area with increased speeds and increasing the altitude range during flight.

Технический результат достигается тем, что в способе навигации летательных аппаратов, заключающемся в определении наклонных дальностей летательного аппарата до подстилающей поверхности по трем узким лучам, посредством излучения радиоволн в направлении подстилающей поверхности, последующем приеме отраженных радиоволн и определении задержек принимаемых сигналов трех лучей относительно излучаемых сигналов, радиоволны излучают по трем не перекрывающимся по частотам лучам одновременно. Сигналы лучей формируют из одного непрерывного гармонического колебания путем его амплитудной модуляции низкочастотным гармоническим колебанием, последующего преобразования полученного ампли-тудно-модулированного сигнала с помощью амплитудно-импульсной и фазовой модуляций в амплитудно-модулированную последовательность фазо-модулированных радиоимпульсов заданной длительности, которую частотной фильтрацией разделяют на три последовательности радиоимпульсов, частоты которых соответствуют частотам лучей и равны частоте амплитуд-но-модулированного сигнала, нижней и верхней боковым частотами его спектра. При этом отраженные радиоволны принимают по тем же трем лучам и обрабатывают корреляционным способом с использованием модулирующей последовательности в качестве опорной функции или способом согласованной фильтрации с использованием модулирующей последовательности в качестве весовых коэффициентов.The technical result is achieved by the fact that in the method of navigation of aircraft, which consists in determining the inclined ranges of the aircraft to the underlying surface by three narrow beams, by emitting radio waves in the direction of the underlying surface, then receiving the reflected radio waves and determining the delays of the received signals of three rays relative to the emitted signals, Radio waves emit at three non-overlapping frequencies at the same time. Beam signals are formed from one continuous harmonic oscillation by amplitude modulating it with a low-frequency harmonic oscillation, then converting the resulting amplitude-modulated signal using amplitude-pulse and phase modulations into an amplitude-modulated sequence of phase-modulated radio pulses of a given duration, which is divided by frequency filtering into three sequences of radio pulses whose frequencies correspond to the frequencies of the rays and are equal to the frequency amplitude -but-modulated signal, the lower and upper sideband frequencies of its spectrum. In this case, the reflected radio waves are received along the same three beams and processed by the correlation method using a modulating sequence as a reference function or by a matched filtering method using a modulating sequence as weight factors.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, осуществляющем навигацию летательных аппаратов на основе определения их наклонных дальностей до подстилающей поверхности по трем лучам, передающее устройство которого содержит задающий генератор и последовательно соединенные амплитудно-импульсный модулятор с усилителем мощности; общая часть приемного и передающего устройств содержит Y-циркулятор, первое плечо которого подключено к усилителю мощности передающего устройства, и антенну, а также генератор импульсов, первый выход которого соединен с модулирующим входом амплитудно-импульсного модулятора передающего устройства; приемное устройство содержит защитное устройство, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, а выход подключен к входу малошумящего усилителя, который через частотно-избирательное устройство подключен к сигнальному входу квадратурного фазового детектора, введены следующие изменения. В передающее устройство введены последовательно соединенные амплитудный модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом задающего генератора, делитель мощности и фазовый модулятор, причем вход фазового модулятора соединен с первым выходом делителя мощности, а его выход соединен с сигнальным входом амплитудно-импульсного модулятора, введены генератор непрерывного гармонического сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом амплитудного модулятора, и генератор кодовой последовательности, выход которого соединен с модулирующим входом фазового модулятора. В общую часть приемного и передающего устройств введен первый полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон первого луча, подключенный одним вводом к второму плечу Y-циркулятора, другим вводом - к входу антенны, введены последовательно соединенные второй Y-циркулятор, второй полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон второго луча, и антенна второго луча, так что первое плечо второго Y-циркулятора соединено с третьим плечом Y-циркулятора, а второе плечо второго Y-циркулятора соединено с вводом второго полосно-пропускающего фильтра, введены последовательно соединенные третий Y-циркулятор, третий полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон третьего луча, и антенна третьего луча, так что первое плечо третьего Y-циркулятора соединено с третьим плечом второго Y-циркулятора, второе плечо третьего Y-циркулятора соединено с вводом третьего полосно-пропускающего фильтра, а третье плечо третьего Y-циркулятора соединено с входом защитного устройства приемного устройства. В приемном устройстве частотно-избирательное устройство, располагающееся после малошумящего усилителя, выполнено в виде первого частотного разделителя. В приемное устройство введен второй частотный разделитель, вход которого соединен с вторым выходом делителя мощности передающего устройства, введены второй и третий квадратурные фазовые детекторы, так что входы каждого из трех детекторов соединены с тремя выходами первого частотного разделителя, а входы опорного сигнала этих детекторов соединены с выходами второго частотного разделителя.The technical result is achieved in that in a device that navigates aircraft based on the determination of their inclined ranges to the underlying surface in three rays, the transmitting device of which contains a master oscillator and a pulse-amplitude modulator connected in series with a power amplifier; the common part of the receiving and transmitting devices comprises a Y-circulator, the first arm of which is connected to the power amplifier of the transmitting device, and an antenna, as well as a pulse generator, the first output of which is connected to the modulating input of the amplitude-pulse modulator of the transmitting device; the receiving device contains a protective device, the control input of which is connected to the second output of the pulse generator, and the output is connected to the input of a low-noise amplifier, which is connected through the frequency-selective device to the signal input of the quadrature phase detector, the following changes are introduced. A series-connected amplitude modulator, the signal input of which is connected to the output of the master oscillator, a power divider and a phase modulator, the input of the phase modulator connected to the first output of the power divider, and its output connected to the signal input of the amplitude-pulse modulator, a continuous generator a harmonic signal, the output of which is connected to the modulating input of the amplitude modulator, and a code sequence generator, the output of which is connected to the dimming input of the phase modulator. A first band-pass filter tuned to the frequency range of the first beam, connected by one input to the second arm of the Y-circulator, and the other input to the antenna input, the second Y-circulator connected in series, the second band-pass filter, is introduced into the common part of the receiving and transmitting devices a filter tuned to the frequency range of the second beam and the antenna of the second beam, so that the first arm of the second Y-circulator is connected to the third arm of the Y-circulator, and the second arm of the second Y-circulator is connected to the input of the second a glossy pass filter, a third Y-circulator connected in series, a third pass-pass filter tuned to the frequency range of the third beam, and an antenna of the third beam, so that the first arm of the third Y-circulator is connected to the third arm of the second Y-circulator, the second arm the third Y-circulator is connected to the input of the third band-pass filter, and the third arm of the third Y-circulator is connected to the input of the protective device of the receiving device. In the receiving device, the frequency-selective device located after the low-noise amplifier is made in the form of a first frequency splitter. A second frequency splitter is introduced into the receiving device, the input of which is connected to the second output of the power divider of the transmitting device, second and third quadrature phase detectors are introduced, so that the inputs of each of the three detectors are connected to three outputs of the first frequency splitter, and the reference signal inputs of these detectors are connected to the outputs of the second frequency splitter.

