Системы навигации по картам местности

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10

▷ Похожие статьи

Рассмотренные в предыдущем разделе системы навигации по рельефу местности малоэффективны при движении ЛА над местностями с недостаточно выраженным рельефом. В такой си­туации более целесообразно применение активных радиолокацион­ных датчиков, которые обеспечивают более высокую надежность навигации при полете над равнинной местностью или на больших высотах.

Системы, в которых в качестве датчиков используются радиолокаторы, относятся к системам навигации по картам мест­ности, так как обычно текущее, эталонное или оба эти изобра­жения являются двумерными. Во всех таких системах использу­ется зависимость эффективной площади рассеяния (ЭПР) от ха­рактера местности и находящихся на этой местности объектов (холмы, строения, железные дороги и т.п.).

В наиболее простых системах навигации по картам местно­сти [2], [4] дискретизация изображений производится только по дальности в пределах отражающей площадки (ОП) образующейся при сечении ДНА, неподвижной отно­сительно ЛА земной поверхностью (рис. 3.8,а). Значе­ние дискрета определяется разрешающей способностью радиоло­катора по дальности , значение которой зависит от временной разрешающей способности сигнала . Амплитуда принимаемого сигнала (рис. 3.8,в) в такой системе является функцией ЭПР характерных объектов на отражающей площадке (рис. 3.8,б). Этот сигнал формируется разрешаемой площадкой (заштрихова­на на рис. 3.8,а), поперечный размер которой определяется шириной ДНА в азимутальной плоскости . При этом каждому значению разрешаемого интервала соответствует суммарная энергия сигналов, отраженных всеми объектами в пределах раз­решаемой площадки. Поэтому чем шире , тем меньше де­талей местности может быть обнаружено и тем хуже точность местоопределения. Однако суже­ние ДНА приводит к увеличению апертуры антенной системы радиолокатора. Кроме того, раз­мер b отражающей площадки, зависящий от , в рассматри­ваемой системе должен выби­раться с учетом возможного по­перечного смещения ЛА от за­данной траектории из-за погреш­ностей основной (грубой) нави­гационной системы счисления пути. Считается, что максимальное значение этого смещения не должно превышать от b. Поэтому ширина ДН в ази­мутальной плоскости выбивается из компромиссных соображений и составляет примерно . При точности инерциальной навига­ционной системы, равной , значение b, удовлетво­ряющее указанному выше требованию, должно быть не менее 9 км при заданной высоте полета ЛА.

Рис. 3.8. Навигации по картам местно­сти с дискретизацией изображений только по дальности в пределах отражающей площадки

Продольный размер a отражающей площадки, а, следова­тельно, и ширина ДН в угломестной плоскости , определя­ются числом и размером характерных наземных ориентиров, раз­решающей способностью радиолокатора по дальности и макси­мально допустимым числом ячеек эталонной карты. Размер ячей­ки карты равен разрешаемому интервалу по дальности , а общее число ячеек карты - . Чем меньше длительность разрешаемого интервала, тем более подробной будет карта местности и тем выше точность местоопределения, однако при этом усложняется устройство памяти системы. Поэтому длительность разрешаемого интервала выбирается также из компромиссных соображений и составляет несколько десятых долей микросекунды. Если принять, что дли­тельность (разрешаемый интервал по дальности ), а максимальное число ячеек не должно превышать, например, 250, то размер a отражающей площадки будет 10 км.

Для определения пространственного положения ЛА применя­ют антенную систему, формирующую в общем случае пять лучей (рис. 3.9). Лучи 1-4 служат для получения текущей карты мест­ности, а луч 5 - для определения высоты полета, которая необ­ходима для преобразования наклонной дальности, измеряемой радиолокатором, в горизонтальную дальность, которой соответст­вует эталонная карта. Теоретически для определения пространст­венного положения ЛА достаточно трех измерений по любым из лучей 1-4 или двух измерений по этим лучам, дополненным из­мерением высоты по лучу 5. Однако увеличение числа лучей, а, следовательно, и числа измерений, способствует повышению точ­ности за счет избыточности информации.

В рассматриваемой системе сигналы по каждому из лучей обрабатываются в отдельных каналах, причем, эти сигналы соответствуют линейному изображению местности. Поэтому корреляционная обработка изображений мо­жет выполняться по алгоритмам, аналогичным (3.1) и (3.2). Следует отметить, что корреляционные алгоритмы чувствитель­ны к геометрическим и амплитудным искажениям текущего изо­бражения местности, вызываемым, например, снежным покровом. Учет этих искажений возможен при усложнении алгоритмов обра­ботки и требует увеличения как вычислительных возможностей ЦВМ ОСС, так и времени вычислений.

Структурная схема рассматриваемого варианта системы на­вигации по картам местности представлена на рис. 3.10. Полу­ченные от радиолокатора (РЛ) сигналы поступают в устройство обработки (УО), где они подвергаются предварительной фильтра­ции, и выделяется высотомерный сигнал, принятый по лучу 5. Этот сигнал направляется в устройство определения высоты (УОВ), в котором в результате совместной его обработки с сиг­налом высоты от инерциальной системы (ИНС) вычисляется точ­ное значение высоты полета.

