Способ измерения пеленгационных ошибок системы антенна-обтекатель радиолокационной станции
METHOD OF MEASURING DIRECTION-FINDING ERRORS OF A RADAR ANTENNA DOME SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности, к радиолокационным устройствам, и может быть использовано для компенсации пеленгационных ошибок системы антенна-обтекатель бортовой радиолокационной станции (БРЛС), включающей в себя антенну с электронным управлением лучом, к которым относятся ФАР или АФАР. Известен способ компенсации пеленгационных ошибок антенна-обтекатель [Пригода В. А. и др. «Обтекатели антенн летательных аппаратов»-М.Машиностроение, 1970 г., стр. 265-268; «Методы измерения характеристик антенн СВЧ.» Под ред. Н.М. Цейтлина. М. Радиоисвязь, 1985, стр. 334], состоящий в замере на стенде вносимых обтекателем ошибок пеленгации и их фиксации для разных угловых значений с последующим использованием замеренных величин в качестве вычитаемых поправок при пеленгации целей БРЛС в составе самолета. Основными недостатками способа является возможность измерения только одной из составляющих угловой ошибки пеленга и только по двум ортогональным сечениям обтекателя.
Указанный недостаток устранен в способе измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель самолета с установленной на нем бортовой радиолокационной станцией [RU 2465611 С1 опубл. 27.10.2012 г. МПК G01R 29/10], который является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и состоящий в измерении углового смещения равносигнального направления антенны на заданном угле поворота антенны с обтекателем и определении пеленгационных ошибок в зависимости от угла поворота. При этом одновременно производят измерение бортовой радиолокационной станцией углов пеленгации установленных на земле радиолокационных отражателей антенны и определение эталонных углов пеленгации путем пересчета известных геодезических координат (широты, долготы и высоты h) радиолокационных отражателей и текущих геодезических координат самолета, формируемых его навигационной системой, а определение пеленгационных ошибок производят вычислением разницы между эталонными углами пеленгации и величинами углов пеленгации, измеренными БРЛС. По завершении пеленгации наземных радиолокационных отражателей производят расчет эталонных величин азимута (АЗэт) и угла места (УМэт) путем решения обратной геодезической задачи для каждой точки траектории полета, где БРЛС пеленгует наземные радиолокационные отражатели, и расчет ошибок пеленгации путем вычитания из замеренных БРЛС значений A3 и УМ эталонных углов пеленгации. Расчет углов пеленгации из геодезических координат носит название «обратной геодезической задачи в пространственной системе координат».
Недостатками прототипа являются:
1. Для всех возможных углов установки луча АС в системе антенна-обтекатель, данный способ потребовал бы от самолета-носителя БРЛС очень сложных ракурсов полета, что делает данный способ практически неприемлемым для измерения УОП по всей поверхности обтекателя.
2. Обеспечение проведения полномасштабных испытаний по данному способу в целом является весьма затратным.
Задачей изобретения является достижение возможности измерения угловых ошибок пеленга (УОП), вносимых обтекателем, в различных условиях проведения измерений (компактный полигон, дальняя зона), что существенно упрощает и удешевляет работы по компенсации ошибок пеленгации системы антенна-обтекатель БРЛС.
Техническим результатом предлагаемого способа измерения пеленгационных ошибок системы антенна-обтекатель является возможность оценить составляющие пеленгационной ошибки по значительно большей произвольной поверхности обтекателя.
Сущность предлагаемого способа измерения пеленгационных ошибок систем антенна-обтекатель радиолокационной станции, основана на измерении углового смещения минимума, формируемого разностными ДН антенны на всех возможных углах поворота системы антенна-обтекатель, установленной на опорно-поворотном устройстве антенн (ОПУА) по крену и азимуту, и определении пеленгационных ошибок в зависимости от этих углов.
