Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Степень автономности определяет возможность использования !'НУ нли РНС для навигации на трассах, не обслуживаемых наземными или спутниковыми средствами. Различают авглономные и неавтономные РНУ и РНС. Автои мные ст ойства и системы определяют И'без помощи радиолинии, связывающей бортовую аппаратуру данного объекта с внешними по отношению к нему радиоэлектронными устройствами. В таких РНУ (РНС) реализуется радиолокационный принцип, т.е. информация о И' извлекается из отраженного от земной поверхности сигнала. К этому классу относятся частотные РНУ, системы счисления пути и обзорно- сравнительные системы. Неавтономные ст ойства и системы имеют в своем составе как бортовую аппаратуру, установленную на определяющем свое МП объекте, так и связанную с ней радиолинией аппаратуру специальных ра- диостанций, размещенных иа наземных пунктах, искусственных спутниках Земли илн других объектах.
К неавтономным относятся все позиционные РНУ и РНС. Контролвные оогзросы 1. Что является источником сигналов в РНУ? 2. Что такое радионавигационная система и каковы ее отличия от радиолокационной системы? 3. Что является общим у радионавигационных и радиолокационных систем? 4. Какие координатные системы используют в радионавигации и в чем их отличия? 5. Как используют РНС при навигации(вождении) ЛА? 6.
Зачем используют поиск сигнала и какие разновидности поиска Вы знаете? 7. Может ли масштабный коэффициент быть случайной величиной? 8. Укажите свойства электромагнитных волн, используемых для определения навигационного элемента. 9. Что такое информативный параметр сигнала и как он связан с навигационным элементом? 10. Чему равно время запаздывания сигнала, если он прошел расстояние 150 км? 11. Чему равен доплеровский сдвиг несущей частоты сигналами = 1О' Ггь если передатчик и приемник сближаются со скоростью 1200 км/ч? 12.
Сравните методы определения местоположения объектов. 13. Как и для чего используются в радионавигации поверхности и линии положения? 14. Что такое тактико-технические параметры РНС и как они используются при проектировании РН-аппаратуры? 15.
Какими погрешностями характеризуют точность измерения навигационных элементов? Что такое средняя квадратическая погрешность и какова вероятность ошибки, не превышающей ее? 16. Чем отличаются две РНС, характеризующиеся точностями о = 100 м и 3п = 100 м? 17. Зачем нужно знать рабочую область (зону) РНС? 18. Вероятность безотказной работы РНУ связана с временем наработки экспоненциальной зависимостью. Какова вероятность сохранения работоспособности РНУ, если РНУ проработало время. равное среднему времени наработки на отказ? 19. Определите максимальную дальность действия наземного радиомаяка РСБН. если он предназначен для работы с ЛА, летящими на высоте 16000 м? 20. Перечислите особенности пассивных и активных РНУ.
21. Каковы области применения многопозиционных РНС? 22. Какие ограничения существуют для применения амплитудных РНС? 26 Тогда соотношение (2.2) принимает вид 2 Ре е з,з,т (2.4) (4л) 11~ Сигнал с мощностью Р, служит для определения навигационного элемента йг. Учитывая, что при отсутствии внешних помех на выполняемые в РНУ измерения оказывают мешающее влияние внутренние шумы приемника, введем минимальное отношение мощностей сигнала и шума 9нн = Рг~Рвч при котором флуктуационная СКЛ определения рг' (ач) не будет превышать заданное значение .
Так как мощность шума, приведенная к входу приемника, Р = ~1н11ТобРич, (2.5) где А — коэффициент шума приемника; 1г = 1,38 10 " Вт/(Гц град) — постоянная Больцмана; Те — стандартная температура при определении коэффициента шума (Т, = 290 К); Лà — эффективная ширина спектра шума приемного тракта, определяемая полосой пропускания линейной части приемника, предшествующей измерителю информативного параметра сигнала; с", — коэффициент потерь, показывающий во сколько раз уменьшается отношение мощности сигнала к мощности шума из-за не- оптимальности обработки.
Используя (2.4) и (2.5), получаем соотношение, определяющее дальность действия рассматриваемого РНУ, т.е. то максимальное расстояние от опорной станции, на котором обеспечивается з и работе в свободном пространстве: (2.6) При радионавигационных измерениях обычно необходимо обеспечить прием сигналов опорной станции с любого направления. Для удовлетворения этого требования используют ненаправленные антенны, для которых Сг,1 жег,зж1. Поэтому С помощью (2.7) можно рассчитать минимальное значение мощности Р и передатчика, при котором на требуемой дальности будет обеспечена заданная точность (аналог пороговой мощности Р,„р в режиме (2.8) Заметим, что в РЛС вместо Ш,.
задаются значением порогового отношения сигнал/шум д г, характеризующего качество обнаружения сигнала. Дальность леиствня активных РНУ с активным ответом. В таких РНУ (см. рис.1.10) дальности действия запросчик« н ответчика рассчить гле индексы «з» и «от» служат лля обозначения параметров запросчика и ответчика соответственно. Прн л > И„,„сигнал не сможет быть принят ответчиком, а при л > л„,„, — запросчиком. Поэтому целесообразен вариант активной системы с активным ответом, у которой л„„„,= Я,„,„„, для чего необходимо обеспечить равенство В частном случае работы в импульсном режиме (одна антенна на ответчике и одна на запросчике) ЄЄ;„, = Р, Р Дальность действия (максимальная рабочая высота) активных РНУ. В рассматриваемых устройствах практический интерес представляет не и„„„, а максимальная рабочая высота (высотность РНУ) над отражающей поверхностью )т",„„на которой обеспечивается заданная точность определения В'.
