雙站進近引導定位系統及應用的製作方法
2023-05-07 18:04:26 1
專利名稱：雙站進近引導定位系統及應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於無線電跟蹤定位領域，具體涉及一種綜合利用精密測距、都卜勒頻移
測量、相對時差和載波相差測量等技術實現艦載機進近下滑引導的雙站定位系統。
背景技術：
在新軍事革命條件下，各航母國家的新軍事戰略中仍將航母視為海軍的核心力 量，並把航母的更新換代列為軍事技術發展和轉型戰略中的重要環節。 根據美軍的規劃，第四代航母將裝備無人戰機。初步研究的結果表明，艦載無人戰 機在著艦時將有如下戰術要求 1、觸艦定位精度要高。由於是無人操控，為保證準確觸艦，引導定位精度，特別是 觸艦階段的測量精度將有較高的要求，目前，美海軍要求艦載機在水平和垂直面上的測量 誤差小於15釐米。 2、待機管制與進場耦合兩階段的銜接過程要連續。與有人駕駛戰機的著艦過程不 同，從無人機的運行特性出發，從空管區待機管制階段的航程跟蹤到進入下滑窗口實現進 近耦合時的航跡控制的過渡過程必須是連續的，這就需要著艦導引系統應既能實施進場耦 合控制，又能完成待機航線跟蹤引導。 3、進近下滑引導跟蹤過程要平滑。現代航母用於著艦的飛行甲板均設計成與航母 軸線間有一個向外的夾角，由於航母不斷的向前行進，造成待降的甲板跑道隨著航母運動 而不斷向右前方平移。如艦載機在進近追尾著艦時，僅是在垂直面內進行跟蹤引導，即直接 沿著航母航行的方向下滑運動，將使得自動操作指令的設計複雜化，甚至是及其困難的。
與現有的技術發展水平和第四代航母的戰術需求相比，現有的基於雷達技術的艦 載機著艦引導體制存有如下幾大缺陷 —是測控過程複雜。整個著艦引導過程是一個多系統的協同測控過程，需先由空 管雷達將艦載機引導到下滑窗口 ，然後由儀表著陸系統實施進場耦合，再由精密引導雷達 做下滑引導，最終在觸艦階段由雷射測量等裝置做精密測量。 二是定位精度有限。在著艦引導的觸艦階段不僅要修正因艦體運動所引起的位 移，而且還需要克服艦尾氣流對下滑軌跡所產生的擾動影響，因此觸艦階段的精確測量能 力是極為重要的。而基于波束掃描技術的下滑引導雷達系統，不可能在數據終結點之後做 任何有意義的測量，因此需配置雷射測距儀等精密測量裝置。並由於存有天線本身的掃描 運動，甲板運動補償及預估相對複雜。 三是無法實現多機同時測控。現有的艦載雷達引導系統是基於艦面導出數據方式
工作的，在艦面導出方式下，定位測量數據必須通過可靠的編碼數據鏈傳送給機載設備。已
有的美軍研究報告表明艦船到飛機的信號的傳輸延時會造成穩定度降低。 因此，現有的基於雷達技術的艦載機引導系統仍是機械化時代的一種技術裝備，
信息化時代的技術發展迫切需要進一步探索研究能以當代先進的技術理論，相對更為簡單
的技術方法和更為經濟的工作方式實現航母著艦測控引導，以進一步提高航母的作戰和生存能力。 現有的微波著陸標準的制定主要是在上世紀70年代完成的，那時多站定位方法 及相關技術還未成熟。以目前的技術發展水平，以多站定位技術構造的自動著艦引導系統 應比現有的時基波束掃描微波著陸等系統更為先進和全面，GPS定位系統的廣泛應用從原 理上說明現在已經到了可直接利用多站組合定位系統實現艦載機自動著艦的時代。多站定 位體制的固有構造使其使用時比雷達系統更為靈活，從設計理念上來說，應能實現更多的 功能。 顯然，和基于波束掃描技術的雷達相比，基於多站定位技術的著艦引導系統具有 諸多優點，但真正的工程實現還存有一定的困難，例如眾多站點的安置問題。如何以最少的 站點實現雙平面進近定向引導是亟待解決的問題。
發明內容
針對已有技術存在的不足，本發明的目的在於給出了一種適用於艦載機進近引導 階段的雙站定位系統，其通過綜合應用精密測距、都卜勒頻移測量、相對時差和載波相差測 量等技術，並通過融合進近平行接近導引律，實現了對艦載機的進近跟蹤定位，同時還初步 給出了在航母速度及下滑視角不變的條件下，通過監測都卜勒頻差實現對下滑角反饋控制 的基本框架。 本發明的目的是通過如下技術方案實現的。 整個雙站進近弓|導定位系統括機載子系統和艦載子系統兩大部分。 艦載子系統主要包括兩個同步信標發送站，其中承擔精密測距任務的信標站被指
