Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ эффективности алгоритмов навигационных определений объектов, терпящего бедствие, в системе Коспас-Сарсат в условиях местности со сложным рельефом 11
1.1 .Анализ влияния затенения рельефом местности на вероятность определения местоположения терпящего бедствия с использованием средств системы Коспас-Сарсат 14
1.2. Анализ влияния эффекта многолучевости на качество функционирования канала передачи навигационных данных в системы Коспас-Сарсат 43
2. Методе повышения надежности передачи навигационных данных от аварийного радиомаяка на поисково-спасательное воздушное судно вусловиях в условиях мешающих воздействий 50
2.1.Обоснование выбора структуры сигнала и энергетических характеристик канала, обеспечивающих требуемую рабочую зону локальной системы поиска и спасения 51
2.2. Методы повышения надежности передачи навигационной информации 70
3. Обоснование выбора метода пеленгования АРМ в предлагаемой локальной системе поиска и спасения 88
3.1. Сравнительный анализ эффективности амплитудных и фазовых методов определения курсового угла 88
3.2. Оценка влияния систематической погрешности определения курсового угла АРМ с помощью АРК на время вывода поисково-спасательного ВС в район авиакатастрофы 102
Заключение 107
Список использованных источников 112
- Анализ влияния эффекта многолучевости на качество функционирования канала передачи навигационных данных в системы Коспас-Сарсат
- Методы повышения надежности передачи навигационной информации
- Сравнительный анализ эффективности амплитудных и фазовых методов определения курсового угла
- Оценка влияния систематической погрешности определения курсового угла АРМ с помощью АРК на время вывода поисково-спасательного ВС в район авиакатастрофы
Введение к работе
Настоящая работа посвящена исследованию методов повышения эффективности поисково-спасательных работ в гражданской авиации (ГА). В работе производится анализ работы специализированных радиотехнических систем поиска и спасения, используемых в ГА, в условиях местности со сложным рельефом. По результатам анализа предлагается дополнить существующие системы поиска и спасения локальной системой на основе средств спутниковой и автономной навигации, позволяющей повысить вероятность обнаружения терпящего бедствие в условиях местности со сложным рельефом.
Актуальность работы. Ежегодно тысячи людей гибнут в результате различного рода катастроф. Для решения задач по спасению попавших в катастрофы были созданы службы поиска и спасения. Важность создания систем поиска аварийных объектов обусловлена тем, что аварийность авиационного транспорта продолжает оставаться сравнительно высокой, особенно для малой авиации. Это связано не только с состоянием парка воздушных судов (ВС) малой авиации, но и с более сложными условиями полета. Федеральные авиационные правила поиска и спасения в государственной авиации были утверждены Правительством Российской Федерации 6 февраля 2003 года (Постановление № 65). В соответствии с данными правилами авиационный поиск и спасение организовываются Федеральным управлением авиационно-космического поиска и спасения при Министерстве обороны Российской Федерации (ФПСУ). Авиационный поиск и спасение - это составная часть аэронавигационного обслуживания, заключающаяся в оказании своевременной помощи пассажирам и экипажам ВС при возникновении аварийных ситуаций [1].
Радиотехнический поиск является основным видом поиска. В настоящее время во всех аварийных случаях, угрожающих безопасности полета, экипаж ВС может подать следующие сигналы бедствия: сообщить о бедствии открытым текстом по действующим каналам управления полетом, по которым к началу сложившейся на борту аварийной ситуации ВС имело связь, и продублировать по общим каналам связи и пеленгации на аварийных частотах 121,5 (406,025) МГц и 2182 кГц; включить аварийный радиомаяк "Коспас-Сарсат"; одновременно с передачей сигнала "SOS" или "Терплю бедствие" включить сигнал "Бедствие" на аппаратуре опознавания и сигнал "Авария" на ответчике УВД. При полетах вне границ Российской Федерации на ответчике УВД ИКАО устанавливается код 7700 "Бедствие".
