1.2. История развития РНС наземного базирования (1151900)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1.2. История развития радионавигационных систем наземного базирования

1.2.1 Угломерные методы радионавигации

Все методы радионавигационных измерений базируются на постулате, согласно которому в свободном пространстве электромагнитные волны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. (На практике, при распространении радиоволн в атмосфере Земли, этот постулат нарушается, поскольку групповая и фазовая скорость радиоволн зависит от параметров атмосферы; соответственно возникают погрешности измерений, см. раздел №№)

Принципиальная возможность использования радиосигналов для целей навигации 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 путем пеленгации источника радиоизлучения с помощью направленной антенны. Поэтому первыми, нашедшими практическое применение в радионавигации, были угломерные методы позиционирования, использующие направленное излучение и прием сигналов.

В современной терминологии к угломерным относятся РНС, которые обеспечивают определение направлений (линий визирования) «ОРНТ – потребитель» или «потребитель – ОРНТ». В зависимости от конкретных особенностей построения и принципов измерения различают радиопеленгаторные, радиомаячные, курсоглиссадные системы радиокомпасы, и другие [2,3,4].

В радиопеленгаторной системе антенна приемника потребителя П (пеленгатора) является направленной, а ОРНТ (радиомаяк — РМ) имеет ненаправленную антенну (рис. 1.1). В простейшем случае пеленгация может осуществляться по максимальному сигналу, принятому рамочной или дипольной антенной. В настоящее время чаще используют сканирующие или многоэлементные антенны, позволяющие реализовать более точные методы (равносигнальной зоны, пеленгации по минимуму сигнала и т.п.).

Рис.1.1. Радиопеленгаторный метод позиционирования

Если для простоты предположить, что пеленгатор и РМ расположены в одной плоскости, то направление на РМ характеризуется углом пеленга Необходимо также иметь в виду, что при дальностях, превышающих длину волны несущей, фазовые измерения становятся неоднозначными, что обусловлено циклическим характером изменения фазы во времени.

Если пеленг отсчитывается от географического меридиана (направления север-юг), то угол называют азимутом, или истинным пеленгом. Очевидно, что линией положения в данном случае является луч, совпадающий с электрической осью диаграммы направленности антенны (ДНА) пеленгатора и образующий угол с направлением меридиана. На практике, при расположении пеленгатора и РМ на земной поверхности, линией положения будет дуга большого круга, проходящего через точки их расположения — ортодромия. В трехмерном пространстве поверхность положения представляет собой плоскость, проходящую через центр Земли и содержащую линию положения.

В отличие от пеленгаторных, в радиомаячных системах направленной является антенна ОРНТ, потребитель использует ненаправленную антенну (см. рис.1.2).

Рис. 1.2. Радиомаячный метод измерения обратного пеленга

Обычно антенна РМ вращается (сканирует) с постоянной скоростью, известной потребителю. В момент совпадения оси ДНА РМ с нулевым (например, северным) направлением дополнительная ненаправленная антенна РМ излучает специальный короткий «нулевой» сигнал, принимаемый пеленгатором и определяющий начало отсчета углов. Фиксируя одним из рассмотренных выше способов момент совпадения оси ДНА с направлением на пеленгатор П, можно вычислить обратный пеленг – угол между линией визирования ОРНТ и нулевым направлением, проходящим через точку нахождения РМ. Очевидно, что этот угол, пропорциональный интервалу времени между временем приема нулевого и максимального сигналов, определяет линию положения (см. выше).

Местоположение потребителя радиопеленгаторным и радиомаячным способом определяется как точка пересечения двух линий положения, соответствующих пеленгам двух РМ, причем прямая, соединяющая их, не должна проходить через потребителя (рис. 1.2).

Рис.1.3. Принцип определения местоположения потребителя

Дальнейшим развитием радиомаячных систем являются РНС с активным ответом, позволяющие измерить не только угол визирования РМ, но и дальность до него, и таким образом определить свое местоположение по сигналу единственного РМ [№№]. Однако точность измерения третьей координаты – высоты – в радиомаячных системах, как и в любых других РНС, ОРНТ которых расположены на земной поверхности, оказывается недопустимо низкой из-за влияния так называемого геометрического фактора (см. раздел №№). Поэтому трехмерное местоопределение в таких РНС возможно только за счет привлечения информации от дополнительных источников, например, от барометрического или радио высотомера.

Типичным примером РНС, в которой реализованы вышеописанные методы, может служить российская система ближней навигации (РСБН) или ее зарубежный аналог VOR/DME.

Система содержит два канала:

• канал измерения азимута – всенаправленный азимутальный радиомаяк (англ. «VOR » – VHF Omni-directional Radio Range);

• канал измерения задержки - всенаправленный дальномерный радиомаяк (англ. «DME» – Distance Measuring Equipment)

Азимутальный радиомаяк – VOR, использующий вращающуюся с постоянной скоростью направленную антенну, обеспечивает потребителю возможность определения обратного пеленга (см. выше).