定為主站，另一個為副站。艦載信標站主要由精密時鐘、信標發生器、本地振蕩器、雙通道基
帶處理單元、調製電路和發射器等組成。艦載信標站亦能發送航母的航行速度、甲板運動狀
態等工作參數信息。所述本機振蕩器產生本地參考信號源；定時同步信標發生器在精密時
鐘的控制下按進近下滑測量所需要的刷新率定周期地向基帶處理單元發送觸發信號；在生
成信標信號的同時，雙通道基帶單元一方面通過編碼將含有航母航行數據的數字脈衝信號
送往副站發射機，另一方面在送往主站發射機的基帶信號中則包括有精密測距所需的偽隨
機碼等信號；信號調製將數字脈衝信號轉換為模擬信號，對發射機載波進行調製； 所述機載子系統主要由雙通道前端接收單元、載波相差檢測單元、自時差檢測單
元、精密測距單元、都卜勒頻移測量單元和機載定位數據處理單元所組成；雙通道接收前端
同時接收來自兩個信標站的脈衝信號，並下變頻至中頻信號後將兩路信號同時分別送往載
波相差檢測單元和自時差檢測單元；精密測距單元和都卜勒頻移測量單元僅需一路輸入信
號；接收前端同時還將來自副站的包含有工作數據信息的信號解碼解調後送至數據處理單
元；機載定位數據處理單元將測算得到的水平偏差、徑向距離、下滑視角、下滑角和都卜勒
頻差輸出至飛行測控系統。 為了安全，機載子系統獲取的各類信息除了來自於艦載子系統所發送的信息，還 可來自於定周期接收艦面測控系統發送信息的數據鏈。 為實現水平面內的定向控制，艦載機機載著艦引導系統是通過對艦載雙站所發送 的定標信號的相對自時差和載波相差測量，並利用精密測距單元測量得到在艦面主站和艦 載機之間的相對徑向距離r。得到對中偏差值。
在垂直面內，機載著艦引導系統指控艦載機遵循平行接近導引律進艦下滑，並利 用(l)艦載著艦引導測控系統通過數據鏈發送來的航母航行速度等參量；(2)機載傳感器 傳送來的艦載機飛行速度；(3)機載著艦引導系統對機_艦間都卜勒頻移的實時測量；(4) 以及對相對徑向距離的精密測量。且由下滑比例關係和都卜勒頻移關係的融合處理可以直 接計算得到(l)機-艦間的相對下滑視角；(2)艦載機的進近下滑角；(3)同時還能由三角 函數關係測算得到下滑時間和下滑距離。
具體包括以下步驟 步驟1、艦面兩信標站在水平面上等高對稱布設在航母進艦下滑跑道兩側，且在一 般情況下，基線方向和艦載機進近下滑方向垂直。
步驟2、當艦載機開始進入進近下滑階段時，將按如下的下滑比例關係進近下滑
formula see original document page 6個恆定值；小k是艦
formula see original document page 6 式中VH為航母的速度；Vp為飛機的速度；(K為下滑視角，是 載機的瞬時下滑角。 步驟3、水平面對中偏差測算。 機載著艦測控引導系統的時差檢測單元採用自時差測量的方法測量來自艦面兩 對稱信標站所發送的信標信號之間的時間差At。 同時，機載著艦引導測控系統通過載波相差檢測單元得到來自艦面兩對稱信標站 的信標信號之間的載波相差A e 。 此外，機載著艦引導測控系統還利用精密測距單元測量得到在艦面主站和艦載機 之間的相對徑向距離r。。
機載著艦引導系統的定位數據處理單元按下式計算輸出水平面上的對中偏差formula see original document page 6
的信息
得到艦 式為formula see original document page 6
式中2a為兩信標站之間的基線長度；Ar為兩站徑向距離之間的程差，且有
式中formula see original document page 6為機載端所測得的載波相差。
步驟4、機載著艦引導系統通過艦載子系統和數據鏈定期接收艦面測控系統發送 其中包括定位測算所需的航母航行速度vH等參量，用於進近定位的測算。
機載著艦引導系統的都卜勒頻移測量單元，通過對艦載信標主站的信標信號檢測 -機之間的都卜勒頻移fd，且按尋的制導原理，計算艦-機之間的都卜勒頻移的方程