Предлагаемые способ и устройство навигации ЛА, а также способы и устройство навигации, выбранные за аналог и прототипы, поясняют рисунки, приведенные на фиг. 1-6.The proposed method and device for navigation of the aircraft, as well as the methods and device of navigation selected for analogue and prototypes, explain the figures shown in FIG. 1-6.

Фигура 1. Корреляционные функции суммарного принимаемого сигнала трех лучей с учетом различных амплитуд сигналов (А!, А2, А3), принимаемых по каждому лучу, и соответствующих каждому лучу модулирующих М-последовательностей.Figure 1. Correlation functions of the total received signal of three beams, taking into account the different amplitudes of the signals (A !, A 2 , A 3 ) received for each beam, and the corresponding modulating M-sequences for each beam.

Фигура 2. Схема расположения лучей РРС относительно мерного участка подстилающей поверхности при излучении и приеме радиоволн по трем узким лучам последовательно.Figure 2. The arrangement of the RRS rays relative to the measured portion of the underlying surface when radiating and receiving radio waves in three narrow beams in series.

Фигура 3. Структурно-функциональная схема устройства, осуществляющего способ навигации летательных аппаратов, выбранный за прототип.Figure 3. The structural and functional diagram of a device that implements the method of navigation of aircraft selected for the prototype.

На схеме фиг. 3 приняты следующие обозначения:In the diagram of FIG. 3 adopted the following notation:

для передающего устройства: 1 - задающий генератор (ЗГ), 2 - амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), 3 - усилитель мощности (УМ);for a transmitting device: 1 - master oscillator (ZG), 2 - amplitude-pulse modulator (AIM), 3 - power amplifier (PA);

для общей части приемного и передающего устройств: 4 - генератор импульсов (ГИ), 5 - Y-циркулятор (Ц1), 6 - антенна (А1);for the common part of the receiving and transmitting devices: 4 - pulse generator (GI), 5 - Y-circulator (C1), 6 - antenna (A1);

для приемного устройства: 7 - защитное устройство (ЗУ), 8 - малошумящий усилитель (МШУ), 9 - частотно-избирательное устройство (ЧИУ), 10 -квадратурный фазовый детектор (КФД1).for the receiving device: 7 - protective device (memory), 8 - low-noise amplifier (LNA), 9 - frequency-selective device (CIU), 10-quadrature phase detector (KFD1).

Фигура 4. Схема расположения лучей РРС относительно мерного участка подстилающей поверхности при излучении и приеме радиоволн по трем узким лучам одновременно.Figure 4. The arrangement of the RRS rays relative to the measured portion of the underlying surface when radiating and receiving radio waves in three narrow beams at the same time.

Фигура 5. Структурно-функциональная схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ навигации летательных аппаратов.Figure 5. Structural and functional diagram of a device that implements the proposed method of navigation of aircraft.

