Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 3
Текст из файла (страница 3)
е. в конечном счете дальности до них. Интересно отметить, что первые дальномерные РНС так же, как и первые радиолокаторы, использовали непрерывные сигналы и фазовые (радиоинтерферометрические) методы измерений и лишь затем появились импульсные дальномеры, получившие наибольшее распространение. Большой вклад в развитие дальномерных РНС и РЛС внесли советские ученые Л.И.
Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Е.Я. Щеголев, Ю.Б. Кобзарев и другие. Аппаратура, реализующая предложенный и запатентованный Л.И. Мандельштамом, Н.Д. Папалекси и Е.Я. Щеголевым «Способ определения расстояния между двумя пунктами при помощи электромагнитных волн», который основан на измерении в точке наблюдения разности фаз сигналов, принимаемых от двух источников, нашла практическое применение. Так, в Великобритании была создана система «Дека», обеспечивавшая судовождение при удалении от берега до 500 км. В частности, эта система использовалась для управления кораблями и судами, участвовавшими в боевой операции по высадке десанта союзных войск в Нормандии.
Однако в полном смысле массовое применение РНС началось в период Второй мировой войны с созданием в США разностно-дальномерной системы «Лоран» ((.ОВАХ вЂ” 2,оля Калде АЫ ~о Иатдалол— навигационное оборудование дальнего радиуса действия). В этот же период в Германии была создана сходная по принципу действия система «Консол».
Однако после завершения войны ее функционирование и дальнейшее развитие были прекращены. Принцип действия разностно-дальномерной РНС состоит в измерении в точке приема разности времени прихода иилульсных радиосигналов, излучаемых двумя или более передающими станциями в синхронизированные моменты времени. Измерение разности расстояний Ай = Л, — йз до двух станций, пропорциональной временному сдвигу Ат принятых от них сигналов, позволяет найти поверхность положения, имеющую вид гиперболоида вращения. Пересечение поверхности положения с поверхностью Земли представляет собой гиперболу АЛ = сопзй в фокусах которой расположены передающие станции, поэтому РНС этого класса часто называют гиперболическими.
Поскольку координаты передающих станций известны потребителю, для определения своего местоположения, он должен, вычислив разность времени прихода сигнала от двух пар передающих станций, найти точку пересечения соответствующих двух гипербол (рис. Е4). Потребительские присмоиндикаторы разностно-дальномерных РНС обычно снабжаются шаблонами, на которых нанесены семейства гипербол, соответствующих различным значениям параметра Ат для используемой комбинации («цепочки») станций [3 — 5). 12 аР, =. Риз — Ря= совы Принцип действия разностно-дальномерный Измерение минимум двух разностей дальностей относительно трех станций„ з1инии положения: гиперболы. Пересечение двух линий положения определяет плановые координаты пользователя Основные техннчеслие характеристики: ° мощность излучения 200...2000 кпт ° несущая частота 100 кгц ° режим работы импульсный ° точность позиционирования (2о) 450 м ° покрытие зональное АР|= РВ~ — Ра= оопп Рис.
1.4. РНС наземного базирования «Лоран-С» (США), «Чайка» (РФ): П - потребитель Система «Лоран» имела две основные модификации: «Лоран-А» и «Лоран-С». Появившаяся первой, система «Лоран-А» использовала для измерения временных интервалов огибающую принятых импульсных сигналов. Цепочка станций «Лоран-А» обычно состояла из трех персдающих станций: ведущей и двух ведомых.
Принцип синхронизации системы предусматривал, что ведомые станции излучали сигналы в момент поступления на них импульса ведущей станции. Таким способом устранялась неоднозначность измерений, связанная с тем, что в общем случае гиперболы могут иметь несколько точек пересечения. Станции располагались на расстоянии нескольких сотен километров и использовали пять фиксированных частотных каналов в диапазоне средних волн 154...172 м.
Дальность действия системы «Лоран-А» в зависимости от времени суток составляла 1000...2500 км, а погрешность местоопределения— 1...10 км. Для повышения точности использовался метод, основанный на приеме сигналов более чем двух пар станций и выборе гипербол, пересекающихся под углом, близким к прямому. Дальнейшим развитием этого направления РНС явилась система «Лоран-С». Ее основное отличие от системы «Лоран-А» состоит в том, что для измерения разности времени прихода сигналов в ней используется не только огибающая принятого импульсного сигнала, но и фаза колебаний его несущей частоты (100 кГц).
Учет фазовой информации позволил уменьшить погрешность местоопРеделения примерно до 100 м. Дальность действия системы «ЛоРан-С» при высоте подъема антенн около 200 м достигала 4000 км. До появления спутниковой радионавигации система «Лоран» явля- 13 лась наиболее распространенным средством радионавигации.
В СССР была создана существующая до настоящего времени гиперболическая система навигации «Чайка», аналогичная системе «Лоран-С» (рис. 1.5). Рис. 1.5. Зоны действия РНС «!!оран» и «Чайка» Наряду с импульсными системами в послевоенные годы продолжали развиваться фазовые РНС: уже упоминавшаяся выше «Дека» и разработанная в конце 1960-х годов пюбальная система «Омега». Особенность последней состояла в том, что синхронизация всех передающих станций осуществлялась от единого эталона всемирного времени, что обеспечило независимость их работы и повысило точность фазовых измерений.
В состав системы «Омега» вошли восемь станций, расположенных в США, Японии, Нарвегии, Аргентине, Либерии, на Гавайских островах и о. Реюньон. Высота мачт антенных систем этих станций составляла 350...400 м, что обеспечило дальность действия системы до 10 тыс. км. В зто же время для обеспечения судовождения в арктических районах в СССР была введена в строй фазовая РНС высокой точности РСВТ с дальностью действия в пределах 1000 км, а также система дальнего действия РСДН-20 «Маршрут», работающая в сверхдлинноволновом диапазоне. Принцип действия РНС «Омега» (США) и РСДН (РФ) разностно-дальномерньй: производится измерение минимум двух разностей дальностей относительно трех станций; линии паложеиия— 14 гиперболы; пересечение двух линий положения определяет плановые координаты пользования.
Основные технические характеристики РНС «Омега» и РСДН: ° мощность излучения 500 кВт; * несущая частота 10,2...13,6 кГц; - режим работы импульсный; ° точность позиционирования (2сг) 3,6...7,2 км; ° покрыл ив глобальное. Контро гьные вопросы !. Классификация навигационных систем. Автономные и неавтономные, позиционные и непозиционные системы.
Особенности РНС. 2. Основные понятия радионавигации: вектор состояния, ОРНТ, поверхность и линия положения, радионавигационные и навигационные параметры, навигационные функции. 3. Угломерные (радиомаячный и радиопеленгациониый) метады радионавигации. 4. Что такое истинный и обратный пеленг? 5. Как зависит от дальности линейная ошибка в радиопеленгаторах, что сше влияет на их точность? 6. Дальномерные (импульсный и фазометрический) методы радионавигации.
7. Разностно-дальномерные (гиперболические) системы, принцип дейсгвия РНС «Лоран», особенности РНС «Лоран-А», «Лоран-С», «Чайка». 2. СПУТНИКОВЫЕ РНС. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ, ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Принципы навигационных измерений, статистические методы обработки сигналов и другие решения, разработанные применительно к РНС наземного базирования, явились научно-техническим фундаментом для проектирования спутниковых РНС (СРНС). Тем не менее существует рад причин, позволяющих утверждать, что СРНС, по-существу, открыли новую эру в радионавигации. Во-первых, любая РНС наземного базирования оставалась локальной, поскольку ее ОРНТ могли быль размещены только на территории своей страны или дружественного государства, а огромные пространства океанов полностью не «покрывались» даже наиболее мощнымн передатчиками РНС «Лоран-С» и «Омега».
При этом вблизи точек нахождения передатчиков их мощность представляла реальную опасность для людей и окружающей среды. Истинную глобальность радионавигационного поля могли обеспечить только передатчики сигналов, размещенные на искусственных спутниках Земли (ИСЗ).
Во-вторых, по мере роста интенсивности воздушного движения жизненную важность приабрешет информация об абсолютной высоте полета, в то время как традиционные бортовые средства радионавигации (радио- и лазерные высотомеры) измеряют высоту относительно поверхности, находящейся под самолетом в данный момент. Следовательно, для двух объектов, фактически летящих навстречу друг другу на одной абсолютной высоте, измерения текущей высоты могут отличаться, чта создает иллюзию безопасности полета со всеми вытекающими последствиями. Отметим, что навигационные измерения, проводимые по ОРНТ, расположенным на поверхности Земли, также не могут обеспечить требуемую точность определения абсолютной высоты, поскольку для этого необходимо, чтобы хотя бы одна ОРНТ располагалась над объектом (подробнее об этом см. разд.
9). Таким образом, к середине !950-х годов сложилась насущная потребносп, кардинального улучшения качества навигационного обеспечения различных потребителей. )б 2 1. СРНС первого поквлении Общепризнанно, что для США толчком к началу практических работ в области спутниковой радионавигации послужил успешный запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) (октябрь 1957 г.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
