ГЛАВА 17. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

§ 17.1. ДОПЛЕРОВСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ И УГЛА СНОСА

В настоящее время широкое применение для управления ЛА получили автономные средства навигации. К их числу относятся и доплеровские измерители вектора скорости объекта. Наиболее распространенными являются доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса самолета (ДИСС).

Напомним, что путевой скоростью самолета называют горизонтальную проекцию скорости ЛА относительно земной поверхности. Путевая скорость W связана с воздушной скоростью V и скоростью ветра U навигационным треугольником (рис. 17.1), в котором угол между векторами воздушной и путевой скорости называется углом сноса, поскольку его причиной является ветер.

Доплеровский измеритель позволяет непосредственно определить путевую скорость по спектру частот сигнала, отраженного земной поверхностью.

При горизонтальном полете ЛA для обеспечения достаточно большой проекции вектора скорости W на направление облучения и сохранения значительного отражения в направлении ДИСС применяют наклонное облучение земной поверхности (рис. 17.2, а).

Для определения спектра частот отраженного сигнала вырежем из облучаемой площади элементарную полоску, все точки которой расположены на направлениях, составляющих угол с вектором скорости W. Имея в виду, что каждой из N элементарных полосок соответствует доплеровский сдвиг частоты , для всей облучаемой площади спектр отраженного сигнала можно представить последовательностью частот

Рис. 17.1

Если отражающие свойства поверхности в пределах облучаемой площади одинаковы, то форма огибающей спектра определяется формой ДНА измерителя в вертикальной плоскости. Максимальную мощность в этом случае (рис. 17.2, б) имеет сигнал на средней частоте спектра, соответствующей направлению (оси ДНА). Ширина спектра сигнала на уровне половинной мощности

Рис. 17.2

где — ширина ДНА в вертикальной плоскости.

При достаточно узких ДНА, которые используют в ДИСС, можно принять . При этом

Для измерения путевой скорости ДА необходимо найти среднюю частоту доплеровского спектра . Если вектор W горизонтален (рис. 17.3) и составляет с осью ДНА угол в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, то

При совмещении направления облучения в горизонтальной плоскости с вектором W угол и приращение частоты достигает максимума:

При известных и путевую скорость W можно определить непосредственным измерением с помощью частотомера.

Угол сноса равен углу, составленному осью самолета и осью ДНА в момент ее совмещения с направлением вектора путевой скорости, т. е. при . Однолучевая система не находит практического применения из-за низкой точности измерения.

Для выяснения влияния погрешности при определении частоты предположим, что в момент измерения угол . При этом доплеровское смещение отличается от

Рис. 17.3

Отсюда можно найти погрешность измерения угла сноса , вызванную неточностью совмещения оси ДНА с вектором W из-за погрешности определения:

При погрешность измерения составляет 0,14 рад, или примерно . Такие большие погрешности однолучевого измерителя при измерении угла сноса являются следствием его низкой чувствительности к изменению угла при небольших рассогласованиях направлений W и оси ДНА в горизонтальной плоскости.

Погрешность измерения вызывает и соответствующую погрешность измерения путевой скорости, значение которой может быть найдено из выражения (17.4):

Второй важной причиной погрешностей однолучевых измерителей является крен ЛА.

Предположим, что из-за крена истинное значение угла отличается от расчетного на . Продифференцировав выражение (17.4) по параметру , получим

При конечных приращениях запишем

Отсюда с учетом (17.4) следует

В реальных системах угол облучения выбирается около . В этом случае относительная погрешность определения путевой скорости составляет 0,05% на каждый градус погрешности в значении истинного угла облучения .

Уменьшения погрешности, вызываемой креном, можно достигнуть путем стабилизации антенны в горизонтальной плоскости или введения поправок на крен в вычислительном устройстве при обработке данных. Однако это приводит к существенному усложнению измерителя, но не устраняет органических недостатков однолучевого метода, к которым следует также отнести высокие требования к стабильности частоты излучаемых колебаний.

Наиболее радикальным путем повышения точности измерения путевой скорости и угла сноса является применение многолучевых измерителей, излучающих в двух, трех или четырех направлениях.