Доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Валитов Рафаэль Рафикович

• Валитов Рафаэль Рафикович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Валитов Рафаэль Рафикович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ДОПЛЕРОВСКИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ ВЕРТОЛЕТА И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

1.1. Анализ задач, решаемых системами измерения составляющих вектора путевой скорости в составе бортового комплекса вертолета и показателей помехоустойчивости, влияющих на их выполнение

1.2. Определение требований к системе измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета

1.3. Систематизация и анализ перспективных путей и вариантов построения доплеровской измерительной систем вертолетного назначения

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 2. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ И ТРЕБОВАНИЙ К ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

2.1. Модели информативных сигналов и определение выходных параметров доплеровской системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета

2.2. Анализ параметров информативных сигналов и погрешностей измерения, влияющих на определение доплеровской частоты и результаты измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета

2.2.1 Классификация помех

2.2.2 Погрешности системы

2.3. Методы повышения помехоустойчивости алгоритмов выделения информативного сигнала и точности измерения составляющих вектора путевой скорости на основе технологий цифровой обработки

2.4 Построение структурной схемы информационно-измерительного канала системы, использующего технологии цифровой и алгоритмической обработки информативных сигналов

2.5. Разработка функциональной схемы доплеровской четырехлучевой одноантенной измерительной системы составляющих вектора путевой скорости вертолета

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Глава 3. РАЗРАБОТКА ЦИФРОВЫХ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА В ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ КАНАЛЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

3.1. Выбор и обоснование элементной базы цифровых и алгоритмических методов обработки информативного сигнала в измерительном канале системы

3.2 Цифровая обработка информативного сигнала в приемо-передающем канале системы

3.2.1 Алгоритм цифровой обработки сигнала

3.2.2 Операции, выполняемые во всех режимах работы ПЛИС

3.2.3 Алгоритмы, реализованные в ПЛИС, выполняющиеся в режиме «Старт первичной ЦОС»

3.3 Разработка адаптивного алгоритма вычисления составляющих вектора скоростия

3.3.1 Компенсация характеристик ФНЧ

3.3.2 Алгоритм получения информации от ПЛИС

3.3.3 Алгоритм накопления спектров и сглаживания среднего спектра

3.3.4 Алгоритм поиска максимумов среднего сглаженного спектра

3.3.5 Алгоритм «Захват-слежение»

3.3.6 Алгоритм вычисления составляющих вектора скорости

3.4 Критерии изменения алгоритмов работы системы в зависимости от полетной ситуации

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Глава 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЯ, НАСТРОЙКИ, СОГЛАСОВАНИЯ И РЕГУЛИРОВКИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩЕГО КАНАЛА СИСТЕМЫ

4.1 Выбор параметров приемо-передающего канала системы и методик их определения

4.2 Анализ методов определения параметров антенны четырехлучевой измерительной системы

4.3 Разработка методики измерения параметров антенного модуля, обеспечивающих точность измерения составляющих вектора путевой скорости и ее аппаратного обеспечения

4.4 Разработка методики настройки, согласования и регулировки параметров элементов модуля приемо-передающего канала системы, обеспечивающей требуемые характеристики информативного сигнала

4.4.1 Рассмотрение основных характеристик при согласовании микроволновых устройств

4.4.2 Методика проверки и согласования тракта сверхвысоких частот и ее аппаратное обеспечение

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Глава 5 РЕАЛИЗАЦИЯ ДОПЛЕРОВСКОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ, ПРОВЕДЕНИЕ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

5.1 Реализация опытного образца доплеровской измерительной системы составляющих вектора путевой скорости вертолета

5.2 Разработка методики проведения летных испытаний системы в реальных условиях эксплуатации

5.2.1 Наземная проверка системы

5.2.2 Методика проведения лётных испытаний

5.3 Проведение летных испытаний анализ и оценка полученных результатов

5.3.1 Условия проведения летных испытаний

5.3.2 Результаты летных испытаний и их аналих

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А. Архитектура проекта ПЛИС

Приложение Б. Временная диаграмма алгоритмов первичной обработки сигналов

Приложение В. Летные испытания ДИСС: полет над сушей

Приложение Г. Летные испытания ДИСС: полет над водой

Приложение Д. Летные испытания ДИСС: оценка погрешности

Приложение Е. Акт внедрения результатов диссертационной работы

Приложение Ж. Аналитическая справка об уровне помехоустойчивости ДИСС

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современные вертолеты оснащены сложными техническими комплексами и информационно-измерительными системами, обеспечивающими выполнение различных задач в любых метеоусловиях в любое время суток. Одной из основных информационно-измерительных систем на борту вертолета является доплеровская система измерения составляющих вектора путевой скорости (ДИСС), которая не только автоматически непрерывно измеряет и выдает информацию о составляющих скорости и угле сноса вертолета, но и передает эту информацию для корректировки и комплексирования результатов измерений других навигационных систем, а также в системы управления вертолетом. ДИСС вертолетного назначения должна быть работоспособна в широком диапазоне изменения высотно-скоростных параметров, при различной ориентации вертолета в пространстве, при полете над поверхностями различного типа.

Работа бортовых радионавигационных устройств и измерительных систем сильно зависит от различных видов помех, воздействие которых отрицательно влияет на результаты проводимых измерений и приводит к появлению информационных отказов.

Задача обеспечения помехоустойчивости, когда помеха содержится в самом радиотехническом измерительном сигнале, принимаемом устройством, требует комплексного подхода с использованием взаимосвязанных методических, параметрических, схемотехнических, алгоритмических и технологических решений.

Для реализации подобных комплексных решений наиболее

перспективными при построении современных радиотехнических

измерительных систем являются программно-определяемые технологии

(Software Defined Radio, SDR - технологии, SDR - системы). В отличие от

традиционных HDR - технологий (Hardware Defined Radio, HDR - системы), в

которых радиотехнические методы обработки сигналов (фильтрация, усиление,

6

модуляция-демодуляция и т.д.) реализуются с помощью специализированных микросхем или аналоговых моделей (т.е. аппаратно), в SDR - устройствах большая часть функциональности перенесена в программную часть и реализуется цифровыми методами обработки сигналов. Радиотехнические измерительные системы, построенные на принципах SDR - технологий, отличаются возможностью реализации функций радиофизического уровня программным способом, что обеспечивает применение различных видов обработки сигналов без изменения аппаратной схемотехнической части системы. SDR - технологии позволяют реализовывать в устройстве более сложные, адаптивные алгоритмы обработки информации, оперативно изменять параметры информативных сигналов для достижения точности и достоверности результатов.

Вопросам разработки SDR - технологий, и практики их применения для проектирования радиотехнических систем посвящены работы П.А. Будко, Е.С. Жолдасова, М.С. Костина, А.Д. Ярлыкова, Г.А. Фокина и др.

Вопросами развития теории и принципов работы ДИСС, совершенствования их конструкций посвящены работы российских ученых и инженеров: таких, как В.Е. Колчинский, И.А. Мандуровский, В.П. Гришин, Ю.М. Ипатов, Ю.Г. Сосулин и др.

Использование SDR-технологий для реализации ДИСС позволяет получить комплекс новых научно-технических решений, обеспечивающих повышение помехоустойчивости допплеровской радиотехнической системы и минимизирующих информационные отказы при навигации летательного аппарата, поэтому данная область исследований и разработок является актуальной.

Объектом исследования является доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета.

Предметом исследования являются функциональная структура системы

и алгоритмы формирования, выделения и обработки информативных

7

измерительных сигналов, методики настройки элементов информационно-измерительного доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета.

Цель работы повышение помехоустойчивости доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости, обеспечивающее снижение информационных отказов при навигации летательного аппарата за счет реализации алгоритмических, схемотехнических, методических и конструктивно-технологических решений.

Научная задача исследования - научно-обоснованная разработка доплеровской системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета путем реализации четырех измерительных лучей одной приемопередающей антенной и разработки функциональной схемы системы, ориентированной на реализацию цифровых и алгоритмических методов обработки информативных сигналов, обеспечивающих уменьшение массово-габаритных характеристик и повышение помехоустойчивость системы.

Решение поставленной задачи научного исследования проводится по следующим основным направлениям:

1. Исследование возможностей и путей совершенствования существующих доплеровских систем измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета, обоснование изменения конструкции, структуры измерительного канала и функциональной схемы системы вертолетного назначения для повышения ее помехоустойчивости.

2. Анализ информативных сигналов и помех, влияющих на результаты обработки информативного сигнала, разработка цифровых и алгоритмических методов обработки информативного сигнала в измерительном канале системы на всех этапах преобразования для повышения помехоустойчивости системы.

3. Разработка методик измерения, настройки, согласования и регулировки параметров элементов информационно-измерительного приёмо-передающего канала системы, обеспечивающих формирование информативных сигналов с

характеристиками, требуемыми для их помехоустойчивой цифровой и алгоритмической обработки при определении составляющих вектора скорости.

4. Опытная реализация доплеровской измерительной системы, разработка методики и проведение ее летных испытаний для подтверждения эффективности комплекса разработанных конструктивно-технологических, схемотехнических, алгоритмических и методических решений для обеспечения помехоустойчивости.

Методы исследования: методы статистической обработки измерительной информации, цифровая обработка сигналов, матричные вычисления, конечные автоматы, обработка результатов измерений.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- для доплеровской системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета предложено научное решение отличающееся повышением избыточности первичной информации и разработан подход по реализации четвертого измерительного канала (луча), разработана оригинальная функциональная схема, ориентированная на реализацию цифровых и алгоритмических методов обработки информативных сигналов, обеспечивающие повышение помехоустойчивости системы;

- разработанный комплекс цифровых методов и алгоритмов обработки информативных сигналов в доплеровской системе отличается использованием квадратурной модуляции с переносом спектра отраженного сигнала в низкочастотную область и дальнейшей цифровой и алгоритмической обработкой с адаптивным изменением режимов накопления данных, состава операций и параметров обработки в зависимости от фактических данных измерений и полученных результатов их обработки в каждом канале (луче) на основе предложенных критериев и обеспечивает эффективное выделение доплеровской частоты в спектре отраженного сигнала, имеющего значительную шумовую составляющую;

- разработанные методики отличаются составом и последовательностью

операций измерения, настройки, согласования и регулировок параметров

9

элементов информационно-измерительного приемо-передающего канала (СВЧ модуля совместно с приемо-передающей антенной), обеспечивающих характеристики канала (уровень выходной мощности, развязки между каналами, разницы полезного сигнала и шума, частоты несущей и др.), необходимые для алгоритмического выделения гармоники на частоте доплера при большом уровне помех в отраженном сигнале;

- предложенный подход к построению доплеровской системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета отличается комплексным использованием конструктивно-технологических, схемотехнических, алгоритмических и методических решений и обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик и повышение помехоустойчивости системы;

- разработанные методики проведения лётных испытаний доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета отличаются наличием режимов полета для получения различной степени отражения радиосигналов и различного уровня помех, что обеспечивает оценку помехоустойчивости и наличие информационных отказов системы в реальных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработана новая доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета, реализующая четыре измерительных луча одной приемо-передающей антенной, отличающаяся оригинальной функциональной схемой на основе использования технологий программно-определяемых радиосистем, позволившей расширить использование цифровых и алгоритмических методов обработки сложных доплеровских измерительных сигналов, снизить количество используемых аппаратных аналоговых элементов, улучшить массово-габаритные характеристики;

- разработанные специализированные алгоритмы цифрового

преобразования и обработки доплеровского измерительного сигнала на

архитектуре ПЛИС и адаптивные алгоритмы вычислений и управления,

10

реализуемые на микроконтроллере, позволяют выполнять комплексную помехоустойчивую обработку измерительной информации ДИСС в режиме реального времени при ограничениях по массогабаритным характеристикам, энергопотреблению и стоимости;

- методическое и аппаратное обеспечение процесса определения параметров элементов приемо-передающего канала, их настройки, согласования и регулировки позволяет получить требуемые значения параметров информативного измерительного сигнала и реализовать его помехоустойчивую алгоритмическую обработку;

- методики проведения лётных испытаний опытных образцов доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета позволяют проводить оценку помехоустойчивости и отсутствие информационных отказов при различной степени отражения радиосигналов и различном уровне помех.

Реализация, внедрение и использование результатов работы.

Научные и практические результаты исследования использованы при проведении НИОКР опытных образцов, внедрены в разработках и в серийное производство изделий АО «УКБП».

Использование научно-технических решений, разработанных в рамках диссертационной работы позволяют обеспечить помехоустойчивость изделий в заданных условиях эксплуатации, а также улучшить тактико-технические характеристики вертолетов в связи с применением четырехлучевой одноантенной конструкции системы, что подтверждено результатами летных испытаний.

Основные результаты работы соответствуют п. 2 Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов структуры и образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов

построения и технических решений паспорта научной специальности 2.2.11. «Информационно-измерительные и управляющие системы».

На защиту выносятся

1. Разработанная доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета обладает повышенной помехоустойчивостью за счет повышения избыточности первичной информации путем введения четвертого измерительного канала (луча) и реализации комплекса цифровых и алгоритмических методов обработки информативных сигналов при модулировании, приеме, преобразованиях и вычислении выходных параметров.

2. Полученный комплекс методов и алгоритмов обработки информативных сигналов системы позволяет эффективно выделять доплеровскую частоту в спектре отраженного сигнала, имеющего значительную шумовую составляющую, за счет адаптивного изменения режимов накопления данных, состава операций и параметров обработки в зависимости от фактических данных измерений и полученных результатов их обработки для каждого луча системы на основе предложенных критериев.

3. Разработанные методики позволяют реализовать в системе информативные сигналы с характеристиками, обеспечивающими повышение ее помехоустойчивости при определении составляющих вектора скорости вертолета в диапазоне эксплуатационных высот и скоростей за счет измерения, настройки, согласования и регулировки параметров элементов измерительного СВЧ канала (СВЧ модуля в сборе с приемо-передающей антенной).

4. Эффективность комплекса реализованных в доплеровской четырехлучевой одноантенной системе измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета конструктивно-технологических, схемотехнических, алгоритмических и методических решений, позволивших повысить ее помехоустойчивость и снизить массо-габаритные характеристики, подтверждается результатами реализации системы и ее лётных испытаний в

реальных условиях эксплуатации, при различной степени отражения радиосигналов и различном уровне помех.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета»

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 52-й научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (г. Ульяновск, 2018 г.), V Всероссийской научно -технической конференции с международным участием «Теоретические и практические аспекты развития отечественного авиастроения» (г. Ульяновск, 2018 г.), VI Международной научно-практической конференции «АВИАТОР» «Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки» (г. Воронеж, 2019 г.), 6 Всероссийской национальной научной конференции молодых ученных «Молодежь и наука: Актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2023 г.), 24 Всероссийской научно-технической конференции «Наука, промышленность, оборона» (г. Новосибирск, 2023 г).

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 15 трудов, включая 6 статьи в рецензируемых научных периодических изданиях из перечня ВАК Минобрнауки РФ, 1 статья в изданиях из базы данных Scopus, Web of Science, 7 материалов и тезисов докладов на научных и научно-практических конференциях, 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, приложений и библиографического списка, содержащего 85 наименования. Работа изложена на 217 страницах, содержит 66 рисунков, 12 таблицы и 7 приложений.

Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ

ДОПЛЕРОВСКИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ ВЕРТОЛЕТА И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

1.1. Анализ задач, решаемых системами измерения составляющих вектора путевой скорости в составе бортового комплекса вертолета и показателей помехоустойчивости, влияющих на их выполнение

Воздушная навигация - это наука, которая отвечает на вопросы: где находится ЛА, с какими параметрами движения ЛА перемещается, а также наука о методах и средствах вождения ЛА в условиях неизвестности текущих координат и траекторий полета в пространстве.

Главная задача воздушной навигации - это вывести ЛА в заданную точку или область пространства по оптимальной траектории в определенный момент времени. Для решения этой задачи необходимо разделить ее на частные задачи, которые различаются по характеру и способу решения.

Рисунок 1.1 - Частные задачи воздушной навигации

Процессы навигации в отношении конкретных типов ЛА получили названия "самолетовождение" и "вертолетовождение". Эти процессы включают задачу навигации по требуемой траектории и задачу пилотирования - контроль положения в пространстве [1].

Вертолетовождение включает в себя выполнение заданного маршрута и профиля полета, определение местоположения вертолета, нахождение его в нужном месте в назначенное время и обеспечение безопасности полета.

Для успешного управления движением вертолета экипаж должен знать: где находится вертолет в данный момент времени; куда (в каком направлении) необходимо лететь в дальнейшем, чтобы выйти в заданную точку; с какой скоростью следует выполнять полет, чтобы выйти в эту точку (цель, площадку) своевременно.

Теория вертолетовождения на основе положений науки о воздушной навигации рассматривает применительно к вертолетам: правила подготовки к полетам и порядок их выполнения; способы применения технических средств вертолетовождения в полете; безопасность их вождения из одной точки в другую по оптимальной траектории; способы обеспечения вывода вертолета в заданную точку в назначенное время [2].

Для решения задач экипаж использует современные технические средства вертолетовождения, которые подразделяются по месту расположения, по характеру использования и по принципу действия. Технические средства по месту расположения делятся на вертолетные (бортовые) и наземные, а по характеру использования — на автономные и неавтономные. Автономными являются средства, для применения которых не требуется специального наземного оборудования. Неавтономные средства передают информацию на основе своего взаимодействия с наземными устройствами.

Технические средства вертолетовождения по принципу действия делятся на четыре основные группы.

Геотехнические средства основаны на измерении параметров

геофизических полей Земли (магнитного, гравитационного и других). К этой

15

группе относятся магнитные компасы, гироскопические приборы, барометрические высотомеры, указатели воздушной скорости, инерциальные системы, оптические визиры, часы-секундомеры и другие.

Большинство этих средств устанавливается на всех самолетах и вертолетах, используется в любом полете, так как они автономны, надежны, обладают высокой помехозащищенностью. Вместе с тем они не во всех условиях позволяют получить требуемую точность решения задач вертолетовождения, поэтому применяются, как правило, в комплексе с другими средствами.

Радиоэлектронные средства измеряют параметры радиоволн (частоту, фаз колебаний, амплитуду, время распространения), излучаемых специальными устройствами, находящимися на борту вертолета, на земле или в космосе (на навигационных искусственных спутниках Земли). В эту группу входят автономные радиоэлектронные средства и неавтономные, представляющие собой радионавигационные системы. Автономные размещаются на борту вертолета, могут применяться в полетах на любой дальности. К ним относятся доплеровские измерители составляющих вектора скорости и угла сноса, радиовысотомеры, бортовые радиолокационные станции. Радионавигационные системы (РНС) в своем составе имеют бортовое и наземное оборудование, позволяющее выдавать навигационную информацию только при совместной работе [3]. Дальность их действия ограничена. По характеру измеряемых величин различают следующие РНС: угломерные, с их помощью измеряется направление (угол) из точки приема на передающую точку; дальномерные, с их помощью измеряется расстояние (дальность) между точками передачи и приема; угломерно-дальномерные, измеряющие направление и дальность между двумя точками; разностно-дальномерные, измеряющие разность расстояния от одной точки до двух других. В спутниковых навигационных системах (СНС) оборудование, по принципу действия подобное наземному, устанавливается на спутнике.

Достоинство радиоэлектронных средств - высокая точность измерения навигационных параметров в любых условиях; недостаток - их подверженность различного рода помехам, демаскирование полета бортовым передатчиком данного летательного аппарата (спутника).

Светотехнические средства основаны на использовании бортовых или наземных источников света. К ним относятся светомаяки (бортовые и наземные), прожекторы, огни посадочных систем, пиротехнические средства, ориентирно-сигнальные бомбы и знаки. Эти средства являются вспомогательными, используются главным образом ночью для маркирования аэродромов, точек маршрута, облегчения ориентировки, посадки вертолетов и самолетов, информации о местах нахождения в воздухе летательных аппаратов.

Астрономические средства основаны на пеленгации небесных светил, являющихся источниками светового (радио) излучения. В эту группу входят астрокомпасы, астроориентаторы и другие устройства. Их достоинства -автономность, возможность использования в различных точках земли. На вертолетах широкого применения они пока не нашли из-за сложности аппаратуры.

Особую группу технических средств представляют навигационные вычислительные устройства, широко применяемые на самолетах и появляющиеся на некоторых вертолетах. Они позволяют объединить различные технические средства в единую комплексную навигационную систему (КНС), в которой с помощью бортовых цифровых вычислительных машин или других вычислителей не только решаются задачи вертолетовождения, но и автоматизируется процесс вертолетовождения. Применение их позволяет более полно реализовать боевые возможности вертолетов, изменяет функции членов экипажа. Освободив экипажи от расчетов, КНС в то же время повышает требования к значениям летного состава, к умению их решать логические задачи [2].

Навигационное радиотехническое оборудование обеспечивает высокую

точность измерений навигационных параметров в различных метеоусловиях,

17

решает разнообразные навигационные задачи, имеет большую дальность действия. Но на них могут воздействовать радиопомехи, и некоторые из них неавтономны. К радиотехническому оборудованию навигации относятся дальномерные, разностно-дальномерные, угломерные, угломерно-дальномерные системы и ДИСС [4].

Навигационное устройство - это техническое средство навигации, которое основано на определенном физическом принципе действия и используется для измерения навигационных параметров движения ЛА независимо от наземных средств.

Многофункциональная интегрированная система разделяется на подсистемы (например, навигации, посадки), обладающие гибкой архитектурой и содержит управляемые ресурсы, прежде всего вычислительные, для более высокой эффективности решения задач на различных этапах полета ЛА.

К главным свойствам радиоволн относятся:

-прямолинейность распространения радиоволн в свободном пространстве и в однородных средах;

-высокая стабильность скорости распространения радиоволн в однородных средах;

-отражение радиоволн от земной поверхности и других объектов;

-эффект сдвига частоты принимаемых сигналов относительно частоты излучаемых сигналов, возникающий при взаимном перемещении источника и приемника радиоволн (эффект Доплера).

Современные вертолеты обладают расширенными возможностями для выполнения боевых задач и требуют повышенной точности в навигации. Для достижения этой точности требуется комплексное использование технических средств навигации, установленных на вертолетах.

Навигационный комплекс вертолета состоит из:

- датчиков навигационной информации;

- вычислительного устройства;

- программного устройства;

- устройств управления, индикации и сигнализации.

Датчики навигационной информации используются на ЛА для счисления пути и изменения координат вертолета.

Основные системы для счисления пути применяются системы воздушных сигналов, доплеровские измерители составляющих скорости и угла сноса, курсовые системы и инерциальные системы навигации.

