Способ определения дальности
Изобретение относится к определению дальности (Д) между летательным аппаратом (ЛА) и наземным объектом (HO). Технический результат заключается в повышении очности определения Д при превышении (принижении) места расположения НО относительно проекции места нахождения ЛА на поверхность рельефа местности (РМ). Это достигают тем, что предварительно вводят в память вычислителя (ВК) ЛА цифровую карту района полета ЛА функцию (Ф) Hp (W, Q) высоты (ВС) Нр РМ от ширины (ШИ) W и долготы (ДО) Q в этом районе, а также угол (У) магнитного склонения G. В полете на ЛА принимают излучение (И) от НО, измеряют на ЛА углы S и R между продольной осью (П) ЛА и направлением (HА) прихода И в горизонтальной (ГП) и вертикальной (ВП) плоскостях, У Т между П и вертикалью, У М магнитного азимута П ЛА и ВС Н полета ЛА над РМ, определяют ШИ Wa и ДО Qa точки А проекции места нахождения ЛА на РМ и всю эту информацию вводят в ВК, в котором с ее использованием вычисляют ВС Нра РМ в точке А, У Г между географическим меридианом и НА ЛА-НО в ГП, УF между НА прихода И от НО и вертикалью, расстояние Дгв в ГПN, проходящей через А, между А и точкой В пересечения наклонного НА ЛА-НО с ГП параметры (П) Ф Нр (Дг), описывающей изменение ВС РМ вдоль прямой АВ, П Ф Нр (Дг), описывающей изменение ВС РМ вдоль прямой АВ, П Ф dHp (Дг) превышения РМ вдоль АВ над точкой А и ряд значений этого превышения в диапазоне от 0 до превышения dНрв в точке В. Далее вычисляют значения Dri, при которых Ф dHp (Дг) равна значениям
, решают прямоугольные треугольники /ТР/, имеющие катеты H-
и Dгi и определяют Д как длину гипотенузы этого из этих ТР, у которого острый У при катете Н-
с заданной точностью равен углу F. 2 ил.
Изобретение относится к способам определения дальности между летательным аппаратом и наземным объектом и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих прицельно - навигационных комплексов летательных аппаратов (ЛА).
Известен способ определения дальности D между ЛА и наземным объектом (НО) [1], который состоит в том, что с ЛА излучают импульс электромагнитной энергии в сторону НО, принимают на ЛА отраженный от НО импульс этой энергии, измеряют интервал времени между моментом излучения импульса с ЛА и моментом приема на ЛА отраженного от НО импульса и вычисляют на ЛА дальность D пропорционально этому интервалу времени. Недостаток этого способа заключается в большой массе излучателя электромагнитной энергии и источников его питания, которые необходимо устанавливать на ЛА при реализации этого метода. Известен также способ определения дальности D между ЛА и НО [2], который состоит в том, что на ЛА принимают излучение от НО, измеряют на ЛА угол F между вертикалью и направлением, с которого приходит на ЛА принятое излучение от НО, измеряют на ЛА высоту H его полета над рельефом местности и вычисляют на ЛА дальность D как длину гипотенузы прямоугольного треугольника, катетом которого является измеренная высота H, а измеренный угол F является прилежащим к этому катету. Недостатком этого метода является существенная погрешность определения D при превышении (принижении) места расположения НО относительно проекции места нахождения ЛА на поверхность рельефа местности. Прототипом заявляемого изобретения следует считать способ определения дальности D между ЛА и НО [2], общими признаками которого с заявляемым изобретением является то, что на ЛА принимают излучение от НО и измеряют на ЛА высоту H полета ЛА над рельефом местности. Кроме того, в прототипе на ЛА измеряют угол F между направлением, с которого приходит на ЛА принятое излучение от НО, и вертикалью и вычисляют дальность D между ЛА и НО как длину гипотенузы прямоугольного треугольника, катетом которого является измеренная высота H, а измеренный угол F является прилежащим к этому катету. Недостатком прототипа является существенная погрешность определения дальности D между ЛА и НО при превышении (принижении) места расположения НО относительно проекции места нахождения ЛА на поверхность рельефа местности. Этот недостаток объясняется тем, что в прототипе дальность D между ЛА и НО вычисляют при допущении, что место расположения НО и проекция места нахождения ЛА на поверхность рельефа местности находятся в одной горизонтальной плоскости, проходящей через эту проекцию. При превышении (принижении) dH (-dH) места расположения НО над этой горизонтальной плоскостью, появляется погрешность dD в определении дальности D. Из подобия прямоугольных треугольников, параллельные катеты которых равны H и H - dH, а гипотенузы равны соответственно D + dD и D следует, что