На схеме фиг. 5 приняты следующие обозначения:In the diagram of FIG. 5 adopted the following notation:

для передающего устройства: 1 - задающий генератор (ЗГ), 2 - амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), 3 - усилитель мощности (УМ), 11 -амплитудный модулятор (AM), 12 - делитель мощности (ДМ), 13 - фазовый модулятор (ФМ), 14 - генератор непрерывного гармонического сигнала (ГГС), 15 - генератор кодовой последовательности (ГК);for a transmitting device: 1 - master oscillator (ZG), 2 - amplitude-pulse modulator (AIM), 3 - power amplifier (UM), 11-amplitude modulator (AM), 12 - power divider (DM), 13 - phase modulator (FM), 14 - continuous harmonic signal (GHS) generator, 15 - code sequence generator (GC);

для общей части приемного и передающего устройств: 4 - генератор импульсов (ГИ), 5 - Y-циркулятор (Ц1), 6 - антенна (А1), 16 - первый полосно-пропускающие фильтр, настроенный на частотный диапазон первого луча (ППФ1), 17 - второй Y-циркулятор (Ц2), 18 - второй полосно-пропускающие фильтр, настроенный на частотный диапазон второго луча (ППФ2), 19 - антенна второго луча (А2), 20 - третий Y-циркулятор (Ц3), 21 - третий полосно-пропускающие фильтр, настроенный на частотный диапазон третьего луча (ППФ3), 22 - антенна третьего луча (A3); для приемного устройства: последовательно соединенные 7 - защитное устройство (ЗУ), 8 - малошумящий усилитель (МШУ), 10 - первый квадратурный фазовый детектор (КФД1), 23 - частотно-избирательное устройство в виде первого частотного разделителя (ЧР1), 24 - второй квадратурный фазовый детектор (КФД2), 25 - третий квадратурный фазовый детектор (КФД3), 26 - частотно-избирательное устройство в виде второго частотного разделителя (ЧР2).for the common part of the receiving and transmitting devices: 4 - pulse generator (GI), 5 - Y-circulator (Ts1), 6 - antenna (A1), 16 - first pass-pass filter tuned to the frequency range of the first beam (PPF1), 17 - the second Y-circulator (C2), 18 - the second band-pass filter tuned to the frequency range of the second beam (PPF2), 19 - the antenna of the second beam (A2), 20 - the third Y-circulator (C3), 21 - the third band-pass filter tuned to the frequency range of the third beam (PPF3), 22 - antenna of the third beam (A3); for the receiving device: connected in series 7 - protective device (memory), 8 - low noise amplifier (LNA), 10 - the first quadrature phase detector (KFD1), 23 - frequency-selective device in the form of a first frequency separator (CR1), 24 - second quadrature phase detector (KFD2), 25 - the third quadrature phase detector (KFD3), 26 - frequency-selective device in the form of a second frequency separator (PD2).

Фигура 6. Формируемый в передатчике амплитудно-фазомодулированный сигнал, имеющий три основные спектральные составляющие, до разделения по трем лучам - временная форма (а), спектральная форма (б).Figure 6. The amplitude-phase-modulated signal generated in the transmitter having three main spectral components, before separation by three beams, is time form (a), spectral form (b).

Фигура 7. Принимаемые по трем узким лучам сигналы - временные формы (а), спектральные формы (б).Figure 7. The signals received over three narrow beams are temporary forms (a), spectral forms (b).

Реализация предлагаемого способа навигации заключается в том, что радиоволны излучают и принимают, как показано на фиг. 4, по лучам 1-3, направленным в плоскости, ортогональной направлению движения и подстилающей поверхности. Луч 1 направлен вертикально вниз перпендикулярно плоскости подстилающей поверхности (фиг. 4, поз. 1), луч 2 располагается слева от луча 1 по направлению движения ЛА (фиг. 4, поз. 2), а луч 3 - справа (фиг. 4, поз. 3), причем все лучи располагают в одной вертикальной плоскости.An implementation of the proposed navigation method is that the radio waves emit and receive, as shown in FIG. 4, according to beams 1-3 directed in a plane orthogonal to the direction of motion and the underlying surface. Beam 1 is directed vertically downward perpendicular to the plane of the underlying surface (Fig. 4, pos. 1), beam 2 is located to the left of beam 1 in the direction of flight of the aircraft (Fig. 4, pos. 2), and beam 3 is on the right (Fig. 4, item 3), and all the rays are located in one vertical plane.

Непрерывный гармонический сигнал на несущей частоте подвергается однотональной амплитудной модуляции низкочастотным относительно несущей гармоническим колебанием. Данный вид модуляции описывается во временной области выражением

Figure 00000006
A continuous harmonic signal at a carrier frequency undergoes single-tone amplitude modulation with low-frequency harmonic oscillation relative to the carrier. This type of modulation is described in the time domain by the expression
Figure 00000006

где uAM(t) - амплитудно-модулированный сигнал; U0 - амплитуда несущего колебания в отсутствие модуляции; М - коэффициент амплитудной модуляции; Ω - модулирующая частота; Ф0 - начальная фаза модулирующего колебания; ω0 и ϕ0 - частота и фаза несущего колебания [Радиотехнические цепи и сигналы / СИ. Баскаков - М.: Высш. шк., 1988. - С. 90]. Выражение (1) показывает, что сигнал uAM(t) имеет три основные спектральные составляющие.where u AM (t) is the amplitude-modulated signal; U 0 is the amplitude of the carrier oscillation in the absence of modulation; M is the coefficient of amplitude modulation; Ω is the modulating frequency; Ф 0 is the initial phase of the modulating oscillation; ω 0 and ϕ 0 - frequency and phase of the carrier wave [Radio circuits and signals / SI. Baskakov - M .: Higher. school., 1988. - S. 90]. Expression (1) shows that the signal u AM (t) has three main spectral components.