(2.9) где р, — угол визирования отражающей площадки ОП, соответствующий в данной ситуации углу наклона ДН антенны РНУ (рис. 2Л). Рис. 2.1. Размеры отражающей площадки ОП при облучении земной поверхности РНУ с непрерывным излучением сигнала 29 Воспользуемся соотношением для дальности действия активного (2.10) где Яь- эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели и учтено, что передающий и приемный антенно-фидерные тракты радиоустройства идентичны (Яа! Яа2 Яа и т!! '!з Ч). Согласно рис. 2.1, отражающая площадка представляет собой поверхностно распределенную цель (при непрерывном излучении имеющая форму эллипса), ЭПР которой лл о!ф~! 4йпйо где аьл и !)ь! — ширина ДН в горизонтальной н вертикальной плоскостях; Бг„— удельная ЭПР с размерностью м~/м~, зависящая от угла !Зь и от типа ОП.
В соотношении (2.1 1) принято, что гбаол = пкз и !Б1!оэ = 0ол. Используя приближенную формулу ась!1 з=1'/о, и соотношения (2.9) и (2.1!), получаем (2.12) 2.1.2. Влияние условий расироснгранения радиоволн на дальность действия и точность РОУ Радионавигационные средства наиболее широко применяются для определения координат и скорости объектов, находящихся в околоземном пространстве или на поверхности Земли. При этом используемые в РНУ радиоволны распространяются в пределах земной атмосферы, представляющей собой среду с переменными параметрами (давление, температура, влажность и др.).
Эти параметры влияют на относительную диэлектрическую проницаемость е' атмосферы, а следовательно, н на коэффициент преломления и и скорость распространения радиоволн т = сЯ = с/и, где с — скорость распространения радиоволн в вакууме. При распространении радиоволн имеет место уменьшение энергии сигнала (затухание) не только в силу закона сферического рассеяния, когда принимаемая мощность Рз - 1/Ф (см, раздел 2.1.1), но н из-за поглощения в среде, в которой или над которой распространяется волна. Степень поглощения энергии сигнала существенно зависит от длины волны Х этого сигнала.
30 В радионавигации используются сигналы с длинами волн, лежащими в диапазоне от нескольких сантиметров до 30 км, существенно отличающиеся по характеру распространения. В зависимости от вида траектории распространения (рис. 2.2) различают четыре характерных типа радиоволн: тропосферные — К поверхностные — 2,пространственные — З, радиоволны и ра- Рис.2.2. ТРаектоРии Радиоволн различных типов диоволиы волиоводного типа — 4. В данной главе рассматриваются некоторые особенности радиоволн этих типов, оказывающие влияние на работу РНУ. Для детального ознакомления с этими особенностями следует обратиться к литературным источникам по теории распространения радиоволн.
Тропосферные волны (ТВ). Радиоволны этого типа характерны для диапазона УКВ. Это объясняется тем, что электромагнитные колебания с Х < 1О м обычно не отражаются от ионосферы и ие способны огибать сферическую поверхность земного шара. Известно, что тропосфера, верхняя граница которой над поверхностью Земли находится на высоте около 15км, представляет собой неоднородную диэлектрическую среду с изменяющимся по высоте коэффициентом преломления л, состоящую в основном из воздуха и водяного пара. Изменение и ведет к искривлению траектории волны (рефракция), а наличие газов воздуха и пара вызывает поглощение энергии сигнала.
Кроме этих факторов, на работу РНУ диапазона УКВ влияют сигналы, отраженные от земной поверхности, вызывающие искажения диаграмм направленности антенн РНУ. Следует отметить достаточно высокое постоянство параметров тропосферы, что в ряде случаев позволяет учитывать их влияние на дальность действия и точность РНУ. ~*щ фф р ь1пlсШ Для учета влияния рефракции реальную тропосферу заменяют ее моделью — стандартной («нормальнойя) тропосферой (давление у поверхности Земли 760 мм рт.ст., температура 15'С, влажность 60%). Высота стандартной тропосферы 11 км. В пределах стандартной тропосферы градиент коэффициента преломления постоянен и составляет Нп/агг = -4-10 1/м, что соответствует положительной рефракции, когда радиус кривизигя траектории волны Я, > 0 и траектория обращена выпуклостью вверх.
Для стандартной тропосферы К, = 25000 км. В результате рефракции примерно на 15% возрастает дальность прямой видимости, обусловленной сферической поверхностью Земли. При постоянстве коэффициента преломления атмосферы, т.е. при отсутствии рефракции радиоволны распространяются прямолинейно, и дальность действия радиолинин ограничивается дальностью прялюй видимости (рис. 2.3); Я „= 112,0( )Н, е,7Нз) . При учете рефракции радиоволн связь возможна на дальностях, Рис. 2.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
