Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 3
Текст из файла (страница 3)
обнаружение и раздельное измерение информативных параметров сигналов, соответствующих обьектам, незначительно отличающимся по дальности, угловым координатам или скорости, за счет малых приращений навигационных элементов И'. Способность РНУ различать такие сигналы определяется типом используемого сигнала, шириной ДНА, а также способом обработки сигнала. В некоторых РНС по принятому сигналу требуется решить задачу опознавания обьекта. Для этого обычно используют кодирование сигнада, излучаемого объектом. 1.3. Методы определевяя местоположения в РНС Различают три метода определения местоположения объекта: счисления пути, позиционный и обзорно-сравнительный. Рассмотрим сущность этих методов применительно к наиболее сложной задаче— определению местоположения ЛА.
Метод счислеяия пути основан на интегрировании по времени измеренного вектора скорости ЛА относительно поверхности Земли 11 (рис. 1.4,а). В качестве датчика системы счисления применяют доплеровский измеритель скорости (ДИС) (рис. 1.4,б), что и определяет ее название — доплеровская навигационная система. Рис.1.4. Составляющие вектора скорости ЛА (а) и функциональная схема системы счисления пути (б) С помощью ДИС обычно измеряют модуль вектора скорости Ч„в горизонтальном полете (путевая скорость), представляющий собой сумму векторов воздушной скорости Чям и скорости ветра Ч и угол сноса гл„ т.е, угол между продольной осью ЛА и направлением вектора Ч„ Вычислительное устройство определяет продольную Ч„и попе- речную Чк составляющие вектора Ч„и рассчитывает текущее местопо' ложение ЛА.
Доплеровский измеритель определяет направление вектора Ч, относительно продольной оси ЛА. Для нахождения направления полета по отношению к поверхности Земли необходимо знать курс ЛА ьр, информация о котором поступает от курсовой системы КС.
При известном курсе ЛА могут быть получены составляющие скорости Ч, иЧ к интегрирование которых дает составляющие пройденного пути Я„и Я . Для определения текущих координат ЛА в систему вводят координаты ло и уо начального пункта маршрута НПМ, с момента пролета которого начинается счисление пути. Доплеровская навигационная система не нуждается в наземных станциях. Главной ее особенностью является ухудшение точности определения местоположения со временем, что объясняется интегрированием погрешностей ДИС. Погрешность определения местоположения в системах счисления составляет 1,5% от пройденного пути для доплеровской навигационной системы.
Информвпия о скорости ЛА могкет быль получена также от ннерпнвльноя нквигвпион- ноа системы. 12 Позиционный метод основан на использовании поверхностей или линий положения дяя определения местоположения объекта. Поверхность положении представляет собой геометрическое место точек в пространстве, соответствующих одному значению И; т.е.
одному значению дальности, угла и т.п. Местоположение объекта находят как точку пересечения трех поверхностей положения (ПП). В местной системе координат (рис.1.5,а) в предположении, что объект расположен в точке М такими поверхностями положения обычно являются ПП~ (И; = й = сопят), ППт (Итт = а = сопз1) и ППз (И'т = Н = сопят). Рис.!.5. Поверхности (а) и линии (от положения при определении местоположения объекта позиционным методом Поверхность ПП~ — сфера с радиусом Я, ППт — вертикальная плоскость, составляющая с плоскостью северного меридиана ПСМ угол а, а ППз — горизонтальная плоскость, находящаяся на высоте Н от плоскости ХОУ. Задача определения положения обьекта существенно упрощается, если Н «Я, а поверхность Земли принимается за плоскость (при т1 < 500 км замена части окружности, получающейся при сечении земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли, прямой линией приводит к ошибке менее 0,2 % от )1).
В этом случае для определения положения объекта на плоскости используются линии наложения (ЛП), представляющие собой геометрическое место точек на плоскости, имеющих одинаковые значения И'. Местоположение объекта определяется как точка пересечения двух линий положения (рис.1.5„б): ЛП~ (И'~ = Я = сопят) и ЛПт (И'з = а = сопз1).
Линия ЛП~ — окружность с радиусом й, а ЛП, — прямая, расположенная под углом а к оси Х, совпадающей с направлением северного меридиана. В рассматриваемой ситуации ЛП образуются при пересечении поверхностей положения ПП, и ППт плоскостью ХОЕ В позиционных РПС измеряют элементы И; характеризующие положение ЛА относительно стационарных нли подвижных опорных пе- 13 редающих или приемопередающих радиостанций, расположенных в РНТ вЂ” радионавигационных точках с известными координатами 1или на известных траекториях). Большинство РНС реализуют позиционный метод, что объясняется возможностью определения местоположения без учета и знания пройденного пути.
Однако это возможно только в зоне действия опорных станций. Кроме того, на точность позиционных РНС сильно влияют помехи, отраженные сигналы и т.п. Точность позиционных систем зависит от принципа их построения и от используемого диапазона радиоволн и характеризуется погрешностью от нескольких сотен метров в системах УКВ диапазона до нескольких километров в РНС большой дальности, работающих в диапазонах километровых и мириаметровых волн.
Обзорно-сравнительный метод основан на определении каких- либо характеристик местности, над которой движется ЛА, или характеристик геофизических полей Земли и сравнении их с соответствующими характеристиками, заложенными в память системы. В системах, реализующих данный метод, используется корреляционная связь между этими характеристиками, а для нахождения отклонений от заданной траектории полета — различного типа корреляционные устройства.
Такие системы называют также коррелявлонно-экстремальяылзи, поскольку экстремум (максимум или минимум) корреляционной функции измеренных и заложенных в память системы характеристик достигается при точном соответствии траектории полета заданной. Примером реализации обзорно-сравнительного метода может служить система, использующая информацию о поле высот рельефа местности л(х, у) (рис.