Далее непрерывный амплитудно-модулированный сигнал подвергается модуляции видеоимпульсной последовательностью конечной длительности, что позволяет на выходе получить последовательность радиоимпульсов, спектральный состав каждого из которых содержит три основные компоненты, и модуляции начальных фаз каждого радиоимпульса кодовой последовательностью.Next, a continuous amplitude-modulated signal is subjected to modulation by a video pulse sequence of finite duration, which allows the output to obtain a sequence of radio pulses, the spectral composition of each of which contains three main components, and modulation of the initial phases of each radio pulse with a code sequence.

Полученный сигнал разделяют посредством полосовой фильтрации на три фазомодулированных радиоимпульсных последовательности, каждая из которых имеет свою несущую частоту. Несущая частота одной из них соответствует частоте амплитудно-модулированного сигнала, а несущие частоты двух других соответствуют нижней и верхней боковым частотам спектра этого сигнала. Каждую из трех радиоимпульсных последовательности излучают по одному из трех узких лучей.The obtained signal is separated by band pass filtering into three phase-modulated radio pulse sequences, each of which has its own carrier frequency. The carrier frequency of one of them corresponds to the frequency of the amplitude-modulated signal, and the carrier frequencies of the other two correspond to the lower and upper side frequencies of the spectrum of this signal. Each of the three radio pulse sequences emit one of three narrow beams.

Формирование излучаемых радиоволн в виде сложных сигналов, представляющих собой последовательности фазомодулированных радиоимпульсов, позволяет улучшить энергетические характеристики принимаемого сигнала за счет его сжатия по времени.The formation of emitted radio waves in the form of complex signals, which are sequences of phase-modulated radio pulses, can improve the energy characteristics of the received signal due to its compression in time.

Так как области лучей 1-3 не перекрываются в пространстве и размещены перпендикулярно плоскости подстилающей поверхности, а частотные диапазоны лучей 1-3 не перекрывают друг друга, наклонные дальности ЛА до подстилающей поверхности можно определить по задержке принимаемых сигналов лучей 1-3 относительно излучаемых по ним сигналов. Определяют местоположение ЛА на основе полученных измерений наклонных дальностей, сигнал коррекции движения ЛА вычисляют в соответствии с дифференциально-разностным алгоритмом обработки многолучевых измерений (ДРАОМИ). Таким образом, в РРС осуществляется частотное разделение сигналов трех лучей, принимаемых одновременно, и предлагаемый способ навигации позволяет получать информацию, необходимую для определения текущего местоположения ЛА и управления его движением, за время излучения и приема радиоволн как по одному лучу, а не за суммарное время излучения и приема радиоволн по всем лучам, как это сделано в прототипе.Since the regions of rays 1-3 do not overlap in space and are perpendicular to the plane of the underlying surface, and the frequency ranges of rays 1-3 do not overlap, the inclined ranges of the aircraft to the underlying surface can be determined by the delay of the received signals of rays 1-3 relative to those emitted from them signals. The location of the aircraft is determined on the basis of the obtained measurements of the inclined ranges, the signal for correcting the movement of the aircraft is calculated in accordance with the differential-difference algorithm for processing multipath measurements (DRAOMI). Thus, in the RRS, the frequency separation of the signals of three rays received simultaneously is carried out, and the proposed navigation method allows you to obtain the information necessary to determine the current location of the aircraft and control its movement during the emission and reception of radio waves as a single beam, and not for the total time radiation and reception of radio waves in all beams, as is done in the prototype.

Структурная схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ навигации летательных аппаратов, приведена на фиг. 5. Работа устройства, реализующего предлагаемый способ навигации, осуществляется следующим образом. Сигнал высокочастотного задающего генератора 1 поступает на вход амплитудного модулятора 11, где модулируется по амплитуде гармоническим колебанием более низкой частоты, сформированным генератором непрерывного гармонического сигнала 14, выход которого соединен с модулирующим входом амплитудного модулятора 11. Далее полученный сигнал через делитель мощности 12 поступает последовательно на вход фазового модулятора 13, где модулируется по фазе кодовой последовательностью и вход амплитудно-импульсного модулятора 2, где модулируется по амплитуде импульсной последовательностью для формирования на выходе последовательности амплитудно-фазомодулированных радиоимпульсов. Кодовая последовательность, подающаяся на модулирующий вход фазового модулятора 13, формируется генератором кодовой последовательности 15. Видеоимпульсная последовательность, подающаяся на модулирующий вход амплитудно-импульсного модулятора 2, формируется генератором импульсов 4. Временная форма сигнала на выходе амплитудно-импульсного модулятора 2 u(t), приведенная на фиг. 6а, имеет видA block diagram of a device implementing the proposed method for navigating aircraft is shown in FIG. 5. The operation of the device that implements the proposed method of navigation is as follows. The signal of the high-frequency master oscillator 1 is fed to the input of the amplitude modulator 11, where it is modulated in amplitude by a harmonic oscillation of a lower frequency generated by the continuous harmonic signal generator 14, the output of which is connected to the modulating input of the amplitude modulator 11. Next, the received signal through the power divider 12 is fed sequentially to the input phase modulator 13, where the phase is modulated by a code sequence and the input of the amplitude-pulse modulator 2, where it is modulated by amp and then a pulse sequence for generating an output sequence of amplitude-phase-modulated radio pulses. The code sequence fed to the modulating input of the phase modulator 13 is generated by the code sequence generator 15. The video pulse sequence fed to the modulating input of the amplitude-pulse modulator 2 is generated by the pulse generator 4. The temporary waveform at the output of the amplitude-pulse modulator 2 u (t), shown in FIG. 6a, has the form

