Доплеровские измерители скорости и угла сноса

Важнейшей характеристикой движения ВС относительно земной поверхности является его вектор скорости (рис. 323). На самолетах обычно измеряются горизонтальная составляющая вектора скорости (путевая скорость ), т.е. сумма вектора воздушной скорости , создаваемой двигателями, и горизонтальной составляющей вектора скорости ветра , а также угол сноса 4.

Доплеровские измерители скорости и угла сноса (ДИСС) позволили решить проблему оперативности и точности отсчета и , а следовательно, и обеспечить вождение ВС по кратчайшему расстоянию – ортодромии. При этом направление вектора путевой скорости = должно совпадать с линией пути.

ДИСС является одним из основных датчиков автономной навигационной системой бортового комплекса (рис.3.4). Эта система осуществляет автоматическое решение таких навигационных задач, как счисление пройденного пути при определении местонахождения и направления полета современного скоростного ВС. Точность местонахождения ВС с помощью доплеровской РЛС практически зависит только от погрешности датчика истинного курса которая превосходит погрешности, вносимые ДИСС. Практикапоказала, что вероятная ошибка, характеризующая точностьДИСС при усреднении сигналов на участке горизонтальногополета не менее 20 км, равна по скорости по углусноса .

Таким образом, ДИСС предназначен для определения составляющих вектораскорости ВС относительно подстилающей поверхности и выдачи экипажу и в навигационный комплекс информации, необходимой для выполнения полета и счисления пути.

ДИСС основаны на радиолокационном принципе и являются автономными устройствами, т.е. работают без связи с наземными радионавигационными точками, что не ограничивает их дальность действия. В этом заключается важнейшее преимущество ДИСС.

Для доплеровских измерителей не существует принципиальных ограничений по скорости, они могут устанавливаться на ВС различного назначения. Кроме того, современные ДИСС достаточно надежны в эксплуатации, имеют небольшие габариты и массу, работают практически при любых метеорологических условиях.

Рисунок 2.3 Составляющие вектора полной скорости (а) и навигационный тре­угольник скоростей (б)

Рисунок 2.4Основные датчики информации автономной системы навигации

Формирование навигационной информации в ДИСС

Определение скорости ВС основано на эффекте Доплера, в силу которого частоты отраженного и излучаемого сигналов отличаются на доплеровскую частоту , где - радиальная скорость; - длина волны излучаемого сигнала.

Доплеровская частота зависит от радиальной, а следовательно, и от полной скорости ВС.

Практически на ВС постоянно действует ветер какого-либо направления, вызывая его снос на угол . В этом случае доплеровская частота зависит от значения и направления угла сноса ВС.

Для луча (рис.2.5, а) радиальная скорость , а доплеровский сдвиг частоты . С учетом информации об угловом положении луча , и длине волны частота Доплера зависит от двух неизвестных навигационных параметров и .

Поскольку речь идет о двух неизвестных величинах, то инфор­мация о составляющих вектора скорости и угле сноса формируется при совместном решении уравнений для .

Рисунок 2.5 –Ориентация диаграммы направленности в связанной с ВС системе координат (а), огибающая и ширина доплеровского спектра(б), спектр частот сигнала, отраженный от участка s (в)

При неподвижной антенне такая система уравнений может быть получена путем приема сигналов с двух симметричных относительно продольной оси ВС направлений (лучи 2, 3, рис. 2.6). Для компенсации искаженной информации при эволюциях (крене и тангаже) ВС целесообразно применение третьего дополнительного луча 1.

При горизонтальном полете доплеровские частоты по каждому из лучей антенны в самолетном ДИСС:

Таким образом, самолетный ДИСС при трехлучевой антенне выдает следующую информацию:

Образование информационных сигналов и последовательное преобразование их для определения значений и осуществляется бортовой РЛС ДИСС, в состав которой входят антенны (передающая и приемная), приемопередатчик, устройство измерения средней доплеровской частотыавтономные вычислители и а. а также индикатор путевой скорости и угла сноса (см. рис. 2.6).

Эта упрощенная структурная схема для современных ДИСС различных типов, применяемых в гражданской авиации, одинакова.

Рисунок 2.6 – Обобщенная структурная схема измерителя скорости и угла сноса, расположение трех лучей в пространстве, частоты доплеровских сигналов при различных углах сноса .