CC BY
35
2006
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 98(2)
УДК 621. 396.98
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА НА КАЧЕСТВО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ СРНС
Г.Е. КАРЮКИН
Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д
Рассматривается влияние винта вертолета на качество функционирования локальной дифференциальной подсистемы СРНС.
При размещении приемоиндикатора спутниковых РНС (СРНС) типа ГЛОНАСС и GPS на вертолете и использовании дифференциального или относительного методов навигационных определений (НО) несущий винт (НВ) вертолета оказывает влияние на точность местоопреде-ления и достоверность передачи корректирующей информации по связному каналу.
Сигнал на выходе коррелятора приемоиндикатора СРНС с учетом влияния НВ может быть записан в виде
соотношениями и частотой вращения НВ; S(t) -прямой сигнал от КА; SдИФ¿(t) - дифракционные
сигналы; Х(0 - гауссовский стационарный шум.
Анализ показал, что, в первом приближении, можно ограничиться учетом дифракции сигнала на передней и задней кромках лопастей НВ и не учитывать дифракционные волны, возникающие при попадании на кромки лопастей НВ сигналов, порожденных отражениями дифракционных лучей от таких элементов конструкции вертолета, как хвостовая балка и кабина. Дифракционная волна на каждой кромке лопасти определяется выражением
где ио - амплитуда первичной волны от КА; 8дИФ - эйконал (длина вдоль луча) дифракционной волны; К = 2р/1 - волновое число; ю - угол раскрыва конуса дифракционных лучей; ф и фо - углы между проекциями дифракционного и первичного лучей на секущую плоскость и бинормалью к кромке.
Расчеты по формуле (2) с учетом двух кромок лопасти показывают, что амплитуда результирующего дифракционного сигнала изменяется в больших пределах и максимальна (~ -5 дБ по отношению к амплитуде первичного сигнала КА) при движении вертолета по курсу в направлении КА.
Угол места КА, при котором происходит экранирование, уэкр. определяется типом вертолета и расстоянием от антенны до оси НВ. Так, например, для вертолета Ми-8, применительно к параметров которого проводилось моделирование, при расстоянии от антенны до оси НВ, равном
2 м, имеем уэкр. > 10°.
N
S (t )= X (t) S (t)+ 2 S ДИФt (t )+X(t) ,
(i)
І =1
функция экранирования, определяемая геометрическими
U
ДИФ
Влияние НВ проявляется как в прямом экранировании сигнала КА, эквивалентном ухудшению отношения сигнал/помеха, так и в изменении фазы результирующего сигнала, обусловленном интерференцией первичного и дифракционного сигналов от кромок лопастей, причем, сдвиг фаз между прямым и дифракционными сигналами состоит из двух слагаемых
у(г) = 2 р/д (г) г + 0д(г) , (3)
где/д (г) - доплеровский сдвиг частоты дифракционного сигнала, обусловленный движением лопастей НВ относительно КА и приемной антенны; 0д(г) - сдвиг фаз между прямым и дифракционными сигналами за счет увеличения длины пути, проходимого дифракционным сигналом, по сравнению с первичным.
Адиф / Ао
Рис. 1.
/д , Гц
Рис. 2.
Доплеровский спектр дифракционного сигнала, в первом приближении, может быть описан прямоугольником с шириной, не превышающей 100 Гц [1]. На рис. 1 - 3 приведены результаты расчета зависимости от времени амплитуды дифракционного сигнала, центральной частоты его доплеровского спектра и сдвига фаз между первичным и дифракционными сигналами для нескольких значений угла места у КА, проведенного по методике, изложенной в [1].
Из приведенных зависимостей видно, что, если эффект экранирования больше проявляется при больших углах места КА, то эффекты, связанные с дифракцией на кромках лопасти НВ, наоборот, больше проявляются при малых углах места КА.
Заметим, что изменение фазы результирующего сигнала существенно при использовании фазовых измерений в СРНС, которые могут применяться для повышения точности местоопреде-ления с целью удовлетворения требованиям ка-тегорированной посадки ВС и определения углового положения ВС с использованием трехбазового фазового интерферометра. Кроме того, фазовые искажения сигнала существенны для канала передачи корректирующей информации, в котором используются фазоманипулированные сигналы.
На рис. 4 приведены полученные в результате математического моделирования СРНС ГЛОНАСС в режиме пониженной точности (ПТ) зависимости среднеквадратической ошибки (СКО) местоопределения ВС без учета влияния НВ (сплошные линии) и с учетом этого влияния (пунктирные линии) от высоты полета для нескольких значений угла места КА у и угла крена ВС е .
Моделирование проводилось в условиях действия собственных и внешних шумов, отражений от подстилающей поверхности, остаточных случайных ионосферной и тропосферной задержек сигнала, а также с учетом системных погрешностей при значениях параметров, принятых при моделировании работы СРНС в [2].
0д , град
Как видно из приведенных кривых, погрешность измерения псевдодальности и соответственно точности определения координат воздушного судна (ВС) возрастают с уменьшением высоты полета Иве и угла места КА у и с увеличением угла крена ВС е, что в первую очередь обу-словленно влиянием отражений от подстилающей поверхности.
Влияние НВ приводит к увеличению погрешности примерно в 2 раза при высотах полета ВС порядка 600 м. С уменьшением высоты полета влияние НВ уменьшается из-за преобладающего влияния подстилающей поверхности.
Рис. 3.
СКО, м
60
40
20
7
/1 , 2
— х' с/
1 1 —1— 1 1
Нвс , м
200 400
600
800
Рис. 4.
(1 - у = 45°, е = 0°; 2 - у = 20°, е = 0°;
3 - у = 20°, е = 30°)
3
0
0 1 2 3 4 5
10
-1
10
-2
-3
10 10-4
10-5 + 10-6
10-7 -I-
Рис. 5.
ч
На рис. 5 приведены полученные в результате моделирования зависимости от отношения сигнал/помеха ч вероятности ошибки на бит Рош. при передаче информационных сообщений в СРНС без учета НВ (сплошная линия) и с учетом такого влияния (пунктирная линия).
При моделировании длительность экранирования была принята тэ = 10 мс, что соответствует наиболее неблагоприятному, с точки зрения экранирующего действия НВ, углу места КА у = 90°.
Как видим, за счет НВ Рош увеличивается на несколько порядков, однако, с учетом того, что при изменении у в пределах 20 - 90° отношение сигнал/помеха ч изменяется в пределах 5,5 - 17, вероятность ошибки остается достаточно малой, порядка 10 , влиянием НВ на работу канала передачи данных, в первом приближении, можно пренебречь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шебшаевич В.С., Григорьев М.Н. и др. Дифференциальный режим сетевой спутниковой радионавигационной системы // Зарубежная радиоэлектроника, 1989, № 1, с. 5-32.
2. Манин А.П., Романов Л.И. Методы и средства относительных определений в системе “Навстар” // Зарубежная электроника, 1989, № 1, с. 33-45.
THE ANALYSIS OF INFLUENCE OF HELICOPTER SCREW ON QUALITY OF WORK OF LOCAL
DIFFERENTIAL SUBSYSTEMS GNSS
Karykin G.E.
The influence of helicopter screw on quality of work of local differential subsystems GNSS is considered.
Сведения об авторе
Карюкин Геннадий Ефимович, 1947 г.р., окончил МАИ (1970), главный конструктор направления МКБ «Компас», автор 10 научных работ, область научных интересов - навигация и управление воздушным движением.