Дальномерный радиомаяк – DME, работает по принципу измерения интервала времени между излучением маяком запросного сигнала и приемом ответного сигнала, сформированного бортовым ответчиком.

Система работает в УКВ диапазоне (108 – 117 МГц).

Курсоглиссадная система – КГС, (англ. Instrument Landing System – ILS)) представляет собой аэронавигационный комплекс, обеспечивающий точный заход воздушного судна на посадку. Система состоит из двух радиомаяков: курсового и глиссадного.

Курсовой радиомаяк задает воздушному судну направление движения в горизонтальной плоскости, совпадающее с осевой линией взлетно-посадочной полосы (ВПП). Антенная система маяка представляет собой многоэлементную фазированную решётку дециметрового диапазона, размещенную за пределами ВПП на продолжении её осевой линии. Эта антенная система в простейшем случае формирует в пространстве два узких противофазных лепестка по левую и правую сторону от осевой линии, при этом в одном лепестке несущая модулирована по амплитуде синусоидой частоты 90 Гц, а в другом – частоты 150 Гц. При сложении этих сигналов в пространстве возникает амплитудная модуляция суммарного сигнала, причем глубина этой модуляции зависит от величины углового отклонения приемника от равносигнальной линии, совпадающей с осью ВПП, а фаза огибающей зависит от направления отклонения. Таким образом, измеряемыми радионавигационными параметрами в данном случае являются глубина модуляции и фаза суммарного сигнала (см. рис. 1.4).

Рис.1.4. Принцип работы курсового радиомаяка

Глиссадный радиомаяк обеспечивает движение воздушного судна вдоль глиссады – заданной траектории снижения самолета до момента касания ВПП. Антенная система глиссадного радиомаяка представляет собой в простейшем случае решётку из двух разнесенных по высоте направленных антенн, формирующих в вертикальной плоскости двухлепестковую ДН. Принцип измерения отклонения не отличается от описанного выше.

Радиокомпасом называют автоматический радиопеленгатор, позволяющий определять направление на РМ, а также на радиовещательные станции. Радиокомпасы обычно оборудуются двумя антеннами: ненаправленной – штыревой, и направленной – рамочной. Пеленгация осуществляется по минимуму сигнала, принятого рамочной антенной, причем для более точной фиксации этого минимума используется дополнительная фазовая модуляция принимаемого сигнала. Для контроля наличия сигнала в моменты достижения минимумов используется ненаправленная антенна. Существует два основных вида радиокомпасов: навигационные и поисковые. Первые, работающие в СВ диапазоне используются в аэронавигации при полете по маршруту и заходе на посадку. Вторые, работающие в УКВ диапазоне, предназначены для определения направления на радиомаяк или аварийную радиостанцию при поисково –спасательных работах.

На практике используются многочисленные модификации описанных выше угломерных методов [ ], однако в настоящее время эти методы в основном применяются в РНС, рабочая зона которых не превышает 50…100 км. Причина в том, что линейная погрешность позиционирования для этих методов быстро с увеличением дальности до потребителя.

Действительно, даже при допущении, что угловая погрешность пеленгации источника не зависит от дальности до него, соответствующая линейная погрешность возрастает пропорционально расстоянию (рис. 1.5).

На практике, при увеличении дальности угловая погрешность также возрастает вследствие снижения (пропорционально квадрату дальности) мощности сигнала. В итоге, при расстояниях порядка сотни километров и более, точность амплитудной пеленгации оказывается неприемлемо низкой.

Рис.1.5. Зависимость линейной ошибки угломерных измерений от дальности; РМ –радиомаяк.

Иллюстрацией сказанного может служить созданная в годы второй мировой войны радиомаячная система «Consol » (Великобритания), работающая в диапазоне частот 250…350 кГц. Ширина диаграммы направленности ее антенны составляет 10…15°, соответственно, угловая погрешность измерений имеет порядок 1…2°, что на дальности 100 км соответствует линейной погрешности позиционирования порядка 1,5…3 км [№№] .

1.2.2. Дальномерные методы радионавигации

С учетом отмеченных выше ограничений, присущих угломерным методам НВО, в 1930-е годы были начаты разработки дальномерных методов, погрешность позиционирования которых при увеличении дальности от ОРНТ до П возрастает существенно медленнее, чем для угломерных.

Искомым НП в дальномерных методах является расстояние от ОРНТ до потребителя R, а измеряемым РНП является интервал времени , за которое радиосигнал преодолевает это расстояние. Время (задержка) может определяться как путем измерения временного положения максимума огибающей принятого импульсного сигнала, так и путем измерения фазы несущей, а также по результатам совместной обработки измерений по огибающей и фазе.

Линии положения при дальномерных измерениях на плоскости представляют собой окружности радиусов ; ; , где i – текущий индекс используемой ОРНТ, n – общее число таких ОРНТ (не менее двух) (рис.1.6). Обязательным условием проведения дальномерных измерений является синхронная работа расположенных на ОРНТ опорных генераторов (ОГ), с помощью которых формируется начало отсчета времени или фазы несущей.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций