Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 2
Текст из файла (страница 2)
п. Системы, использующие для решения навигационных задач искусственные поля и данные, созданные внешними (не бортовыми) источниками, относятся к классу неавтономных, в противном случае — к классу автонаиных. 1.1. Основные поиитии и определении Радионавигационными называются методы, в которых для решения задачи местоопределения (позиционирования) используются радиосигналы внешнего искусственного источника с известными координатами. Радионавигационная система (РНС) — совокупность радиоустройств и вспомогательных технических средств, расположенных на объекте и вне его, предназначенных для решения задач навигации. В соответствии с приведенной выше классификацией, РНС относятся к классу неавтономных. (Типичным примером автономных систем являются системы ннерциальной навигации.) В зависимости от того, позволяет нли нет рассматриваемый метод навигации однозначно определить местоположение (познцию) объекта без привлечения данных о его траектории в предшествующие моменты времени, различают методы позиционной и непозиционной навигации [1).
В настоящее время наибольшее распространение получили позиционные РНС, автономные системы, как правило, являются нспозицнонными. Перспективным направлением современной навигационной техники является комплексирование автономных и неавтономных систем, что позволяет реализовать достоинства каждой из них и в значительной степени скомпенсировать недостатки (подробнее об этом см. разд. 11).
Основным содержанием задачи навигационно-временных определений (НВО) в радионавигации является определение вектора состояния (ВС) потребителя (объекта). В качестве компонент этого векюра обычно рассматривают пространственные координаты х, у, г потребителя, временная поправка т„шкалы времени потребителя относительно системной шкалы, а также составляющие вектора скорости х, у, г. Перечисленные величины не могут быть непосредственно измерены радиотехническими методами.
Поэтому в РНС реализован косвенный метод: измеряются некоторые параметры принятого радиосигнала — радионавигационные параметры (РНП): время его прихода Г, фаза д или разность фаз Ь<р, доплеровский сдвиг часто гы гд, амплитуда сигнала А и др. Измеренным РНП сопосшвляюгся функционально связанные с ними величины — навигационные параметры (НП), характеризующие положение потребителя относительно источников навигационных сигналов (опорных радионавигационных точек — ОРНТ): углы визирования ОРНТ, дальности й или разности дальностей ЛЯ до нескольких ОРНТ, радиальные или угловые скорости перемещения потребителя относительно ОРНТ и т.
и. Функциональные зависимости, связывающие РНП и НП, получили название навигационных функций. В общем случае вид навигационных функций определяется многими факторами: видом НП, параметрами движения ОРНТ и потребителя, выбранной системой координат и т. д. Навигационные параметры, рассчитанные с помощью навигационных функций, используются для определения искомых компонент ВС. Геометрическое место точек пространства с одинаковым значением навигационного параметра называют поверхностью положения. Пересечение двух поверхностей положения определяет линию положения, т. е, геометрическое место точск, соответствую1цих двум значениям двух навигационных параметров.
Местоположение потребителя определяется координатами точки пересечения трех поверхностей положения или двух линий положения. Если из-за неоднозначности измерений линии положения пересскакпся более чем в одной точке, то необходимо использовать дополнительную поверхность положения или априорную информацию, позволяющие отселектировать истинное положение от ложных [21.
1.2. Принципы радионавигационных измерений Е2.1. Угломерные методы Фундаментальными свойствами радиоволн, лежащими в основе всех радионавигационных (а также и радиолокационных) измерений, является прямолинейность и постоянство скорости их распространения в свободном пространстве. Принципиальная возможность навигации с использованием радиосигналов стала очевидной практически одновременно с первыми удачными опытами А.С. Попова по радиосвязи, поскольку в ходе этих опытов была установлена возможность определения направления прихода радиоволн.
Поэтому в первых нашедших практическое применение РНС использовались угломерные методы местоопредсления, в основе которых лежит свойство направленного излучения и приема сигналов с помощью соответствующих антенн. Различают два варианта угломерных методов: радиопеленгаторный и радиомаячный 131. В радиопеленгаторной системе антенна приемника (пеленгатора — П) является направленной, а передатчик (радиомаяк — РМ) имеет ненаправленную антенну (рис.