Совместная работа вышеуказанных систем позволяет решить ряд задач:

- автоматическое счисление и индикацию текущих координат вертолета в общей или частно-ортодромической системе координат;

- периодическую ручную коррекцию счисленных координат по результатам визуального определения координат вертолета;

- определение и индикацию навигационных элементов полета: курса, скорости, угла сноса;

- выход вертолета в заданную точку;

- стабилизация заданного путевого угла на этапе маршрута;

- висение и управление движением вертолета относительно точки зависания при отсутствии видимости земли в режиме «Висения».

Рассмотрим радиотехническое средство ДИСС как составную часть навигационной системы.

Вначале рассмотрим применение доплеровского измерителя составляющих скорости в полете ЛА по маршруту. Координатами пункта назначения могут быть, например, широта и долгота в географической системе координат, либо дальность вдоль ортодромии (это кратчайшее расстояние между двумя точками земной поверхности) и боковое отклонение от нее (рисунок 1.2) в условной прямоугольной (ортодромической) системе координат Х7.

Движение ЛА по отношению к земной поверхности происходит в

результате взаимодействия силы тяги двигателей, аэродинамических сил и

силы тяжести, вызывающих перемещение ЛА со скоростью V по отношению к

воздушной массе, и в результате действия ветра, вызывающего перемещение

19

воздушной массы вместе с ЛА со скоростью и. Результирующий вектор полной скорости W определяет скорость движения ЛА по отношению к подстилающей поверхности. Горизонтальные составляющие векторов полной скорости, воздушной скорости и скорости ветра — Шг, Уг, иг — образуют так называемый навигационный треугольник скоростей (Рисунок 1.1), где Шг= Уг + иг. Горизонтальная составляющая вектора полной скорости ЛА (Шг), учитываемая при счислении пути, пройденного ЛА вдоль земной поверхности, называется вектором путевой скорости ЛА. Модуль этого вектора называется путевой скоростью Wr, угол между продольной осью ЛА и этим вектором называется углом сноса, а угол между горизонтальной составляющей вектора воздушной скорости Fr и вектором путевой скорости Wr называется углом сноса ветром

(Рв).

Во время полета ЛА по маршруту ДИСС проводит измерение путевой скорости (продольной по оси ЛА) и поперечную составляющие вектора путевой скорости. Эти данные достаточны для ответа на вопрос о том, с какой скоростью относительно Земли перемещается ЛА, но не дают ответа на вопрос о направлении его полета. С этой целью необходимо учесть сумму угла курса ЛА (К) и угла сноса в (рисунок 1.2).

Направление продольной оси ЛА

Рисунок 1.2 - Координаты пункта назначения и навигационный треугольник скоростей НПМ и КПМ — начальный и конечный пункты маршрута; ЗПУ— заданный путевой угол; (хД, 0) — координаты КПМ; К—курс; Уг — горизонтальная составляющая вектора воздушной скорости; иг— горизонтальная составляющая вектора скорости ветра; Шг — вектор путевой скорости; в - угол сноса; вв - угол сноса ветром; вск - угол аэродинамического скольжения.

При наличии информации о курсе и воздушной скорости ЛА ДИСС позволяет учесть суммарное влияние на движение ЛА ветра и аэродинамического скольжения. При отсутствии информации о воздушной скорость или когда она измерена с большой погрешностью, то ДИСС позволяет учесть как ветер и скольжение, так и воздушную скорость. Но ДИСС не в состоянии сам по себе учесть курс ЛА. Это объясняется тем, что допплеровская аппаратура, установленная на борту ЛА, определяет направление вектора путевой скорости по отношению к продольной оси ЛА, то есть в связанной системе координат с ЛА. При полете ЛА в системе координат, связанной с Землей, необходима информация о курсе ЛА, определяющая переход по направлению от подвижной системы координат к неподвижной [5].

Таким образом, для определения направления и скорости полета ЛА необходимо использовать как ДИСС, так и курсовую систему. Навигационный вычислитель координат ЛА и учет координат начального пункта маршрута позволяют определить местоположение ЛА, а сравнение этой информации с заданными координатами пункта назначения позволяет решить задачу, насколько долго и в каком направлении лететь до пункта назначения.

Приходим к следующим выводам. Во-первых, определение координат ЛА с помощью автономных допплеровских систем навигации основано на совместном использовании доплеровской информации об угле сноса и путевой скорости ЛА и информации о его курсе. Во-вторых, тремя основными частями автономной допплеровской системы навигации и управления являются ДИСС, курсовая система и навигационный вычислитель координат ЛА и сигналов управления.

Итак, рассмотрено применение допплеровских устройств и систем для обеспечения полета ЛА по маршруту.

При посадке вертолёта или при полете в режиме «Висения» часто используют ДИСС. При выполнении ЛА этих задач ДИСС необходимо измерять вектор полной скорости, то есть три составляющие вектора скорости в системе координат, связанной с ЛА, либо в так называемой горизонтальной системе координат.

При использовании ДИСС для обеспечения режима висения вертолета две горизонтальные и вертикальная составляющие вектора скорости вертолета (рисунок 1.3) приводятся к нулю либо вручную летчиком по индикатору висения ДИСС, либо автоматически при сопряжении ДИСС с автопилотом вертолета.

ЛУЧ 2

Рисунок 1.3 - Составляющие вектора скорости вертолета в горизонтальной системе координат Если ДИСС используется в процессе посадки вертолета, то вертикальная составляющая скорости, измеряемая ДИСС, регулируется вручную или автоматически с учетом высоты положения вертолета над местом посадки, а горизонтальные составляющие скорости приводятся к нулю, если вертолет снижается вертикально, либо также регулируются, если вертолет снижается по наклонной траектории.

1.2. Определение требований к системе измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета

Устройства определения параметров скорости вертолета должны удовлетворять эксплуатационным требованиям, предъявляемым со стороны конструктивных и эксплуатационных особенностей вертолета. На их выбор влияют следующие факторы:

ДИСС должен функционировать в эксплуатационных условиях в соответствии с КТ-1600/140 [6].

При полете над любой поверхностью ДИСС должен обеспечивать:

— определение составляющих вектора скорости вертолета, а также путевой скорости и угла сноса (с требуемой точностью и в диапазонах их изменения);

— выдачу информации о составляющих вектора скорости, путевой скорости, угле сноса вертолета, а также режимах работы оборудования и его отказах для индикации экипажу и в виде электрических сигналов в сопрягаемое бортовое оборудование.

Эти функции должны выполняться с заявленной точностью при полете со скоростью:

— менее 50 км/ч на высотах более 2 м и углах крена и тангажа не более

5°;

— более 50 км/ч на высотах более 10 м и углах крена и тангажа не более

10°;

— более 50 км/ч на высотах более 100 м и углах крена и тангажа не более

30°.

Блок должен обеспечивать функционирование в следующих режимах:

- «Работа»;

- «Память»;

- «Радиомаскировка»;

- «Контроль»;

- «Технологический».

Переход в режим «Работа» должен осуществляться автоматически после включения питания. В данном режиме блок должен функционировать в соответствии с требованиями назначения.

Переход в режим «Память» должен осуществляться автоматически в случае невозможности вычисления составляющих путевой скорости. При возобновлении возможности вычисления составляющих путевой скорости должен осуществляться автоматический возврат в режим «Работа». Причина перехода в режим «Память» должна быть зафиксирована в журнале отказов.

Переход в режим «Радиомаскировка» должен осуществляться либо по наличию разовой команды (РК) «Излучение/Молчание», либо по управляющей команде по кодовой линии связи (КЛС). В режиме «Радиомаскировка» должно выключаться радиоизлучение. Выход из режима «Радиомаскировка» должен осуществляться либо по снятию РК «Излучение/Молчание», либо по управляющей команде по КЛС.

