РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НАВИГАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТАМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ МОРСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для обеспечения навигации и управления полетами летательных аппаратов (ЛА) из подвижного центра управления полетами морского базирования, обеспечения полетов летательных аппаратов на корабли, морские нефте-газо добывающие платформы и взаимно скоординированного выполнения ЛА задач взаимодействия с другими ЛА и подвижными морскими объектами.
В том числе, выполнения: полета по заданному маршруту, выхода летательных аппаратов в заданные взаимно скоординированные точки морской поверхности, захода на посадку на авианесущий корабль, нефте-газо добывающую платформу или на наземный аэродром.
Решение этих задач требует знания на борту каждого летательного аппарата и в подвижном центре управления полетами морского базирования относительного взаимного местоположения ЛА между собой и относительно центра управления полетами, включая данные о высоте полета ЛА и его бортовом номере.
Эти задачи усложняются в условиях работы с подвижным центром управления полетами морского базирования, что требует, в частности при заходе на посадку на подвижную платформу базирования, знания на борту ЛА параметров ее движения.
Для вывода ЛА в заданную точку над морской поверхностью на борту ЛА необходимо также знание местоположения ЛА в глобальной системе координат.
Известны и широко эксплуатируются в авиации радиотехнические системы ближней навигации (РСБН), построенные по азимутально-дальномерному принципу [1], состоящие из наземного оборудования и оборудования, установленного на борту ЛА.
РСБН осуществляет измерение на борту ЛА дальности методом «запрос-ответ» (роль запросчика выполняет бортовое оборудование дальномерного оборудования РСБН, роль ответчика выполняет наземное оборудование дальномерного канала РСБН) и определение на борту азимута на наземный радиомаяк путем измерения временного интервала между моментами приема на борту сигнала от равномерно вращающейся направленной антенны наземного оборудования азимутального канала РСБН и «северного сигнала» излучаемого ненаправленной антенной наземного оборудования азимутального канала РСБН («северный сигнал» формируется в момент разворота направленной антенны на Север).
Простота и малая стоимость оборудования РСБН обусловили его широкое распространение (в эксплуатации находятся несколько сотен наземных радиомаяков и тысячи бортов) для навигационного обеспечения ЛА при полетах на трассах, в районе аэродромов, том числе и ЛА корабельного базирования.
Однако РСБН позволяет осуществлять измерение координат только на борту ЛА и только относительно радиомаяка, установленного на земле или на борту корабля.
Известна и широко применяется бортовая аппаратура ближней навигации и определения взаимных координат, которая, наряду с определением местоположения летательного аппарата по радиомаякам РСБН, обеспечивает определение взаимных координат ЛА, при взаимодействии их в составе группы.
Определение взаимных координат ЛА группы осуществляется бортовой аппаратурой каждого ЛА путем измерения своих координат относительно наземного радиомаяка РСБН (дальности до наземного радиомаяка и азимута на наземный радиомаяк), взаимного измерения дальности между ЛА группы методом «запрос-ответ» и взаимного обмена между ЛА информацией о местоположении каждого ЛА, измеренного аппаратурой РСБН относительно наземного радиомаяка РСБН, а также обмена информацией о местоположении ЛА, измеренного другими радиотехническими угломерными и высотомерными средствами, входящими в состав пилотажно-навигационных комплексов (ПНК) ЛА [2].
Обмен между ЛА навигационными данными осуществляется по линии передачи данных, организованной между ЛА по линии связи дальномерного канала бортовой аппаратуры РСБН. Одновременно по линии передачи данных осуществляется обмен служебной информацией, имеющейся в ПНК ЛА и важной для выполнения тактических задач, таких как: бортовой номер ЛА, высота полета, остаток топлива и др.
Все указанные традиционные средства обеспечивают измерение угловых координат только в относительных системах координат и обладают невысокой точностью.
Наряду с традиционными радиомаячными средствами навигации, известны и широко применяются в авиации спутниковые навигационные системы (СНС), которые обеспечивают измерение навигационных параметров пользователя в глобальном масштабе с достаточно высокой точностью [3, 4]. Однако эти системы обеспечивают определение местоположения пользователя - ЛА только в глобальной системе координат.
