Спосіб формування сигналів помилки при управлінні рухом об'єкта з метою виведення його на задану точку

 

Винахід відноситься до радіонавігаційних систем і може бути використано в системах забезпечення посадки літальних апаратів, у тому числі безпілотних, а також в системах забезпечення судноводіння. Крім того, винахід може бути використано для забезпечення автоматичного повернення пожежного чи іншого робота, для забезпечення прицільного десантування людей чи вантажів, для забезпечення прицільного скидання води при гасінні пожеж.

Відомі способи формування сигналу помилки, що застосовуються в радіотехнічних системах посадки літаків для забезпечення руху літака по заданій траєкторії зниження і приземлення {Бакулев П. А., Соснівський А. А. Радіонавігаційні системи. М.: Радіотехніка, 2011, - с. 159-181}.

Для реалізації відомих способів літальний апарат (ЛА) опромінюють радіосигналами, на борту ЛА сигнали приймають і перетворення в сигнали кутових відхилень від заданої траєкторії. Параметри сигналів, які містять інформацію про кутових відхилень ЛА, формують з допомогою спеціальних антен радіомаяків. Зазвичай радіотехнічна система посадки складається з двох незалежних каналів (курсового і глиссадного).

Найбільш близьким аналогом заявляється способу я�кий А. А. Радіонавігаційні системи. М.: Радіотехніка, 2011, - с. 161-170}. Цей спосіб застосовується у кожному з двох (курсовому і глиссадном) каналів.

Зокрема, для управління рухом ЛА за курсом використовують розташований на осі злітно-посадкової смуги курсової равносигнальний радіомаяк.

Формують два амплітудно-модульованих сигналу з однаковою частотою, що відрізняються частотами модуляції F1і F2. Для цих двох сигналів формують дві нерухомі пересічні діаграми спрямованості антенної системи радіомаяка. Равносигнальное напрямок радіомаяка, що відповідає точці перетину діаграм спрямованості, направляють по лінії курсу, тобто по осі злітно-посадкової смуги. ЛА опромінюють з допомогою антенної системи двома амплітудно-модульованими сигналами. На борту ЛА сигнали радіомаяка приймають і детектируют. Сигнал відхилення від лінії курсу (сигнал помилки) формують залежно від різниці амплітуд отриманих в результаті детектування сигналів частот F1і F2.

Недоліком відомого равносигнального способу є необхідність використання високоспрямованих антенних систем. Це призводить до значних габаритів антени� них, а також до неможливості швидкого розгортання антеною системи.

Винахід спрямовано на вирішення задачі формування сигналів помилки при забезпеченні виведення об'єкта на задану точку без застосування високоспрямованих антен, що забезпечує поліпшення масогабаритних характеристик системи і суттєве скорочення термінів її розгортання.

Формування сигналу помилки при управлінні рухом об'єкта з метою виведення об'єкта на задану точку відбувається наступним чином.

Формують два основних сигналу нерівних частот.

Додатково формують сигнал модуляції шляхом перетворення основних сигналів сигнал різницевої частоти.

Сигналом модуляції модулюють сигнал додаткового початкове значення різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу.

В наступні моменти визначають поточні значення різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу і формують сигнали помилки в залежності від відхилень поточних значень різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу від початкового значення різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу.

Приклад реалізації запропонованого способу описаний з посиланнями �е розташування ліній рівних різниць фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу. На фіг.1 використовуються наступні позначення:

1 - передавальна антена першого радіомаяка, що випромінює сигнал частоти ω1;

2 - передавальна антена другого радіомаяка, що випромінює сигнал частоти ω2;

3 - антена додаткового радіопередавального пристрою;

4 - точка, поблизу якої повинна пройти траєкторія руху об'єкта керування (задана точка);

5 - об'єкт управління;

r1, r2- вектори, початку яких знаходяться в точках розташування антен першого і другого радіомаяків, а кінці - в точці розташування об'єкта управління;

β - кут між векторами r1і r2;

r3- вектор, початок якого знаходиться в точці розташування антени додаткового радіопередавального пристрою, а кінець - у точці розташування об'єкта управління;

r10,r20,r30- орти векторів r1, r2, r3.

На фіг.2 наведений варіант функціональної схеми формування сигналів �ня:

1 - передавальна антена першого радіомаяка, що випромінює сигнал частоти ω1;

2 - передавальна антена другого радіомаяка, що випромінює сигнал частоти ω2;

3 - антена додаткового радіопередавального пристрою;

6 - синтезатор частот основних сигналів;

7 - суматор;

8 - амплітудний детектор;

9 - додаткове радіопередавальний пристрій;

10 - перший радіомаяк;

11 - другий радіомаяк.

