Бортовая рлс миллиметрового диапазона

Как уже отмечалось выше, интегрированная система навигации вертолета может включать в себя бортовую радиолокационную станцию миллиметрового диапазона, устанавливаемую, как правило, в носовой части ЛА вдоль продольной оси вертолета под некоторым так называемым привалочным углом  к горизонтальной плоскости симметрии (см. рис.7.11).

Б

Рис .7.11.

ортовая РЛС (БРЛС) осуществляет сканирование подстилающей поверхности в пределах тетраэдра, обусловленного максимальным отклонением по азимуту и элевации луча антенны (рис. 7.12).

Текущий кадр радиоизображения подстилающей поверхности формируется путем последовательной съемки в заданном диапазоне углов азимута и элевации.

Приводимая ниже модель БРЛС обладает следующими особенностями:

• воспроизводятся три режима работы БРЛС: облет, обход, облет-обход;

• имитируется массив данных измерений, содержащий информацию об «ярких» точках подстилающей поверхности;

• предполагается наличие стабилизатора зоны обзора БРЛС, препятствующего деформации зоны обзора в процессе измерений:

• учитываются задержки при смене направления движения антенны БРЛС и смене режима ее работы.

Остановимся вначале на общих принципах формирования измерений бортовой РЛС. Полученный кадр рассматривается как двумерный дискретный массив радиоизображения подстилающей поверхности, причем величина дискрета по азимуту составляет _г, а по дальности –d (рис. 7.13). Максимальное число дискретов по дальности равно: N_d= Dmax/d, а по направлению.

Для каждого дискрета кадра определяются следующие параметры:

• наклонная дальность - D;

• азимут в связанной с РЛС системой координат - _г;

• элевация в связанной с РЛС системой координат - _В;

• яркость дискрета.

Таким образом, обладая текущей измеренной информацией, можно построить зависимости, отображающие профиль высот по наклонной дальности в диапазоне изменения угла азимута, восстановив значение высоты по наклонной дальности и углам элевации и азимута.

Обладая результатом решения навигационной задачи, полученным на основе БИНС, РБВ и СНС приемника (так называемое «базовое» или «опорное» навигационное решение), в частности, текущей привязкой центра масс вертолета к цифровой карте района операции, сохраненной в бортовом компьютере вертолета, возможно генерировать так называемый «опорный» кадр, содержащий фактически наблюдаемый фрагмент местности, построив профили высот по наклонной дальности в диапазоне изменения угла азимута и восстановив значение высоты непосредственно с цифровой карты. Дальнейшие действия по уточнению «опорного» решения состоят в сопоставлении «опорного» и «истинного» (т.е. полученного с помощью РЛС) кадров с помощью корреляционно-экстремального алгоритма.

Бортовая модель цифровой карты местности представляет собой файл, содержащий в себе информацию о районе проведения МВП.

Карта представляет собой стандартный нетипизованный файл, в котором подряд записана информация о точках (дискретах) карты с заданной дискретизацией.

Начало отсчета и направление осей системы координат карты совпадает с топографической системой координат.

Рис. 7.12

К

Рис. 7.13.

аждый дискрет карты характеризуется следующими параметрами (рис. 7.14):

• координаты (X, Z) в топографической СК;

• высота дискрета (координата Y топографической СК;)

• тип поверхности;

• угол наклона площадки дискрета относительно местной вертикали ;

• угол между проекцией нормали площадки дискрета на плоскость XZ и осью ОХ - .

Обход дискретов карты производится по возрастанию координат оси ОZ, затем ОX, т.е. слева направо и снизу вверх (рис. 7.15.)

Рис. 7.14.

Рис. 7.15.

Исходными данными для измерений являются:

• Координаты вертолета в топографической системе координат R_В^Т=(X_в, Y_в, Z_в);

• Углы ориентации вертолета ;

• Привалочный угол  оси РЛС.

Процедура формирования реальных измерений РЛС реализуется следующим образом:

1. Массив измерений строится циклически в диапазоне угла изменения угла азимута _г. Для этого задается начальное значение угла азимута сканирования РЛС в соответствии со следующим:

_гi=_min+ 0.5i_г;i=1

т.е. моделирование измерений осуществляется по центру полос дискретизации кадра;

где i - индекс азимута

2. Определяется единичный вектор в топографической СК, соответствующий текущему углу азимута сканирования:

,

- единичный вектор вдоль текущей линии визирования;

- единичный вектор текущей линии визирования в топографической системе координат;

- матрица перехода между системой координат, связанной с текущей линией визирования и системой координат, связанной с осью РЛС:

,

где - стандартные матрицы преобразования систем координат, соответствующих повороту вокруг соответствующих осей систем координат на некоторый угол a.