Переход в режим «Контроль» должен осуществляться по управляющей команде по КЛС. В режиме «Контроль» должна осуществляться оценка технического состояния блока. По завершению оценки технического состояния блок должен выполнить автоматический возврат в режим работы, предшествующий запуску режима «Контроль».

Переход в режим «Технологический» должен осуществляться только по наличию РК «Технологический режим». В режиме «Технологический» должно осуществляться обновление программного обеспечения (ПО), загрузка ПО, настройка процессорного модуля, считывание служебной информации о работе блока. Выход из режима «Технологический» должен осуществлять только по снятию РК «Технологический режим», при этом должен осуществляться автоматический возврат в режим работы, предшествующий запуску режима «Технологический».

В соответствии с распределением частот излучение сигнала должно происходить на частоте (13325±75) МГц. Система размещается в нижней части фюзеляжа или хвостовой балки так, чтобы:

— в рабочей зоне лучей приемной и передающей антенн при любой ориентации вертолета не находились выступающие элементы конструкции винт;

— в непосредственной близости от места размещения системы не должно быть агрегатов с движущимися деталями.

Технические характеристики доплеровских систем, работающих в полосе частот 13,25-13,4 ГГц, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики доплеровских систем, работающих в полосе частот 13,25-13,4 ГГц

Параметр Единицы Устройство 1 Устройство 2 Устройство 3 Устройство 4 Устройство 5 Устройство 6 Устр ойств о 7 Устройств о 8

Платформа Воздушное судно (в ертолет) Воздушное судно (вертолет) Воздушной судно (летательный аппарат) Воздушное судно (летательный аппарат) Воздушное судно (вертолет) Воздушное судно (летательный аппарат) Воздушное судно (летательный аппарат) Воздушное судно (вертолет)

Мак сю] альная рабочая высота платформы м 3600 3660 10 400 15 000 0-4 500 15 000 15 000 3 500

Тип радара Допплеров скнй навит анионный Допплеров ский навит апионный Допплеров ский навит анионный Допплеров ский навит апионный Допплеров ский радар - датчик Допплеров скнй радар - датчик Допплеров скеш навит апионный Допплеров скнй навит апионный

радар радар радар радар скорости скорости радар радар

Диапазон измеряемой путевой и:оре-ян 333 553 750 1047 250 1 100 130-1 300 50-399

Частота ГГц Фиксированный один канал Фиксированный один канал Фиксированный один канал Фиксированный один канал Фиксированный один канал Фиксированный один канал 13Д5-13.40 13.295-13.355

Тип излучения Нез агукающая волна Прерывная нез агукающая волна Нез агукающая волна с частотной Незатухающая волна Незатухающая волна с частотной Нем сдублированный иыпульс Нем сдублированная незатухающая Нем сдублированная незатухающая

модуля пи ей м одуляпиеи волна волна

Ширина импульса Не применимо 1-4 Неприменимо Не применимо Не применимо (ЧМ) 4-7 Не применимо Не применимо

Время нарастания и спада импульса аг Не применимо 20 Неприменимо Не применимо Не применимо (ЧМ) од Не применимо Не применимо

Ширина полосы РЧ излучения -ЗдЕ -20 дБ -40 дЕ кГц Не применимо 2 300 20 000 100 250 350 Не применимо Отсутствует^ (Ззшш 150 1000 5 600 95 000 Отсутствует Отсутствует

Частота повторения импульсов Не применимо Отсутствует Не применимо Не применимо Не применимо 30 000 Не применимо Не применимо

Пиков ая м ощность передатчика Вт 0.35 0.132 ОЛЗ 1,0 0,050 40 Средняя 20 0.125...10 0.15...10

Параметр 1лИН1ШЫ Устройство 1 Устройств о 2 Устройство 3 Устройство 4 Устройство S Устройство 6 Устройство 7 Устройство 8-

Ширина полосы ГТЧ приемника — ЗдЕ 1.4 Расчетная Расчетная 55 000 2.9 Расчетная 14 2 500 15 000 100000

Чув слвительнослъ дЕы —135 для отношения S/'N вОдЕ -135 —134 для отношения S/'N вОдЕ -13S для отношения &N в 3 дБ -130 для отношения S!N в 3 дЕ (V = 100 ы/с) -160 для отношения SiN вЗдЕ (У = з ависание) —96 для 3 дЕ S!N (V = 100 м/с) —110 (режим захвата) -120 (режим отследив ания) -144

Коэффициент шума приемника дБ ШЕШЩЩЩ®. щашяйй 12 (супергеге-родинный приемник с двойным преобразованием) 7,5 Отсутствует Отсутствует

прие?.:ник) приемник) приемник)

Тип антенны Параболический отражатель Фазированная решетка Фазированная решетка Фазированная решетка Решетка с печатной платой Решетка с печатной платой Ф азиров анная решетка Рупорно-отражательная

Размещение гнгенны Точки на пов ерхности Земли Точки на пов ерхности Земли Точки на пов ерхности Земли Точки на поверхности Земли Точки на поверхности Земли Точки на поверхности Земли Точки на поверхности Земли (угол отклонения от надира в 9... 11 градусов) Точки на поверхности Земли (угол отклонения от надира в 13 градусов)

Коэффициент усиления антенны ДЕн 27 27 26 29.5 26.5 1S 20 27.3

Первый боков ой лепесток антенны дБй 5,5 Отсутствует 9 14.2 в 4 градуса -10 -10 7 -1Л

Горизонтальная ширина луча градусы 7 3:3 9 4,7 4.0 20 Отсутствует Отсутствует

Вертикальная ширина луча градусы 4.5 5 3 2.5 3:4 4:2 Отсутствует Отсутствует

Поляризация Линейная Отсутствует Отсутствует Линейная Линейная Линейная Отсутствует Отсутствует

Количество лучей 4 4 4 4 4 2 3 или 4 3

Параметр Елинниы Устройство 1 Устройство 2 Устройство 3 Устройство 4 Устройство 5 Устройств о б Устройство 7 Устройств о 8

Использует систему с Использует систему с диаграммой направленности. Сблизить четыре угла пирамиды каддый с отклонением в 16 градусов от надира и 10,5 градусов в сторону Использует систему с

Конфигурация луча ЕНТЗШЫ диаграммой направленности. Сблизить четыре угла пирамиды КЕЛЛЫЙ с отклонением в 1S градусов от надира Отсутствует Использует систему с диаграммой направленности диаграммой направленности. С близить четыре упн пирамиды г- 1ч. тни с отклонением в 20 градусов от надира Дв а луча Отсутствует Отсутствует

Сканирование Ентенны Сканирование -это когда один луч в отдельно взятый момент времени проходит по каждому углу пирамиды Сканирование -это когда один луч в отдельно взятый момент времени проходит по каждому углу пирамиды Сканирование -это когда один луч в отдельно взятый момент времени проходит по каждому углу пирамиды Отсутствует Сканирование -это когда один луч е отдельно взятый момент времени проходит по каждому углу пирамиды Отсутствует Отсутствует Отсутствует

Критерии зашиты дБ -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10

Доплеровские системы, работающие на частоте 13,25-13,4 ГГц, определяют скорость и направление движения. Высота полета - до 4500 м для вертолета и 15000 м для самолета. Время работы системы - несколько часов. ДИСС для системы навигации может использовать до четырех антенных лучей, как показано на рисунке 1.4. По два луча по обе стороны от линии пути, направленных вперед и назад, Лучи могут функционировать попарно или последовательно [7].

М. 2008-01

Рисунок 1.4 - Пример конфигурации лучей антенны Динамический предел высоты полета вертолетов не превышает 7000 Практический предел самолета базовой авиации составляет приблизительно 15000 м.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Валитов Рафаэль Рафикович, 2026 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Черный, М.А. Самолетовождение / М.А. Черный, В.И. Кораблин. -Москва: КДУ, 2010. - 368 с.

