1.2. История развития РНС наземного базирования (1151900), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рис. 1.6. Дальномерные измерения на плоскости
Как следует из рис. 1.2.6, при n=2 измерения не являются однозначными, т.к. линии положения пересекаются в двух точках и для определения истинной позиции необходимо привлекать дополнительную информацию (см. выше). Неоднозначность имеет место также при фазовых измерениях, если дальность R превышает длину волны несущей, что обусловлено циклическим характером изменения фазы во времени.
Первые образцы дальномерных РНС использовали фазовые методы измерений, большой вклад в развитие которых внесли советские ученые. В частности Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси и Е.Я. Щеголев предложили и запатентовали способ определения расстояния между двумя пунктами основанный на измерении в точке наблюдения разности фаз сигналов, принимаемых от двух источников (ОРНТ) [ №№].
Такой способ был реализован в РНС «Декка» (Великобритания, 1944г.), предназначенной для судовождения на удалениях до 500 км. В частности, эта система использовалась для управления кораблями и судами, участвовавшими в боевой операции по высадке десанта союзных войск в Нормандии. РНС работала в диапазоне 70-130 кГц; для устранения неоднозначности фазовых измерений использовался многочастотный метод: передатчик каждой ОРНТ работал на собственной «литерной» несущей частоте, кратной «базисной» частоте, равной примерно 14,2 кГц.
Однако в полном смысле массовое применение РНС связано с созданием во время второй мировой войны в США импульсной разностно-дальномерной системы «Лоран» (LORAN — Long Range Aid to Navigation — навигационное оборудование дальнего радиуса действия).
Принцип действия разностно-дальномерной РНС состоит в измерении потребителем разности 
времени приема импульсных радиосигналов, излучаемых в синхронизированные моменты времени двумя или более ОРНТ (передающими станциями). Достоинство разностных методов состоит в том, что измеряемый РНП - - не зависит от начала отсчета шкал времени (ШВ) ОРНТ, поэтому не обязательна синхронизация ШВ ОРНТ и аппаратуры потребителя (АП), что существенно упрощает последнюю.
Определив НП – разность расстояний до двух ОРНТ 
=
, можно найти поверхность положения 
, имеющую вид гиперболоида вращения. Пересечение поверхности положения с поверхностью Земли представляет собой гиперболу 
= const, в фокусах которой расположены ОРНТ. Именно поэтому РНС этого класса часто называют гиперболическими.
Поскольку координаты передающих станций известны потребителю, для определения своего местоположения он должен измерить разность времени прихода сигнала от двух пар передающих станций, а затем найти точку пересечения соответствующих двух гипербол (рис. 1.7). Индикаторы разностно-дальномерных РНС обычно снабжаются шаблонами, на которых нанесены семейства гипербол, соответствующих различным значениям параметра для используемой комбинации («цепочки») станций [1,].
Рис.1.7. РНС «Лоран»:
а — схема построения; б — схема измерения
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 передающих станций: ведущей (master) и двух ведомых (secondary). Мощность излучения передатчиков составляла 200…2000 кВт. 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 позиционирования – 1...10 км. Для повышения точности использовался метод, основанный на приеме сигналов более чем двух пар станций и выборе гипербол, пересекающихся под углом, наиболее близким к прямому.
Дальнейшим развитием данного направления явилась импульсно-фазовая РНС (ИФРНС) «Loran-С». Ее основное отличие от системы «Loran-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 «Loran-С» при высоте подъема антенн около 200 м достигала 4000 км. До появления спутниковой радионавигации система Лоран являлась наиболее массовым средством радионавигации. В 1969 г. в СССР была введена в эксплуатацию Европейская цепь ИФРНС «Чайка», аналогичная «Loran-С» . Система была предназначена для определения координат самолетов и кораблей с погрешностью 50...100 м.
Основные технические характеристики РНС «Лоран С» и «Чайка»:
Мощность излучения, кВт 200…2000
Несущая частота, кГц 100
Режим работы импульсный
Точность позиционирования (2s), м 450
Покрытие зональное
В период массового использования разностно-дальномерных систем функционировало более 30 «цепочек» опорных станций. Размещение опорных станций «Лоран» и «Чайка» на поверхности Земли и зоны их действия иллюстрирует рис. 1.2.8.
Рис. 1.8. Зоны действия ИФРНС «Лоран» и «Чайка».
В 2010 году эксплуатация системы «Loran-C» прекращена. В 2011 году завершены работы по разработке комплексированных региональных дифференциальных подсистем на базе передающих станций импульсно-фазовой радионавигационной системы «Чайка» и аппаратуры системы ГЛОНАСС на базе передающих станций Северо-Кавказской, Северной и Восточной цепей. Это направление предполагает, в частности, использование технических решений проекта Eurofix (Еврофикс) по созданию региональных спутниковых дифференциальных подсистем ГЛОНАСС/GPS на основе использования передающих станций ИФРНС «Loran-С» в качестве средств передачи дифференциальных поправок и информации контроля целостности спутниковых радионавигационных систем (подробнее см. раздел 8.2).