formula see original document page 6
式中P =小。-cK為艦載機的前置角。
步驟5、機載著艦引導系統的數據處理單元按下式計算下滑視角
「2 _ J/"2 _
cos^0=-F h
步驟6、機載著艦引導系統的數據處理單元按下式計算下滑角 A—o一〃
(5) = COS—1
—sinf。
i-
步驟7、機載著艦引導系統的數據處理單元按下式計算當前的下滑距離
/—— r sin A
並按下式計算當前的下滑時間
& / = r0sin-0 ^ & sin &
(7)
(8) 步驟8 :在假定航母的航行速度和下滑視角都不發生變動的情況下，基於都卜勒 頻差變化可以實現對下滑角的反饋控制。
設在載機速度不變時，僅由下滑角變動所產生的都卜勒頻差Afd :
入Afd4)k = VFOcos(P0+A ^k)-VFOcoseo (9)
其中A (K是下滑角變化量。 按下式算出用於反饋控制的以都卜勒頻移變化量為自變量的下滑角變化量
義.....-A (10) A & = COS-1 式中fd。是艦載機按規定下滑角進近時的都卜勒頻移值。
本發明帶來以下有益效果 (1)融合都卜勒頻移測量技術的雙站進近導引系統既體現了多站組合定位導引系
統所具有的無需複雜的天饋及伺服控制系統、可實現空中導出數據、有利於捕捉最佳觸艦
時機等一系列優點，又避免了布站數量多的缺陷，由此將使得系統體系配置更為簡化。
(2)具有單向信息傳送能力，提升了整個引導系統安全性和可靠性。
(3)相鄰兩測量節點間的都卜勒頻差值可為控制系統提供自適應校正所需的反饋
控制信號，可實現以都卜勒頻差變化響應為基準的系統校正控制方式。
圖1:艦載子系統的原理框圖。圖2:機載子系統的基本框架圖。圖3:雙站對稱測量的坐標系和布站構形圖。圖4:在橫向距離上的對中偏差圖。圖5:垂直面內進艦下滑原理圖。圖6:某一瞬間的下滑三角形示意圖。圖7:基於都卜勒頻差的反饋控制結構框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖1-圖7進一步說明本發明是如何實現的。 —種綜合時差、相差、頻移、距離測量技術的雙站進近引導系統。圖l給出了艦載 子系統的原理框圖；圖2給出了機載子系統的基本框架；圖3給出了雙站對稱測量的坐標 系和布站構形；圖4是在橫向距離上的對中偏差；圖5為垂直面內進艦下滑原理圖；圖6描 述了某一瞬間的下滑三角形；圖7是基於都卜勒頻差的反饋控制結構框圖。
1、系統框架 整個定位系統包括機載子系統和艦載子系統兩大部分。 如圖1所示，艦載子系統主要包括兩個信標發送站，其中承擔對艦載機精密測距
任務的信標站被稱為主站，另一個承擔信息發送任務的信標站為副站。艦載信標站主要由
精密時鐘、信標發生器、本地振蕩器、雙通道基帶處理單元、調製電路和發射器等組成。本機
振蕩器產生本地參考信號源；定時同步信標發生器在精密時鐘的控制下按進近下滑測量所
需要的刷新率定周期的向基帶處理單元發送觸發信號；在生成信標信號的同時，雙通道基
帶單元一方面可以通過編碼將含有航母航行速度、甲板運動狀態等等數據的數字脈衝信號
送往副站發射機，另一方面在送往主站發射機的基帶信號中則包括有精密測距所需的偽隨
機碼等信號；信號調製將數字脈衝信號轉換為模擬信號，對發射機載波進行調製。 機載子系統如圖2所示，主要由雙通道前端接收單元、載波相差檢測單元、相對時
差檢測單元、精密測距單元、都卜勒頻移測量單元和定位數據處理單元所組成。雙通道接收
前端同時接收來自兩個信標站的脈衝信號，並下變頻至中頻信號後將兩路信號同時分別送
往載波相差檢測單元和自時差檢測單元；精密測距單元和都卜勒頻移測量單元僅需一路輸
入信號；接收前端同時還將來自副站的包含有工作數據信息的信號解碼解調後送至數據處
理單元；機載定位數據處理單元將測算得到的水平偏差、徑向距離、下滑視角、下滑角和多
