Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Общая характеристика работы

НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

П е п а Ю р и и В о л о д и м и р о в и ч

УДК 656.7.052.002.5: 621.396.933.23 (043.3)

Прогнозирование точностных характеристик

радиотехнических систем посадки воздушных

СУДОВ С УЧЕТОМ ДИФРАКЦИИ РАДИОВОЛН

НА ОБ ОБЪЕКТАХ цилиндрической формы

Специальность 05.22.13 - навигация и управление воздушным движением

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Киев - 2004

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Национальном авиационном университете Министерства образования и науки Украины.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Сибрук Леонид Викторович, Национальный авиационный университет, заведующий кафедрой электродинамики.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белецкий Анатолий Яковлевич

Национальный авиационный университет,

заведующий кафедрой радиоэлектроники;

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Захарин Феликс Михайлович,

Научный центр Воздушных

Сил Вооруженных Сил Украины

ведущий научный сотрудник.

Ведущая организация - Авиационный научно-технический комплекс им. О.К. Антонова, Минпромполитики Украины, г.. Киев.

Защита состоится 2 февраля 2005 в 15:30 часов на заседании диссертационного совета Д26.062.03 при Национальном авиационном университете по адресу: 03058, г.. Киев-58, пр. Космонавта Комарова, 1, НАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НАУ по адресу: 03058, г.. Киев-58, пр. Космонавта Комарова, 1.

Автореферат разослан "24" декабря 2004

Ученый секретарь

диссертационного совета С.В. Павлова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Радионавигационные системы (РНС) посадки самолетов занимают особое место среди аэронавигационных систем. Основными составляющими этих систем является г.еждународный инструментальные системы посадки самолетов метрового и сантиметрового диапазонов волн, а также перспективные спутниковые системы посадки.

Оценка работы этих систем проводится по следующим основным показателям: как целостность, непрерывность обслуживания, готовность и точность, которые определяются комплексом исходных параметров системы.

Влияние местных условий аэродрома, а именно: влияние рельефа местности, местных предметов, климатических и метеорологических факторов приводит к ухудшению точностных характеристик систем посадки воздушных судов типа ИLS и MLS. Поэтому актуальным является проведение исследований по разработке эффективных методов прогнозирования точностных характеристик систем посадки. Эти методы должны учитывать вышеуказанные факторы, которые могут существенно ухудшать выходные параметры системы посадки, а именно точность наведения самолетов на посадочный курс.

Оценка соответствия РНС нормам и стандартам ИКАО проводится по результатам летных проверок, которые учитывают влияние местных условий. Эффективность летного контроля зависит от точности оборудования, расположенного на самолете-лаборатории, траектории полета самолета, внешних факторов, влияющих как на оборудование, так и на траекторию самолета. Такой контроль занимает много времени и очень дорогим.

Одной из возможностей сокращения летных проверок РНС, находящихся на эксплуатации в Украине, является математическое моделирование функционирования РНС в реальных условиях, что отражено в документах ИКАО. Такая оценка не только более дешевая, но и может дать результаты моделирования на таких участках воздушного пространства вокруг аэродрома, где проверочные облеты трудно достижимые на практике или вообще опасны. Все этапы моделирования проводятся с помощью средств вычислительной техники.

Для доказательства адекватности предложенных математических моделей использовались как экспериментальные данные соответствующих измерений в аэропорту "Борисполь", так и данные, приводимые в научно-технических источниках.

Для развязку Обязательства задачи прогнозирования точностных характеристик РНС в условиях багатошляхового распространения радиоволн от поверхностей самолетов и поверхности земли проведено комплексное исследование радиотехнических систем посадки воздушных судов на примере системы посадки ИLS. Этапами исследования является теоретическое обоснование багатошляхового распространения радиоволн, разработка математических моделей окружающей среды и антенных систем, а также прогнозирующих моделей для оценки информативного параметра системы посадки, по которому непосредственно определяется точность наведения самолетов на этапе посадки.

Результаты математического моделирования позволяют снизить эксплуатационные расходы, вироби3ты рекомендации относительно оптимального размещения самолетов во время маневра на рулежных дорожках перед антенной системами глиссадного и курсового радиомаяков, оценить необходимые навигационные характеристики системы и спрогнозировать и предупредить опасные ситуации во время посадки самолетов.

Особенно актуальна эта проблема для Украины, где в основном аэропорты оснащены системами посадки типа ILS, а микроволновые системы посадки MLS и перспективные спутниковые системы посадки пока отсутствуют.