j
j
oi
oi
oi
х
у
j
oi
Новым в предлагаемом способе является то, до установки обтекателя азимутальная плоскость сканирования опорно-поворотного устройства антенны с установленной на ней на угле крена Ψ-ФАР, юстируется таким образом, чтобы азимутальная плоскость сканирования опорно-поворотного устройства антенны совпадала с горизонтальной плоскостью, после чего, луч ФАР устанавливается по координатам  и , вводимым в блок управления лучом ФАР и рассчитываемыми по выбранному нами углу крена ψ, и произвольному углу отклонения луча от нормали θ из всего возможного диапазона отклонений луча для конкретной ФАР по формулам , что делает возможным, путем азимутального сканирования ОПУА от центрального угла (-θ), одновременно измерить горизонтальные сечения обеих разностных ДН, где их измеряемые угловые координаты минимумов - совпадают на всех возможных для данной ФАР углах отклонения луча от нормали θ, после чего, все измерения повторяются на других выбранных нами углах крена ФАР, а после установки обтекателя и проведении соответствующих измерений по тем же, что и до его установки углам крена и углам отклонения луча от нормали, по изменившимся угловым координатам минимумов в сечениях разностных ДН системы ФАР-обтекатель, соответствующие составляющие пеленгационной ошибки в координатах α и α, вносимые обтекателем на углах Ψ,θ установки системы ФАР-обтекатель, могут быть рассчитаны по формулам:
где:
oi
j
составляющая пеленгационной ошибки, вносимой обтекателем, по углу ах при установки луча ФАР по координатам θ=θ; Ψ=Ψ.
oi
j
составляющая пеленгационной ошибки, вносимой обтекателем, по углу ау при установки луча ФАР по координатам θ=θ; Ψ=Ψ.
oi
θ одно из произвольно установленных текущих значений пространственного угла между направлением установки луча ФАР и нормалью к ее раскрыву, на котором, до установки обтекателя, измеряемые минимумы горизонтальных сечений разностных диаграмм - совпадают.
j
Ψ текущее заданное значение угла крена ФАР относительно горизонтальной плоскости азимутального сканирования опорно-поворотного устройства антенны.
ai
oi
j
θ измеренный, после установки обтекателя, фактический угол минимума горизонтального сечения разностной азимутальной диаграммы, при установки луча ФАР по координатам θ=θ; Ψ=Ψ,;
yi
oi
j
θ измеренный, после установки обтекателя, фактический угол минимума горизонтального сечения разностной угломестной диаграммы при установки луча ФАР по координатам θ=θ; Ψ=Ψ,;
На фиг. 1 схематично показана антенна с обтекателем, размещенная на ОПУА, где:
где:
1 - раскрыв антенны;
2 - центр сферической системы координат антенны (θ,Ψ) и связанной с ним декартовой системы (X,Y,Z);
x
3 - управляющий угол L в системе координат антенны (X,Y,Z) между осью X направлением одной из возможных установок луча ФАР;
y
4 - управляющий угол L в системе координат антенны (X,Y,Z) между осью Y и направлением одной из возможных установок луча ФАР;
j
5 - угол Ψ установки антенны по крену (он же угол Ψ в сферической системе координат антенны);
6 - направление одной из возможных установок луча ФАР, в горизонтальной плоскости сканирования ОПУА;
7 - нормаль к раскрыву антенны;
i
8 - текущее значение угла θ, между нормалью к раскрыву ФАР и направлением одной из возможных установок луча (он же угол θ в сферической системе координат АС);
9 - условная ось обтекателя;
10 - условные контуры поверхности обтекателя;
11 - ось азимутального поворота ОПУА с установленной системой ФАР-обтекатель;
j
12 - плоскость сечения поверхности обтекателя (при угле крена Ψ), совпадающая с горизонтальной плоскостью азимутального поворота ОПУА;
j
13 - условные точки на поверхности обтекателя, по которым измеряются составляющие УОП при угле крена Ψ;
14 - плоскость азимутального поворота ОПУА точно совпадающая с горизонтальной;
На фиг. 2 в системе координат направляющих косинусов (u,v) показаны сечения пространственных разностных ДН до (точка 1) и после (точка 2) установки обтекателя для системы ФАР-обтекатель на угле крена Ψ;
На фиг. 3 представлены фото сечений обеих разностных ДН экрана монитора измерительного комплекса до (а) и после (б) установки обтекателя для системы ФАР-обтекатель на угле крена Ψ;
На фиг. 4 показан набор сечений по которым происходит измерение УОП при различных углах установки системы ФАР-обтекатель по крену;
х
у
На фиг. 1 угловые координаты α и α, передаваемые из вычислителя станции связаны с управляющими углами Lx; Ly и углами Ψ, θ сферической системы координат антенны соотношениями (1) и (2):
x
y
Известно также, что «линии нулевых уровней» ДН разностных каналов плоских ФАР, отображаются в системе координат направляющих косинусов (u,v) прямыми линиями вдоль осей u или v. На фиг. 2 схематически представлены разностные ДН в области сканирования луча ФАР, в системе координат направляющих (управляющих) косинусов (U=cosL; V=cosL) для двух случаев, до установки обтекателя на антенну и после установки, что соответствует двум характерным точкам на фиг. 2:
0
0
o
Точка 1-е координатами (u, v), соответствует точной установки луча ФАР по координатам θ,Ψ, в которой измеряемые минимумы обеих разностных ДН до установки обтекателя - совпадают;
1
1
Точка 2 - одна из возможных точек с координатами (u, v), соответствует изменившемуся направлению пеленга, вызванному установкой обтекателя;
Тогда учитывая (1-2), а так же то, что:
и
oi
j
х
у
для одного из произвольных углов установки луча ФАР, при θ=θ; Ψ=Ψ для составляющих УОП Δα и Δα (в системе координат переменных θ, Ψ) получим:
где:
х
oi
j
составляющая пеленгационной ошибки, вносимой обтекателем, по углу α передаваемому в блок управления лучом ФАР при θ=θ; Ψ=Ψ.
