双站进近引导定位系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种双站进近引导定位系统，包括机载子系统和舰载子系统，舰载子系统包括信标主站和信标副站，舰载信标站主要由精密时钟、定时同步信标发生器、本机振荡器、双通道基带处理单元、信号调制电路和发射机等组成。机载子系统由双通道前端接收单元、载波相差检测单元、相对自时差检测单元、精密测距单元、多普勒频移测量单元和定位数据处理单元所组成。本发明专利技术系统通过综合应用精密测距、多普勒频移测量、相对自时差和载波相差测量等技术，并通过融合进近平行接近导引律，实现了对舰载机的进近跟踪定位，同时还初步给出了在航母速度及下滑视角不变的条件下，通过监测多普勒频差实现对下滑角反馈控制的基本框架。

Two station approach guiding positioning system and its application

The invention discloses a double station approach guided positioning system, including airborne and shipborne subsystem subsystem, shipboard subsystem includes beacon station and beacon beacon station vice station, which is mainly composed of carrier precision clock, timing synchronization beacon generator, local oscillator, dual channel baseband processing unit, signal modulation circuit and transmitter etc.. The airborne subsystem consists of a dual channel front-end receiving unit, a carrier phase difference detection unit, a relative time difference detection unit, a precise ranging unit, a Doppler frequency shift measurement unit and a positioning data processing unit. The system of the invention through the comprehensive application of precision ranging, Doppler frequency shift measurement, relatively lag and carrier phase difference measurement techniques, and through integration into nearly parallel close to the guidance law, the realization of the aircraft approach tracking and positioning, but also gives the slide view invariant conditions in the carrier rate and the next, by monitoring the Doppler frequency difference of the basic framework of the sliding angle feedback control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线电跟踪定位领域，具体涉及一种综合利用精密测距、多普勒频移测量、相对时差和载波相差测量等技术实现舰载机进近下滑引导的双站定位系统。
技术介绍
在新军事革命条件下，各航母国家的新军事战略中仍将航母视为海军的核心力 量，并把航母的更新换代列为军事技术发展和转型战略中的重要环节。 根据美军的规划，第四代航母将装备无人战机。初步研究的结果表明，舰载无人战 机在着舰时将有如下战术要求 1、触舰定位精度要高。由于是无人操控，为保证准确触舰，引导定位精度，特别是 触舰阶段的测量精度将有较高的要求，目前，美海军要求舰载机在水平和垂直面上的测量 误差小于15厘米。 2、待机管制与进场耦合两阶段的衔接过程要连续。与有人驾驶战机的着舰过程不 同，从无人机的运行特性出发，从空管区待机管制阶段的航程跟踪到进入下滑窗口实现进 近耦合时的航迹控制的过渡过程必须是连续的，这就需要着舰导引系统应既能实施进场耦 合控制，又能完成待机航线跟踪引导。 3、进近下滑引导跟踪过程要平滑。现代航母用于着舰的飞行甲板均设计成与航母 轴线间有一个向外的夹角，由于航母不断的向前行进，造成待降的甲板跑道随着航母运动 而不断向右前方平移。如舰载机在进近追尾着舰时，仅是在垂直面内进行跟踪引导，即直接 沿着航母航行的方向下滑运动，将使得自动操作指令的设计复杂化，甚至是及其困难的。 与现有的技术发展水平和第四代航母的战术需求相比，现有的基于雷达技术的舰 载机着舰引导体制存有如下几大缺陷 —是测控过程复杂。整个着舰引导过程是一个多系统的协同测控过程，需先由空 管雷达将舰载机引导到下滑窗口 ，然后由仪表着陆系统实施进场耦合，再由精密引导雷达 做下滑引导，最终在触舰阶段由激光测量等装置做精密测量。 二是定位精度有限。在着舰引导的触舰阶段不仅要修正因舰体运动所引起的位 移，而且还需要克服舰尾气流对下滑轨迹所产生的扰动影响，因此触舰阶段的精确测量能 力是极为重要的。而基于波束扫描技术的下滑引导雷达系统，不可能在数据终结点之后做 任何有意义的测量，因此需配置激光测距仪等精密测量装置。并由于存有天线本身的扫描 运动，甲板运动补偿及预估相对复杂。 三是无法实现多机同时测控。现有的舰载雷达引导系统是基于舰面导出数据方式工作的，在舰面导出方式下，定位测量数据必须通过可靠的编码数据链传送给机载设备。已有的美军研究报告表明舰船到飞机的信号的传输延时会造成稳定度降低。 