普勒頻差輸出至飛行測控系統。為了確保安全，另外還利用數據鏈傳送各類信息。 進近引導定位系統是通過以下技術方案實現定位測量的 為實現水平面內的定向控制，艦載機機載著艦引導系統是通過對艦載雙站所發送 的定標信號的相對自時差和載波相差測量，並利用精密測距單元測量得到在艦面主站和艦 載機之間的相對徑向距離r。得到對中偏差值。 在垂直面內，機載著艦引導系統指控艦載機遵循平行接近導引律進艦下滑，並利 用(l)艦載著艦引導測控系統通過數據鏈發送來的航母航行速度等參量；(2)機載傳感器 傳送來的艦載機飛行速度；(3)機載著艦引導系統對機_艦間都卜勒頻移的實時測量；(4) 以及對相對徑向距離的精密測量。且由下滑比例關係和都卜勒頻移關係的融合處理可以直 接計算得到(1)機-艦間的相對下滑視角；(2)艦載機的進近下滑角；(3)測算剩餘的下滑 時間；(4)測算下滑距離。
2、水平面內的對中測量
(1)基本概念 對稱測量是一種既簡單又有效的測量方式，能實現定向控制。現有的基於時基波 速掃描的微波著陸方式的一個工作特點就是在水平面內通過掃描獲知飛機是否對準跑道， 事實上這就是一種利用對稱原理的校正測量過程。
與平面掃描相等價的另一種定向引導方法是雙站對稱測量。在應用雙站對稱測量
方式實現定向引導時，可將兩個測量站對稱放置在跑道的兩邊，通過比較飛機與此兩個站
間的距離差，即可確定在測量平面內飛機是否偏離了跑道方向，且偏離在哪一側。 與波束掃描技術相比，雙站對稱測量的基本優點就是簡單。圖3給出了雙站對稱
測量的基本布站形式，圖中T是被測目標；跑道位於y軸方向；a是站點與坐標原點間的橫
向距離，兩站間的基線長度為2a ;ri和r2是兩站點與目標之間的徑向距離。在基於路程時
差對稱測量的方式下，基本測量公式即為 A r = c A t = i^-i^ (1) 式中A t為兩站間的時差；c為光速。
(2)最短基線長度 對稱測量具有許多優點，但對於時差測量來說，趨於對中的進程恰好也就是時差間隔趨於最小的時候，此時，時差測量電路本身的最小解析度將使測量結果陷於不確定，而對中處的測量精度往往又是明確規定的，為了既能實現精密測量的技術要求，又能避免最小解析度的影響，就必須合理確定基線的長度。 對中測量的過程就是持續控制調節使Ar趨於零，然而在實際工程設計上，時差測量的精度將受到最小解析度的影響，設Arp為最小時差解析度Atp所對應的路程差，則當|r2-ri|《Arp時所給出的測量值將是不確定的。 Arp給定了在徑向方向上測量不確定性範圍的臨界值。實際上，雙站對稱定向引導限定的是目標在基線長度方向的偏差，為保證定向引導的精確性，我們必須考慮由最小時差解析度所引起的在基線長度方向的不確定性測量誤差的界限值。 為清晰起見，將圖3所示的三維圖形簡化為如圖4所示的二維平面俯視圖，並假定僅存在由最小時差解析度所引起的測量誤差，並僅考慮在中心原點處的情況，事實上，僅在對中狀態時由最小時差解析度所產生的不確定誤差才是最大的。 顯然，為了避免在測量上出現不確定性，雙站間的路程差必須大於對應於最小時差解析度的界值Arp，於是通過簡單的幾何關係即可列出下式
^(fl + Axp)2+《一^( — )2 +《2A。 (2) 其中A Xp為在x軸方向上對應於最小時差解析度A tp的不確定性測量誤差範圍的臨界值。 式(2)可被寫成如下形式
V("2 + 2aAXp) - V("2 + ) + (Ax〗-2"Axp) 2 A; (3)
應用近似公式後有
Ax， + 2aAx Ax〗一 2flAxAr ,、+ ~~T^] —[1 + ^^~~一]2 , p (4)
計公式
由此可得到為避免因最小時差解析度測量所出現得不確定性，最短基線長度的估formula see original document page 10式(5)還能被表示成
上式的意義在於對應於徑向路程差的一個不確定測量範圍Arp，在x軸方向上 相應的不確定範圍A Xp，且兩者間存有近似恆定的比例因子^"。理論上通過調整
基線長度即可使x軸方向上的不確定偏差小於規定的設計值。反之，在規定了橫向距離上 所允許的最小不確定測量誤差範圍Axp之後，即能通過式(6)近似確定時差測量系統所應 具有的最小解析度。
0100] 事實上，由誤差理論可得到和式(6)完全類似的具有普遍意義的比例關係式