Figure 00000007
Figure 00000007

где М - коэффициент амплитудной модуляции; Ω - модулирующая частота; Ф0 - начальная фаза модулирующего колебания; U(t) - огибающая зондирующих радиоимпульсов; Т - период следования радиоимпульсов в последовательности; ω0 - частота несущего колебания;

Figure 00000004
, L - порядковый номер радиоимпульса и число радиоимпульсов в последовательности (длина последовательности);
Figure 00000005
- сдвиг начальной фазы
Figure 00000004
-го радиоимпульса. Спектральная форма данного сигнала приведена на фиг. 66.where M is the coefficient of amplitude modulation; Ω is the modulating frequency; Ф 0 is the initial phase of the modulating oscillation; U (t) is the envelope of the probe radio pulses; T - the period of the sequence of radio pulses in the sequence; ω 0 is the frequency of the carrier oscillation;
Figure 00000004
, L is the serial number of the radio pulse and the number of radio pulses in the sequence (sequence length);
Figure 00000005
- shift of the initial phase
Figure 00000004
radio pulse. The spectral shape of this signal is shown in FIG. 66.

Сигнал (4) усиливается в усилителе мощности 3 и через Y-циркулятор 5 и полосно-пропускающий фильтр 16, настроенный на частотный диапазон центральной спектральной составляющей сформированного в передатчике сигнала, поступает на вход антенны первого луча 6 и излучается. Часть сигнала передатчика, спектр которой не попал в полосу пропускания полосно-пропускающего фильтра 16, отражается от его входа и через Y-циркулятор 5 поступает на Y-циркулятор 17 и полосно-пропускающий фильтр 18, настроенный на частотный диапазон нижней боковой спектральной составляющей сигнала передатчика, и далее на вход антенны второго луча 19. Часть сигнала, спектр которой не попал в полосу пропускания полосно-пропускающего фильтра 18, отражается от его входа и через Y-циркулятор 17 поступает на Y-циркулятор 20 и полосно-пропускающий фильтр 21, настроенный на частотный диапазон верхней боковой спектральной составляющей сигнала передатчика, и далее на вход антенны третьего луча 22.The signal (4) is amplified in the power amplifier 3 and through the Y-circulator 5 and the bandpass filter 16, tuned to the frequency range of the central spectral component of the signal formed in the transmitter, is fed to the antenna input of the first beam 6 and is emitted. Part of the transmitter signal, the spectrum of which did not fall into the passband of the pass-band filter 16, is reflected from its input and through the Y-circulator 5 enters the Y-circulator 17 and the pass-pass filter 18, tuned to the frequency range of the lower side spectral component of the transmitter signal , and then to the input of the antenna of the second beam 19. Part of the signal, the spectrum of which did not fall in the passband of the pass-band filter 18, is reflected from its input and through the Y-circulator 17 enters the Y-circulator 20 and the pass-pass filter 21, tuned to the frequency range of the upper side spectral component of the transmitter signal, and then to the input of the antenna of the third beam 22.

