Способы получения и методы обработки информации о параметрах полета боевого летательного аппарата и внешней среды

Фазовые координаты могут измеряться непосредственно или определяться косвенным путем на основе вычислений через другие параметры. Рассмотрим вначале методы получения информации о фазовых координатах БАК.

Высота полета H может измеряться или определяться косвенным путем. Для решения задач навигации и прицеливания необходимо иметь высоту полета над уровнем моря Hабс, базовым уровнем (аэродромом) Hотн, над целью Hц, над точкой падения АСП Hc.

Высота может измеряться барометрическими высотомерами, радиовысотомерами или определяться с помощью визирных устройств с дальномерами или систем счисления.

Барометрические высотомеры применяются в системах воздушных сигналов (СВС). С их помощью измеряются Hабс и Hотн.

Высота Hабс определяется по гипсометрическим формулам как функция атмосферного давления. Давление измеряется при помощи анероидной коробки.

Высота может измеряться радиовысотомерами. Радиовысотомеры измеряют высоту над пролетаемой поверхностью. Ее называют геометрической высотой Hгеом. Различают радиовысотомеры больших и малых высот. Первые обеспечивают измерение Hгеом в пределах 0÷1500 м, вторые – измерение больших высот Hгеом > 500 м.

При косвенном определении высоты с помощью визирного устройства с дальномером применяется следующая формула:

,

где – угол места линии визирования НЦ дальномером визирного устройства.

Этот способ позволяет измерить высоту Hц над уровнем цели, если D – дальность до цели, в том числе, в условиях гористой местности, где Hгеом ≠ Hц.

В случае применения системы счисления пути высота определяется по формуле:

,

где Wy – вертикальная проекция путевой скорости БАК.

Такой способ обеспечивает определение высоты с достаточной точностью при выполнении БАК маневров с набором высоты и большими углами тангажа и крена.

Модуль вектора , называемый истинной воздушной скоростью полета БАК, определяется косвенным путем через такие характеристики потока воздуха, как динамическое давление , статическое (атмосферное) давление p и температуру потока T в так называемой критической точке. В критической точке поток газа притекает к поверхности твердого тела по нормали и полностью затормаживается. Это дает возможность измерить полное давление и температуру полного торможения Тторм.

Воздушная скорость определяется через число Маха :

,

где k – постоянная адиабатического процесса;

R – газовая постоянная;

Число определяется как функция и :

.

Значение T определяется через M и Тторм:

.

В современных АПрС скорость определяется СВС. Эта система также определяет число M и приборную скорость полета Vпр.

Приборная скорость Vпр характеризует величину скоростного напора, действующего на ЛА. Приборная скорость зависит от воздушной скорости и массовой плотности воздуха. Массовая плотность воздуха прямо порциональна барометрическому давлению воздуха и обратно пропорциональна температуре воздуха [16].

Связь приборной и истинной скорости полета может быть описана, например, следующей формулой:

,

где T0 = 288,15 K – термодинамическая температура Кельвина воздуха для среднего уровня моря;

β = – 0,0065 К/м – значение градиента температуры воздуха до высоты 11 000 м.

В указанных системах статическое давление измеряется с помощью анероидной коробки, а динамическое – посредством манометрической коробки. Для приема и передачи и применяются приемники воздушного давления (ПВД) и трубопроводы. Температура измеряется с помощью специального датчика.

Углы атаки и скольжения ЛА могут измеряться непосредственно и определяться косвенным путем. Для непосредственного измерения применяются датчики флюгерного типа. Датчики углов атаки и скольжения обычно в сочетании с ПВД устанавливаются на штанге. Применяются также флюгерные датчики, устанавливаемые на фюзеляже: один или два датчика для измерения угла атаки и датчик для измерения угла скольжения.

Датчики углов атаки и скольжения обеспечивают измерение углов и близких к истинным. Ошибки имеют место лишь вследствие деформаций и вибраций штанги. Датчикам, устанавливаемым на фюзеляже, свойственны методические ошибки, обуславливаемые искажением воздушного потока при обтекании фюзеляжа. Для уменьшения указанных ошибок выполняется юстировка значений углов, снимаемых с датчиков. Юстировочные поправки учитываются БЦВС АПрС.

Углы атаки и скольжения могут определяться косвенным путем на основе зависимостей, связывающих эти углы с нормальной и поперечной составляющими аэродинамической силы, действующей на БАК в полете.

Угол наклона траектории определяется через угол тангажа и угол атаки :

.

Углы и измеряются инерциальными навигационными системами (ИНС) или бесплатформенными курсовертикалями.

Информация о векторе истинной воздушной скорости используется при определении начальной скорости НАСП относительно воздуха, вектора скорости ветра, скорости цели относительно воздуха.

Вектор путевой скорости – скорости БАК относительно земли – используется при решении задач навигации и прицеливания. Определение через проекции на оси некоторой прямоугольной системы координат может осуществляться с использованием доплеровского измерителя скорости и угла сноса (ДИСС) и ИНС.

Действие ДИСС основано на использовании эффекта Доплера для измерения радиальной скорости самолета. Радиальная составляющая путевой скорости БАК – составляющая Wr вдоль радиолокационного луча, излучаемого ДИСС по направлению к земле.

Для определения Wr справедлива формула:

,

где Fд = (fпр – fизл) – доплеровское смещение между частотой излучаемого сигнала fизл и принимаемого сигнала fпр.

В настоящее время широко применяются ДИСС с четырехлучевыми антеннами, причем три луча, не лежащие в одной плоскости, являются измерительными, а четвертый используется в качестве калибровочного. С помощью калибровочного луча устраняется погрешность ДИСС, возникающая при смене отражающей поверхности с суши на море и наоборот, т.е. при изменении характера отражающей поверхности.

Таким образом, по трем доплеровским смещениям (частотам) Fд1, Fд2, Fд3 и Δхоп – поправке на характер отражающей поверхности, – вычислитель в составе ДИСС или вычислительная система АПрС обеспечивают определение составляющих по осям связанной с ЛА системы координат или ортодромической системы координат.

Необходимо иметь в виду, что ДИСС, как радиолокационное устройство, подвержен воздействию активных радиолокационных помех.

ИНС определяет составляющие путевой скорости ЛА с помощью вычислений, производимых над сигналами акселерометров. Кроме того, ИНС измеряет такие фазовые координаты ЛА, как курс , угол тангажа , угол крена и обеспечивает определение координат местонахождения БАК.

Традиционная ИНС имеет блок из трех акселерометров, оси чувствительности которых совпадают с осями декартовой системы координат, и вычислительное устройство. Системы, у которых блок акселерометров установлен на гиростабилизированной платформе, называются платформенными. Те системы, у которых блок крепится к БАК, называются бесплатформенными.

Три акселерометра, установленные на платформе, измеряют кажущиеся (негравитационные) ускорения , , по трем осям платформы , , . Две оси , расположены в горизонтальной плоскости, ось – по перпендикуляру к платформе. Ускорение вдоль одной из осей определяется по формуле:

a = j – g ,

где j – абсолютное ускорение;

g – гравитационное ускорение.

Через проекции абсолютного ускорения могут быть определены проекции абсолютной скорости:

;

;

.

Абсолютная скорость связана с путевой скоростью по формуле:

,

где – переносная скорость вследствие вращения Земли.

Тогда, например, может быть определена по формуле:

.

Инерциальная платформенная система выдает , и . Система является автономной. На ее действие не влияют никакие внешние воздействия. Однако в связи с тем, что составляющие путевой скорости определяются путем интегрирования ускорений, могут накапливаться ошибки в определении этих составляющих.

Если в составе АПрС имеется ИНС и ДИСС, а иногда и спутниковая навигационная система (СНС), то выполняется комплексная обработка показаний этих источников. Данные из ДИСС и/или СНС используются для корректировки показаний ИНС. Одновременно обеспечивается фильтрация проекций вектора путевой скорости. Необходимо отметить, что кроме повышения точности данных о путевой скорости, обеспечивается еще и повышение надежности определения этой скорости.

Проекции векторов ускорения и угловой скорости на оси связанной с БАК системы координат измеряются датчиками линейных ускорений и угловых скоростей .