Кроме того, операция по поиску и спасению согласно правилам ФПСУ начинается при получении информации об аварии следующим образом: при получении доклада от экипажа воздушного судна, наблюдавшего бедствие; при получении сообщения о бедствии от очевидцев; при получении сообщения о бедствии от правоохранительных органов или органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления; при неприбытии воздушного судна в пункт назначения в течение 10 мин после расчетного времени и отсутствия радиосвязи с ним в течение более 5 мин; если экипаж воздушного судна получил разрешение на посадку и не произвел ее в установленное время с потерей радиосвязи с ним; при потере радиосвязи с экипажем воздушного судна и одновременного пропадания отметки радиолокационной проводки или потере радиосвязи более чем на 5 минут, если радиолокационная проводка не велась; при возникновении чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Международным комитетом по радио и связи для радиотехнических средств поиска и спасения были выделены частоты и разработаны правила пользования ими. В соответствии с рекомендациями Международной организации гражданской авиации (ИКАО) с 2005 года все ВС, подпадающие под действие Конвенции ИКАО (приложение 6), должны иметь на борту совместимый с системой Коспас-Сарсат аварийный радиомаяк (АРМ), работающий на частоте 406 МГц (АРМ 406)[1]. В связи с участившимися катастрофами вертолетов и региональных самолетов Министерством транспорта Российской Федерации в августе 2004 года было принято решение об оснащении АРМ 406 всех типов ВС. Таким образом, система Коспас-Сарсат является основной радиотехнической системой поиска и спасения в гражданской авиации.
Данная система также производит обработку сигналов АРМ, работающих на частотах 121,5 и 243 МГц. Радиомаяки, работающие на частоте 121,5 Мгц, доступны по цене, но используемая в них технология, которая не может быть улучшена достаточно простым способом, является причиной большого числа аварийных ложных срабатываний (более 98% срабатываний аварийных АРМ на частоте 121,5 МГц - ложные). Данная ситуация снижает эффективность поисково-спасательных операций (ПСО) и увеличивает нагрузку на спасательно-координационные центры. Вследствие этого с 2000 года комиссия Коспас-Сарсат инициировала план о полном прекращение работы системы Коспас-Сарсат на частоте 121,5/243 МГц с 2009 года. Более подробно с рекомендациями и планом прекращения обработки сигналов 121,5/243 МГц можно ознакомиться на официальном сайте системы Коспас-Сарсат [2].
АРМ 406 появился сравнительно недавно. Существующий парк ВС ГА нашей страны, имеющих на борту специализированные радиотехнические средства поиска и спасания, на 80 % оборудован АРМ, работающими на частоте 121,5 МГц (аварийно-спасательная радиостанция Р855 и её модификации). С учетом экономической конъюнктуры, для большинства авиаперевозчиков, работающих на местных авиалиниях, переоборудование ВС АРМ 406 является достаточно дорого-
7 стоящим. Один радиомаяк стоит около $4500, комплект - вдвое дороже. Стоимость установки оборудования на самолет зависит от стоимости разработки конструкторской документации. Необходимо отметить, что система имеет низкую вероятность обнаружения объекта, терпящего бедствие в условиях местности со сложным рельефом, на которую приходится наибольшее число аварий малой авиации. Это обусловлено следующими причинами: в условиях многолучевого распространения сигнала становится актуальной проблема надежности связи; в условиях ограниченного времени нахождения в зоне видимости объекта, терпящего бедствие, спутников низкоорбитальной группировки системы Коспас-Сарсат и воздействия многолучевости уменьшается вероятность оп ределения местоположения объекта доплеровским методом; возникает проблема затенения рельефом местности спутников геостационарного сегмента системы Коспас-Сарсат; модели маяков, использующие протокол с координатами, не всегда могут получить достоверный отсчет местоположения объекта с использованием средств на основе глобальной навигационной спутниковой системы (СРНС) GPS/ГЛОНАСС из-за плохого взаимного геометрического расположения навигационных космических аппаратов (НКА) и АРМ, а также из-за недостаточного уровня принимаемого сигнала.
Кроме того, для АРМ 406 уровень ложных срабатываний остается довольно высоким: лишь одно из примерно 17 аварийных сообщений является действительным. Это увеличивает нагрузку на спасательно-координационные центры.