Отраженные сигналы принимаются теми же антеннами 6, 19 и 22. Временные и спектральные формы принимаемых сигналов приведены на фиг. 7. Сигнал 1-ого луча через антенну 6, полосно-пропускающий фильтр 16 и Y-циркулятор 5 поступает на Y-циркулятор 17, на который с выхода антенны 19 через полосно-пропускающий фильтр 18 поступает сигнал 2-ого луча. Эти сигналы суммируются и поступают на Y-циркулятор 20, на который с выхода антенны 22 через полосно-пропускающий фильтр 21 поступает сигнал 3-ого луча. Сигналы трех лучей суммируются, далее, пройдя через защитное устройство 7, усиливаются в малошумящем усилителе 8 и разделяются с помощью частотно-избирательного устройства в виде частотного разделителя 23, так что на каждом из трех выходов частотного разделителя 23 формируются последовательности амплитудно-фазомодулированных радиоимпульсов имеющие каждая свою несущую частоту. В схеме данного устройства частотный разделитель 23 выполняет функцию, аналогичную частотно-избирательному устройству 9 в схеме устройства-прототипа, формируя на выходах узкополосные радиоимпульсные сигналы для дальнейшей обработки посредством детектирования. Разделенные отраженные сигналы трех лучей с выходов частотного разделителя 23 поступают на входы трех квадратурных фазовых детекторов 10, 24 и 25, при этом в качестве гетеродинных сигналов на входы опорного сигнала детекторов 10, 24 и 25 поступают сигналы с выходов частотного разделителя 26, вход которого соединен с вторым выходом делителя мощности 12. Выделяемые квадратурными фазовыми детекторами 10, 24 и 25 комплексные огибающие трех лучей обрабатываются корреляционным способом или способом согласованной фильтрации.The reflected signals are received by the same antennas 6, 19 and 22. The temporal and spectral forms of the received signals are shown in FIG. 7. The signal of the 1st beam through the antenna 6, the band-pass filter 16 and the Y-circulator 5 is fed to the Y-circulator 17, which receives the signal of the 2nd beam from the output of the antenna 19 through the band-pass filter 18. These signals are summed up and fed to the Y-circulator 20, which receives the 3rd beam signal from the output of the antenna 22 through the bandpass filter 21. The signals of the three beams are summed, then, passing through the protective device 7, amplified in a low-noise amplifier 8 and separated using a frequency-selective device in the form of a frequency splitter 23, so that sequences of amplitude-phase modulated radio pulses having each its carrier frequency. In the circuit of this device, the frequency splitter 23 performs a function similar to the frequency-selective device 9 in the circuit of the prototype device, forming narrow-band radio-pulse signals at the outputs for further processing by detection. The separated reflected signals of three beams from the outputs of the frequency splitter 23 are fed to the inputs of three quadrature phase detectors 10, 24 and 25, while the signals from the outputs of the frequency splitter 26, the input of which is connected, are supplied as heterodyne signals to the inputs of the reference signal of the detectors 10, 24 and 25 with the second output of the power divider 12. The complex envelopes of the three rays extracted by the quadrature phase detectors 10, 24 and 25 are processed by a correlation method or a matched filtering method.

Излучение и прием радиоволн в виде последовательностей фазомодулированных радиоимпульсов по трем не перекрывающимся по частотам узким лучам, позволяет по сравнению с прототипом и аналогом:Radiation and reception of radio waves in the form of sequences of phase-modulated radio pulses along three narrow beams that do not overlap in frequency allows, in comparison with the prototype and analog:

- повысить быстродействие навигационной системы, что обеспечит ее работоспособность при движении ЛА с повышенными скоростями;- increase the speed of the navigation system, which will ensure its operability during the movement of aircraft with increased speeds;

- повысить точность определения местоположения ЛА за счет его меньшего смещения относительно подстилающей поверхности в процессе измерений при одновременном излучении и приеме сигналов трех лучей;- to improve the accuracy of determining the location of the aircraft due to its smaller displacement relative to the underlying surface in the measurement process while simultaneously emitting and receiving signals of three rays;

- обеспечить работоспособность навигационной системы в большем диапазоне высот за счет того, что необходимую для определения текущего местоположения ЛА и управления его движением информацию возможно получить за время излучения и приема радиоволн по одному лучу, а не за суммарное время излучения и приема радиоволн по всем лучам, как это сделано в прототипе;- to ensure the operability of the navigation system in a larger altitude range due to the fact that the information necessary for determining the current location of the aircraft and controlling its movement can be obtained during the emission and reception of radio waves in one beam, and not in the total time of radiation and reception of radio waves in all rays, how this is done in the prototype;

- исключить взаимные влияния принимаемых сигналов лучей при корреляционной обработке, посредством их предварительного разделения, в отличие от аналога, где корреляционной обработке подвергается суммарный принимаемый сигнал всех лучей;- to exclude the mutual influence of the received signals of the rays during correlation processing, by preliminary separation, in contrast to the analogue, where the total received signal of all rays is subjected to correlation processing;

- реализовать передающее устройство в одноканальном варианте с применением однотональной амплитудной модуляции сигнала, в отличие от способа-аналога, для реализации которого необходимо многоканальное приемопередающее устройство.- implement a transmitting device in a single-channel version using a single-tone amplitude modulation of the signal, in contrast to the analogue method, which requires a multi-channel transceiver device.

Таким образом, предлагаемый способ навигации летательных аппаратов и устройство для его осуществления обладают рядом существенных преимуществ перед прототипом и аналогом.Thus, the proposed method of navigation of aircraft and a device for its implementation have a number of significant advantages over the prototype and analogue.

Claims (2)

1. Способ навигации летательных аппаратов, заключающийся в определении наклонных дальностей летательного аппарата до подстилающей поверхности по трем узким лучам посредством излучения радиоволн в направлении подстилающей поверхности, последующем приеме отраженных радиоволн и определении задержки принимаемых сигналов трех лучей относительно излучаемых сигналов, отличающийся тем, что радиоволны излучают по трем не перекрывающимся по частотам лучам одновременно, причем сигналы лучей формируют из одного непрерывного гармонического колебания путем его амплитудной модуляции низкочастотным гармоническим колебанием, последующего преобразования полученного амплитудно-модулированного сигнала с помощью амплитудно-импульсной и фазовой модуляций в амплитудно-модулированную последовательность фазомодулированных радиоимпульсов заданной длительности, которую частотной фильтрацией разделяют на три последовательности радиоимпульсов, частоты которых соответствуют частотам лучей и равны частоте амплитудно-модулированного сигнала, нижней и верхней боковым частотам его спектра, при этом отраженные радиоволны принимают по тем же трем лучам и обрабатывают корреляционным способом с использованием модулирующей последовательности в качестве опорной функции или способом согласованной фильтрации с использованием модулирующей последовательности в качестве весовых коэффициентов.1. The method of navigation of aircraft, which consists in determining the inclined ranges of the aircraft to the underlying surface by three narrow beams by emitting radio waves in the direction of the underlying surface, then receiving the reflected radio waves and determining the delay of the received signals of three rays relative to the emitted signals, characterized in that the radio waves emit along three rays that do not overlap in frequency at the same time, and the beam signals are formed from one continuous harmonic oscillation by its amplitude modulation by low-frequency harmonic oscillation, the subsequent conversion of the obtained amplitude-modulated signal using amplitude-pulse and phase modulations into an amplitude-modulated sequence of phase-modulated radio pulses of a given duration, which is divided by frequency filtering into three sequences of radio pulses whose frequencies correspond to the frequencies of the rays and are equal to frequency of the amplitude-modulated signal, lower and upper side frequencies spectrum, the reflected radio waves received on the same three rays and treated with the correlation method using the modulation sequence as a reference function or matched filtering method using a modulating sequence as weights. 2. Устройство, осуществляющее навигацию летательных аппаратов на основе определения их наклонных дальностей до подстилающей поверхности по трем лучам, передающее устройство которого содержит задающий генератор и последовательно соединенные амплитудно-импульсный модулятор с усилителем мощности; общая часть приемного и передающего устройств содержит Y-циркулятор, первое плечо которого подключено к усилителю мощности передающего устройства, и антенну, а также генератор импульсов, первый выход которого соединен с модулирующим входом амплитудно-импульсного модулятора передающего устройства; приемное устройство содержит защитное устройство, предназначенное для предохранения приемного устройства от входных сигналов и помех высоких уровней, управляющий вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, а выход подключен к входу малошумящего усилителя, который через частотно-избирательное устройство подключен к сигнальному входу квадратурного фазового детектора, отличающееся тем, что в передающее устройство введены последовательно соединенные амплитудный модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом задающего генератора, делитель мощности и фазовый модулятор, причем вход фазового модулятора соединен с первым выходом делителя мощности, а его выход соединен с сигнальным входом амплитудно-импульсного модулятора, введены генератор непрерывного гармонического сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом амплитудного модулятора, и генератор кодовой последовательности, выход которого соединен с модулирующим входом фазового модулятора; в общую часть приемного и передающего устройств введен первый полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон первого луча, подключенный одним вводом ко второму плечу Y-циркулятора, другим вводом - к входу антенны, введены последовательно соединенные второй Y-циркулятор, второй полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон второго луча, и антенна второго луча, так что первое плечо второго Y-циркулятора соединено с третьим плечом Y-циркулятора, а второе плечо второго Y-циркулятора соединено с вводом второго полосно-пропускающего фильтра, введены последовательно соединенные третий Y-циркулятор, третий полосно-пропускающий фильтр, настроенный на частотный диапазон третьего луча, и антенна третьего луча, так что первое плечо третьего Y-циркулятора соединено с третьим плечом второго Y-циркулятора, второе плечо третьего Y-циркулятора соединено с вводом третьего полосно-пропускающего фильтра, а третье плечо третьего Y-циркулятора соединено с входом защитного устройства приемного устройства; в приемном устройстве частотно-избирательное устройство выполнено в виде первого частотного разделителя, в приемное устройство введен второй частотный разделитель, вход которого соединен со вторым выходом делителя мощности передающего устройства, введены второй и третий квадратурные фазовые детекторы, так что входы каждого из трех детекторов соединены с тремя выходами первого частотного разделителя, а входы опорного сигнала этих детекторов соединены с выходами второго частотного разделителя.2. A device that navigates aircraft based on the determination of their inclined ranges to the underlying surface in three beams, the transmitting device of which contains a master oscillator and a pulse-amplitude modulator connected in series with a power amplifier; the common part of the receiving and transmitting devices comprises a Y-circulator, the first arm of which is connected to the power amplifier of the transmitting device, and an antenna, as well as a pulse generator, the first output of which is connected to the modulating input of the amplitude-pulse modulator of the transmitting device; the receiving device contains a protective device designed to protect the receiving device from input signals and high-level interference, the control input of which is connected to the second output of the pulse generator, and the output is connected to the input of a low-noise amplifier, which is connected through the frequency-selective device to the signal input of the quadrature phase detector characterized in that a series-connected amplitude modulator is introduced into the transmitting device, the signal input of which is connected to the output m of the master oscillator, a power divider and a phase modulator, the input of the phase modulator connected to the first output of the power divider and its output connected to the signal input of the pulse-amplitude modulator, a continuous harmonic signal generator whose output is connected to the modulating input of the amplitude modulator, and a generator a code sequence whose output is connected to the modulating input of the phase modulator; the first pass-pass filter tuned to the frequency range of the first beam, connected by one input to the second arm of the Y-circulator, the other input to the antenna input, the second Y-circulator connected in series, the second pass-pass filter is introduced into the common part of the receiving and transmitting devices a filter tuned to the frequency range of the second beam and the antenna of the second beam, so that the first arm of the second Y-circulator is connected to the third arm of the Y-circulator, and the second arm of the second Y-circulator is connected to the input of the second a pass-through filter, a third Y-circulator connected in series, a third pass-pass filter tuned to the frequency range of the third beam, and a third-beam antenna, so that the first arm of the third Y-circulator is connected to the third arm of the second Y-circulator, the second arm the third Y-circulator is connected to the input of the third band-pass filter, and the third arm of the third Y-circulator is connected to the input of the protective device of the receiving device; in the receiving device, the frequency-selective device is made in the form of a first frequency separator, a second frequency separator is introduced into the receiving device, the input of which is connected to the second output of the power divider of the transmitting device, the second and third quadrature phase detectors are introduced, so that the inputs of each of the three detectors are connected to three outputs of the first frequency splitter, and the inputs of the reference signal of these detectors are connected to the outputs of the second frequency splitter.
RU2019101536A 2019-01-21 2019-01-21 Aircraft navigation method and device for its implementation RU2707269C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101536A RU2707269C1 (en) 2019-01-21 2019-01-21 Aircraft navigation method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101536A RU2707269C1 (en) 2019-01-21 2019-01-21 Aircraft navigation method and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707269C1 true RU2707269C1 (en) 2019-11-26