1.1, а). В простейшем случае пеленгация может осуществляться по максимумальному сигналу, принятому рамочной или днпольной антенной, однако в настоящее время чаще используются многоэлементные или сканирующие антенны, позволявшие реализовать более точный метод равносигнальной зоны. Если для простоты предположить, что пеленгатор и РМ расположены в одной плоскости, то направление на РМ характеризуется пеленгом О.г Если пеленг отсчитывается от географического меридиана (направления север — юг), то угол 01 называют азимутом, или истинным пеленгсыь (Следует иметь в виду, что иногда азимутом называют угол„отсчитанный в горизонтальной плоскости Рис.
1.1. Схемы радиопеленгаторного (а) и ралиомаячного (6) методов навигационных измерений: П вЂ” пеленгатор; РМ вЂ” радиомаяк от любого направления, принятого за нулевое.) Очевидно, что линией положения в данном случае является луч, совпадающий с электрической осью диаграммы направленности антенны (ДНА) пеленгатора и образующий угол а~ с линией нулевопз отсчета. На практике при расположении пеленгатора и РМ на земной поверхности линией положения будет оргподромия — дуга большого круга, проходящего через точки их расположения.
В трехмерном пространстве поверхность положения представляет собой плоскость, содержащую линию положения н перпендикулярную поверхности Земли. В радиомаячных системах направленной является антенна РМ, потребитель использует ненаправленную антенну. В этм случае пеленгатор измеряет обратный пеленг ас относительно нулевого направления, проходящего через точку нахождения РМ. Обычно антенна РМ вращается (сканирует) с постоянной скоростью, известной пеленгатору.
В момент совпадения оси ДНА с нулевым (например, северным) направлением дополнительная ненаправленная антенна РМ случает специальный короткий «нулевой» сигнал, принимаемый пеленгатором н определяющий начало отсчета углов. Фиксируя момент совпадения оси ДНА РМ с направлением на пеленгатор Н (например, по максимуму амплитуды принимаемого сигнала), можно вычислить обратный пеленг, который пропорционален интервалу времени между временем приема нулевого и максимального сигналов. Очевцлно, что для определения координат потребителя на плоскости как радиопеленгаторным, так и радиомаячным способом, необходимо определить пеленги двух РМ, причем соединяющая их 10 с й РМ, прямая не должна проходить через пеленгатор (рис. 1.2). Трехмерное местоопределение возможно только за счет привлечения дополнительных источников информации, например, барометрического или радиовысотомера.
Радиопеленгаторные и радиомаячные системы получили широкое применение в судовождении и в аэронавигации. В настоящее время в мире используется десятки тысяч судовых и аэронавигационных радиомаяков, в том числе с активным ответом, позволяющих определить не только направление на маяк, но и дальность до него.
Рм 2 Рис. 1.2. Схема определения координат объекта на плоскости радиомаячным методом: П вЂ” пеленгатор; РМ вЂ” ря- Ляомаяк 1.2.2. Дальнаягерные методы 11 Ограничения, присущие системам, использующим амплитудные методы пеленгации, обусловлены тем, что погрешность местоопределения в них быстро возрастает с увеличением расстояния до источника сигнала.
Действительно„даже при допущении, что угловая погрешность Рм, Рм, пеленгации источника не зависит от дальности до него, соответствующая линейная погрешность возрастает пропорционально расстоянию (рис. 1.3). На практике угловая погрешность также возрастает вследствие уменьшения мощности сигнала, которая падает пропорционально квадрату Область вероятного дальности. В итоге, при расстояниях по- кгестснякожлсняя рядка сотни километров и более, точность объекта амплитудной пеленгации оказывается не- Рис. 1.3. Зависимость липриемлемо низкой. нейной ошибки ралиопее м з ого в 19Зп-е годы были на- ленгатоРных измеРений от дальности: чаты разработки РНС, использующих бо- рм р лес совершенные методы навигационных определений, основанные на измерении времени прихода (задержки) сипгалов, принятых потребителем от нескольких источников (ОРНТ), т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