1.6). В блок памяти (БП) перед полетом вводится информация 6,1х, у) о распределении высот местности в некоторой полосе вдоль маршрута полета. Текущая высота полета Нр определяется радио- высотомером (РВ) и сравнивается с барометрической высотой Ыа. Вы- Рис.!.б. Геометрические элементы (а), используемые в обзорно-сравнительной системе, и структурная схема системы (б): Б — барометрический высотомере ДИС вЂ” доплеровский измеритель скорости числительные устройства (ВУ) определяют корреляционную функцию измеренного поля высот Ь„(х, у) и Ь,1х, у) и вырабатывают сигналы Лх и Л- коррекции полета лля системы автоматического управления 1САУ).
Погрешность определения МП в такой системе может составлять несколько десятков метров. При обзорно-сравнительном методе нет необходимости во внешних по отношению к ЛА радиостанциях, ослаблено влияние помех н отсутствуют накапливающиеся погрешности. Однако сложность метода, требующего априорной информации о характеристиках местности на всем маршруте и большого объема памяти системы, а также трудности вычисления корреляционной функции ограничивают пока широкое его применение.
1.4. Тактические и технические параметры РНУ и РНС Тактические и технические параметры представляют собой совокупность величин, описывающих качество РНУ и РНС. Тактические параметры зависят от назначения РНУ или РНС и характеризуют нх возможности. Основными для большинства РНУ 1РНС) тактическими параметрами являются: точность; рабочая зона (область) и дальность действия; пропускная способность; быстродействие; надежность; помехоустойчивость; эксплуатационная эффективность. Точность отражает близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины.
Характеристикой точности РНС является погрешность определения местоположения объекта. Различают систематические и случайные погрешности. Систематические погрешности обусловлены известными и закономерными факторами, поэтому их можно оценить расчетным путем или экспериментально и, следовательно, либо устранить, либо учесть при измерениях. Обычно под результатом измерения понимают величину, свободную от систематической погрешности.
Случайные погрешности вызываются большим числом факторов, не поддающихся точному учету и действующих в каждом отдельном измерении различным образом. Обычно считают, что случайные погрешности измерений х распределены по гауссовскому закону 1рис.1.7): ( х ) () ( ) /2ха ~, 2а ) где а — дисперсия случайной величины х.
Рис. 1.7. Плотность распределения вероятностей случайных погрешностей измерений За меру точности принимают среднюю квадратическую погрешность о или срединную (вероятную) погрешность у. Средняя квадратическая погрешнось (СКП) вычисляется как корень квадратный из дисперсии результатов измерений. Вероятность того, что погрешность измерений не превысит и при гауссовском законе зс(х), равна О,б83. В международной практике часто используют удвоенную средлюкз квадратическую погрешность 2п. При этом 95% всех измерений имеют погрешность, ие превышающую 2о. Для систем повышенной точности обычно применяют максимальную погрешиость, равную Зп (99,7% всех измерений имеют погрешность не более Зо). Срединная или вероятная погрешность связана со средней квадратической погрешностью прн гауссовском распределении погрешностей соотношением у = 0,67449о. Вероятность того, что погрешность измерения по абсолютной величине будет меньше у, равна 0,5.
Рабочая зона область — область пространства, в пределах которой погрешность а„„нахождения местоположения с помощью РНС с известной вероятностью не превышает заданную оь При решении навига- ционных задач на плоскости понятию о >о мп з омо рабочая область соответствует рабочая <оз Ламх зона РНС (рис. 1.8). Рабочая область характеризуется дальностью действия системы Рммь А ь т.е.
максимальным удалением от РНС, на котором обеспечивается заданная точность определения координат. За 11м,„ часто принимают максимальное Рнс. 1.8. Рабочая зона системы: лик — ясзсмнысвиусистсмы Расстояние в пределах рабочей зоны (области). П о скная способность является мерой способности РНУ или РНС обеспечивать радионавигационной информацией определенное число объектов навигации (ОН) в единицу времени. Ограничение пропускной способности свойственно позиционным системам, в которых объект и опорная станция соединены двусторонней линией радиосвязи. ~БЙ Рнс слу1 ~ ~ (, р трачивается на получение навигационной информации. Быстродействие увеличивается при одновременности и автоматизации отсчета 6' и при использовании ЭВМ для обработки информации.
Считается, например, что на дозвуковых ЛА время, затрачиваемое на определение МП, не должно превышать 1 мин при интервалах между измерениями не более 1О мин. На сверхзвуковых ЛА это время снижается до нескольких секунд, а интервалы между измерениями не должны быть более 5 мин.
16 нтттз* р. р у ° в нн Рнс «р. ческие параметры (в первую очередь точность) в заданных пределах при определенных условиях эксплуатации. В качестве основных показателей надежности используют вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднюю наработку до отказа. Первый из этих параметров характеризует вероятность того, что данное устройство в течение заданного времени сохранит свои качественные показатели в пределах допусков. Интенсивность отказов представляет собой условную плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого обьекта, определяемую для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник.
Средняя наработка до отказа является математическим ожиданием наработки объекта (продолжительности его работы) до первого отказа. По мнению зарубежных специалистов надежность навигационных средств сверхзвукового самолета должна быть такой, чтобы вероятность отказа не превышала 1О за три часа (средняя наработка до отказа — не менее 3 10' ч). При полетах, например, над Северной Атлантикой надежность навигационного оборудования должна обеспечивать практически полную безаварийность (одно летное происшествие по вине навигационного оборудования на 1О -10' летных часов). По установившейся концепции посадочное оборудование должно обеспечивать безопасную автоматическую посадку при вероятности летного происшествия, не превышающей 1О ~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