2. Кудрявцев, Я.Я. Вертолетовождение / Я.Я. Кудрявцев, А.И. Михальцов. -М.: Военное издательство, 1986.

3. Скрыпкин, О.Н. Радионавигационные системы воздушных судов / О.Н. Скрыпкин. - М.: Инфра-М, - 2018. - 348 с.

4. Морозов, О.Г. Радиотехнические системы. 3-е изд. / О.Г. Морозов, Г.И. Щербаков, М.Ю. Застела. - М.: Издательство Юрайт, - 2020.

5. Колчинский, В.Е. Автономные доплеровские устройства и системы навигации летательных аппаратов / В.Е. Колчинский, И.А. Мандуровский, М.И. Константиновский. - М.: Сов. Радио, 1975. - 472 с.

6. ^T^OG/MG Квалификационные требования. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования.

7. Fried W.R. Principles and Performance Analysis of Doppler Navigation Systems // IRE Transactions. 1957. Vol. No. 4. P. 176-196.

8. Гришин, Ю.П. Радиотехнические системы / Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов. - М.: Высшая школа, 1990.

9. Хаблов, Д.В. Измерение путевой скорости и угла сноса летательного аппарата доплеровским СВЧ датчиком / Д.В. Хаблов // Материалы 27-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». - Севастополь, - 2017. - С.1359-1365.

10. Айфичер, Э.С. Цифровая обработка сигналов: практический подход / Э.С. Айфичер , Б.К. Джервис; Перевод с английского 2-е издание. - М.: Издательский дом «Вильямс», - 2004. - 992 с.

11 Солдаткин, В.М. Построение, формирование и обработка информации сигналов, определения выходных сигналов датчика вектора воздушной скорости летательного аппарата / В.М. Солдаткин, Б.И. Мифтахов, А.В. Никитин, В.С. Солдаткин // Вестник КГТУ. им А.Н. Туполева. - 2023. -Т.79.№3.- С.86-92. pp.

12. Шубина В.Н., Лукьянова Ю.И. Радиоэлектронная борьба. Силы, средства, методы. М. 2016.

13. Бердышев, В.П. Радиолокационные системы / В.П. Бердышев. -Красноярск, 2011. - 400 с.

14. Сосулин, Ю.Г. Теоретические основы радиолокации / Ю.Г. Сосулин. -Москва: Радио и связь, 1992. - 304 с.

15. Технология радиоприема 21 века [Электронный ресурс]. URL: https://habr.com/ru/articles/95542/ (дата обращения: 20.11.2021).

16. Яневич, Ю.М. Задачи приема сигналов и определения их параметров на фоне шума: курс лекций / Ю.М. Яневич. - Санкт-Петербург: СПб, 2007.

17. Windisch M. Estimation and Compensation of I/Q Imbalance in Broadband Communications Receivers // Z.E.D.A.G.E.D.T.U.D.2.I.P.

18. Микушин, А.В. Цифровая схемотехника: Монография / А.В. Микушин,

B.И. Сединин.- Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2016. - 319 с.

19. Валитов, Р.Р. Модели входных информативных сигналов, определение выходных параметров и особенности построения доплеровской системы измерения путевой скорости и угла сноса вертолета с одной приемопередающей антенной / Р.Р. Валитов, М.С. Азов, Д.Е. Чикрин, No.

C.К. Киселев // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. - 2025. Т.81.- №3. - С.73-81.

20. Черемисин, А.Г. Оценка эффективности применения ПЛИС и процессоров DSP для задач цифровой обработки сигналов / А.Г. Черемисин // Информационно-управляющие системы. - 2006. - № 9. - С. 44-47.

21. Патент РФ на изобретение №2715740 С1 МПК G01S 13/60 (2006.01). Устройство измерения составляющих вектора путевой скорости / Азов М.С., Валитов Р.Р., Виноградов А.Б., Кузнецов О.И., Ланин А.Н. Заявл. 24.05.2019. Заявка № 201911. Опубл. 03.03.2020. .

22. Парфенюк, М. Цифровые банки фильтров: анализ, синтез и применение в мультимедиасистемах: учеб. метод. пособие по курсу «Теория и применение ЦОС» / М. Парфенюк, А. Петровский, А. Борович, М. Лившиц. - Минск: БГУИР, 2006. - 82 с.

23. Якимов, Е.В. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие / Е.В. Якимов. - Томск: Томский политехнический университет, 2008. - 307 с.

24. Беляев, А. Современные устройства цифровой обработки сигналов. Вместе или врозь/ А. Беляев, Т. Солохина, В. Юдинцев // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2009. - № 1.

25. Строгонов, А.В. Реализация алгоритмов цифровой обработки сигналов в базисе программируемых логических интегральных схем / А.В. Строгонов. - Воронеж: ФГБОУ "Воронежский государственный университет", 2016.

26. EP2S15F484C3 Altera Stratix II: Handbook. 2007.

27. Xilinx. Virtex-4 FPGA. DC and Switching Characteristics: Reference manual. 2008.

28. Analog Devices. ADsp-TS201S Embedded Processor. TigerSharc: Reference manual. - 2006.

29. STMicroelectronics. TMS320C6455 ARM-based MCUs: Reference manual. 2010.

3°. Melle M. Efficient Signal Processing Algorithms for Passive Radars // S&T Organization. 2012.

31. Валитов Р.Р. Измерение основных характеристик фазированной антенной решетки для доплеровского измерителя составляющих скорости

204

авиационного применения / Р.Р. Валитов, С.К. Киселев // Изв-я Самарского научного центра Российской ак. наук. - 2018. - № 4(3). - С. 351-361.

32. Dybedal J. Doppler radar speed measurement baser on a 24 GHz radar senser // Master Science in Electronics, June - 2013.

33. Long Li, Yang Ju, Xuefeng Yan, Yong Zhou. An Adaptive Kalman Filtering Algorithm based on Doppler Frequency.2015.

34. Кузнецов, В.П. Адаптивный фильтр Калмана для оценки параметров отраженного сигнала / В.П. Кузнецов, Е.П. Чураков // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. - 2015. - № 3. - С. 79-83.

35. Солдаткин, В.В. Построение и методы исследования информационно-измерительных систем: учебное пособие / Под ред. проф. В.М. Солдаткина. Казань: Изд-во Казан.гос.тех.ун-та, - 2008. - 198 с.

36. р 50.1.028-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Методология функционального моделирования.

37. Шабунин, С.В. Измерение параметров антенн. Екатеринбург / С.В. Шабунин. - Уральский университет, 2014.

38. Павлов, С. Антенные фазированные решетки. Обзор компонентной базы для реализации приемопередающих модулей / С. Павлов, А. Филиппов // Компоненты и технологии. - 2014. - № 7.

39. Наймушин, М.П. Элементы радиочастотных линий передачи: методическая разработка по курсам «Устройства СВЧ и антенны», «Техническая электродинамика» / М.П. Наймушин, И.П. Соловьянова. -Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, - 2005.

40. Бахрах, Л.Д. Методы измерений параметров излучающих систем в ближней зоне / Л.Д. Бахрах. Л.: Наука, 1985. - 272 с.

41. Цейтлин, Н.М. Метод измерения характеристик антенн СВЧ / Н.М. Цейтлин. - Москва: Радио и связь, 1985.

42. Будай, А.Г. Современные методы измерения характеристик антенн. Практическая реализация планарных измерений в ближней зоне / А.Г. Будай, А.П. Гринчук, А.В. Громыко // Приборостроение - 2017: 10-я Междунар. науч.-техн. конф., - Минск: - 2017.