Кроме системы Коспас-Сарсат для поиска и спасения объектов, терпящих бедствие, в ГА используется локальная система. Обнаружение объектов, терпящих бедствие, и привод поисково-спасательных ВС в район авиакатастрофы в данной системе осуществляется с помощью автоматического радиокомпаса (АРК) по сигналам АРМ, работающего на частоте 121,5 МГц. Данная система была разработа-
8 на в середине прошлого века и морально и технически устарела.
В настоящей работе рассматриваются вопросы создания локальной системы, позволяющей повысить эффективность поисково-спасательных работ в условиях местности со сложным рельефом.
Из изложенного можно сделать вывод об актуальности проведения исследо- ' ваний по теме диссертации.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по созданию локальной системы поиска и спасения с минимально необходимым количеством оборудования, обеспечивающей высокую вероятность обнаружения объекта, терпящего бедствие, в условиях местности со сложным рельефом.
Для достижения поставленной цели было необходимо решение следующих основных задач: анализ работы существующих радиотехнических систем поиска и спасения в условиях местности со сложным рельефом; анализ возможности проведения навигационных определений с использованием приемоиндикатора (ПИ) GPS/ГЛОНАСС для решения задач поиска и спасения; выбор и обоснование структуры передаваемого сигнала, позволяющей повысить надежность канала связи в условиях многолучевого распространения сигнала и влияния других мешающих воздействий; анализ и обоснование состава средств навигации, позволяющего повысить вероятность определения местоположения объекта, терпящего бедствие, в условиях местности со сложным рельефом.
Методы исследований. При решении перечисленных задач были использованы прикладные методы теории вероятности и случайных процессов, аппарат линейной алгебры, методы теории оптимального оценивания, а также методы математического моделирования.
Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые произведен системный анализ существующих радиотехнических систем поиска и спасения в условиях местности со сложным рельефом и предложены пути повышения эффективности поисково-спасательных работ с использованием спутниковых и автономных средств навигации.
В диссертации получены следующие основные результаты: произведен системный анализ функционирования радиотехнических систем поиска и спасения в условиях местности со сложным рельефом; разработаны принципы построения локальной системы поиска и спасения с применением автономных и спутниковых средств навигации; разработаны рекомендации по способам повышения надежности передачи навигационной информации в предлагаемой системе в условиях различных возмущающих воздействий, включая переотражения от подстилающей поверхности; произведена оценка влияния эффекта многолучевости на точностные харак теристики амплитудных и фазовых радиокомпасов; дана оценка влияния систематической ошибки определения курсового угла АРМ радиокомпасом на время привода поисково-спасательного ВС к месту нахождения объекта, терпящего бедствие.
На защиту выносятся: результаты анализа влияния возмущающих факторов на вероятность решения задачи поиска и спасения объекта, терпящего бедствие, в условиях интенсивных мешающих воздействий и местности со сложным рельефом с использованием существующих радиотехнических средств поиска и спасения; принципы построения локальной системы поиска и спасения с использованием спутниковых средств (GPS/ГЛОНАСС) и автономных средств навигации.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результ-
10 аты могут быть использованы для создания локальной системы поиска и спасения, поскольку позволяют: повысить вероятность обнаружения объектов, терпящих бедствие, в условиях местности со сложным рельефом за счет использования помехоустойчивого канала передачи данных и приемника, когерентно собирающего энергию компонент многолучевого сигнала; снизить стоимость системы и повысить надежность её работы за счет минимизации состава оборудования; повысить скрытность работы системы поиска и спасания за счет передачи сигнала с очень низким уровнем мощности; повысить вероятность обнаружения объекта, терпящего бедствие, за счет использования автономных средств навигации.
Внедрение результатов. Основные результаты внедрены в Московском конструкторском бюро «КОМПАС» и в МГТУ ГА, что подтверждено соответствующими Актами.
Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции Третьего Сибирского Международного авиационно-космического салона (2004 год, г. Красноярск), на Международной научно-технической конференции "Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества" (май 2006 года, МГТУ ГА).
Публикация результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 4-х статьях и 3-х тезисах докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемых источников. Диссертация содержит 115 страниц текста, 47 рисунков, 7 таблиц и библиографию из 40 наименований.