На фіг.3 наведений варіант функціональної схеми бортової частини системи формування сигналу помилки. На фіг.3 використовуються наступні позначення:

12 - приймач основних сигналів;

13 - антена приймача основних сигналів;

14 - амплітудний детектор;

15 - приймач сигналу додаткового радіопередавального пристрою;

16 - антена приймача сигналу додаткового радіопередавального пристрою;

17 - демодулятор;

18 - цифровий визначник різниці фаз;

19 - запам'ятовуючий пристрій;

20 - суматор;

21 - формувач сигналу помилки.

На фіг.4 показані траєкторія руху об'єкта управління і лінії рівних різниць фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу. На фіг.4 використовуються наступні позначення:

4 - точка, поблизу якої повинна про/p>

23 - точка розташування антени першого радіомаяка;

24 - точка розташування антени другого радіомаяка;

25 - лінія рівних фаз, що проходить через початкову точку (точку розташування об'єкта управління в момент початку управління);

26 - початкова точка;

27 - точка розташування антени додаткового радіопередавального пристрою;

V0- вектор швидкості об'єкта управління в момент початку управління.

Формування сигналу помилки відбувається наступним чином.

Перший радіомаяк, антена 1 якого (фіг.1) випромінює основний сигнал частоти ω1, другий радіомаяк, антена 2 якого випромінює основний сигнал частоти ω2і додаткове радіопередавальний пристрій, антена 3 якого випромінює модульований сигнал, розташовують поблизу заданої точки 4.

Формування основних сигналів може проводитися в синтезаторі частот 6, як показано на фіг.2.

Миттєві значення ψ1(t) і ψ2(t) основних фаз сигналів визначаються виразами:

ψ1(t)=ω1t-ψ01;

ψ1(t)=ω2t-ψ02,

де t - поточний час;

ψ01- початкова фаза першого сигналу радіомаяка;

ψ02- початкова фаза сигналу другого радіомаяка.

Перетворення основних сигналів сигнал модуляції може бути здійснено різними способами. Зокрема, можливо, як показано на фіг.2, складання основних сигналів у суматорі 7 з подальшим детектуванням в амплитудном детекторі 8.

Миттєве значення ψмод(t) сигналу модуляції з точністю до постійного зсуву фази дорівнює різниці фаз основних сигналів:

ψмод(t)=(ω12)t-(ψ0102)-ψ0,

де ψ0- додатковий зсув фази при перетворенні.

Сигналом модуляції модулюють сигнал додаткового радіопередавального пристрою. Вид модуляції сигналу додаткового радіопередавального пристрою може бути будь-яким.

На об'єкті управління основні сигнали приймають і перетворюють у сигнал різницевої частоти (ω12). Прийом і перетворення можуть проводитися різними способами. Зокрема, як показано на фіг.3, прийом обох основних сигналів може проводитися одним приймачем основних сигналів 12 з антеною 13. Перетворення прийнятих сигналів сигнал різницевої частоти може відбуватися в амплитудном детекторі 14.

Миттєві значення ψ1(r,t) і ψ2(r,t) фаз прийнятих основних сигналів заради�їх антен до об'єкта управління.

де r - вектор поточних координат об'єкта управління;

з - швидкість світла.

Миттєве значення фази сигналу різницевої частоти з точністю до постійного зсуву фази дорівнює різниці фаз прийнятих сигналів радіомаяків:

де ψconvert- додатковий зсув фази при перетворенні.

На об'єкті управління сигнал додаткового радіопередавального пристрою приймають приймачем 15 з антеною 16 (фіг.3) і перетворюють у демодуляторі 17 в опорний сигнал різницевої частоти.

Миттєве значення ψon(r,t) фази опорного сигналу відрізняється від миттєвого значення ψмод(t) фази сигналу модуляції на величину, відповідну відстані r3від антени додаткового радіопередавального пристрою до об'єкта управління:

де ψмод- додатковий зсув фази при модуляції сигналу додаткового радіопередавального пристрою;

ψдемод- додатковий зсув фази при демодуляції.

Різниця Δψ(r(t)) фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу в точці розташування об'єкта управління залежить від усіх трьох рассто�b>+ψдемод.