Св Связь работы с научными программами, темами. Работа выполнена в рамках НИР 826-ДБ98 "Теоретические аспекты воспроизводства и оценки электромагнитного портрета типичного аэропорта и его воздушной зоны" № ДР 0198U003185 и ГДР 006-ДБ01 "Математическое моделирование влияния металлических конструкций на характеристики измерительных антенн" № ДР 0101U002727.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка теории и алгоритмов для определения точностных характеристик систем посадки воздушных судов в условиях багатошляхового распространения радиоволн от о объектов цилиндрической формы.

Достижение цели обеспечивается путем решения следующих задач:

1. Разработка алгоритма расчета напряженности поля дифрагированных радиоволн от о объектов цилиндрической формы конечных размеровмалого и большого радиусов;

2. Разработка методов и алгоритмов, устанавливающих н связь между моделями радиооборудования воздушного судна и местных условий, в том числе для определения амплитудно-фазового распределения напряженности электромагнитного поля на линиях курса и глиссады;

3. Определение опасных зон на аэродроме в зоне действия системы посадки, где нахождение посторонних о объектов приводит к недопустимым искажений линий курса и глиссады;

4. Разработка математической модели системы посадки воздушных судов для определения погрешностей в зоне ее действия с учетом многолучевого распространения радиоволн на о объектах цилиндрической формы.

Об Объект исследования. Об Объектом исследования является дифракция электромагнитных волн на телах цилиндрической формы, плоской формы и клиновидной формы, которыми аппроксимируются самолеты в зоне действия систем посадки.

Предмет исследования. Предметом исследования является влияние дифракционных лучей на точностные характеристики систем посадки самолетов.

Методы исследований. Основными методами исследования являются общие методы теории дифракции, в частности: Френеля-Кирхгофа, геометрической теории дифракции, апертурные методы расчета поля излучения, методы теории поля, методы векторного анализа и метод краевых волн.

Научная новизна полученных результатов. К научной новизны можно отнести определение дифракции волн, падающих на цилиндр конечных размеров под любым углом, с учетом электрических параметров материала цилиндра. Разработанные алгоритмы для определения зон на рулежных дорожках, пребывание на которых воздушных судов приводит к недопустимому ухудшению точностных характеристик системы посадки. Полученные аналитические зависимости влияния дифракционных лучей на информационный параметр системы посадки.

Практическое значение полученных результатов. Практическое значение состоит в том, что на этапах строительства или реконструкции аэродрома схема размещения рулежных дорожек должна учитывать минимальный ВПЧСм от пребывания на них воздушных судов или других о объектов на функционирование систем посадки.

По результатам использования разработанных математических моделей разрабатываются рекомендации для авиационных диспетчеров по ограничению нахождения воздушных судов в соответствующих зонах рулежных дорожек.

В процессе переоснащения аэропортов новыми РНС можно разработать рекомендации по выбору антенн для систем посадки. Предложенная методика может помочь, в случае, когда у аэродрома строятся новые сооружения, спрогнозировать влияние их размеров на точностные характеристики системы посадки. Методика позволяет сократить количество облетов самолетом-лабораторией аэродрома (увеличить время между облета или требовать проводить облеты, когда создались опасные условия электромагнитной обстановки в зоне аэропорта).

Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является результатом самостоятельного исследования. В работах [1] и [7] соискателем предложено расположить прямоугольную систему координат относительно цилиндра таким образом, чтобы начало координат совпадало с фазовым центром излучателя, позволяет получить достаточно простые выражения для составляющих вектора электрического поля. В работе [2] соискатель представил дифрагированного волну, как бесконечный ряд цилиндрических волн, разложенных по функциям Бесселя, что позволяет выбирать необходимую точность расчетов при математического моделирования на комп ютери. В материалах опубликованных в [4] лично соискателем получены результаты расчета влияния дифракционных радиоволн от цилиндрических поверхностей на информативный параметр системы посадки воздушных судов государственного международного аэропорта "Борисполь" (г.. Киев) для самолетов типа "Boeing". В статье [5] соискатель предложил новую методику летных испытаний доработанных курсовых радиоприемников, которая была успешно проверена на практике. В статье [6] соискателем был получен выражение для нахождения общей погрешности измерения эквивалентной изотропно излучаемой мощности антенн.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на п пяти международных научно-технических конференциях: "АВИА-2001" (Киев, 2001), "АВИА-2003" (Киев, 2003), "ПОЛЕТ-2003" (Киев, 2003), " АВИА-2004 "(Киев, 2004)," TCSET 2004 "(Львов-Славское, 2004).

