СПОСОБ ПРИВОДА СРЕДСТВ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ К РАДИОМАЯКУ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ И ДВУХЧАСТОТНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ДАЛЬНОМЕР
METHOD OF DRIVING VEHICLES TOWARDS RADIO BEACON, APPARATUS THEREFOR AND DOUBLE-FREQUENCY RANGE-FINDER

Изобретения относятся к навигационным системам и комплексам.
Для того чтобы, например, привести корабль или самолет в место назначения (к радиомаяку), необходимо определять, по крайней мере, их азимуты относительно радиомаяка или азимут радиомаяка относительно корабля или самолета, т.е. пеленг цели, например, амплитудным или фазовым методом пеленгации [1, Справочник по основам радиолокационной техники. Под редакцией В.В. Дружинина. Военное издательство. М., 1967].
Широко известных других методов привода средств передвижения к месту назначения неизвестно.
Целью изобретения является расширение ассортимента устройств привода средства передвижения к месту назначения.
Поставленная цель достигается за счет реализации устройств привода средств передвижения к месту назначения с использованием определения рассогласования продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк.
1
2
1
2
Осуществляют привод средств передвижения к радиомаяку с использованием переизлучения средством передвижения принимаемой со стороны радиомаяка электромагнитной энергии, обратно, в сторону радиомаяка, следующим образом. С радиомаяка одновременно излучают два непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), с близкими частотами f и f НЛЧМ сигнала и одинаковыми его частотой модуляции Fm и девиацией частоты dfm, которые принимаются двумя антеннами двух приемников, установленными на продольной или поперечной осях средства передвижения, с базовым L расстоянием между антеннами, селектируются, усиливаются по мощности и переизлучаются в сторону радиомаяка, где их перемножают с излученными НЛЧМ сигналами и выделяют сигналы: Fpi=2DiFmdfm/C-2Vif/C и Fpj=2DjFmdfm/C-2Vif/C, несущие информацию о расстоянии между антенной излучателя на радиомаяке и антеннами приемников на средстве передвижения,
3
3
3
4
5
где Di и Dj - расстояние между излучающей антенной радиомаяка и антеннами средства передвижения перемещающегося со скоростью Vi, С - скорость света, а затем, после перемножения сигналов с частотами Fpi и Fpj, выделяют разностный сигнал частотой f=Fpi-Fpj, величина которой, при совпадении продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, независимо от расстояния между средством передвижения и радиомаяком, является конкретной и позволяет утверждать, что средство передвижения, при обнаружении на радиомаяке разностного сигнала частотой f, перемещается точно к радиомаяку, при этом на средство передвижения с радиомаяка передают сигнал частотой f, который там принимают и подают на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, после чего, когда со временем все же произойдет рассогласование совпадения продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, на нем будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f, который там примут и подадут на исполнительное устройство руля средства передвижения, заставляя его перемещаться в направлении на радиомаяк, или от радиомаяка, тогда, если от радиомаяка, на радиомаяке будет выделен и передан на средство передвижения сигнал частотой f, который там примут и заставят его перемещаться в направлении, противоположном предыдущему, т.е. на радиомаяк.
Устройство привода средств передвижения к радиомаяку содержит средство передвижения и радиомаяк, при этом на средстве передвижения, на его поперечной или продольной осях, на расстоянии L друг от друга, установлены два приемника, каждый из которых содержит последовательно соединенные свои приемо-передающую антенну, полосовой фильтр, усилитель мощности с выходом, подключенным к входу антенны, работающему на передачу, приемниками, которые принимают, селектируют, усиливают по мощности и переизлучают в сторону радиомаяка каждый свой непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а также на средстве передвижения установлен приемник обнаружения, содержащий приемную антенну, выход которой, через входы трех фильтров, подключены к входам схемы управления рулем средства передвижения, а также на радиомаяке установлен двухчастотный частотный дальномер, выходы первого и второго фильтров разностных частот которого, через пятый смеситель, подключены к входам трех фильтров, выходы которых, через сумматор, подключены к входу передающей антенны.