formula see original document page 10
根值。 0103] 0104]
(3)對中偏差的時/相差測算
為提高對中測量的精度，工程設計中不僅採用了自時差測量技術，同時還應用了 載波相差測量技術。
0105] 採用與最小時差解析度臨界值分析相同的數學方法，可得以從載機到艦面主站之 間的徑向距離r。為參量的對中偏差計算公式
formula see original document page 10
式中o x是X軸上的測量誤差均方根值；o r是關於徑向路程上的測量誤差均方
formula see original document page 10
首先，程差Ar可通過機載端測時單元的自時差At測量而被粗略的確定 Ar = c At = c(At2_A t》 (9)
基於載波相位的測量方式的在艦載機與信標站之間的單向測距公式為
formula see original document page 10
式中n。為整周數；a e工和a e 2為載波相位。
基於自時差測量和載波相差測量的程差公式
0114] formula see original document page 10
一 義， 2;r. cms] 式中a e = e 2- e ^為機載端所測得的載波相差。
0116] 3、垂直面內的進近引導
0117](i)平行接近導引律
0118] 艦載機著艦的一般規則是航母逆風行駛，飛機追尾著艦。為實現對沿直線運動航
母的機動跟蹤，艦載機必須依照一定的導引規律下滑。
已有的研究已經證明比例導引律在本質上是一種在目標不機動、控制能量不受 約束情況下，具有零脫靶量的最優導引律。比例導引律的一個特例就是平行接近法，這種導 引方法能使從追蹤器上所看到目標的視線方向不變，也即飛行過程中視線是始終相互平行 的。由於其既能保證追蹤器與目標相交，又能使追蹤器的飛行軌跡比較平直，因而是用於航 母著艦的首選導引律。 平行接近導引律的工作原理如圖5所示，下滑時飛機將按平行接近引導法則，即 保持使飛機到航母的視線方向不變的規則，實現下滑著艦。 現有的導引律的分析過程都是從追蹤器和目標之間的相對運動方程著手的，所給 出的結果比較複雜。相比之下，由於已知條件較多，對於航母著艦來說直接從其相對運動幾 何關係著手進行分析結果將更為簡捷，利用簡單的幾何關係，即能給出了一個簡捷的描述 下滑速度與下滑角之間聯繫的比例關係式。 如圖6所示，假設飛機按平行接近法下滑著艦，在下滑的某一瞬間，飛機位於Pk點 處，此時航母的速度為V"艦載機的飛行速度為VF。圖中(K為下滑視角；小k是下滑角。
設在經歷了極小時間間隔A t之後，航母行駛了 A d的路程A d = VH A t 。而艦 載機下滑了 Al的路程Al二VpAt。由正弦定理，從三角形APkMG中可得到如下的下滑 比例關係式
r。 k
為
F —畫 -//
(13)
sin丸 sin(A-麼)
(2) 機-艦間的都卜勒頻移方程
由艦載機_航母之間的運動關係，可列出如下都卜勒頻移方程 /rf=+|T,OS(14)
式中P為前置角，且根據內外角關係有P = 為波長。
(3) 基本測算公式
A、 下滑視角
經變換整理，下滑比例導引關係式(和艦載機_航母間的都卜勒頻移方程可被寫
VFsin|3 =VHsin4)。 (15) VFcos|3 = A_fd+VHcos4>。 (16) 將上述兩式兩邊平方後相加，即可得到
formula see original document page 11
從中即可解得下滑視角的測算公式
—船 圍
B、 下滑角
將式(18)代入下滑比例導引關係式，即能得到前置角的計算公式
formula see original document page 11
rX船
根據前置角和下滑角之間的關係即可求得下滑角 =COS—
—sm
C、下滑距離與時間
在測得角度參量之後，利用徑向距離即可求得當前的下滑距離
,x廣
並按下式得到當前的下滑時間
(21)
(22)
f= / = r0sin^0 4、基於都卜勒頻差的下滑角反饋控制