Публикации. В процессе выполнения исследований опубликовано 9 научных работ: из них 6 научных статей в профессиональных журналах и сборниках научных трудов, а также опубликованы материалы 3 научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и четырех приложений. Список использованных источников включает 104 наименований. Общий о объем работы составляет 150 страниц текста, в том числе 148 страниц основного текста, иллюстрированного 62 рисунками и 2 таблицами.

Основное содержание

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследования, отражены научная новизна и практическое значение полученных результатов.

В первом разделе четко сформулированы задачи исследования, проведен подробный анализ методов, для решения дифракционных задач.

Воздушное судно это сложный геометрический о объект, для которого решение дифракционной задачи (то есть нахождения дифракционного поля при облучении его радиоволнами) известными методами найти невозможно. Поэтому проводится анализ известных дифракционных методов, которые можно разделить на точные и приближенные.

Точные методы дают строгое решение для тел простой геометрической формы в виде интегро-дифференциальных уравнений. Для более сложных тел эти уравнения существенно усложняются и их решение невозможно получить в простой форме. Для таких задач, где тела имеют сложную геометрию используют некоторые упрощения, которые существенно не уменьшают точность нахождения дифрагированного поля.

Поэтому широко применяются различные приближенные (асимптотические) методы (геометрическая оптика, физическая оптика, геометрическая теория дифракции, етод краевых волн, метод теневых токов и другие). Эти методы позволяют построить решение дифракционной задачи для поверхностей, характерные размеры которых намного больше длины волны.

Не вдаваясь в подробный анализ асимптотических методов решения задач дифракции на поверхностях со сложной геометрией, (какими являются, например, воздушные суда) отметим только их общий недостаток. До сих пор не решен вопрос о точности асимптотического решения и границы его применения. С особой остротой этот вопрос встает в резонансной области частот, когда характерные размеры поверхности сравнению с длиной возбуждаемой электромагнитной волны. К тому же современный уровень требований, предъявляемых является к качеству проектируемой радиотехнической аппаратуры, делает необходимым расчет электромагнитных полей в различных областях пространства с достаточно высокой точностью. Это заставляет искать новые пути решения задач дифракции радиоволн, причем переход к качественно новых моделей определяется потребностями практики и тесно связан с уровнем техники эксперимента с точностью измерений. При этом, если не накладывать значительных ограничений на форму поверхности, то метод анализа задач дифракции может быть только многочисленным.

Действительно разработка численных методов решения задач дифракции радиоволн на сложных поверхностях открыла широкие возможности для анализа влияния поверхностей произвольной конфигурации на структуру электромагнитного поля. Для достижения этой цели потребовалось бы развитие универсального математического аппарата, эффективного с вычислительной точки зрения, для решения рассматриваемого класса дифракционных задач. При этом возникла проблема создания достаточно общих вычислительных алгоритмов, позволяющих исследовать широкий класс дифракционных задач. Принципиальное решение этой проблемы возможно на основе применения различного математического аппарата известных приближенных методов теории дифракции. К сожалению, для многих задач дифракции на телах со сложной геометрией, нет строгих методов решений. В этих случаях надо использующиеУват приближенные методы.

Наиболее распространенным методом, который используется при больших отношениях размеров тел к длине волны, является приближение Кирхгофа (НК) и его уточнения приближения физической теории дифракции (ФТД). НК правильно описывает все дифракционные эффекты в оптических системах, согласуется с экспериментальными данными в оптике, где отношение характерных размеров тел к длине волны очень большие (...) и все дифракционные эффекты могут наблюдаться лишь в малой секторе углов (окрестности свет - тень геометрического решения). В таких системах НК дает малую относительную погрешность.

При применении НК для расчета дифракционных полей от о объектов правильной геометрической формы возникает ряд "неверных" полей: "Прострельная" волны, то есть ложные краевые волны, исходящие от линии горизонта на гладкой поверхности. Этот метод не учитывает многократных переотражений и последующих дифракций падающей, первичных отраженных и первичных краевых волн.

