Мини-лекции. Радионавигация. Корреляционный метод
Мало кто знает о том, что в Крыму, в Севастополе находится ядерный реактор! Вот только одна строчка из Википедии.
ИР-100 — исследовательский ядерный реактор, построенный и введенный в эксплуатацию в Севастопольском высшем военно-морском инженерном училище в 1967 году, готовившим специалистов для атомного подводного флота.
Вот! А Вы не верили?! «А, причём здесь ты?» — спросите Вы?! Не торопитесь... Была у нас в институте так называемая НИРС — Научно Исследовательская Работа Студентов. А потом преддипломная практика и сам диплом. Так уж всё случилось, но пришлось мне как бы прикоснуться к этому реактору! Честное благородное, сам не хотел, а пришлось! Если коротко, то НИРС для меня это совместная работа с лабораторией занимающейся разработкой схем для космической отрасли. И не просто так, тяп-ляп, а с точки зрения радиационного воздействия космоса. Во, как закрутил, аж сам испугался?! Потом всю эту фигню везли в Севастополь и? И там под излучением реактора... Короче все они (схемы) остались в Крыму, в могильнике...
Потом был диплом в тему... На рисунке кусочек выписки всей моей бурной деятельности в течении пяти лет! Правда диплом был на двоих, из двух частей стало быть. Я начинал, а мой напарник заканчивал... Потом он распределился в КГБ! Ну, дык?!
И если мы занимались околокосмической ерундой, то наш староста группы Гришка вполне земными, а точнее морскими делами! Наверняка (если Вы городские жители) видели спортивные прыжки в воду? И видели как вода струйкой падает именно в то место куда и сиганет спортсмен (спортсменка)? Зачем это делается? Если Вы подшофе или так просто прыгните, то Вам по барабану... В смысле поднимите Вы цунами или просто как мешок с картошкой прямым ходом на дно, — никого это не колышет! А вот спортсмен должен ориентироваться в полёте и точно знать где поверхность! Поэтому и пускают рябь по воде! Какие хитрые, однако?!
А вот гидросамолётам, выпускавшимся в Таганроге, на заводе тогда имени Дзержинского (почему не батьки Махно?), а теперь имени Георгия Михайловича Бериева (на рис2, БЕ-12), очень даже не всё равно где эта поверхность! Особенно при сильном волнении. И вопрос высоты и скорости стоит прямо-таки остро. И самое противное, что методы измерения этих, чёрт бы их побрал, параметров не совсем удовлетворяет мореманских летунов!
Вот над этой проблемой и работали институтские и примкнувший к ним наш Гришка! Да, тогда он пытался мне всё это втереть, но... Но тогда я как-то, так себе. А вот теперь, через сорок пять лет... Так чем же занимался Гришка и «кумпания»?
А занимались они корреляционным методом измерения скорости (в дальнейшем и высоты), применительно к нашим гидросамолётам. В чём же заключается этот математический метод? К сожалению, чтобы всё это понять, — нужно изучить теорию вероятности со всеми этими идиотскими понятиями! Это конечно если изучить, а если нет, то? То принимайте как есть, ну типа Вы, ну конечно же в курсе, что есть что?! Итак?! Летит «аероплан» над поверхностью воды и земли тоже рис1. Внизу аппарата прикреплены три антенны А1, А2 и Аи. Антенна Аи излучает вниз электромагнитную энергию в виде такого луча, зелёного цвета. А антенны А1 и А2 принимают отражённый сигнал с такими же диаграммами направленностями как и у Аи. На поверхности (воды, земли) получаются вот такие условные круги. Я их, для Вас специально и подкрасил рис4,5.
В чём же фишка нашего метода? Не смотря на то, что оба сигнала получают в одинаковых условиях, но это далеко не так. Но на корреляционной характеристике это не сказывается. Вот почему при отражающей морской поверхности, даже при сильном волнении результат измерения довольно высок! Попробуем разобраться как это «работает»?
