1.2. История развития РНС наземного базирования (1151902), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Дальномерные методы радионавигацииС учетом отмеченных выше ограничений, присущих угломернымметодам НВО, в 1930-е годы были начаты разработки дальномерных методов,погрешность позиционирования которых при увеличении дальности от ОРНТдо П возрастает существенно медленнее, чем для угломерных.Искомым НП в дальномерных методах является расстояние от ОРНТ допотребителя R, а измеряемым РНП является интервал времени  , за котороерадиосигнал преодолевает это расстояние.

Время (задержка)  можетопределяться как путем измерения временного положения максимумаогибающей принятого импульсного сигнала, так и путем измерения фазынесущей, а также по результатам совместной обработки измерений поогибающей и фазе.Линии положения при дальномерных измерениях на плоскостипредставляют собой окружности радиусовR1  c1 ;Ri  ci ; Rn  cn ,где i –текущий индекс используемой ОРНТ, n – общее число таких ОРНТ (не менеедвух) (рис.1.6). Обязательным условием проведения дальномерных измеренийявляется синхронная работа расположенных на ОРНТ опорных генераторов(ОГ), с помощью которых формируется начало отсчета времени или фазынесущей.Рис. 1.6.

Дальномерные измерения на плоскостиКакследует изрис.1.2.6, при n=2измерениянеявляютсяоднозначными, т.к. линии положения пересекаются в двух точках и дляопределения истинной позиции необходимо привлекать дополнительнуюинформацию (см. выше). Неоднозначность имеет место также при фазовыхизмерениях, если дальность R превышает длину волны несущей, чтообусловлено циклическим характером изменения фазы во времени.Первые образцы дальномерных РНС использовали фазовые методыизмерений, большой вклад в развитие которых внесли советские ученые.

Вчастности Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси и Е.Я. Щеголев предложили изапатентовали способ определения расстояния между двумя пунктамиоснованный 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, этасистема использовалась для управления кораблями и судами, участвовавшимив боевой операции по высадке десанта союзных войск в Нормандии.

РНСработала в диапазоне 70-130 кГц; для устранения неоднозначности фазовыхизмерений использовался многочастотный метод: передатчик каждой ОРНТработал на собственной «литерной» несущей частоте, кратной «базисной»частоте, равной примерно 14,2 кГц.Однако в полном смысле массовое применение РНС связано с созданиемво время второй мировой войны в США импульсной разностно-дальномернойсистемы «Лоран» (LORAN — Long Range Aid to Navigation — навигационноеоборудование дальнего радиуса действия).Принцип действия разностно-дальномерной РНС состоит в измерениипотребителем 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 аппаратурыпотребителя (АП), что существенно упрощает последнюю.Определив НП – разность расстояний до двух ОРНТможно найти поверхность положенияR  const ,R  R1  R2 = c,имеющую вид гиперболоидавращения.

Пересечение поверхности положения с поверхностью Землипредставляет собой гиперболуR= const, в фокусах которой расположеныОРНТ. Именно поэтому РНС этого класса часто называют гиперболическими.Поскольку координаты передающих станций известны потребителю, дляопределения своего местоположения он должен измерить разность времениприхода сигнала от двух пар передающих станций, а затем найти точкупересечения соответствующих двух гипербол (рис.

1.7). Индикаторы разностнодальномерных РНС обычно снабжаются шаблонами, на которых нанесенысемейства гипербол, соответствующих различным значениям параметрадляиспользуемой комбинации («цепочки») станций [1,].Рис.1.7. РНС «Лоран»:а — схема построения; б — схема измеренияСистема «Лоран» имела две основные модификации: «Лоран-А» и«Лоран-С».

Появившаяся первой, система «Лоран-А» использовала дляизмерения временных интервалов огибающую принятых импульсных сигналов.Цепочка станций «Лоран-А» обычно состояла из трех передающих станций:ведущей(master)идвухведомых(secondary).Мощностьизлученияпередатчиков составляла 200…2000 кВт. Принцип синхронизации системыпредусматривал, что ведомые станции излучали сигналы в момент поступлениянанихимпульсаведущейстанции.Такимспособомустраняласьнеоднозначность измерений, связанная с тем, что в общем случае гиперболымогут иметь несколько точек пересечения.

Станции располагались нарасстоянии нескольких сотен километров и использовали пять фиксированныхчастотных каналов в диапазоне средних волн 154...172 м. Дальность действиясистемы «Лоран-А» в зависимости от времени суток составляла 1000...2500 км,а погрешность позиционирования – 1...10 км. Для повышения точностииспользовался метод, основанный на приеме сигналов более чем двух парстанций и выборе гипербол, пересекающихся под углом, наиболее близким кпрямому.Дальнейшим развитием данного направления явилась импульсно-фазоваяРНС (ИФРНС) «Loran-С».