Анализ влияния эффекта многолучевости на качество функционирования канала передачи навигационных данных в системы Коспас-Сарсат
Описанный выше программно математический комплекс производит оценку вероятности определения местоположения объекта, терпящего бедствие, без учета условий распространения сигнала (предположено, что все принятые аварийные сообщения не содержат ошибок). В условиях местности со сложным рельефом в значительной мере возрастает влияние эффекта многолучевости на надежность связи. Произведем анализ влияния переотражений на вероятность обработки аварийного сообщения СПОИ с помощью модели, реализованной в среде прикладного научно - технического программирования MATLAB В АРМ 406 для передачи цифрового сообщения используется бинарная фазовая манипуляция на ±1.1 радиана относительно немодулированной несущей (рис. 1.17). Скорость передачи данных составляет 400 бит/с. Вероятность битовой ошибки Рв = 10 5. Сообщение имеет 2 поля, защищенных кодами с исправление ошибок (коды Боуза-Чоудхури-Хоквенгема), позволяющих исправлять 3 и 2 АРМ системы Коспас-Сарсат использует ненаправленную антенну. На вход приемника ИСЗ приходит не только прямой сигнал, но и сигналы переотраженные от поверхности и конструктивных элементов фюзеляжа воздушного судна. Таким образом, принимаемый сигнал ИСЗ НГ можно представить в виде где rn(t)- задержка распространения /і-ой компоненты многолучевого сигнала, ccn(t)- множитель ослабления w-ой компоненты многолучевого сигнала, L - количество компонент в принимаемом многолучевом сигнале. Подставив (1.28) в (1.31), получаем Из (1.32) видно, что низкочастотный эквивалент принимаемого сигнала может быть записан в виде Рассмотрим более подробно модель канала передачи информации (рис Л. 18). В модели сделано допущение, что битовая и кадровая синхронизация в приемнике СПОИ произошли. В качестве сообщения передается кадр msg(t), состоящий из последовательностей битовой и кадровой синхронизации (1-24 бит) [2], а также последовательности случайных бит (25-144 бит). Кодер производит перемножение передаваемого кадра на меандр для получения необходимой модулирующей последовательности (рис. 1.17): где g(t) - меандр с частотой в 2 раза превышающей частоту следования бит аварийного сообщения. Модулятор формирует комплексную огибающую сигнала по закону (1.29). Генератор шума на рис. 1.18 - это блок добавляет белый шум n(t) для достижения требуемого соотношения энергии бита к шуму Eb/ N0 в канале. Линия задержки производит имитацию п путей распространения сигнала разность хода прямого и л-го путей распространения сигнала. В качестве распределения амплитуд многолучевых компонент сигнала на входе приемника принято распределение Раиса [20]. Соотношение энергия бита/шум для и-ой компоненты определяется выражением На рис. 1.19 приведены вероятности не обработки сообщения СПОИ в случае одно и пятилучевого канала распространения сигнала в зависимости от отношения. Eb/N0. Задержка распространения Tn(t) и множитель ослабления an(t) компонент многолучевого сигнала изменяются в диапазоне 0 + 0,4-10 6с и 0,01 + 1, соответственно. Так как задержка многолучевых компонент сигнала Tn(t) = 0 + 0,4-10 6c составляет менее 1% от длительности символа модулирующей последовательности (1,25 мс) ухудшением качества связи за счет символьной интерференции можно пренебречь. В данной ситуации основной причиной непрохождения аварийного сообщения на СПОИ будет ухудшение соотношения сигнал шум вследствие глубоких замираний сигнала. Как видно из рис. 1.19, при данном многолучевом канале распространения сигнала вероятность непрохождения сообщения АРМ на СПОИ достаточно высокая (-22%). Следствием этого будет снижение вероятности Р" передачи сообщения с координатами (рис. 1.15) и вероятности определения местоположения объекта, терпящего бедствие, допле-ровским методом, так как согласно [2] сообщения, имеющие более 3-х ошибок в 1 поле, защищенным кодам с исправлением ошибок, в обработку не принимаются.