Наряду с импульсно-дальномерными системами в послевоенные годы продолжали развиваться фазовые дальномерные системы, В частности, в конце 60-х годов ХХ в. в США была разработана глобальная система «Омега», работающая в сверхдлинноволновом диапазоне. Синхронизация всех передающих станций этой системы осуществлялась от единого эталона всемирного времени, что повысило точность измерений. В состав системы «Омега» вошли восемь станций, расположенных в США, Японии, Норвегии, Аргентине, Либерии, на Гавайских островах и о. Реюньон (см. рис. 1.9). Высота мачт антенных систем этих станций достигает 350…400 м, что обеспечивает дальность действия системы до 10 тыс. км.
Рис. 1.9. Расположение передающих станций «РСДН» и «Омега»
В это же время в СССР была введена в строй аналогичная фазовая РНС дальнего действия РСДН-20 («Альфа») (3 передатчика системы РСДН расположены в районе Новосибирска, Краснодара, Комсомольска на Амуре) (см. рис. 1.2.9). Эти передатчики излучают последовательности сигналов длительностью 3,6 с. на несущих частотах 11,905 кГц, 12,649 кГц и 14,881 кГц. Радиоволны на этих частотах отражаются от самых нижних слоев ионосферы и поэтому в меньшей степени подвержены затуханию в ионосфере (ослабление 3 дБ на 1000 км), однако фаза волны очень чувствительна к высоте отражения. Поэтому погрешность позиционирования достигает нескольких километров.
Основные технические характеристики РНС «РСДН» и «Омега»:
Мощность излучения, кВт 500
Несущая частота, кГц 10,2…13,6
Точность позиционирования (2s), км 3,6…7,2
Одновременно была введены в эксплуатацию система высокой точности (РСВТ) с дальностью действия в пределах 1000 км, предназначенная для обеспечения судовождения в арктических районах СССР.
В описанных системах реализован разностно-дальномерный метод местоопределения, но измерения задержки производятся не по огибающей импульса, а по фазе несущей.
Вплоть до конца 1960-х годов действовавшие РНС наземного базирования в целом удовлетворяли требованиям, предъявлявшимся в то время к качеству навигационного обеспечения подвижных объектов, прежде всего – надводных и воздушных судов. Однако по мере развития техники, все более существенными становился ряд недостатков этих РНС, обусловленных именно наземным расположением ОРНТ.
Во-первых, любая РНС наземного базирования оставалась локальной, поскольку некоторые области Мирового океана не «покрывались» даже самыми мощными передатчиками РНС «Лоран-С» и «Омега». При этом вблизи точек базирования этих передатчиков мощность их излучения представляла реальную опасность для людей и окружающей среды.
Во-вторых, с ростом интенсивности воздушного движения все большую актуальность приобретала проблема точного определения третьей координаты воздушных судов – высоты над средним уровнем моря (абсолютной высоты), которая необходима диспетчерам для назначения безопасного эшелона, особенно при полетах на пересекающихся курсах. Использовать для решения этой проблемы бортовые радиовысотомеры нельзя, т.к. они определяют высоту относительно поверхности, находящейся в данный момент под воздушным судном, т. е. их показания зависят от рельефа местности. Как следствие, для двух воздушных судов, фактически летящих на одной абсолютной высоте, значения текущей высоты, измеренной бортовыми радиовысотомерами, могут значительно отличаться, вводя экипаж и диспетчеров в опасное заблуждение
Традиционно для определения абсолютной высоты на воздушных судах используются барометрические датчики, однако их показания сильно зависят от погодных условий, поэтому при больших дальностях полета, когда метеоусловия на трассе существенно отличаются от условий, в которых проводилась предполетная калибровка, точность их измерений часто оказывается недопустимо низкой.
Точное измерения абсолютной высоты с помощью наземных РНС возможно только при условии, что расстояние между объектом и ОРНТ сравнимо с высотой полета, т.е. в локальной зоне, например, в районе аэропортов. Для расширения зоны точного определения абсолютной высоты с помощью РНС необходимо чтобы хотя бы одна ОРНТ располагалась над объектом (подробнее о влиянии на точность НВО так называемого геометрического фактора см. раздел №№).
Таким образом, к концу 60-х годов 20в. возникла настоятельная необходимость кардинальных изменений, которые позволили бы устранить перечисленные и другие недостатки РНС наземного базирования и вывести качество радионавигационного обеспечения на принципиально иной уровень. Поставленная цель была достигнута благодаря созданию спутниковых радионавигационных систем (СРНС). Научно-техническим фундаментом при их разработке стали принципы навигационных измерений, статистические методы обработки сигналов и другие решения, разработанные в ходе создания РНС наземного базирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