Зауважимо, що різниця фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу в точці розташування об'єкта управління не залежить від початкових фаз основних сигналів і, отже, від відповідних фазових нестабільності. Це істотно (на порядки) зменшує вимоги до когерентності основних сигналів.

Покажемо, що лінії рівних різниць фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу розташовані віялоподібно і направлені в бік відрізка, що з'єднує точки розташування антени 1 і 2 антени радіомаяків.

Визначимо градієнт функції Δψ(r(t)).

Врахуємо, що:

Тоді

деD=ω1r10[ω2r20+(ω1ω2)r30].

Вектор градієнта різниці фаз перпендикулярний дотичній до лінії (поверхні) рівних значень різниці фаз. Таким чином, положення кас� D.

З векторної діаграми на фіг.1 видно, що вектор D приблизно перпендикулярний бісектрисі кута β. Тому дотична до лінії рівних різниць фаз спрямована в бік відрізка, що з'єднує точки розташування антен 1 і 2 радіомаяків. Це справедливо для будь-яких положень об'єкта управління і при будь-яких положеннях антен радіомаяків.

Як видно з векторної діаграми на фіг.1, зміна положення антени 3 додаткового радіопередавального пристрою практично не впливає на напрямок вектора D і, отже, на стан ліній рівних різниць фаз. Це дозволяє розташовувати антену 3 додаткового радіопередавального пристрою практично в будь-якому місці.

На фіг.4 наведено траєкторія руху 22 об'єкта управління і лінії L1, L2, L3, ..., LNрівних різниць фаз для конкретного розташування антен. Лінії рівних різниць фаз перетинають відрізок, що з'єднує точки 23 і 24 розташування антен радіомаяків. Таким чином, завдання виведення об'єкта на відрізок, що з'єднує точки 23 і 24, може бути зведена до задачі руху по траєкторії, що збігається з однією з ліній рівних різниць фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу.

В якості значення рачала управління. Це значення відповідає лінії 25 рівних різниць фаз, що проходить через початкову точку 26 (точку розташування об'єкта управління в момент початку управління).

У відповідності з цим, в момент початку керування рухом об'єкта визначають початкове значення Δψпочрізниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу, а в наступні моменти визначають поточні значення Δψ(r(t)) різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу.

Якщо після початку керування об'єкт рухається по лінії 25, то відхилення поточних значень Δψ(r(t)) від початкового значення Δψпочдорівнює нулю, що повинно відповідати нульового сигналу помилки.

Якщо, як показано на фіг.4, вектор V0швидкості об'єкта управління в момент початку керування (або будь-який інший момент) спрямований не уздовж лінії 25, то об'єкт відхиляється від лінії 25, поточні значення Δψ(r(t)) різниці фаз відхиляються від початкового значення Δψпоч, що призводить до формування сигналу помилки, знак і величина якого визначаються знаком і величиною відхилення від лінії 25. Згідно із сигналом помилки формується сигнал керування, в результаті чого об'єкт управління повертається на лінію 25 і рухається не�r(t)) і її відхилень від початкового значення Δψпочможе проводитися різними способами. Зокрема, як показано на фіг.3, різниця фаз Δψ(r(t)) може визначатися в цифровому визначнику різниці фаз 18, значення різниці фаз в момент початку управління Δψпочможе бути записано у запам'ятовуючому пристрої 19 по команді запису, а відхилення різниці фаз може бути визначена шляхом підсумовування в суматорі 20 поточного значення різниці фаз Δψ(r(t)) і взятого з протилежним знаком початкового значення Δψпоч.

Перетворення відхилення різниці фаз від початкового значення сигнал помилки відбувається у формувачі сигналу помилки 21.

Щоб забезпечити взаємно однозначна відповідність відхилення різниці фаз і відхилення об'єкта управління від лінії 25, в цифровому визначнику різниці фаз повинен використовуватися алгоритм, при якому не відбувається «скидання» цілого числа періодів використовується в алгоритмі зворотного тригонометричної функції.

Зокрема, алгоритм може використовувати періодичне обчислення тангенсу різниці фаз з подальшим обчисленням арктангенса. Результатом є головне значення арктангенса, яке може відрізнятися від істинного значення різниці фаз Δψ(r(t)) на величину, кратну π:

визначення початкового значення різниці фаз величиною n присвоюється будь-яке кінцеве ціле значення. Наприклад, нульовий. У кожний з наступних моментів отримане чергове головне значення арктангенса порівнюється зі значенням в попередній момент. Якщо приріст головного значення арктангенса по абсолютній величині більше деякого допустимого значення, то це є ознакою чергового «скидання» величини π. В цьому випадку для компенсації «скидання» необхідно величину n змінити. Якщо нове головне значення менше нуля, то величину n слід збільшити на одиницю. Якщо нове головне значення більше нуля, то величину n слід на одиницю зменшити.