Методы повышения надежности передачи навигационной информации
Одним из способов снижения вероятности ошибки в канале передачи данных является применение кодов с исправлением ошибок. На сегодняшний день можно выделить две наиболее часто используемые при создании цифровых систем связи схемы кодирования: блочную и сверточную. Рассмотрим эффективность данных схем кодирования применительно к каналу передачи навигационных данных предлагаемой локальной системы поиска и спасания. В качестве аварийного сообщения передаваемого АРМ возьмем: 1. Сообщение 1- соответствует длинному формату сообщения, применяемому в системе Коспас-Сарсат без изменений [2]. Сообщение закодировано с использование блочной схемы кодирования. 2. Сообщение 2- информационное содержание сообщения соответствует длинный формат сообщения, используемого в системе Коспас-Сарсат [1]. Сообщение закодировано с использование сверточной схемы кодирования В первом случае (сообщение 1) в качестве кодов с исправлением ошибок используются блочные коды Боуза-Чоудхури-Хоквенгема (БЧХ). Вероятность битовой ошибки в канале передачи данных при использование блочных схемы кодирования и жесткой схемы принятия решения определяется выражение [21] t - количество исправляемых в блоке ошибок; п - количество бит в закодированном блоке; рс - вероятность символьной ошибки в канале, для схемы DPSK определяется выражением Длинное сообщение, используемое в системе Коспас-Сарсат, состоит из 2-х полей защищенных кодами с исправлением ошибок и имеет длину, 144 бита [2].
Для защиты первого поля используется код БЧХ(82,61). Данный код позволяет исправлять 3 ошибки. Второе поле закодировано кодом БЧХ(38,26), который позволяет исправлять 2 ошибки. Основная информация аварийного сообщения содержится в 1 поле. Следовательно при декодировании принятого сообщения второе поле не декодируется в случае наличия более 3-х ошибок в поле 1 [1]. С учетом вышесказанного вероятность битовой ошибки в канале передачи данных при передаче всего сообщения определяется выражением где Рв и Рв - вероятности появления битовой ошибки в первом и втором полях, определяемые выражением (2.24,2.25); В течение последних десяти лет наиболее популярной являлась сверточная схема кодирования, обеспечивающая лучшую помехозащищенность по сравнению с блочной схемой при той же конструктивной сложности кодера и декодера.
В качестве декодера при сверточной схеме кодирования наиболее часто используют декодер, работающий с использованием алгоритма Витерби. Данный алгоритм, по сути, реализует декодирование, основанное на принципе максимального правдоподобия. В качестве сверточного кодера будем использовать кодер с длинной кодового ограничения К = 7 я степенью кодирования к/п=1/2 [21].Структурная схема кодера приведена на рис.2.11. При декодировании сверхточных кодов способность кода к коррекции ошибок нельзя сформировать лаконично. Точное значение зависит от распределения ошибок. В работе зависимость вероятности битовой ошибки в канале передачи информации от отношения Eb/N0 при использовании сверточной схемы кодирования (К=7,к/п=1/2) получено методом Монте-Карло. Структурная схема канала передачи информации при использовании сверточного кодирования показана на рис.2.12. На каждый входной бит информационной последовательности сверточ-ный кодер выдает 2 бита закодированной информации с удвоенной частотой [20]. Следовательно, скорость передачи информации до кодирования с учетом (2.5) равна R/2 = 1000/2 = 500бит/с. Сигнал на входе DPSK модулятора можно записать в виде следующего выражения r(t) = s(t) + n(t), (2.27) где s(t)- комплексная огибающая сигнала, n(t)- белый шум. В демодуляторе DPSK используется жесткая схема принятия решения. Декодер Витерби имеет глубину декодировании 35 (решетчатой диаграммы [20]). Блок определения вероятности битовой ошибки производит сравнение переданной и полученной информации с учетом задержки в канале передачи данных. Вероятность битовой ошибки в канале определяется