у
oi
j
составляющая пеленгационной ошибки, вносимой обтекателем, по углу α передаваемому в блок управления лучом ФАР при θ=θ; Ψ=Ψ.
oi
θ одно из произвольно установленных текущих значений пространственного угла между направлением установки луча ФАР и нормалью к ее раскрыву (из возможного диапазона отклонений луча от нормали для конкретной ФАР), на котором, до установки обтекателя, измеряемые минимумы горизонтальных сечений разностных диаграмм - совпадают. Соответствует углу θ в сферической системе координат антенны;
j
Ψ текущее заданное значение угла крена ФАР относительно горизонтальной плоскости азимутального сканирования опорно-поворотного устройства антенны. Соответствует углу Ψ в сферической системе координат АС;
ai
oi
j
θ измеренный, фактический угол минимума горизонтального сечения разностной азимутальной диаграммы (при θ=θ; Ψ=Ψ) после установки обтекателя;
yi
oi
j
θ измеренный, фактический угол минимума горизонтального сечения разностной угломестной диаграммы (при θ=θ; Ψ=Ψ) после установки обтекателя;
j
i
x
y
х
у
х
у
i
i
х
у
Измерение составляющих пеленгационных ошибок фиг. 1 производится следующим образом. ФАР (1), сначала без обтекателя (10), устанавливается на ОПУА на произвольный фиксированный угол крена Ψ - (5). При произвольно выбранном пространственном угле отклонения θ - (8), из возможного диапазона углов отклонения для данной ФАР, по формуле (1) рассчитываются управляющие углы L (3) и L (4), а по формуле (2) координаты фазирования ФАР - α и α. В дальнейшем, при фазировании ФАР по расчитываемым подобным образом координатам α и α, для различных значений угла θ, направление установки луча (6), каждый раз попадает в плоскость азимутального поворота ОПУА (2). В этом случае, при незначительном сканировании ОПУА по оси азимута (11), в области угла (-θ), одновременно могут быть измерены угловые координаты минимумов горизонтальных сечений обеих разностных диаграмм. При правильной юстировки ОПУА, т.е. совпадении плоскости его азимутального поворота, с горизонтальной, до установки обтекателя на антенну, в точках (13), где происходит измерение составляющих УОП, измеряемые минимумы разностных диаграмм - совпадают, как показано на фиг. 3(а). После установки обтекателя на антенну, на тех же углах установки измеряются новые, изменившиеся координаты минимумов разностных ДН как показано на фиг. 3(б). В дальнейшем, по величине и знакам этого рассогласования, по формулам (14-15), приведенным выше, могут быть рассчитаны обе компоненты пеленгационной ошибки  и  (для углов α α передаваемых в систему управления ФАР в координатах переменных θ, Ψ). Подобные измерения могут быть проведены по всей поверхности обтекателя, т.е. при установке системы антенна-обтекатель на других заданных углах крена, где минимумы разностных диаграмм еще могут быть измерены, и всем возможным, для конкретной ФАР, углам отклонения луча (8), как показано на фиг. 4.