Работа техники, к которой относится предлагаемая полезная модель, поясняется на рисунках 1 и 2.
На рис.1 представлена структурная схема дальномерного канала РСБН, состоящего из бортовой аппаратуры дальномерного канала РСБН с функцией определения взаимных координат между летательными аппаратами, размещенной на борту летательных аппаратов группы взаимодействия, и наземного ответчика дальномерного канала РСБН. Структура наземного и бортового оборудования азимутального канала известной РСБН при реализации предлагаемой полезной модели не затрагивается, его работа осуществляется в обычном порядке и схема его на рис.1 не представлена.
Бортовая аппаратура, размещенная на борту ЛА, попеременно выполняет роль бортового запросчика и ответчика дальномерного канала. Наряду с измерением дальности по принципу «запрос - ответ» между летательным аппаратом и наземным ответчиком дальномерного канала РСБН, она измеряет дальность до других летательных аппаратов группы взаимодействия. Одновременно с передачей запросных и ответных импульсов дальности по линии связи дальномерного канала аппаратуры осуществляется также обмен данными между ЛА группы об угловом положении каждого ЛА, измеренном относительно одного и того же наземного радиомаяка РСБН, а также адресный обмен данными о местоположении ЛА, измеренными другими радиотехническими угломерными и высотомерными средствами, входящими в состав ПНК ЛА, и служебной информацией.
Измерение дальности на борту ЛА до наземного радиомаяка осуществляется путем формирования модулем обработки 5 сигналов бортовой аппаратуры дальномерного канала РСБН (запросчика) запросных сигналов, которые через передатчик 2 и антенну 1 в виде радиочастотных сигналов передаются на антенну 6 и приемник 7 наземного ответчика дальномерного канала РСБН. Наземный ответчик с помощью формирователя ответных сигналов 10 формирует сигнал ответа, который с помощью передатчика 9 ответчика через антенну 8 по линии связи передается обратно на бортовой запросчик. Измерение дальности осуществляется в бортовом запросчике путем измерения временных интервалов между моментом излучения запросного сигнала и приемом ответного сигнала.
Измерение дальности на борту каждого ЛА до других ЛА группы взаимодействия осуществляется бортовым запросчиком дальномерного канала РСБН ЛА аналогичным образом при работе с бортовой аппаратурой РСБН другого ЛА, выполняющей роль ответчика дальномерных сигналов.
Работа бортовой аппаратуры в режимах измерения дальности между ЛА и наземным радиомаяком РСБН и между ЛА группы взаимодействия и в режиме обмена данными между ЛА группы взаимодействия осуществляется на одной специально выделенной фиксированной частоте запросного дальномерного канала РСБН с разносом по времени. Управление работой бортовой аппаратуры в режимах работы только с наземным радиомаяком РСБН или в режиме определения взаимных координат с ЛА группы осуществляется бортовой аппаратурой РСБН по команде пилота с пульта управления бортового пилотажно-навигационного комплекса. Модуль обработки 5 бортовой аппаратуры также осуществляет обработку результатов измерения дальности до наземного радиомаяка РСБН и дальностей до других ЛА группы взаимодействия, и данных об угловом положении ЛА группы относительно наземного радиомаяка РСБН и других данных, получаемых от ЛА группы по линии обмена данными, и передает их в ПНК ЛА.
На рис.2 представлена структурная схема аппаратуры пользователя СНС.
Аппаратура пользователя СНС состоит из приемоиндикатора СНС 12 и антенны СНС 11, установленных на объекте пользователя.
При измерении координат по сигналам СНС сигналы спутников СНС принимаются антенной СНС 11 и поступают в приемоиндикатор СНС 12, который после обработки принятых сигналов от спутников СНС вырабатывает информацию о местоположении объекта, на котором установлена аппаратура пользователя, в координатах глобальной системы координат, принятой в конкретной СНС.
