Доплеровский измеритель скорости. Измерение путевой скорости
Для расчета пути, проходимого самолетом за время полета, и для определения расчетного местоположения необходимо знать путевую скорость V П и путевой угол ПУ.
| Рис. 10.6. Навигационный треугольник скоростей: V– истинная воздушная скорость; W– скорость ветра; Vn – путевая скорость; ИК – истинный курс; УС – угол сноса; ПУ – путевой угол; НВ – направление ветра
|
Из навигационного треугольника скоростей (рис.10.6) видно, что вектор путевой скорости V П равен геометрической сумме двух векторов – истинной воздушной скорости V (скорости самолета относительно воздуха) и скорости ветра W (скорости воздуха относительно земли).
Одним из способов вычисления путевой скорости V П является решение навигационного треугольника скоростей, т.е. нахождение одной из его сторон по двум другим. Для этого, очевидно, должны быть известны не только абсолютные значения скоростей V и W , но и угол сноса (УС), равный разности между углом направления ветра (НВ) и истинным курсом самолета (ИК).
Вычисление путевой скорости производится с определенными погрешностями, которые складываются из погрешностей определения ИВС, курса самолета, а также скорости и направления ветра. Наибольшие погрешности получаются при определении параметров ветра, так как его скорость и направление трудно определить в полете. Поэтому целесообразно иметь прибор, непосредственно измеряющий путевую скорость.
|
|
|
Для измерения путевой скорости используются ИУ, в основу измерения которых положен метод, основанный на эффекте Доплера.
Принцип действия основан на зависимости изменения частоты излучаемых и принимаемых радиосигналов от скорости движения источника сигнала относительно приемника.
Эффект Доплера заключается в том, что частота принимаемых колебаний (звуковых или электромагнитных) в случае, если источник колебаний движется относительно приемника, не равна частоте излучаемых колебаний. Частота увеличивается, если скорость источника направлена к приемнику, и уменьшается, если скорость направлена от приемника. Величина изменения частоты пропорциональна скорости сближения источника и приемника колебаний.
|
 |
где V 1 – скорость сближения источника излучения с точкой земной поверхности, от которой отражаются радиоволны; с = 3·108 м/с – скорость света.
|
|
|
Формула (8.47) справедлива для случая, когда радиолуч является достаточно узким. При этом величина V 1 равна проекции вектора путевой скорости на направление радиолуча (луч направлен к земной поверхности под некоторым углом к оси самолета).
|
 |
Чтобы получить приемлемое значение доплеровской частоты, рабочая частота fо должна быть достаточно высокой. Пусть, например, при V 1 =300 м/с необходимо иметь fд = 5·103 Гц. Тогда
что соответствует длине волны 12 см . Таким образом; доплеровские приборы работают в ультракоротковолновом диапазоне радиоволн. Использование радиоволн сантиметрового диапазона практически удобно, так как можно получить узкую диаграмму направленности радиолуча при сравнительно небольших размерах антенн.
 |
Измерение путевой скорости автономными приборами, основанными на эффекте Доплера, осуществляется следующим образом. Радиопередатчик, установленный на самолете, излучает в направлении к земной поверхности узкий остронаправленный луч. Радиопередатчик может работать как в режиме непрерывного излучения, так и в режиме импульсного излучения. В случае непрерывного излучения передача прямого сигнала и прием отраженного сигнала осуществляются раздельными антенными системами. Отраженный сигнал, принятый приемником, поступает на балансный смеситель, на который поступает также сигнал от передатчика (при работе в режиме непрерывного излучения) или специально вырабатываемый стабильный опорный сигнал (при работе в режиме импульсно го излучения). В результате возникают биения частот этих двух сигналов и в системе образуется разностная доплеровская частота, являющаяся мерой путевой скорости самолета.
|
|
|
На рис 10.7 показана ориентировка радиолуча. Проекция луча на плоскость симметрии самолета образует с продольной осью самолета угол γ. Проекции луча и продольной оси самолета на горизонтальную плоскость образуют угол φ.
Составляющая путевой скорости самолета вдоль радиолуча
гдеΨ – угол сноса.
|
 |
Согласно формул 10.1 и 10.2 балансный смеситель выделит доплеровскую частоту
Вращая антенную систему вокруг вертикальной оси до тех пор, пока луч не займет положения, при котором fд = 0, можно определить угол сноса Ψ = 90° – φ, т. е. угол между направлением вектора путевой скорости самолета и проекцией продольной оси самолета на горизонтальную плоскость (рис. 10.8). Устанавливая затем антенную систему в положение, при котором доплеровское изменение частоты максимально, определяют величину путевой скорости из выражения 10.3, при этом угол наклона луча γ считается известным.
|
|
|
Поскольку угловые размеры луча не могут быть сколь угодно малыми, отраженный от земли радиосигнал содержит некоторый спектр частот, так как углы γ и φ для различных участков облучаемой площадки А (см. рис. 10.7) неодинаковы. Из этого спектра в приборе выделяется средняя частота, которая и определяет путевую скорость._
Как видно из формулы 10.3, доплеровская частота зависит от угла наклона луча γ, поэтому крены самолета могут приводить к ошибкам в определении путевой скорости. Для уменьшения этих ошибок антенные системы доплеровского прибора должны быть стабилизированы в пространстве, например, с помощью гироскопических устройств.
Определение вектора путевой скорости методом измерения доплеровской частоты возможно также без вращения антенной системы, если применить двухлучевую систему. В этой системе радиопередатчик излучает два луча, падающих на поверхность земли справа и слева относительно линии пути самолета. Угол сноса и путевая скорость в двухлучевой системе могут быть найдены путем сравнения доплеровского изменения частоты для каждого луча.
Угол сноса я путевая скорость определяются счетно-решающим устройством в соответствии с формулами 
Применяются также трех- и четырехлучевые системы. В этих системах один или два луча направлены в сторону, противоположную движению самолета. В трехлучевых системах компенсируются ошибки, вызванные вертикальной скоростью самолета, а в четырехлучевых – также и ошибки, вызванные кренами самолета.
Приборы измерения высотных и скоростных параметров
На борту летательных аппаратов применяется группа ИУ, дающих информацию о высотных и скоростных параметрах на основе измерения параметров встречного потока воздуха. В эту группу входят барометрический высотомер, указатели приборной и истинной воздушной скорости, указатель числа М и вариометр (указатель вертикальной скорости).
В основу строения всех этих ИУ положены косвенные методы измерения. Сущность этих методов заключается в том, что на основе первичной информации о статическом и полном давлениях и о температуре встречного потока воздуха вычисляются величины высотных и скоростных параметров, характеризующие пилотажно-навигационный режим полета.
Для того чтобы применить метод косвенных измерений, необходимо знать уравнение данного метода, т. е. функциональную зависимость, связывающую искомые высотно-скоростные параметры с параметрами встречного потока воздуха. Для реализации методов косвенных измерений датчики первичной информации должны взаимодействовать с вычислительным устройством, решающим уравнение метода измерения. В простейшем случае первичные чувствительные элементы совмещают в единой конструкции со счетно-решающим устройством, роль которого часто выполняет передаточно-множительный механизм.
В более сложных случаях, при построении навигационных систем, датчики первичной информации выдают электрические сигналы, поступающие в вычислитель, решающий уравнение метода измерения. Наиболее перспективной является система, в которой первичная информация выдается датчиками в цифровой или частотной форме, а решение уравнений осуществляется специализированной или универсальной БЦВМ.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1361; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!