(1)概述 對機-艦間都卜勒頻移方程的分析表明，在艦載機遵循導引律進近下滑的過程 中，如艦載機和航母的運動速度，以及下滑視角和下滑角等各種參數不發生變化，則在任意 下滑位置上所測得的都卜勒頻移都將保持相同，即在兩相鄰測量節點上的都卜勒頻差將應 趨於零。而一旦都卜勒頻移偏離了穩定狀態，則就意味著各種參量可能發生了變動。於是，
l:節點間的都卜勒頻差用作艦載機著艦引導測控系統的反饋校正信號，而飛
wg將
相鄰
就會
控系統就能通過直接監測由機載著艦引導系統所提供的都卜勒頻差變化進行反饋控制。
(2)僅由載機速度變化產生的都卜勒變化量 設Vp。是為完成正常進近下滑系統指標所規定的艦載機下滑速度，如當前實測的 載機速度是^ = 1。+八^，則由都卜勒頻移方程直接解得僅由載機速度變動AVp所產生的 都卜勒變化量是
入A frtv = (VF0+ A VF) cos P 0_VFOcos P
(23)
=A VFcos 0 。
其中P。是由系統指標所規定的前置角。 (3)僅由下滑角變化產生的都卜勒變化量
在下滑視角不變的情況下，當下滑角發生A小k變化時，由內外角的關係小。 cK+P ，可得到對應於前置角的變動值
A P = I A (j)k| (24)
在載機速度不變時，僅由下滑角變動所產生的都卜勒頻差是
入Af
dk
cos 0 。 (25)
亦可解出以都卜勒頻移變化』
t為自變』
12
:的下滑角變化量的函數表示式
AA=COS_1
義
f10
—A
(26) 式中fd。是系統指標所規定的都卜勒頻移值。 [O167] (4)近似疊加關係 在載機下滑速度和下滑角都存有變動的情況下，由都卜勒頻差方程
入A f d = (VF0+ A VF) cos ( P 0+ A小k) -VFOcos P 。 (27)
可導出
jvA/^j妙 K+A力妙十/。
(28)
如穩定狀態下的都卜勒頻移fd。足夠大，則近似有疊加關係
Af產Afdv+Afd (29)
(5)下滑角反饋控制結構圖
圖7初步給出了一種在假定航母的航行速度和下滑視角都不發生變動的情況下， 基於都卜勒頻差變化對下滑角進行反饋控制的基本結構框架，此時，機載進近導引系統的 數據處理單元僅輸出下滑角的變化，圖中的機載定位數據處理單元是圖2所示框圖中的同
一單元。
權利要求
一種雙站進近引導定位系統，包括機載子系統和艦載子系統，其特徵在於所述艦載子系統由兩個發送信標信息和發送數據信息的信標站組成，艦載信標站由精密時鐘、定時同步信標發生器、本機振蕩器、雙通道基帶處理單元、信號調製電路和發射機組成；所述本機振蕩器產生本地參考信號源；定時同步信標發生器在精密時鐘的控制下按進近下滑測量所需要的刷新率定周期地向基帶處理單元發送觸發信號；在生成信標信號的同時，雙通道基帶單元一方面通過編碼將含有航母航行數據的數字脈衝信號送往副站發射機，另一方面在送往主站發射機的基帶信號中則包括有精密測距所需的偽隨機碼等信號；信號調製將數字脈衝信號轉換為模擬信號，對發射機載波進行調製；所述機載子系統由雙通道前端接收單元、載波相差檢測單元、自時差檢測單元、精密測距單元、都卜勒頻移測量單元和機載定位數據處理單元所組成；雙通道接收前端同時接收來自兩個信標站的脈衝信號，並下變頻至中頻信號後將兩路信號同時分別送往載波相差檢測單元和自時差檢測單元；精密測距單元和都卜勒頻移測量單元僅需一路輸入信號；接收前端同時還將來自副站的包含有工作數據信息的信號解碼解調後送至數據處理單元；機載定位數據處理單元將測算得到的水平偏差、徑向距離、下滑視角、下滑角和都卜勒頻差輸出至飛行測控系統。
2. 根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於機載子系統獲取的各 類信息來自於定周期接收艦面測控系統發送信息的數據鏈，或者來自於艦載子系統所發送 的信息。
3. 根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於所述艦面主、副兩信標 站在水平面上等高對稱布設在航母進艦下滑跑道兩側，且基線方向和艦載機進近下滑方向