Описанные выше система РСБН и системы навигации с использованием сигналов СНС, являются аналогами предлагаемой полезной модели [1, 2, 3, 4].
Задачей предлагаемой полезной модели радиотехнического комплекса навигации и управления летательными аппаратами морского базирования является обеспечение летательных аппаратов и подвижного центра управления полетами морского базирования информацией об относительном взаимном местоположении ЛА между собой и их местоположении относительно подвижного центра управления полетами, обеспечение ЛА информацией о местоположении ЛА относительно наземного аэродрома базирования, а также обеспечение ЛА группы взаимодействия и подвижного центра информацией об их взаимном местоположении в координатах глобальной системы координат.
Решение этих задач позволяет обеспечить управление ЛА из подвижного центра управления для решения тактических задач, выполнение ЛА полета по заданному маршруту относительно центра, выхода ЛА на заданную относительно центра управления полетами точку над морской поверхностью или на точку над морской поверхностью, заданную координатами в глобальной системе координат, захода ЛА на посадку на авианесущий корабль, нефте-газо добывающую платформу или на наземный аэродром.
Технический результат, достигаемый с помощью предлагаемой полезной модели радиотехнического комплекса навигации и управления, состоит в обеспечении возможности:
- определения на борту ЛА текущего местоположения относительно наземного аэродрома базирования;
- определения на борту ЛА текущего местоположения ЛА в глобальной системе координат;
- определения на борту ЛА текущего местоположения относительно подвижного центра управления полетами и относительно ЛА группы взаимодействия;
- передачи на ЛА информации о параметрах движения платформы базирования центра управления полетами;
- определения и передачи на борт ЛА текущего местоположения подвижного центра управления полетами в глобальной системе координат;
- определения в подвижном центре управления полетами текущего местоположения группы ЛА относительно центра;
- определения в подвижном центре управления полетами текущего местоположения группы ЛА в глобальной системе координат;
- передачи в центр управления полетами информации о параметрах движения ЛА группы - скорости, курсе и высоте полета и бортовом номере.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой полезной модели радиотехнического комплекса навигации и управления полетами летательных аппаратов морского базирования, реализующего указанные возможности. Комплекс состоит из бортовой аппаратуры азимутального 15 и дальномерного каналов РСБН с линией передачи данных в дальномерном канале, аппаратуры пользователя СНС, размещенных в подвижном центре управления полетами морского базирования и на борту летательных аппаратов, и наземной аппаратуры азимутального и дальномерного каналов радиотехнической системы ближней навигации (РСБН) 16, размещенной в районе наземного аэродрома.
Структура и работа наземного оборудования РСБН и бортового оборудования азимутального канала РСБН при реализации предлагаемой полезной, модели не затрагиваются, и его работа осуществляется в обычном порядке.
Технический результат достигается тем, что в составе предлагаемой полезной модели радиотехнического комплекса навигации и управления в подвижном центре управления полетами морского базирования и на борту ЛА установлены комплекты бортового оборудования РСБН, которые в режиме работы с наземным радиомаяком РСБН обеспечивают определение местоположения ЛА относительно наземного радиомаяка. В режиме работы определения взаимных координат (ОВК) бортовая аппаратура РСБН по линии передачи данных дальномерного канала обеспечивает возможность обмена координатной и служебной информацией между подвижным центром управления полетами и ЛА и ЛА между собой.
В составе комплекса в подвижном центре управления полетами и на борту ЛА дополнительно установлены комплекты аппаратуры пользователей СНС, содержащие антенну СНС и приемоиндикатор СНС, определяющие, соответственно, местоположение подвижного центра управления полетами и ЛА в глобальной системе координат.
По линиям передачи данных бортовой аппаратура РСБН осуществляется обмен информацией между подвижным центром и ЛА, а также между ЛА группы взаимодействия об их местоположении в глобальной системе координат, определяемых с помощью приемоиндикаторов СНС.
