Устройство и принцип действия доплеровских измерителей скорости и углов сноса. Состав и назначение основных систем навигационных комплексов летательных аппаратов, страница 3

Как следует из формулы (2.16), доплеровская частота зависит от углов g_а, q и a. При a = const и g_а = const зависимость F_д от угла q в полярной системе координат для горизонтального полета ЛА имеет вид, показанный на рис. 2.12. Здесь в качестве полярной оси принята ось ОХ. При D = 0 имеем, что q = a и F_д = F_{д max}. В этом случае луч находится в вертикальной плоскости, проходящей через линию пути. Когда луч перпендикулярен линии пути, то D = q – a = p/2 и F_д=0. Зависимость доплеровского сдвига частоты от угла D = q + a  при a= const имеет в полярной системе координат вид восьмерки (рис. 2.12), симметричной относительно линии пути. На практике обычно g_а и q известны и соотношение (2.16) можно использовать для определения W и a. Для этого необходимо иметь два луча или фиксировать положение одного луча последовательно в двух определенных направлениях.

Рис. 2.12. Определение знака доплеровской частоты

Если зафиксировать угол h и поворачивать луч антенны ДИС вокруг вектора , то этот луч опишет в пространстве конус (рис. 2.13). При горизонтальном полете линия пересечения поверхности этого конуса с плоской поверхностью земли является гиперболой и линия равных доплеровских частот представляет собой также гиперболу с осью симметрии, совпадающей с линией пути.

Для разных углов h можно получить семейство изочастотных линий, каждая из которых соответствует своей доплеровской частоте. На рис. 2.14 показано семейство гипербол для различных значений угла h, при этом выполняются неравенства: F_д1<F_д2<F_д3.

Положение изочастотных линий на поверхности земли учитывается при выборе расположения лучей ДИС. Угловые размеры ДН антенны конечны, поэтому на земной поверхности можно выделить участок, получаемый от пересечения ее лучом, который определяет ширину спектра доплеровского сигнала.

Рис. 2.13. Определение линий равных доплеровских частот

Рис. 2.14. Выбор расположения лучей ДИС

Чем больше изочастотных линий пересекает облучаемый участок земной поверхности, тем шире спектр и ниже точность измерения среднего значения частоты этого спектра. Следовательно, целесообразно располагать облучаемый участок вдоль изочастотных линий (положение № 1, а не положение № 2), так как это сужает спектр отраженного доплеровского сигнала.

Доплеровский измеритель с одним неподвижным лучом позволяет определять только одну составляющую полной путевой скорости ЛА в направлении луча антенны. Чтобы определить вектор земной скорости ЛА , необходимо иметь не менее трех некомпланарных (не лежащих в одной плоскости) антенных лучей.

Рассмотрим горизонтальную прямоугольную систему координат O₀X₀Y₀Z₀, связанную с Землей (рис. 2.15).

Для простоты считаем, что антенная система координат совпадает с самолетной связанной системой координат OXYZ. Примем для упрощения, что , , , а вектор воздушной скорости  направлен вдоль оси ОХ. Обозначим через W_x, W_v и W_z проекции вектора земной скорости ЛА  на оси OX, OY и OZ соответственно.

Для симметричного расположения лучей антенны ДИС доплеровские частоты определяются соотношениями:

         (2.17)

Система уравнений (2.17) позволяет определить вектор земной скорости летательного аппарата. Для этого в современных многолучевых ДИС с неподвижной относительно корпуса самолета антенной применяют методы попарной и раздельной обработки сигналов.

При попарной обработке в четырехлучевой системе (рис. 2.15) излучение и прием сигналов производится одновременно по двум лучам, например 1 и 3 или 2 и 4. Каждая пара лучей включается поочередно и прием сигналов по каждой паре лучей производится поочередно, поэтому можно использовать один приемный канал. Однако при попарной обработке сигналов лучей утрачивается информация о вертикальной составляющей вектора скорости , что накладывает ограничения на работу такой системы – полет должен быть горизонтальным.

Обобщенная структурная схема одноканального ДИСС.

Передающая антенна A₁ излучает колебания частотой f_изл в определенном направлении по отношению к объекту. Отраженные от земной поверхности колебания частотой f_пр = f_изл + F_д принимаются антенной А₂ и подаются на балансный смеситель БС. Доплеровская частота F_д выделяется полосовым усилителем ПУ, сигнал с выхода которого подается на измеритель частоты ИЧ.