Family

ID=68653023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101536A RU2707269C1 (en) 2019-01-21 2019-01-21 Aircraft navigation method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707269C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002098550A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Toshiba Corp Navigational data processor and navigational data processing method
US6411896B1 (en) * 1999-10-04 2002-06-25 Navigation Technologies Corp. Method and system for providing warnings to drivers of vehicles about slow-moving, fast-moving, or stationary objects located around the vehicles
EP1612514A1 (en) * 2004-06-28 2006-01-04 Northrop Grumman Corporation System for navigation redundancy
RU2284544C1 (en) * 2005-05-30 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of navigation of flying vehicles
RU2515469C1 (en) * 2012-11-22 2014-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircraft navigation
JP2014157093A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Aisin Aw Co Ltd Navigation system, navigation method, and navigation program
RU2611564C1 (en) * 2016-02-11 2017-02-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircrafts navigation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6411896B1 (en) * 1999-10-04 2002-06-25 Navigation Technologies Corp. Method and system for providing warnings to drivers of vehicles about slow-moving, fast-moving, or stationary objects located around the vehicles
JP2002098550A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Toshiba Corp Navigational data processor and navigational data processing method
EP1612514A1 (en) * 2004-06-28 2006-01-04 Northrop Grumman Corporation System for navigation redundancy
RU2284544C1 (en) * 2005-05-30 2006-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" Method of navigation of flying vehicles
RU2515469C1 (en) * 2012-11-22 2014-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircraft navigation
JP2014157093A (en) * 2013-02-15 2014-08-28 Aisin Aw Co Ltd Navigation system, navigation method, and navigation program
RU2611564C1 (en) * 2016-02-11 2017-02-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircrafts navigation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕЛОУС А.И. и др. СВЧ-электроника в системе радиолокации и связи. Книга 1. Москва, изд. Техносфера, 2016, с.55, фиг.3. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4994809A (en) Polystatic correlating radar
US6208286B1 (en) Method for discovering the location of a living object and microwave location device for realizing the same
RU2449307C2 (en) Method of surveillance pulse doppler radar of targets on background of reflections from earth surface
US5731782A (en) Ranging systems
EP3408683A1 (en) Optical phasograms for ladar vibrometry
CN112654895B (en) Radar detection method and related device
US5124710A (en) Coherent pulse radar system and method for the detection of a target presenting flashes of very short duration
JP2000009833A (en) Collision prevention radar apparatus for automobile
RU2625567C1 (en) Device for imitation of a false radar objective at sensing with signals with linear frequency modulation
JP2021067461A (en) Radar device and radar signal processing method
RU2707269C1 (en) Aircraft navigation method and device for its implementation
US3065465A (en) Distance measuring devices
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2002119904A (en) Method and system for radar measurement of speeds and coordinates of objects (options)
RU2608338C1 (en) Signals processing device in ground and space forward-scattering radar system
RU2611601C1 (en) Doppler method for measuring ground speed
RU2596229C1 (en) Method for increasing range resolution of radar station
RU2510708C1 (en) Radio-frequency radiation source direction-finding method
Shirude et al. Design and simulation of RADAR transmitter and receiver using direct sequence spread spectrum
RU2681303C1 (en) Method of aircraft navigation
RU2691124C1 (en) Method for autonomous navigation of low-altitude aircrafts
RU2742461C1 (en) Method of primary range-finding of pulsed-doppler rs targets with low pulse ratio of probing transmissions
RU2414722C2 (en) Method of mirror radio location in rls ni
RU149575U1 (en) MAINTENANCE SYSTEM OBJECTIVES
JP2933454B2 (en) Radio altimeter