В подвижном центре управления полетами выход модуля обработки 5 сигналов бортовой аппаратуры РСБН и сигналов, передаваемых по линии передачи данных дальномерного канала аппаратуры РСБН, и выход приемоиндикатора СНС аппаратуры пользователя СНС подключены к дополнительно введенному автоматизированному рабочему месту (АРМ) 13, связанному с комплексом навигации и управления подвижного центра управления полетами морского базирования.
Сигналы, передаваемые по линии передачи с ЛА, содержащие информацию о местоположении ЛА в глобальной системе координат, дешифрируются в модуле обработки 5 и направляются в АРМ 13.
Кроме того, в АРМ 13 от приемоипдикатора СНС 12 аппаратуры пользователя СНС подвижного центра управления полетами поступает информация о местоположении подвижной платформы центра управления полетами в глобальной системе координат и от комплекса навигации и управления подвижного центра управления полетами ЛА морского базирования - информация о курсе подвижной платформы и ее скорости, которые через модуль обработки 5 бортовой аппаратуры РСБН передаются на борт ЛА по линии передачи данных.
На основании получаемой информации о местоположении ЛА и подвижной платформы в АРМ 13 осуществляется вычисление координат ЛА относительно центра управления полетами и индикация данных о координатах центра и ЛА в глобальной системе координат, и о координатах ЛА относительно центра управления полетами, а также осуществляется отображение картинки (схемы) взаимного расположения центра и ЛА.
На борту ЛА в составе оборудования предлагаемой полезной модели радиотехнического комплекса навигации и управления полетами ЛА морского базирования дополнительно установлено навигационное вычислительное устройство 14, связанное с модулем обработки 5 сигналов бортовой аппаратуры дальномерного канала РСБН, пилотажно-навигационным комплексом ЛА и приемоиндикатором 12 аппаратуры пользователя СНС. Это вычислительное устройство дешифрирует сигналы, передаваемые на борт ЛА по линии передачи данных дальномерного канала аппаратуры РСБН из подвижного центра управления полетами о местоположении центра в глобальной системе координат, и дешифрирует сигналы, передаваемые с других ЛА группы взаимодействия, содержащие информацию о местоположении ЛА в глобальной системе координат. От приемоиндикатора СНС 12 аппаратуры пользователя СНС ЛА в навигационное вычислительное устройство 14 поступает информация о местоположении ЛА в глобальной системе координат.
Навигационное вычислительное устройство 14 па основании получаемой информации вычисляет местоположение ЛА относительно подвижного центра управления полетами, других ЛА группы и передает эту информацию в ПИК ЛА для дальнейшей индикации и использования при управлении ЛА. Кроме того навигационное вычислительное устройство 14 передает информацию о местоположении ЛА в глобальной системе координат, полученную от приемоиндикатора 12 аппаратуры пользователя СНС, в модуль обработки 5 сигналов бортовой аппаратуры дальномерного канала РСБН для последующей передачи ее по линии передачи данных в центр управления полетами и на другие ЛА группы взаимодействия.
Работа линии передачи данных дальномерного канала аппаратуры РСБН между подвижным центром и ЛА и между ЛА группы взаимодействия осуществляется на одной специально выделенной фиксированной частоте запросного дальномерного канала РСБН с разносом по времени.
Работа всего комплекса навигации и управления полетами и его составных частей синхронизируется с помощью сигналов СНС.
Для разделения работы аппаратуры РСБН комплекса, размещенной па борту ЛА, с наземными маяками РСБН в традиционном для системы РСБН азимутально-дальномерном режиме и работы ее с подвижным центром управления полетами и ЛА группы взаимодействия в бортовой аппаратуре РСБН комплекса предусмотрено ручное переключение указанных режимов работы.
Источники информации:
1. Радиотехнические системы, под ред. Казаринова Ю.М., М., Академия, 2008 г.
2. Аппаратура комплекса А-340. Руководство по технической эксплуатации. Изд. 6/152696р - П86 з/н, 1986.
3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. Шебшаевича В.С. 2-е изд., перераб. и доп. М. Радио и связь, 1993.
4. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.1., Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения. Москва, 2008.