43. Миляев, П.В. Современные методы и средства измерения радиотехнических характеристик антенн / П.В. Миляев, Ю.Н. Калинин, Д.И. Савченко // Альманах современной технологии. - 2019. - №2. -С.133-157.,.

44. Описание типа средства измерений. Комплекс автоматизированный измерительно-вычислительный ТМСА-1.0-40.0 К.

45. ТСЕМ.464657.001И1. Инструкция по проверке и регулировке модуля АМ.

46. Валитов Р.Р. Апробация метода ближнего поля для измерения основных

характеристик фазированной антенной решетки / Р.Р. Валитов, С.К. Киселев // Вузовская наука в современных условиях: сб. материалов 52-й науч.-техн. конф. - Ульяновск:УлГТУ,- 2008. - С. 69-72.

47. Руководство по эксплуатации векторного анализатора цепей Rode&Schwarz ZNB20.

48. Лялин, К.С. Электродинамика СВЧ: учебное пособие / К.С. Лялин, Д.В. Приходько. - Москва: МИЭТ, - 2009.

49. Jalilvand M. Microwave FMCW // Engesserstrasse 5, Radar SS. 2014.

50. Валитов Р.Р., Гришин М.В., Трушников В.Е. Coordination of the microwave module used in the Doppler meter of the velocity vector components // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 760. Art. 012062. D0I:10.1088/1757-899X/760/1/012062.

51. Валитов Р.Р. Методика регулировки модуля сверхвысоких частот из состава доплеровского измерителя составляющих скорости / Р.Р. Валитов, С.К. Киселев // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. материалы VI Всерос. нац. науч. конф.молодых ученных: в 3 ч. - Комсомольск-на-Амуре, - 2023. - С. 458-461.

52. Григорьев, Л.Д. Электродинамика и техника СВЧ: учебник для вузов по специальности «Электронные приборы и устройства» / Л.Д. Григорьев. -М.: Высшая школа, 1990.

53. Максимов, В.М. Линии передачи СВЧ-диапазона: учебное пособие для вузов / В.М. Максимов. - Москва: САЙНС-ПРЕСС, - 2002.

54. Мальцев, В.А. Передающий модуль СВЧ для доплеровского измерителя скорости и дальности программы «Фобос-Грунт» / В.А. Мальцев, В.Ю. Амякиньков, Ю.Б. Рудый // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. -2009. - № 3(502). - С. 27-35.

55. ТСЕМ.460870.001И1. Инструкция по проверке и регулировке СВЧМ.

56. Руководство по эксплуатации анализатора сигнала и спектра Rode&Schwarz FSV30.

57. Аппаратура ДИСС-15. Техническое описание. Блоки, узлы и приборы. ГР1.641.015 ТО1, - 1985. - 385 с.

58. ДИСС-32-90Э руководство по технической эксплуатации. Блоки и приборы. ГР1.641.032-03 РЭ1, - 1987. - 128 с.

59. Чернуха, В.Н. Основы испытаний авиационной техники. Часть вторая / В.Н. Чернуха, Ю.В. Новокшонов, С.И. Пляскота. - Москва: Издательство ВВИА имени профессора Н.Е. Жуковского, 1994.

60. ОСТ 01025-82. Экранирование проводов, жгутов, кабелей и металлизация самолетов (вертолетов).

61. Волотов, Е.М. Сравнительный анализ средств траекторных измерений на базе спутниковых навигационных систем, применяемых при испытаниях

навигационной техники и вооружения / Волотов Е.М., Митрофанов И.В. // Труды симпозиума "Надежность и качество". - 2015. -. С.338-342.

62. Dybedal J. Doppler radar speed measurement based on a 24 GHz radar sensor // Master Science in Electronics. June 2013.

63. ГОСТ 23221-78. Модули СВЧ, блоки СВЧ. Термины, определения и буквенные обозначения. - М.: Стандартинфо, 2005.

64. ГОСТ 23832-79. Лаки АК-113 и АК-113Ф. Технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1979.

65. ГОСТ 50397-2011. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. - М.: Стандартинфо, 2013.

66. Азаренков, Л. Банк цифровых фильтров / Л. Азаренков, И. Канатов, Д. Каплун // Компоненты и технологии. - 2010.- № 10. - С. 156-161.

67. Алексеенко, А.М. Способ герметизации и радиоэкранирования многофункциональных СВЧ-устройств/ А.М. Алексеенко, В.Ю. Мякиньков, И.С. Федоров // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. - 1986. - № 10(394).

68. Баженов, А.В. Радионавигационные системы / А.В. Баженов. -Ставрополь, - 2007. - 202 с.

69. Будко, П.А. SDR-технологии и новые принципы приема сообщений в симплексных радиолиниях / П.А. Будко, Е.С. Жолдасов, Г.А. Жуков // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. - 2013.

70. Валитов, Р.Р. Алгоритм обработки данных в доплеровском измерителе составляющих вектора скорости / Р.Р.Валитов, С.К. Киселев // Наука. Промышленность. Оборона : 4 т. / под ред. А.В. Гуськова. - Новосибирск: - 2023. - С. 211-215.

71. Валитов, Р.Р. Моделирование поиска полезного сигнала в зашумленной среде способами быстрое преобразование Фурье и функциями Уолша / Р.Р. Валитов, А.Н. Ланин // Авиатор: сб. науч. ст. по материалам VI Междунар. науч.-практ. конф. - 2019.

72. Валитов, Р.Р. Основные компоненты доплеровского измерителя путевой скорости и угла сноса летательного аппарата / Р.Р. Валитов, И.А. Разумов // Аэрокосмическое обозрение. - 2021. - №2. - С. 39.

73. Валитов, Р.Р. Современный доплеровский измеритель скорости и угла сноса для вертолетов / Р.Р. Валитов, А.Н. Ланин, В.П. Деревянкин, А.Г. Берг // Аэрокосмическое обозрение. - 2019. - №2. - С. 24-25.

74. Гончаренко, И.В. Антенны КВ и УКВ: компьютерное моделирование / И.В. Гончаренко // Радио. - 2004. - Ч. 1. - С. 126.

75. Джуринский, К. Конструктивные и технологические особенности модулей СВЧ / К. Джуринский, А. Лисицын // Современная электроника. - 2008. -№ 1. - С. 6.

76. Доплеровский измеритель путевой скорости и угла сноса ДИСС-7:

Техническое описание. - 1977.

77. Жуносов, К.Х. Основы цифровой обработки сигналов в телекоммуникационных системах / К.Х. Жуносов, Л.И. Сарженко. -Алмата: АУЭС, 2013. - 91 с.

78. Запевалов, В.В. Полифазный фильтр-дециматор типа CIC / В.В. Запевалов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2013. - № 3. - С. 128-132.

79. Калинников, В.А. Новый алгоритм активного подавления шумовых сигналов в реальном времени измерения / В.А. Каллиников // Компьютерные технологии в физике. - 2010. - № 4(160). - С. 463-472.

80. Каразеев, С.В. Вычисление составляющих скорости летательного аппарата с помощью доплеровского измерителя / С.В. Каразеев, А.В. Комиссаров, С.К. Киселев, Р.Р. Валитов, О.В Урлапов // Автоматизация в промышленности. - 2020. - № 11. - С. 58-60.

81. Козлов, С.В. Методы и средства радиоэлектронной защиты / С.В. Козлов. - Минск: БГУИР, 2019. - 188 с.

82. Костин, А.Д. Архитектурно-конфигурируемые SDR-технологии радиомониторинга и телеметрии: Учебное пособие / А.Д. Костин. -Москва, - 2021. - 148 с.

83. Леньшин, А.В. Бортовые радиоэлектронные системы: основы построения. 2-е изд / А.В. Леньшин, Н.М. Тихомиров, С.А. Попов. - Воронеж: Научная книга, 2021. - 486 с.