Для каждого заданного значения Dгi по функции dHp(Dг) вычисляют соответствующие значения dHpi в прямоугольных треугольниках, имеющих длины катетов Dгi и H - dHpi, вычисляют гипотенузы Di и углы Fi при вершине, в которой находится ЛА. То значение Dj из числа полученных значений Di, для которого
|Fj-F| < dF,
где dF - заданная величина, определяемая заданной точностью решения задачи определения D, принимают за величину D. Существо предлагаемого способа поясняется на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 показаны положения НО и ЛА в горизонтальной (фиг 1,а) и вертикальной (фиг. 1,б) плоскостях в текущий момент времени полета ЛА. На фиг. 1 обозначено: ГМ - географический меридиан; ММ - магнитный меридиан; A - проекция центра масс ЛА на горизонтальную плоскость N; ПЛ - проекция направления продольной оси ЛА на плоскость N; В - проекция местоположения НО на плоскость N по направлению ЛА - НО; Dгв - расстояние между точками A и B; G - угол магнитного склонения; М - магнитный азимут продольной оси ЛА; S - угол в горизонтальной плоскости между продольной осью ЛА и направлением прихода излучения от НО; Г - азимут направления прихода излучения от НО относительно географического меридиана; P - вертикальная плоскость, пересекающаяся с плоскостью N по прямой AB; Л - положение центра масс ЛА в плоскости P; УМ - уровень моря; Hpa высота точки A над уровнем моря; H - высота полета ЛА над рельефом местности в точке A; O - положение наземного объекта в плоскости P; R - угол в вертикальной плоскости между продольной осью ЛА и направлением прихода излучения от НО; Hp(Dг) - кусочно-линейная функция, описывающая изменение высоты рельефа местности над уровнем моря вдоль прямой AB в зависимости от расстояния рассматриваемой точки местности от точки A; i - одна из промежуточных точек местности вдоль прямой AB; dHpi - превышение рельефа местности в точке i над точкой A; Di - дальность ЛА до точки i; Fi - угол в вертикальной плоскости между направлением Л-i и вертикалью; ПЛВ - проекция направления продольной оси ЛА на плоскость P; T - угол между ПЛВ и вертикалью; F - угол между направлением Л-О и вертикалью; D - дальность ЛА до НО; Dгi - расстояние между точками A и i вдоль прямой AB; AX - координатная ось, направленная на север по касательной к географическому меридиану, проходящему через точку A; AY - координатная ось, перпендикулярная оси AX и направленная на восток по касательной к географической параллели, проходящей через точку A. На фиг. 2 показана структурная схема возможного варианта устройства, реализующего предложенный способ измерения дальности ЛА до НО. На фиг. 2 обозначено: 1 - вычислительный комплекс (ВК) ЛА; 2 - визирная система ЛА с угломерным устройством (ВСУУ); 3 - гировертикаль (ГВ) ЛА; 4 - радиовысотомер (РВ); 5 - магнитный компас (МК); 6 - навигационная система (НС) ЛА; ЦК - цифровая карта местности; Wa, Qa - географические широта и долгота места нахождения ЛА. Остальные обозначения на фиг. 2 аналогичны обозначениям на фиг. 1. Существо предлагаемого способа состоит в следующем. В память ВК ЛА предварительно вводят цифровую карту (ПК) местности района, в котором будет проходить полет ЛА, зависимость Hp(W,Q) высоты Hp рельефа местности над уровнем моря в этом районе от географических широты W и долготы Q, а также угол G магнитного склонения. В ходе полета на ЛА, находящемся в точке Л (фиг. 1, б), принимают излучение от НО, измеряют на ЛА угол R в вертикальной плоскости между направлением ЛО прихода на ЛА этого излучения и продольной осью ЛПВ ЛА, угол T между продольной осью ЛПВ ЛА и вертикалью, угол S в горизонтальной плоскости между направлением AB прихода этого излучения и продольной осью ПЛ ЛА (фиг. 1,а), угол M магнитного азимута продольной оси ПЛ ЛА и высоту H полета ЛА над рельефом местности и подают измеренные значения R, Т, S, M и H на соответствующие входы ВК ЛА. С помощью навигационной системы ЛА определяют географические широту Wa и долготу Qa точки Л места нахождения ЛА (фиг. 1,б), а следовательно, и точки A, являющейся проекцией точки Л на земную поверхность, и подают Wa и Qa на соответствующие входы ВК. С использованием введенной информации в ВК ЛА вычисляют:
1) угол Г между географическим меридианом ГМ и направлением AB (фиг. 1. а.)
Г = M + G + S; (2)
2) угол F между направлением ЛО и вертикалью (фиг. 1,б)
F = T - R; (3)
3) расстояние Dг в горизонтальной плоскости N, проходящей через точку A, между точкой A и точкой B, являющейся точкой пересечения направления ЛО с плоскостью N (фиг, 1.б)
Dг = H