4.根據權利要求l-3任意一項所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於艦載機開 始進入進近下滑階段時，將按如下的下滑比例關係進近下滑formula see original document page 2個恆定值；小k是艦載機si《 sin(^-A)式中VH為航母的速度；Vp為飛機的速度；(K為下滑視角，是 的瞬時下滑角。
5.根據權利要求l-3任意一項所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於所述機載 子系統的自時差檢測單元採用自時差測量的方法測量來自艦面兩對稱信標站所發送的信 標信號之間的時間差A t，同時通過載波相差檢測單元得到來自艦面兩對稱信標站的信標 信號之間的載波相差A e ，並利用精密測距單元測量得到在艦面主站和艦載機之間的相對 徑向距離r。，機載子系統的定位數據處理單元按下式計算輸出水平面上的對中偏差& = 1& (2)式中2a為兩信標站之間的基線長度；Ar為兩站徑向距離之間的程差，且有A6>Ar = /-2 — ^ = /1mt(T)義 2;r(3)式中A e = a e2-a ^，為機載端所測得的載波相差。
6. 根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於機載子系統的都卜勒頻移測量單元，通過對艦載信標主站的信標信號檢測得到艦-機之間的都卜勒頻移，並按 尋的制導原理，計算艦-機之間的都卜勒頻移。
7. 根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於機載子系統的數據處 理單元按下式計算下滑視角formula see original document page 3
8.根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於機載子系統的數據處 理單元按下式計算下滑角formula see original document page 3■d-(義力)2
9.根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於機載子系統的數據處 理單元按下式計算當前的下滑距離formula see original document page 3及按下式計算當前的下滑時間
10.根據權利要求1所述的雙站進近引導定位系統，其特徵在於在假定航母的航行 速度和下滑視角都不發生變動的情況下，基於都卜勒頻差變化可以實現對下滑角的反饋控 制設在載機速度不變時，僅由下滑角變動所產生的都卜勒頻差Afd : 入A fd4)k = VFOcos ( P 0+ A小k) -VFOcos P 。 (9)其中A (K是下滑角變化量；按下式算出用於反饋控制的以都卜勒頻移變化量為自變量的下滑角變化量 義formula see original document page 3式中fd。是艦載機按規定下滑角進近時的都卜勒頻移值(
全文摘要
本發明公開了一種雙站進近引導定位系統，包括機載子系統和艦載子系統，艦載子系統包括信標主站和信標副站，艦載信標站主要由精密時鐘、定時同步信標發生器、本機振蕩器、雙通道基帶處理單元、信號調製電路和發射機等組成。機載子系統由雙通道前端接收單元、載波相差檢測單元、相對自時差檢測單元、精密測距單元、都卜勒頻移測量單元和定位數據處理單元所組成。本發明系統通過綜合應用精密測距、都卜勒頻移測量、相對自時差和載波相差測量等技術，並通過融合進近平行接近導引律，實現了對艦載機的進近跟蹤定位，同時還初步給出了在航母速度及下滑視角不變的條件下，通過監測都卜勒頻差實現對下滑角反饋控制的基本框架。
文檔編號B64D45/04GK101702266SQ20091019805
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者鬱濤 申請人:中國航空無線電電子研究所