выражением На рис .2.13. представлены графики вероятностей появления битовой ошибки в канале передачи данных, подверженном воздействию белого шума n(t), при использовании блочной и сверточной (N=1000) схем кодирования сообщения в зависимости от отношения Eb/N0. Использование сверточной схемы кодирования сообщения при одинаковой вероятности битовой ошибки в канале передачи данных Рв = 10 5 дает выигрыш по соотношению Eb / N0 порядка 2 дБ. Количество аварийных сообщений 1 (144 бита), преданных АРМ на борт ПС ВС за время сеанса, незначительно превышает количество сообщений, переданных в случае использования сообщения 2 (200 бит). При этом сверточные кодер и декодер имеет более простую схемотехническую реализацию. Так как для АРМ очень важным требованием является малое энергопотребление, в предлагаемой системе для снижения вероятности появления ошибок при передаче аварийного сообщения целесообразнее использовать сверточную схему кодирования. Как уже говорилось ранее, наихудшее воздействие на данный канал оказывает импульсная помеха с шириной спектра соизмеримой с полосой занимаемой полезным сигналом и по длительности равная нескольким символам передаваемого сообщения. Действие такой помехи проявляется в виде пакета ошибок. Кроме того, появление пакета ошибок в сообщении возможно при глубоких замираниях сигнала в условиях многолучевого канала его распространения. Использование только кодов с исправлением ошибок в канале передачи данных предлагаемой системы может быть недостаточно эффективным для борьбы с помехами такого рода. Применение перемежения при формировании аварийного сообщения позволит увеличить помехоустойчивости канала при появлении пакета ошибок [20]. На рис.2.14 представлена структурная схема математической модели, позволяющей оценить исправляющую способность выбранной сверточной схемы кодирования (с длиной кодового ограничения К = 7 и степенью кодирования к/п = 1/2)ъ случае появлении пакета из N ошибок в передаваемом сообщении АРМ при использование перемежения и без него.
Сравнительный анализ эффективности амплитудных и фазовых методов определения курсового угла
По методу получения информации о курсовом угле радиостанции (в нашем случае АРМ) современные АРК подразделяются на амплитудные и фазовые. Каждая из схем имеет свои достоинства и недостатки. Произведем сравнительный анализ использования данных типов АРК для решения задач поиска и спасения объектов, терпящих бедствие, в предлагаемой локальной системе поиска и спасения. В качестве критериев оценки при анализе возьмем следующие параметры: 1. Сложность схемотехнической реализации АРК. 2. Точность определения курсового угла АРМ в условиях мнголучевого канала распространения сигнала. Сначала произведем выбор антенной системы. В существующих на сегодняшний день АРК в качестве антенной системы применяются 2 схемы: антенная система, состоящая из 2-х взаимно перпендикулярных рамочных антенн; антенная система, состоящая из набора вертикально установленных четвертьволновых вибраторов. Использование первой схемы позволяет создать антенную систему меньших размеров. При этом с учетом физического построения рамки данная антенная система принимает как горизонтально, так и вертикально поляризованную волну, что, в конечном счете, приводит к ухудшению точности определения углового положения АРМ с помощью АРК в условиях многолучевого канала распространения сигнала. Использование в качестве антенной системы набора четвертьволновых вибраторов позволяет уменьшить влияние преотраженных компонент с горизонтальной поляризацией волны на качество работы АРК. С учетом того, что основной целью разработки предлагаемой локальной системы поиска и спасения является повышение вероятности обнаружения объектов, терпящих бедствие, в условиях местности со сложным рельефом, где возрастает влияние эффекта многлучевости на качество работы радиотехнических систем, в антенной системе АРК целесообразнее использовать четвертьволновые вибраторы.
