Компенсация траекторных нестабильностей с помощью инерциальной навигационной системы

(рис. 6.18). Заданное направление обзора выдерживается путем

в каждой точке траектории.

Неточности работы системы управления маневром носителя РЛС и различного рода случайные возмущения при движении носителя в турбулентной атмосфере вызывают отклонения реальной траектории полета от заданной. Эти случайные отклонения от опорной траектории принято называть траекторными нестабильностями (ТН).

ТН приводят к нарушению оптимальности обработки отраженных сигналов. Так, для нормальной работы РСА необходимо знание траектории носителя для вычисления закона изменения расстояния от РЛС до наблюдаемого объекта и расчета опорной функции с точностью до малых долей длины волны Р ЛС в пределах интервала синтезирования. В связи с этим встает задача компенсации искажений траекторного сигнала, вызванных ТН.

Назначение системы компенсации ТН состоит:

в измерении траекторных нестабильностей;

коррекции фазы опорного или отраженного сигнала;

коррекции изменения задержки отраженного сигнала;

управлении ДН реальной антенны для поддержания заданного положения зоны обзора на местности;

привязке получаемого изображения к системе координат индикатора.

от фазового центра

реальной антенны (ФЦА) до объекта. Траектория ФЦА вычисляется при помощи специальной инерциальной системы микронавигации с точностью, обеспечивающей требуемые характеристики качества РЛИ. ИНС в этом случае является датчиком параметров траектории движения носителя РЛС, определяющих алгоритм обработки траекторного сигнала. Изменения задержки сигнала на интервале синтезирования учитываются соответствующим сдвигом отсчетов АЦП, а изменения фазы - сдвигом фазы опорной функции. В дальнейшем рассматривается задача расчета фазы опорной функции по данным ИНС.

Фаза опорной функции при согласованной обработке сигналов определяется законом изменения текущего расстояния между ФЦА и объектом на интервале синтезирования:

- текущие координаты ФЦА в земной системе

- координаты объекта в той же

системе координат.

При средних значениях разрешающей способности (единицы метров) для формирования опорной функции применяется квадратичная аппроксимация текущего расстояния:

- соответственно радиальная скорость и ускорение ФЦА относительно объекта при t = 0, которые определяются формулами:

- модуль полной скорости ФЦА в тот

- соответственно азимут в горизонтальной плоскости и угол наклона в вертикальной плоскости 1-й точки земной поверхности при 1 = 0.

опорная функция равна:

- радиальные скорость и ускорение движения ФЦА по отношению к центру зоны обзора;

оправдана

. Погрешность аппроксимации определяется в основном кубическим членом разложения:

- максимальная скорость

изменения радиального ускорения на интервале синтезирования.

, при которой

- допустимый уровень искажения фазы сигнала.

в свою очередь складывается из скорости изменения радиального ускорения при отсутствии ТН

от его математического ожидания вследствие ТН. Эти отклонения обычно характеризуются корреляционной функцией вида

)

то СКО скорости изменения радиального ускорения

, то из (6.11) допустимое время синтезирования

маневре ЛА и наличии ТН зависит от длины волны РСА, статистических характеристик ТН и скорости изменения радиального ускорения при целенаправленном маневрировании ЛА.

В качестве маневра рассмотрим разворот в горизонтальной плоскости, который является составной частью большинства фигур пилотажа, применяемых в различных условиях. На коротком участке (в течение отрезка времени синтезирования) перегрузку п можно считать постоянной. В этом случае самолет совершает движение по окружности с

(см.

- поперечное ускорение; g — ускорение свободного падения.

,

z(t) = Н. Отсюда параметры движения ФЦА по осям той же системы координат в момент времени 1 = 0:

Подставив эти выражения в (6.40) и (6.42), получим

относительно

первое слагаемое также представляет собой скорость

изменения радиального ускорения при прямолинейном равномерном полете, а второе - изменение этого значения при маневре.

приведены на рис. 6.19. Из графиков следует, что при неэнергичном маневрировании ЛА, когда перегрузка

уменьшается

для данного числового примера.

можно пренебречь.

Если время синтезирования, необходимое для получения заданного разрешения, оказывается больше допустимого, то интервал синтезирования можно разбить на ряд участков, на которых допустима квадратичная аппроксимация текущего расстояния. При этом на каждом участке необходимо вычислять по данным ИНС радиальную скорость и ускорение движения ФЦА относительно объекта.

) рассчитать радиальную скорость и ускорение движения ФЦА по отношению к объекту.

Ошибки ИНС. Ошибки измерения составляющих скорости и ускорения носителя по осям НСК приводят к ошибкам при вычислении тангенциальной скорости, радиальной скорости и ускорения движения ФЦА.

Ошибки оценки тангенциальной скорости незначительны и их влиянием можно пренебречь .

движения ФЦА приводят к тому, что формируемая опорная функция оказывается рассогласованной с отраженным сигналом. В этом случае фазовые искажения траекторного сигнала имеют вид:

Из последнего выражения видно, что ошибка оценки радиальной скорости приводит к линейному набегу фазы траекторного сигнала (т.е. вызывает сдвиг изображения), а ошибка оценки радиального ускорения - к квадратичному набегу фазы. Следствием последнего является расфокусировка РЛИ, приводящая к снижению разрешающей способности РСА.

, которые в свою очередь зависят от ошибок измерения соответствующих ускорений с помощью акселерометров, ибо скорость в ИНС определяется путем интегрирования выходных сигналов акселерометров. Ошибка измерения радиального ускорения (6.40) определяется как непосредственно ошибками самих акселерометров, так и ошибками измерения скорости.

на характеристики РЛИ можно использовать зависимости (6.29) и (6.32) с

из (6.29) следует, что допустимое СКО ошибки измерения радиальной

Задача определения составляющих вектора скорости и ускорения движения ЛА в ИСК, а также направления на центр зоны обзора решается в ИНС с помощью акселерометров и гироскопов. При этом важной характеристикой является полоса пропускания соответствующих измерителей. Случайные изменения параметров движения ФЦА в результате ТН являются узкополосными процессами, у которых средние частоты спектров лежат в пределах 0,2...2 Гц, а ширина спектров колеблется от 0,1 до 0,3 Гц.

Штатные навигационные системы ( в первую очередь ИНС и ДИСС) предназначены для решения задач навигации, т.е. определения местоположения ЛА в географической (или ортодромической) системе координат. Полосу пропускания этих систем выбирают гораздо более узкой, чем полоса траекторных нестабильностей, чтобы измерять лишь низкочастотные отклонения ЛА от заданной траектории полета и таким образом повысить точность навигации.

Для компенсации ТН необходимы измерители, которые должны быть широкополосными и иметь малые ошибки на интервале синтезирования. Такие требования не позволяют использовать штатные системы. Кроме того, штатные навигационные системы располагаются на самолете вблизи центра масс, а антенна РСА часто выносится в носовую часть самолета. При таком расположении параметры движения ФЦА могут заметно отличаться от параметров движения центра масс из-за угловых и упругих колебаний ЛА. В связи с этим навигационные измерители целесообразно располагать по возможности ближе к фазовому центру антенны РСА.

Один из вариантов построения системы компенсации ТН состоит в комплексном использовании двух ИНС - штатной навигационной ИНС с коррекцией от радиотехнических датчиков (ГЛОНАСС, ДИСС или РЛС в режиме измерения скорости и угла сноса) и широкополосной ИНС с системой акселерометров и датчиков угловых скоростей (микронавигация), устанавливаемых непосредственно на антенне РСА.

с течением времени не возрастает.