Антенна Аи излучает гармонический непрерывный сигнал образуя на поверхности (земли, воды) круг (Sи) зелёного цвета (в соответствии с цветом антенны). Антенна А1 принимает сигнал с площади круга (S1) синего цвета. Аналогично антенна А2 принимает сигнал с площади круга (S2). Допустим расстояние между центрами площадей равно d. Самолёт движется со скоростью V, но какая она в единицах скорости мы не знаем? Вся эта картина как бы застывшая в какой-то момент времени t1. В антенне А1 формируется сигнал е1 площадью S, образованной пересечением Sи и S1. Это важный момент! Так-как самолёт движется, то через некоторый промежуток времени Dt антенна Аи займёт положение антенны А1, а А2 положение Аи рис5. Но согласно теореме взаимности (когда передатчик и приёмник можно поменять местами и принимаемый сигнал не изменится) в момент времени t1+Dt сигнал е2 в антенне А2 станет равен сигналу е1. Площадь S формировавшая сигнал е1 и е2 в данный момент одна и та жа! Сигналы е1 и е2 должны быть равны, но? Но всякие нехорошие факторы: непостоянство траектории полёта, шумы, флуктуации в приёмниках, волнение водной поверхности и прочее влияют на картинку сигналов. Вот поэтому сигнал е1(t1) не будет равен сигналу е2(t2), хотя и формируется одной и той же областью!
Мы же с Вами имеем дело не с железными величинами, а с изменяющимися во времени, то есть случайными. А раз так, то можем применять методы теории вероятности и?.. И если рассматривать корреляционную характеристику рис2а, то обнаружится, что как раз в момент в точке T = Dt = d/V. Это значит, что измеряя положение максимума R(T) мы сможем определить скорость «аероплана» по формуле рис2b. Где Tmax время когда характеристика R(T) максимальна. Как видите сами по себе всякие факторы нам по барабану, ведь главное поймать максимум, а скорость определится как обычно: V = d/t. Если Вы потеряли нить рассуждений, d это расстояние между центрами площадей S1, Sи и S2. Так ещё, чтобы сигналы е1 и е2 с одноимённых антенн А1 и А2 были равны нужно S2 переместить на расстояние d! Так, что все эти корреляционные штучки играют лишь вспомогательную роль. Конечно если без всяких корреляционных прибамбасов, по-русски надо лишь определить момент равенства площадей S в положение рис4 и рис5, но?
Есть такая шутка кажется от Ярослава Гашека: «Человека можно в принципе разложить на электроны и послать как телеграмму по проводам... Вот только как его там, на той стороне собрать обратно?» Вот так и в нашем случае да, нужно лишь сравнить площади S, вот только как? И оказалось, что корреляционным способом проще и главное дешевле, я так думаю?! Лично мне так ка-а-а-жется?! :-)))
Как же на практике реализуется определение скорости корреляционным методом? Посмотрите на рис6. С помощью генератора высокой частоты ГВЧ и посредством антенны Аи происходит облучение плоскости водоёма или земли. Первая задача состоит в том чтобы для сравнительного анализа уровнять сигналы е1 и е2 во времени, так ещё задержать сигнал с антенны А1, чтобы потом совместить с сигналом антенны А2. Сигнал с приёмника ПРМ1 задерживается схемой задержки СЗ. Со схемы задержки сигнал подаётся на коррелятор (каскад умножения). Туда же поступает сигнал с антенны А2, усиленный и отфильтрованный приёмником ПРМ2.
Далее, пройдя через интегратор (И) мы получим сигнал равный по значению корреляционной функции R(T). Сигнал поступает на блок слежения за максимумом, БСМ, а тот в свою очередь управляет схемой задержки сигнала с антенны А1. Вот такая загогулина получается. Автоматика настраивается на максимум корреляционной характеристики и выдаёт время задержки. Из формулы V=d/Tmax и находим скорость. Где Тmax, повторюсь время задержки соответствующее максимальному значению функции R(Т), то есть R(Tmax) рис2b.
Чтобы определить одновременно с основной скорости ещё и скорость сноса, на самолёте устанавливают ещё две антенны и соответственно схему обработки сигналов. Антенны А3 и А4 располагаются на прямой перпендикулярной главной оси самолёта (я думаю на крыльях?) рис3.
В чём преимущество корреляционного метода перед другими, скажем доплеровским? Доплеровский в случае с морской авиацией плохо работает при волнении уже более 1 балла! В то время как для корреляционного метода все эти волнения как-то нас не волнуют. Считается, что корреляционный метод самый перспективный...
Чем закончилась Гришкина эпопея в семидесятые? Помогли ли они мореманским летунам на БЕ-12? Стал ли Гришка учёным или кем-нибудь, не известно?! В каких, таких степях он затерялся? Звонил я к десятилетию окончания института на место его распределения... Никто о таком и слыхом не слыхивал! Ну, да, СССР страна конечно маленькая и не сразу найдёшь кого надо?! :-)))