Похибка виведення об'єкта на задану точку визначається відстанню між антенами радіомаяків та розташуванням антен радіомаяків відносно заданої точки. Доцільно розташовувати антени радіомаяків по різні сторони від заданої точки.

У випадку, коли потрібно вивести об'єкт управління на задану точку з заданого напрямку (наприклад, при виведенні літального апарату на початок злітно-посадкової смуги), слід розташовувати антени радіомаяків симетрично відносно заданої траєкторії. Похибка кутового положення траєкторії відносно заданої траєкторії визначається кутовим положенням точ�ода його на задану точку, полягає в тому, що об'єкт управління опромінюють радіосигналами, а на об'єкті управління радіосигнали приймають і перетворення в сигнали помилки, відрізняється тим, що поблизу заданої точки розташовують два радіомаяка, в яких формують два основних сигналу нерівних частот і випромінюють їх, формують також сигнал модуляції шляхом перетворення основних сигналів нерівних частот двох радіомаяків в сигнал різницевої частоти, яким модулюють сигнал додаткового радіопередавального пристрою, розташованого поблизу заданої точки, на об'єкті управління приймають основні сигнали нерівних частот, перетворюють у сигнал різницевої частоти, на об'єкті управління приймають також сигнал додаткового радіопередавального пристрою, який шляхом демодуляції перетворять в опорний сигнал, у момент початку керування рухом об'єкта визначають початкове значення різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу, в наступні моменти визначають поточні значення різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу і формують сигнали помилки в залежності від відхилень поточних значень різниці фаз сигналу різницевої частоти опорного сигналу від початкового зна�

 

Схожі патенти:

Двочастотний курсовий радіомаяк (варіанти)

Двочастотний курсовий радіомаяк (КРМ) призначений для забезпечення інструментального заходження на посадку і посадки літаків. Досягнутий технічний результат - скорочення кількості елементів фідерного тракту апертурного контролю КРМ за рахунок послідовного додавання сигналів від датчиків, а також більш проста настройка пристрою апертурного контролю. Зазначений результат досягається за рахунок того, що двочастотний курсовий радіомаяк містить пристрої сигналів вузького каналу (КК) і широкого каналу (ШК), лінійну антенну решітку (АР) 2N випромінюючих елементів (ВЕ) у першому варіанті або 2N+1 ІЕ у другому варіанті КРМ. ИЭ розташовані симетрично щодо центру АР, при цьому всі елементи і пристрої, що входять до складу першого і другого варіантів двочастотного курсового радіомаяка, виконані і з'єднані між собою певним чином. 2 н. п. ф-ли, 2 іл., 2 табл.

Багатопозиційна система посадки повітряних суден

Винахід відноситься до галузі авіації, зокрема до посадочних систем

Спосіб формування, вимірювання параметрів і обробки сигналів сигналу для двочастотної курсо-глиссадной системи посадки літального апарату

Винахід відноситься до техніки зв'язку, а саме до радіотехнічного обладнання, і може бути використано в системах і засобах управління повітряним рухом

Глиссадний радіомаяк (варіанти)

Винахід відноситься до радіотехніки і може використовуватися в системах інструментального забезпечення заходу літаків на посадку

Супутникова система посадки літальних апаратів

Винахід відноситься до систем і засобів управління повітряним рухом, зокрема до пілотажно-навігаційного і радіотехнічного обладнання і призначене для встановлення на літальних апаратів (ЛА) та на землі в районі аеродрому для забезпечення посадки ЛА і спостереження за ними

Глиссадний радіомаяк

Винахід відноситься до галузі радіонавігації і може бути використане в інструментальних системах посадки літаків

Спосіб визначення курсового кута виконавчого механізму і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до автоматичного управління виконавчими механізмами і може використовуватися, наприклад, в транспортних роботах

Пристрій вимірювання кутової координати системи посадки

Винахід відноситься до радіотехніки і може використовуватися в радіотехнічних системах посадки літальних апаратів

Глиссадний радіомаяк

Винахід відноситься до радіонавігації
Up!