географические широту Wв и долготу Qв точки B


где

a, e - известные значения большой полуоси и эксцентриситета референц-эллипсоида;
5) высоту Hpa рельефа местности над уровнем моря в точке A (фиг. 1,б)
Hpa = Hpa(Wa, Qa). (8)
Сущность алгоритма (8) состоит в следующем. Информация о высоте рельефа местности содержится в хранящейся в памяти ВК зависимости Hp(W,Q), представляющей собой, например, матрицу, каждый элемент
Hpjk (j = 1,2,... n; k = 1,2,.... m)
которой является высотой над уровнем моря точки местности, имеющей широту Wj и долготу Qk. По введенным в ВК значениям Wa, Qa вычисляют те две пары значений аргументов матрицы, внутри которых находятся введенные значения Wa, Qa
Wr < Wa < Wr +1,
Qg < Qa < Qg + 1. Используя значения Hprg, Hp(r+1)g, Hp(r+1)(g+1), соответствующие значениям полученных пар
Wr, Qg;
Wr+1,Qg;
Wr, Qg+1;
Wr+1, Qg+1
аргументов функции Hp(W, Q), и считая изменение высоты между указанными значениями линейным.

где


dW, dQ - значения шага изменения соответствующих аргументов функции Hp(W, Q);
6) высоту Hрвельефа местности над уровнем моря в точке B
Hрв = Hрв(Wв, Qв) (10)
по алгоритму, подобному алгоритму, изложенному выше в п.5 ), для значений аргументов Wв, Qв для которых справедливо
ws < Wв < Ws+1,
Qv < Qв < Qv+1,
где
S > r,
v > g;
7) из заданной функции Hp(W,Q) выделяют ее часть, аргументы которой находятся в прямоугольнике, диагональ которого ограничена двумя парами аргументов
W = Wa, Q = Qa, (11)
W = Wв, Q = Qв;
8) вводят прямоугольную систему координат AXY, начало которой расположено в точке A, ось AX направлена на север по касательной к географическому меридиану, проходящему через точку A, а ось AY направлена на восток по касательной к географической параллели, проходящей через точку A;
9) вычисляют значения аргументов Xф, Yл, соответствующие заданным значениям аргументов функции Hр(W, Q) в диапазоне (11) значений этих аргументов
Xф = (Wф - Wа)