На рис.3.1 представлена антенная система, состоящая из 4-х четвертьволновых вибраторов с базой Поскольку расстояние между антеннами незначительное, фазовый фронт волны принимаемого сигнала можно считать линейным и напряженность поля одинаковой для всех вибраторов. На антенны воздействует вертикально поляризованная волна Еg(t)coscDt, направление прихода которой определяется углами # (курсовой угол АРМ) и /?(угол прихода волны в вертикальной плоскости). За начало отсчета возьмем точку нахождения 5-й антенны (рис.3.1). ЭДС, наводимая в антеннах, описывается следующими выражениями: где E - амплитуда напряженности поля, hd - действующая высота антенны, f(6,P)- нормированная диаграмма направленности антенны, р0- фаза сигнала в центре антенной системы (5 антенна), g(t) - псевдослучайная последовательность, Фі,Ф2 Рз ?4 фазовые сдвиги ЭДС в антеннах. При этом Рассмотрим принцип действия фазового АРК. Для извлечения информация о значении курсового угла излучателя (АРМ) используется различие фаз ЭДС (3.1), наводимых в элементах антенной системы АРК. Согласно [23] курсовой угол АРМ при использовании фазовой обработки сигнала определяется выражением На рис.3.2 представлена схема 4-х канального фазового АРК. В каждом канале используется квадратурный корреляционный приемник, производящий когерентною обработку принятых сигналов (используется ФАПЧ) и демодуляцию ПСП (g(t)). На выходе каждого канала амплитуды квадратурной Q и синфазной / составляющих пропорциональны значениям косинуса и синуса фазы принимаемого сигнала т
Оценка влияния систематической погрешности определения курсового угла АРМ с помощью АРК на время вывода поисково-спасательного ВС в район авиакатастрофы
В случае разбалансировки каналов обработки сигнала АРК, а так же неправильного Учета радиодевиации возникает систематическая погрешность определения курсового угла АРМ вош. Произведем оценку влияния данного рода погрешности на время привода ПС ВС в район авиакатастрофы. Наикратчайшее расстояние между поисково-спасательным ВС и объектом, терпящим бедствие, является прямая OD (рис.3.7). Время для прохождения данного расстояния определяется выражением где V- скорость движения ПС ВС. Но, так как привод ПС ВС осуществляется с помощью АРК, имеющим конечную точность определения углового положения АРМ, траектория движения ВС будет описываться логарифмической спиралью. Следовательно, время, затрачиваемое на привод ВС к месту аварии, увеличится. Введем параметр //, позволяющий оценить во сколько раз увеличилось время t , затрачиваемое на привод ВС к месту авиакатастрофы из-за погрешности определения курсового угла АРМ с помощью АРК Расстояния между двумя точками Ml и М2 (рис.3.7), принадлежащих спирали, определяется выражением 103 0ОШ- погрешность определения пеленга; Rj=AMl, R2=AM2- радиусы кривизны логарифмической спирали в точках Ml и М2, соответственно. Основные результаты, полученные в главе 3, состоят в следующем: 1. Проведен сравнительный анализ схемотехнических решений амплитудных и фазовых АРК, а также дана оценка потенциальной точности определения курсового угла АРМ с помощью АРК с использованием амплитудных и фазовых методов в условиях воздействия шумов и многлучевого канала распространения сигнала. 2. Дана оценка влияния систематической погрешности определения курсового угла АРМ с помощью АРК на время привода поисково-спасательного воздушного судна к месту нахождения объекта, терпящего бедствие. На основании результатов, полученных в главе 3, можно сделать следующие выводы: 1. В предлагаемой локальной системе поиска и спасения в качестве автономного средства, позволяющего осуществлять привод поисково-спасательное ВС в район авиакатастрофы целесообразнее использовать АРК с амплитудным метод пеленгации, так как при прочих равных условиях амплитудные угломерные системы по сравнению с фазовыми реализуют меньшую или равную ошибку пеленгования в условиях многолучевого распространения сигнала. Причем, АРК, использующие амплитудный метод пеленгации, более простые в построении и, как следствие, имеют более низкую стоимость. 2. При многолучевом распространении сигнала погрешность определения курсового угла АРМ фазовым и амплитудным АРК при соотношении сигнал/шум -40 дБ изменяется по синусоидальному закону с амплитудой, не превышающей 7 и 6, соответственно, и периодом повторения 2- -3 с. Постоянная времени системы управления поисково-спасательным воздушным судном существенно превышает этот период, вследствие чего данный тип погрешности не оказывает существенного влияния на качество работы системы. 3. Наличие систематической погрешности определения курсового угла АРМ АРК не оказывается существенного влияния на время привода поисково-спасательного ВС в район авиакатастрофы. При наличии ошибки определения курсового угла в 15 время привода воздушного судна к объекту, терпящему бедствие, увеличиваемся на 3,5%.