А двухчастотный частотный дальномер содержит: генератор (Г-1); смеситель (СМ-1); фильтр разностной частоты (ФРЧ-1); приемо-передающую антенну (антенну) а также: Г-2; Г-3; СМ-2; СМ-3; СМ-4; ФРЧ-2; ФРЧ-3; ФРЧ-4; аналоговый сумматор; усилитель мощности и последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого через Г-1 подключен к входам СМ-3 и СМ-4, а выход Г-2, через последовательно соединенные второй вход СМ-3, ФРЧ-3, СМ-1 подключен к входу ФРЧ-1 так же, как и выход Г-3, через последовательно соединенные второй вход СМ-4, ФРЧ-4, СМ-2, подключен к входу ФРЧ-2, а также выходы ФРЧ-3 и ФРЧ-4 подключены к входам аналогового сумматора, выход которого, через усилитель мощности, подключен к входу антенны, работающему на передачу, вход которой, работающий на прием, подключен к вторым входам СМ-1и СМ-2.
3
3
4
5
Осуществляют посадку и поиск капсулы с космонавтом в заданном районе приземления аналогично приводу средства передвижения - капсулы с космонавтом, прикрепленной к парашюту, к радиомаяку, при этом радиомаяк устанавливают, например, на вертолете, который после приземления капсулы начинает производить ее облет до момента появления на радиомаяке вновь разностного сигнала частотой f и определения направления на капсулу, после чего, воздействуя на рули вертолета, направляют его в сторону капсулы с космонавтом, а до приземления капсулы парашютом управляют, заставляя его приближаться к радиомаяку, посредством изменения длины тех или иных его строп, выбор которых осуществляют в зависимости от того, какая из частот f, f, f обнаруживается в тот или иной момент на капсуле.
Устройство посадки и поиска капсулы с космонавтом в заданном районе приземления выполнено с использованием устройства привода средства передвижения к радиомаяку, при этом в качестве средства передвижения используют капсулу с космонавтом прикрепленную к парашюту, а радиомаяк устанавливают, например, на вертолете, а также тем, что выходы трех фильтров на радиомаяке, через электронный коммутатор с входом управления, подключенным к кнопке управления, подключены к схеме управления рулями вертолета.
Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства привода средств передвижения к радиомаяку.
1
2
1
2
Пусть со стороны радиомаяка в сторону находящегося на расстоянии 149990 или 14990 м от него корабля, плывущего со скоростью Vi=15 м/c, излучают НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналы с частотами f=1 и f=1,1 ГГц, частотой модуляции Fm=5 кГц и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, формируемые двухчастотным частотным дальномером (ДЧД), в котором счетчик импульсов все время подсчитывает импульсы генератора импульсов. При этом на выходе ЦАП формируется пилообразное напряжение с частотой повторения Fm=5 кГц, которое подают на варикап генератора Г-1. При этом на выходе Г-1 формируется сигнал частотой f и девиацией частоты dfm=5,1 МГц, который поступает на первые входы СМ-3 и ОМ-4, на вторые входы которых подают с Г-2 и Г-3, соответственно, сигналы частотой fx и fz. При этом на выходах СМ-3 и СМ-4 и соответственно ФРЧ-3 и ФРЧ-4 формируются сигналы частотой f=f-fx=1 ГГц и f=f-fz=1,11 Гц, которые суммируются аналоговым сумматором, усиливаются усилителем мощности в ДЧД и передаются его антенной на средство передвижения, где принимаются двумя приемо-передающими антеннами двух приемников, установленными на продольной оси корабля (или на поперечной), на расстоянии L=20 м друг от друга; селектируются (избираются) каждый в своем приемнике полосовым фильтром; усиливаются по мощности и переизлучаются своей антенной на радиомаяк, поступая через антенну ДЧД на СМ-1 и СМ-2, где перемножаются с, соответственно, излученными НЛЧМ-1 и НЛЧМ-2 сигналами, поступающими на вторые входы СМ-1 и СМ-2 с выходов ФРЧ-3 и ФРЧ-4. После перемножения НЛЧМ сигналов на выходах СМ-1 и СМ-2 и соответственно выходах ФРЧ-1 и ФРЧ-2 формируются, при расположении антенн на продольной оси корабля, совпадающей точно с направлением на радиомаяк, сигналы с частотой
1
2
Fpi=2DiFmdfm/C-f2Vi/C и Fpj=2DjFmdfm/C-f2Vi/C,
1
8
8
F=2(149990)(5 кГц)(5,1 МГц)/(3×10 м/с)-2(1 ГГц)(15 м/с)/(3×10 м/c)=25498200 Гц,
2
3
6
8
9
8
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>1</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>14990</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mn>10</mn><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><none /><mn>8</mn></mmultiscripts><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>=</mo><mn>2548200</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>2</mtext><mtext>1</mtext></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>14990</mn><mi>м</mi><mo>+</mo><mn>20</mn><mi>м</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mn>10</mn><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><none /><mn>8</mn></mmultiscripts><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>=</mo><mn>2551590</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>1</mtext><mrow><mtext>11</mtext></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>149990</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5</mn><mi>к</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>5,1</mn><mi>М</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mi>Г</mi><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>15</mn><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>с</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>25498200</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>2</mtext><mrow><mtext>11</mtext></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>149990</mn><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mn>10</mn><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><none /><mn>8</mn></mmultiscripts><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>=</mo><mn>254981900</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>1</mtext><mrow><mtext>111</mtext></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>14990</mn><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mn>10</mn><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><none /><mn>8</mn></mmultiscripts><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>=</mo><mn>2548200</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
<mrow><msubsup><mtext>F</mtext><mtext>2</mtext><mrow><mtext>111</mtext></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>14990</mn><mi>м</mi><mo>×</mo><mn>5</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>×</mo><mn>5,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>6</mn></msup><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><mn>10</mn><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><none /><mn>8</mn></mmultiscripts><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>1,1</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>×</mo><mn>15</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>=</mo><mn>2548190</mn><mi>Г</mi><mi>ц</mi></mrow>
F=2×(149990 м+20 м)×5×10×5,1×10/3×10-2×1,1×10×15/3×10=25501590 Гц, или
,
, или, при расположении антенн на поперечной оси корабля, продольная ось которого совпадает точно с направлением на радиомаяк, с, примерно, частотами
, или
,
,
величина которых является функцией расстояния между кораблем и радиомаяком.
1
2
4
5
3
4
5
3
4
5
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><mi>f</mi><mmultiscripts><mo>=</mo><mprescripts /><mn>3</mn><none /></mmultiscripts><msub><mi>F</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>3390</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>f</mi><mn>3</mn><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>11</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mrow><mn>111</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>10</mn></mrow>
Сигналы частотой F,
,
,
, выделенные ФРЧ-1, и F,
,
,
,выделенные ФРЧ-2, перемножаются в СМ-5 устройства привода средств передвижения. При этом на выходе СМ-5 формируются сигналы частотой
Гц или
Гц, которые выделяются одним из трех фильтров гребенки, подключенной к выходу СМ-5, и величина которых уже не зависит от расстояния между кораблем и радиомаяком. Двумя другими фильтрами гребенки выделяются, при различных рассогласованиях продольной оси корабля с направлением на радиомаяк, сигналы частотой f и f. Сигналы частотой f, f и f суммируются сумматором и через передающую антенну с радиомаяка посылаются на корабль, где принимаются приемной антенной и выделяются тремя фильтрами, аналогичными трем фильтрам, установленным на радиомаяке, и далее по трем каналам поступают на схему управления рулем корабля. При этом если выделяется сигнал частотой f, то руль заставляет корабль двигаться к радиомаяку по линии, совпадающей с его продольной осью. Если со временем произойдет рассогласование совпадения продольной оси средства передвижения с направлением на радиомаяк, то на радиомаяке будет сформирован, а на корабле выделен сигнал частотой f. При этом руль установится в такое положение, что корабль станет двигаться в направлении на радиомаяк или от радиомаяка. Тогда, если от радиомаяка, то на нем будет сформирован и передан на корабль сигнал частотой f, которым руль установится в такое положение, что корабль станет двигаться в направлении на радиомаяк.
3
4
5
3
4
5
Очевидно, что если, например, в качестве средства передвижения использовать парашют с капсулой и космонавтом в ней, опускающиеся на Землю, а также сигналы частотой f, f и f формировать на радиомаяке, установленном, например, на вертолете, и использовать их, после приема на капсуле, для изменения длины соответствующих строп парашюта, то можно управлять последним, направляя его в заданный район приземления, т.е. к радиомаяку. А также если после приземления капсулы, когда ее продольная ось расположится в произвольном положении относительно направления на вертолет с радиомаяком, заставить вертолет перемещаться вокруг приблизительного места приземления капсулы, то можно будет обнаружить направление на капсулу и направить по нему к ней вертолет. Например, посредством подачи на схему управления рулями вертолета с трех фильтров на радиомаяке, через электронный коммутатор с входом управления, подключенным к кнопке управления, сигналов с частотой f, f и f.