84. Ширмана, Я.Д. Теоретические основы радиолокации / Я.Д. Ширмана. -Москва: Советское радио, 1970. - 560 с.

85. Шубина, В.Н Радиоэлектронная борьба / В.Н. Шубина, Ю.И. Лукьянова. -Москва, 2016.

Приложение А. Архитектура проекта ПЛИС

SA[18:0] SD[15:0]

А /

19 16

CLK12M1 CLK12M2

MCU_NRST NWDR NWDO WDI JM_NRST TMODE MF[1] MF[2]

RPROM SCL

RPROM SDA

CNTRL1 GP

CNTRL2 AP

EN HFS RESV2

ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ ADC_ АОС_ M0 M1 SDI CST RD NCS CLK BUSY SDOA БРОВ

BEAM0 BEAM1

209

Приложение Б. Временная диаграмма алгоритмов первичной обработки сигналов

Тзад

Тацп

Тфнч

Ттел

Твт

Тбуф

Тозу

Ттел

Твт

N-^—г"Н

Тбуф

Луч 1

Луч 3

Луч 2

П П П

< —П1 П2 П3 П5 П3

4 4 5

10

20

30

40 0

8 10

20

30

40 0

8 10

время, мс

0

uo "Ö (T>

1

766 1531 2296 3061 3826 4591 5356 6121 6886 7651 8416 9181 9946 10711 11476 12241 13006 13771 14536 15301 16066 16831 17596 18361 19126 19891 20656 21421 22186 22951 23716 24481 25246 26011 26776 27541 28306 29071 29836 30601 31366 32131 32896 33661 34426 35191 35956 36721 37486 38251 39016 39781 40546 41311 42076 42841 43606 44371 45136 45901 46666 47431 48196 48961 49726 50491 51256 52021 52786 53551 54316

:н &

СЛ

о

a ■ö

s

U

О

CD

X

s

CD

w

и

CD H X

V

M

CD

S

Г5

X

V

NN

H M

X

s

33

to S Г) О

ЕЗ о

CD H

X

M й Г5

CD »

Приложение Г.

Летные испытания ДИСС: полет над водой

Приложение Д. Летные испытания ДИСС: оценка погрешности

Приложение Е. Акт внедрения результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ

Временный генеральный директор

внедрения результатов диссертационной работы Валитова Рафаэля Рафиковича, выполненной по теме «Доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета» в АО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения»

Комиссия в составе заместителя генерального директора - директора НТЦР Юкова A.B., заместителя директора НТЦР - начальника ПКЦ Виноградова А.Б., главного конструктора направления РЭА Черкашина С.В, составили настоящий акт о том, что научные и практические результаты диссертационной работы «Доплеровская четырехлучевая одноантенная система измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета», а именно:

- функциональная схема доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета, позволяющая реализовать цифровые и алгоритмические методы обработки информативных сигналов на всех этапах работы системы — при модулировании, приеме, преобразованиях и вычислениях — с целью повышения помехоустойчивости системы за счет эффективного выделения доплеровской частоты в спектре отраженного сильно зашумленного сигнала;

- алгоритмы обработки измерительных сигналов в системе, которые позволяют выбирать режимы накопления данных, состав операций и параметры обработки в зависимости от фактических данных измерений в каждом канале системы, что обеспечивает повышение точности и помехоустойчивости системы;

- методики настройки, согласования и регулировки элементов информационно-измерительного приемо-передающего тракта (приемо-передающего модуля в сборе с приемо-передающей антенной), обеспечивающее повышенную помехоустойчивость системы;

- комплексный подход использования конструктивных, схемотехнических, алгоритмических и технологических решений для повышения помехоустойчивости

акт

- комплексный подход использования конструктивных, схемотехнических, алгоритмических и технологических решений для повышения помехоустойчивости доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета, который может быть использован и в других радионавигационных системах и устройствах;

- применение технологии программно-определяемых радиосистем для доплеровской четырехлучевой одноантенной системы измерения составляющих вектора путевой скорости вертолета, позволяет расширить функциональные возможности обработки сложных измерительных сигналов и снизить количество используемых аппаратных аналоговых элементов

внедрены в разработках АО «УКБП» при проведении НИОКР опытных образцов и внедрены в серийное производство изделий АО «УКБП» при непосредственном участии диссертанта.

В рамках диссертационной работы, при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на базе АО «УКБП» при непосредственном участии диссертанта получен патент 2715740 Российская Федерация, № 2019116051; заявл. 24.05.2019; опубл. 03.03.2020, Бюл. № 7.

Использование научно-технических решений, разработанных в рамках работы Валитова Р.Р,, позволяют обеспечить помехоустойчивость изделий в заданных условиях эксплуатации, а также улучшить тактико-технические характеристики вертолетов в связи с применением четырехлучевой одноантенной конструкции системы, чта подтверждено результатами летных испытаний.

Заместитель генерального директора -директор НТЦР

Заместитель директора НТ] начальник ПКЦ /

Главный конструктор РЭА

Приложение Ж. Аналитическая справка об уровне помехоустойчивости

ДИСС

• АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

IX Pi ^Т «УЛЬЯНОВСКОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ♦ ' ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

УКБП

АО "УКБП», Россия. 432001, г. Ульянове*:, ул. Крымовз. 10а. +_____»___

тел.:+7[84221 5В 05-55. e-mail: inbox^ ukbp.ru

Рег.№ 249/НТЦР от 10.12.2024 г.

Аналитическая справка об уровне помехоустойчивости ДИСС

В результате анализа материалов летных испытаний [1-6] образцов ДИСС можно констатировать следующее:

1. Первые опытные образцы ДИСС в ходе летных испытаний показали полное соответствие серийным доплеровским измерителям скорости в части основных тактико-технических характеристик [1-5].

2. Для повышения помехоустойчивости разрабатываемого ДИСС были дополнительно проведены изменения алгоритмического обеспечения в соответствии с исследованиями, выполненными в рамках диссертационной работы Валитова P.P.

3. Последующие летные испытания ДИСС продемонстрировали повышение помехоустойчивости [6]:

Оцениваемая характеристика Первые образцы, а также ранее разработанные серийные ДИСС Предсерийные образцы ДИСС

Количество переходов в режим «Память» до 20 [1-5] нет [6]

Продолжительность нахождения в режиме «Память» От 10 до 500 с [1-5] нет [6]

Примечание - Испытания изделий проводились в сопоставимых условиях.

[1] Протокол оценки характеристик опытного образца доплеровского измерителя составляющих скорости ДИСС по результатам 1-го полета на вертолете от сентября 2017 г.

[2] Протокол оценки характеристик опытного образца доплеровского измерителя составляющих скорости ДИСС по результатам 2-го полета на вертолете от сентября 2017 г.

[3] Протокол оценки характеристик опытного образца доплеровского измерителя составляющих скорости ДИСС по результатам 3-го полета на вертолете от октября 2017 г.

[4] Протокол оценки характеристик опытного образца доплеровского измерителя составляющих скорости ДИСС по результатам 4-го полета на вертолете от ноября 2017 г.

[5] Протокол оценки характеристик опытного образца доплеровского измерителя составляющих скорости ДИСС по результатам 5-го полета на вертолете от декабря 2017 г.

[6] Акт по результатам летных испытаний ДИСС от мая 2018 г.

В дальнейшем эффективность примененных мер по повышению помехоустойчивости (отсутствие перехода в «Память») ДИСС подтверждены Актами наземных и летных испытаний сертификационных испытаний вертолетов различных модификаций от 2021 г. и протоколом оценки работоспособности от 2023 г.

Главный конструктор направления «Комплексы бортового оборудования вертолетов, авиации общего назначения и специальной техники» АО «УКБП», к.т.н.