Yл = (Qл -Qа)


где Rср = 0,5

Wср = 0,5


ф = r + 1, r + 2, ...., s + 1, (17)
л = g + 1, g + 2, ...., v + 1,
а R(Wа определяется выражением (7);
10) в результате выполнения п.9) функцию Hp(W,Q) в диапазоне (11) изменения ее аргументов W, Q преобразуют в функцию Hp(Xф, Yл), диапазон изменения аргументов которой определяется выражением (17);
11) с использованием функции Hр(Xф, Yл) вычисляют функцию Hр(Dг), отражающую закон изменения высоты рельефа местности над уровнем моря вдоль прямой линии AB по следующему алгоритму. В точке A, являющейся начальной для этой функции, имеем
Dг = 0 и Hp(O) = Hpa, (18)
где Hpa определяется выражением (8). Рассмотрим следующую пару значений аргументов Xф, Yл функции Hp(Х, Yл), где в соответствии с (17)
ф = r + 1,
л = g + 1. Вычисляют приращение Dгх длины прямой AB от точки с координатами Хф, Yл до точки пересечения этой прямой с линией
Xф= const, (19)
параллельной оси абсцисс AY,

Вычисляют также приращение Dгу длины прямой AB от точки с координатами Xф, Yл до точки пересечения этой прямой с прямой
Yл = const, (21)
параллельной оси ординат AX,

11.1) Если
Dгх < Dгу, (23)
то прямая AB чаще пересекает прямые (19), чем прямые (21). Поэтому дальнейшие вычисления проводят по следующему алгоритму. Вычисляют приращение dYф абсциссы в точке пересечения прямой AB с прямой (19)
dYф = (Xф - Xф-1))

и вычисляют значение Hрхфdу высоты рельефа над уровнем моря в точке пересечения прямой AB с прямой (19)

Таким образом, при условии (23) на прямой AB в точке, отстоящей от точки A на расстоянии Dгх (20), высота рельефа местности над уровнем моря определяется выражением (25). Очевидно, что алгоритм, подобный рассмотренному, позволяет определить значения Hp в точках пересечения прямой AB с прямыми (19) при других значениях индекса ф из рассматриваемого диапазона (17) и по точкам с координатами Dгх (20), Hрхфdу (25) рассчитать функцию Hp(Dг) при условии (23), считая изменение высоты рельефа линейным между этими точками. 11.2) Если
Dгх = Dгу (26)
то прямая AB проходит через точки с координатами Xт, Yм, находящиеся на биссектрисе квадранта координатной плоскости, т.е. при
т = м, (27)
где в соответствии с (17)
т = 0, 1,.......... s - r; (28)
m = 0, 1,.......... v - g. Расстояния Dгмт этих точек от точки A определяется выражением

с учетом (27), а высота Hртм рельефа местности в этих точках определяется функцией Hp(Xт, Нм), которую получают из функции Hp(Xф, Yл) с учетом выражений (27) и (28). По точкам с координатами Dгтм и Hp(Xт, Hм) рассчитывают функцию Hp (Dг), предполагая линейным изменение высоты рельефа между этими точками. 11.3) Если
Dгх > Dгу, (30)
то прямая AB чаще пересекает прямые (21), чем прямые (19). Поэтому дальнейшие вычисления проводят по следующему алгоритму. Вычисляют приращение dXл ординаты в точке пересечения прямой AB с прямой (21)
dXл = (Yл - Y(л-1)

и вычисляют значение Hрулdх высоты рельефа над уровнем моря в точке, которая расположена на пересечении прямой AB с прямой (21)