- матрица перехода между системой координат, связанной с осью РЛС и связанной системой координат:

;

- матрица перехода между горизонтной и связанной системой координат (7.4.)

3. В соответствии с полученным единичным вектором текущей линии визирования определяется проекция данного вектора на плоскость OXZ (плоскость карты) в виде уравнения прямой, соответствующей текущему азимуту и проходящей через точку (X_в, Z_в):

,

где - координаты текущей рассматриваемой точки кадра;

- проекции единичного вектора, соответствующего текущему углу азимута сканирования;

j – индекс изменения горизонтальной дальности вдоль направления по текущему углу азимута:

увеличение индекса j происходит до тех пор, пока наклонная дальность не превысит максимальную D_max;

d_t– текущая наклонная дальность вдоль линии визирования РЛС.

4. Для полученной точки на плоскости XOZ определяется дискрет цифровой карты местности и его параметры:

• - высота;

• - тип поверхности;

• - угол наклона площадки дискрета относительно местной вертикали;

• - угол между проекцией нормали площадки дискрета на плоскость XZ и осью ОХ).

5. Для данной точки рассчитываются углы азимута и элевации в системе координат, связанной с РЛС:

,

,

где - координаты текущей точки в системе координат, связанной с РЛС:

- координаты текущей точки в топографической СК.

6. Для полученных углов проверяются условия:

7. Вычисляются значения:

горизонтальной дальности ,

угла наклона линии дальности ,

наклонной дальности ,

яркости b.

8. Определяется индекс наклонной дальности:

где k – индекс дальности

8a) если , то происходит запись в массивы дальностей, углов азимута, элевации и яркости и происходит увеличение индекса горизонтальной дальности j с переходом к пункту 3;

8б) в противном случае увеличение индекса горизонтальной дальности j прекращается, и происходит расчет СКО ошибок измерений и пересчет элементов массивов дальностей, углов азимута, элевации и яркости.

Значения дальности, азимута и элевации зашумляются в соответствии с нормальным законом распределения, характеризующимся математическим ожиданием равным полученному в массиве значению параметра и соответствующим СКО.

После этого происходит увеличение индекса азимута i и переход к п.1

Таким образом, после завершения цикла по индексу азимута окончательно формируются массивы дальностей, углов азимута, элевации и яркости. Эти данные, как уже отмечалось выше, могут быть использованы для построения профиля высот подстилающей поверхности по наклонной дальности в диапазоне изменения угла азимута – т.е. для моделирования «истинного» кадра РЛС, используемого в алгоритме КЭАН.

Для этого необходимо восстановить значение высоты дискрета цифровой карты в соответствии со следующим алгоритмом.

Кадр обрабатывается по строкам, т.е. в диапазоне сканирования РЛС с шагом _г формируется профиль высот в соответствии со следующими соотношениями:

1. Имеющиеся измерения для текущего дискрета кадра преобразуются в точку с координатами в системе координат, связанной с РЛС.

2. Далее, полученный вектор преобразуется в географическую систему координат в соответствии со следующим:

3. Полученное значение и будет представлять собой значение высоты для текущего дискрета кадра.

Таким образом, в результате будет сформирован массив высот, который используется для моделирования “истинного” кадра РЛС в графической форме в диапазоне изменения азимута и наклонной дальности.

Выше были детально рассмотрены cпособы реализации режимов «облет», «обход» и «облет-обход». Применительно к РЛС при облете препятствий сканирование осуществляется в вертикальной плоскости, при этом локатор фиксируется в центральном горизонтальном положении.

В режиме «обход» сканирование осуществляется в горизонтальной плоскости, вертикальное положение, в свою очередь, фиксируется.

В режиме «облет-обход» сканирование осуществляется в небольшом диапазоне углов по вертикали и горизонтали.

Как уже отмечалось выше, модель бортовой РЛС, реализованная в составе функционально-программного прототипа бортового интегрированного комплекса беспилотного вертолета, включает стандартный модуль стабилизатора зоны обзора РЛС, фиксирующий направление линии визирования локатора РЛС на время проведения измерения путем компенсации эволюций вертолета и препятствующий деформации зоны обзора в процессе измерений [7. ]. Кроме того, в целях адекватного моделирования измерений функционально-программный прототип снабжен традиционным механизмом хранения измерительной информации, накапливающим и обновляющим данные по мере поступления в память бортового компьютера [7. ].