因此，现有的基于雷达技术的舰载机引导系统仍是机械化时代的一种技术装备，信息化时代的技术发展迫切需要进一步探索研究能以当代先进的技术理论，相对更为简单的技术方法和更为经济的工作方式实现航母着舰测控引导，以进一步提高航母的作战和生存能力。 现有的微波着陆标准的制定主要是在上世纪70年代完成的，那时多站定位方法 及相关技术还未成熟。以目前的技术发展水平，以多站定位技术构造的自动着舰引导系统 应比现有的时基波束扫描微波着陆等系统更为先进和全面，GPS定位系统的广泛应用从原 理上说明现在已经到了可直接利用多站组合定位系统实现舰载机自动着舰的时代。多站定 位体制的固有构造使其使用时比雷达系统更为灵活，从设计理念上来说，应能实现更多的 功能。 显然，和基于波束扫描技术的雷达相比，基于多站定位技术的着舰引导系统具有 诸多优点，但真正的工程实现还存有一定的困难，例如众多站点的安置问题。如何以最少的 站点实现双平面进近定向引导是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对已有技术存在的不足，本专利技术的目的在于给出了一种适用于舰载机进近引导 阶段的双站定位系统，其通过综合应用精密测距、多普勒频移测量、相对时差和载波相差测 量等技术，并通过融合进近平行接近导引律，实现了对舰载机的进近跟踪定位，同时还初步 给出了在航母速度及下滑视角不变的条件下，通过监测多普勒频差实现对下滑角反馈控制 的基本框架。 本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的。 整个双站进近弓|导定位系统括机载子系统和舰载子系统两大部分。 舰载子系统主要包括两个同步信标发送站，其中承担精密测距任务的信标站被指定为主站，另一个为副站。舰载信标站主要由精密时钟、信标发生器、本地振荡器、双通道基带处理单元、调制电路和发射器等组成。舰载信标站亦能发送航母的航行速度、甲板运动状态等工作参数信息。所述本机振荡器产生本地参考信号源；定时同步信标发生器在精密时钟的控制下按进近下滑测量所需要的刷新率定周期地向基带处理单元发送触发信号；在生成信标信号的同时，双通道基带单元一方面通过编码将含有航母航行数据的数字脉冲信号送往副站发射机，另一方面在送往主站发射机的基带信号中则包括有精密测距所需的伪随机码等信号；信号调制将数字脉冲信号转换为模拟信号，对发射机载波进行调制； 所述机载子系统主要由双通道前端接收单元、载波相差检测单元、自时差检测单元、精密测距单元、多普勒频移测量单元和机载定位数据处理单元所组成；双通道接收前端同时接收来自两个信标站的脉冲信号，并下变频至中频信号后将两路信号同时分别送往载波相差检测单元和自时差检测单元；精密测距单元和多普勒频移测量单元仅需一路输入信号；接收前端同时还将来自副站的包含有工作数据信息的信号解码解调后送至数据处理单元；机载定位数据处理单元将测算得到的水平偏差、径向距离、下滑视角、下滑角和多普勒频差输出至飞行测控系统。 为了安全，机载子系统获取的各类信息除了来自于舰载子系统所发送的信息，还 可来自于定周期接收舰面测控系统发送信息的数据链。 为实现水平面内的定向控制，舰载机机载着舰引导系统是通过对舰载双站所发送 的定标信号的相对自时差和载波相差测量，并利用精密测距单元测量得到在舰面主站和舰 载机之间的相对径向距离r。得到对中偏差值。 在垂直面内，机载着舰引导系统指控舰载机遵循平行接近导引律进舰下滑，并利 用(l)舰载着舰引导测控系统通过数据链发送来的航母航行速度等参量；(2)机载传感器 传送来的舰载机飞行速度；(3)机载着舰引导系统对机_舰间多普勒频移的实时测量；(4) 以及对相对径向距离的精密测量。且由下滑比例关系和多普勒频移关系的融合处理可以直 接计算得到(l)机-舰间的相对下滑视角；(2)舰载机的进近下滑角；(3)同时还能由三角 函数关系测算得到下滑时间和下滑距离。 具体包括以下步骤 步骤1、舰面两信标站在水平面上等高对称布设在航母进舰下滑跑道两侧，且在一 般情况下，基线方向和舰载机进近下滑方向垂直。步骤2、当舰载机开始进入进近下滑阶段时，将按如下的下滑比例关系进近下滑<formula>formula see original document page 6</formula>个恒定值；小k是舰<formula>formula see original document page 6</formula> 式中VH为航母的速度；Vp为飞机的速度；(K为下滑视角，是 载机的瞬时下滑角。 步骤3、水平面对中偏差测算。 机载着舰测控引导系统的时差检测单元采用自时差测量的方法测量来自舰面两 对称信标站所发送的信标信号之间的时间差At。 同时，机载着舰引导测控系统通过载波相差检测单元得到来自舰面两对称信标站 的信标信号之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双站进近引导定位系统，包括机载子系统和舰载子系统，其特征在于：所述舰载子系统由两个发送信标信息和发送数据信息的信标站组成，舰载信标站由精密时钟、定时同步信标发生器、本机振荡器、双通道基带处理单元、信号调制电路和发射机组成；所述本机振荡器产生本地参考信号源；定时同步信标发生器在精密时钟的控制下按进近下滑测量所需要的刷新率定周期地向基带处理单元发送触发信号；在生成信标信号的同时，双通道基带单元一方面通过编码将含有航母航行数据的数字脉冲信号送往副站发射机，另一方面在送往主站发射机的基带信号中则包括有精密测距所需的伪随机码等信号；信号调制将数字脉冲信号转换为模拟信号，对发射机载波进行调制；所述机载子系统由双通道前端接收单元、载波相差检测单元、自时差检测单元、精密测距单元、多普勒频移测量单元和机载定位数据处理单元所组成；双通道接收前端同时接收来自两个信标站的脉冲信号，并下变频至中频信号后将两路信号同时分别送往载波相差检测单元和自时差检测单元；精密测距单元和多普勒频移测量单元仅需一路输入信号；接收前端同时还将来自副站的包含有工作数据信息的信号解码解调后送至数据处理单元；机载定位数据处理单元将测算得到的水平偏差、径向距离、下滑视角、下滑角和多普勒频差输出至飞行测控系统。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郁涛，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]