Ее основное отличие от системы «Loran-А» состоит втом, что для измерения разности времени прихода сигналов в ней используетсяне только огибающая принятого импульсного сигнала, но и фаза колебаний егонесущей частоты (100 кГц). Учет фазовой информации позволил уменьшитьпогрешность местоопределения примерно до 100 м. Дальность действия «LoranС» при высоте подъема антенн около 200 м достигала 4000 км.

До появленияспутниковой радионавигации система Лоран являлась наиболее массовымсредством радионавигации. В 1969 г. в СССР была введена в эксплуатациюЕвропейская цепь ИФРНС «Чайка», аналогичная «Loran-С» . Система былапредназначенадляопределениякоординатсамолетовикораблейпогрешностью 50...100 м.Основные технические характеристики РНС «Лоран С» и «Чайка»:Мощность излучения, кВт ..................... 200…2000Несущая частота, кГц ............................. 100Режим работы .......................................... импульсныйТочность позиционирования (2), м .....

450Покрытие .................................................. зональноесВ период массового использования разностно-дальномерных системфункционировало более 30 «цепочек» опорных станций. Размещение опорныхстанций «Лоран» и «Чайка» на поверхности Земли и зоны их действияиллюстрирует рис. 1.2.8.Рис. Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..8. Зоны действия ИФРНС«Лоран» и «Чайка».В 2010 году эксплуатация системы «Loran-C» прекращена. В 2011 годузавершеныработыпоразработкекомплексированныхрегиональныхдифференциальных подсистем на базе передающих станций импульсно-фазовойрадионавигационной системы «Чайка» и аппаратуры системы ГЛОНАСС на базепередающих станций Северо-Кавказской, Северной и Восточной цепей.

Этонаправление предполагает, в частности, использование технических решенийпроектаEurofix(Еврофикс)посозданиюдифференциальных подсистем ГЛОНАСС/GPSпередающих станций ИФРНСрегиональныхна основеспутниковыхиспользования«Loran-С» в качестве средств передачидифференциальных поправок и информации контроля целостности спутниковыхрадионавигационных систем (подробнее см. раздел 8.2).Наряду с импульсно-дальномерными системами в послевоенные годыпродолжали развиваться фазовые дальномерные системы, В частности, вконце 60-х годов ХХ в. в США была разработана глобальная система «Омега»,работающаявсверхдлинноволновомдиапазоне.Синхронизациявсехпередающих станций этой системы осуществлялась от единого эталонавсемирного 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, чтообеспечивает 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 РНСдальнего действия РСДН-20 («Альфа») (3 передатчика системы РСДНрасположены в районе Новосибирска, Краснодара, Комсомольска на Амуре) (см.рис.1.2.9).Этипередатчикиизлучаютпоследовательностисигналовдлительностью 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 ипоэтому в меньшей степени подвержены затуханию в ионосфере (ослабление 3дБ 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 ..................... 500Несущая частота, кГц ............................. 10,2…13,6Точность позиционирования (2), км ... 3,6…7,2Одновременно была введены в эксплуатацию система высокой точности(РСВТ) с дальностью действия в пределах 1000 км, предназначенная дляобеспечения судовождения в арктических районах СССР.В описанных системах реализован разностно-дальномерный методместоопределения, но измерения задержки производятся не по огибающейимпульса, а по фазе несущей.Вплоть до конца 1960-х годов действовавшие РНС наземного базированияв целом удовлетворяли требованиям, предъявлявшимся в то время к качествунавигационного обеспечения подвижных объектов, прежде всего – надводных ивоздушных судов.

Однако по мере развития техники, все более существеннымистановился ряд недостатков этих РНС, обусловленных именно наземнымрасположением ОРНТ.Во-первых, любая РНС наземного базирования оставалась локальной,поскольку некоторые области Мирового океана не «покрывались» даже самымимощными передатчиками РНС «Лоран-С» и «Омега». При этом вблизи точекбазирования этих передатчиков мощность их излучения представляла реальнуюопасность для людей и окружающей среды.Во-вторых, с ростом интенсивности воздушного движения все большуюактуальность приобретала проблема точного определения третьей координатывоздушных судов – высоты над средним уровнем моря (абсолютной высоты),которая необходима диспетчерам для назначения безопасного эшелона,особенно при полетах на пересекающихся курсах. Использовать для решенияэтой проблемы бортовые радиовысотомеры нельзя, т.к.

Характеристики

Список файлов лекций