При применении НК трудность заключается не в записи приближенного интеграла, а в исчислении записанных интегралов. Поэтому непосредственно этот метод для нахождения поля дифракции от фюзеляжей самолетов использовать нельзя, поскольку вычисления обычно громоздкие и сложные. Для уменьшения расчетов делают некоторые упрощения в геометрии о объекта и не учитывают волны, которые имеют незначительную амплитуду и на амплитуду основного дифракционного поля почти не влияют.

Метод ФТД верно описывает краевые волны, но имеет погрешности при расчете амплитуды на границах свет тень и в каустических областях. С помощью ФТД записываются поле отраженной волны в областях более сложного типа: фокусировка, наложение границ свет - тень, каустических зонах, границ самых краевых волн и т. П.

Применяя НК, решение для сложной геометрии тела записываются сразу в виде интеграла от поля или токов на освещенной стороне тела, а с помощью ФТД в областях более сложного типа, в которых нельзя исвать приемы геометрической теории дифракции.

Во втором и третьем разделах попробуем решить задачу дифракции на цилиндрах большого и малого размеров по сравнению с длиной падающей волны, но ограниченной длины. Это решение будет основываться на НК вместе с ФТД и учетом корректных граничных условий на краях цилиндра. "Прострельная" волны и многократные переотражения при решении этой задачи учитывать не будем.

Во втором разделе предлагается модернизировать НК и, основанный на нем, метод расчета и исследования дифрагированных полей на цилиндрических поверхностях большого размера по сравнению с длиной падающей волны. Цилиндрические поверхности рассматриваются это поверхности ограниченной длины, которыми аппроксимируются фюзеляже самолетов.

Существенной особенностью предложенного метода является переход от сферической волны точечного источника (антенна глиссадного или курсового радиомаяков), падающего на цилиндр к дифрагированного цилиндрической волны в ближней зоне (самолет находится на рулевой дорожке) или сферической волны в дальней зоне (самолет заходит по глиссаде на посадку). Особенностью приближенного метода является и то, что он применяется для всего диапазона длин волн (любые частоты радиомаяков) и всей поверхности цилиндрического тела (поверхности фюзеляжей современных самолетов).

Используя этот метод, можно получить в достаточно простой форме дифрагированного поле на поверхности тела для цилиндров конечных размеров большого радиуса по отношению к падающей длине волны.

Следует отметить, что при изложении материала основное внимание было уделено НЕ детальному исследованию всех дифракционных задач, а возможности применения модернизированного приближенного метода для решения основных проблем дифракции радиоволн на цилиндрических телах конечных размеров.

Рассмотрим падение радиоволны на цилиндр большого размера (для таких цилиндров отношение радиуса цилиндра к длине падающей волны & gt; 10). Пусть ось совпадает с осью цилиндра (рис. 1). Поле в точке наблюдения визначаетьься в собственной сферической системе координат, начало которой совпадает с точкой.

В литературе не рассматривался случай, когда волна на цилиндр падает под произвольным углом. Рассмотрим такой случай подробнее. Пусть на цилиндр падает горизонтально поляризованная радиоволна с локально плоским фронтом под произвольным углом.

Рис. 1. Падение радиоволны на цилиндр большого радиуса

- точка размещения передающей антенны; - расстояния

от антенны до центра цилиндра и от цилиндра до точки

наблюдения; - длина цилиндра

Для такого случая напряженность электрического поля дифракции от цилиндра большого размера в точке наблюдения определяется по формуле (1), где учитываются размеры и электрические параметры цилиндра, поляризация падающей волны и угол падения волны.

(1)

Загрузка...

Страницы: 1 2






Ещё Рефераты по вашей теме

ПОЛЬСКО-УКРАИНСКОЕ ПРОТИВОСТОЯНИЕ В БОРЬБЕ ЗА реформирования избирательного законодательства в австрийский парламент И сейма (КОНЕЦ XIX - НАЧАЛО ХХ СТ.) - Автореферат
Применение ракетных войск и артиллерии В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ ЗА ОПЫТОМ локальных войн и вооруженных конфликтов конца ХХ - начала ХХI в. " - Автореферат
Становление и правового регулирования административной юстиции в УКРАИНЕ - Автореферат
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ двухмерной системы автоматического регулирования Двигатель Стирлинга небольшой мощности - Автореферат
СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ рекламной деятельностью предприятия - Автореферат
ОСОБЕННОСТИ клинико-лабораторных ТЕЧЕНИЯ, ПАТОГЕНЕЗА и лечения болезни Рейтера В МУЖЧИН И ЖЕНЩИН - Автореферат
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ потокораспределение В сети теплоснабжения - Автореферат