Таким образом, при условии (30) на прямой AB в точке, отстоящей от точки A на расстоянии Dгу(22), высота рельефа местности над уровнем моря определяется выражением (32). Очевидно, что алгоритм, подобный рассмотренному, позволяет определить значения Нр в точках пересечения прямой AB с прямыми (21) при других значениях индекса л из рассматриваемого диапазона (17) и по точкам с координатами Dгу (22), Hpулdx (32) рассчитать функцию Hp (Dг) при условии (30), считая изменение высоты рельефа линейным между этими точками. 12) Из ординат функции Нp (Dг) вычитают значение Hра (9) и получают функцию dHp(Dг), описывающую превышение рельефа местности вдоль линии AB над точкой A
dHp(Dг) = Hp(Dг) - Hpa. (33)
13) Вычисляют ряд значений dH

dH



где dH - заданное значение изменения высоты;
t - целая часть частного от деления H на dH. 14) Для каждого полученного значения dH



dHp(Дг


Если функция dHp(Dг) является кусочно-линейной, то на i-том ее участке, на котором выполняется равенство (35), величина Дг


где Dгоi, Dгкi - значения аргумента в начале и конце рассматриваемого участка;
dHpoi, dHpki - значение функции dHp(Dг) в начале и конце рассматриваемого участка. 15) Для каждой полученной пары значений dH




H


В каждом из этих треугольников вычисляют значение угла F


Изменяя заданным образом заданное значение dH



|F-F


Гипотенузу Di- того из рассмотренных прямоугольных треугольников, у которого угол F при вершине Л удовлетворяет соотношению (39), принимают за искомую величину Д между ЛА и НО. Анализ рассмотренного алгоритма (п.1....п.15) показывает, что дальность между ЛА и НО при превышении (принижении) места расположения HO относительно проекции места, в котором находится ЛА, на поверхность рельефа местности в предлагаемом способе определяется с учетом этого превышения (принижения). Это обуславливает повышение точности определения этой дальности предлагаемым способом по сравнению с прототипом, в котором это превышение (принижение) не учитывается, и достижение тем самым цели изобретения. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит (фиг. 2) ВК 1, ВСУУ 2, ГВ 3, РВ 4, МК 5, НС 6, причем первый и второй выходы ВСУУ 2 связаны соответственно с первым и вторым входами ВК 1, выход ГВ 3 связан с третьим входом ВК 1, выход РВ 4 связан с четвертым входом ВК 1, выход МК 5 связан с пятым входом ВК 1, а первый и второй выходы НС 6 связаны соответственно с шестым и седьмым входами ВК 1. Работает это устройство следующим образом. Предварительно на восьмой, девятый и десятый входы ВК 1 подают соответственно ЦК, Hр (W,Q) и G и запоминают эту информацию в ВК 1. В ходе полета ЛА с помощью ВСУУ 2 измеряют углы S, R и подают их соответственно на первый и второй входы ВК 1, с помощью ГВ 3 измеряют угол Т и подают его на третий вход ВК 1, с помощью РВ 4 измеряют высоту Н и подают ее на четвертый вход ВК 1, с помощью МК 5 измеряют магнитный азимут М и подают его на пятый вход ВК 1, а с помощью НС 6 измеряют координаты Wа, Qа и подают их соответственно на шестой и седьмой входы ВК 1. В ВК 1 с использованием указанной информации проводят вычисления в соответствии с алгоритмом, рассмотренным выше в п.1)...п.15) (выражения (2)... (39)), в результате которых получают значение D дальности между ЛА и НО, которое подают на выход ВК 1 для использования при решении прицельно-навигационных задач. Источники информации
1. М. Сколник. Введение в технику радиолокационных систем. - М.: Мир, 1965 г., стр.12. 2. С. В. Буров, В.Д.Чудненко. Противорадиолокационные ракеты, (учебное пособие). - М., Государственный Комитет Российской Федерации по высшему образованию, Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет), 1994 г., стр.15, рис.4.
Формула изобретения






РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2