Радиолокационные сигналы в аналого-цифровом преобразова­теле (АЦП) дискретизируются по дальности с дискретом, равным разрешаемому интервалу, и квантуются по амплитуде. Воз­можно как многоуровневое квантование амплитуды (обычно на 3-4 уровня), так и бинарное. Выбор числа уровней квантования определяется требуемой точностью и вычислительными возмож­ностями системы.

В преобразователе дальности (ПД) получен­ное цифровое текущее изображение местности приводится к го­ризонтальной дальности, для чего используется значение высо­ты полета с УОВ. Следующим этапом обработки является цифро­вое интегрирование в ЦИ, с помощью которого увеличивается значение отношения мощности сигнала к мощности шума. Инте­грированию подвергаются несколько последовательно принимае­мых отраженных сигналов. Так, например, при интегрировании 32 таких сигналов отношение сигнал/шум возрастает на 7,5 дБ.

УОВ

УОМ

Кор

ЦИ

ПД

ИНС

АЦП

УО

РЛ

Рис. 3.10. Структурная схема системы на­вигации по карте

местности

Рис. 3.9. Антенная система,

формирующая пять лучей

Заключительным этапом обработки сигналов является срав­нение полученного изображения с эталонной картой местности ЭКМ в корреляторе (Кор), по данным которого в устройстве УОМ каждые 25 мс определяется пространственное местополо­жение ЛА.

Точность рассматриваемой системы определяется погреш­ностью измерения дальности и зависит от высоты полета, ухуд­шаясь по мере снижения ЛА.

На малых высотах отдельные неровности местности маски­руют детали рельефа (область радиолокационной тени), что при­водит к снижению контрастности текущей карты местности. Для восстановления работоспособности системы на малых высотах возможно использование информации от луча 5. Тогда рассматриваемая система превращается в систему навигации по рельефу местности (см. предыдуший раздел). Существенно, что такой режим работы может быть реализован без перестройки как аппаратуры системы, так и ее программного обеспечения.

Заключение

В учебном пособии рассмотрены радионавигационные системы автономной навигации летательных аппаратов, позволяющие осуществлять бортовую навигацию без участия опорных станций, размещенных на наземных пунктах, искусственных спутниках земли («Глонасс», «GPS») и т.п. В состав бортового комплекса автономной навигации обязательно входят: радиовысотомер, ДИСС и обзорно-сравнительная система. Все эти системы функционально объединяют радиолокационные принципы измерений. Радиолокационное зондирование сложной поверхностно-распределенной цели (поверхности земли) позволяет получить информацию о высоте полета ЛА, его скорости и текущую карту местности. Качество получаемой информации при этом существенно зависит от характеристик подстилающей поверхности. Поэтому изучение особенностей выбора параметров указанных бортовых радионавигационных средств и их точностные характеристики является важным разделом при изучении радиолокационных и радионавигационных дисциплин.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Баскаков А.И., Жутяева Т.С., Лукашенко Ю.И. Локационные методы исследования объектов и сред. Учебник для вузов. Под ред. проф. А.И. Баскакова. М.: Академия, 2011.

2. Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы. Учебник для вузов. М.: Радиотехника, 2011.

3. Радиотехнические системы. Учебник для вузов. Под ред. проф. Ю.М. Казаринова. М.: Академия, 2008.

4. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. М.: Радиотехника, 2008.

5. Сборник задач по курсу Радионавигационных систем. Под ред. П.А. Бакулева и А.А. Сосновского. Учебное пособие для вузов. М.: Радиотехника, 2011.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................................... 3

1. РАДИОВЫСОТОМЕРЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1.1. Отражение радиосигналов от земной и морской поверхности.

Расчет мощности отраженного сигнала…………………………………. 3

1.2. Принцип действия и основные соотношения для

радиовысотомеров с частотной модуляцией…………………………….11

1.3. Анализ ошибок измерения высоты в радиовысотомерах с ЧМ…..22

2. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДОПЛЕРОВСКОГО

ИЗМЕРИТЕЛЯ СКОРОСТИ И УГЛА СНОСА (ДИСС)

ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

2.1. Принцип действия ДИСС и основные соотношения для

измерения путевой скорости и угла сноса……………………………….33

2.2. Особенности измерения доплеровской частоты в системе

ДИСС……………………………………………………………………….39

2.3. Структурная схема ДИСС-7…………………………………………44

2.4. Радионавигационные системы счисления пути…………………….48

3. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ ПУТИ

3.1. Принципы построения обзорно–сравнительных радио-

навигационных систем……….................................................................51

3.2. Системы навигации по рельефу местности………………………...55

3.3. Системы навигации по картам местности………………………….60

Заключение ………………………………………………………………..63

Библиографический список ……………………………………………...64

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры