Полная версия

Главная arrow Техника arrow ВВЕДЕНИЕ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКУ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Радионавигация

Радионавигация - это совокупность операций по обеспечению вождения движущихся объектов (летательных аппаратов, судов и пр.), а также по наведению управляемых объектов с помощью радиотехнических средств. Как научно-техническая дисциплина, рассматривающая принципы построения радиотехнических средств и разрабатывающая методы их использования для обеспечения движения объектов по определённой траектории и вывода их в заданную точку в заданное время.

При решении основной задачи навигации - определения местоположения объектов и элементов их движения - в радионавигации используют как специальные радиотехнические средства, так и средства, применяемые в других областях техники, например в радиолокации, радиовещании.

Действие радионавигационных средств основано на использовании распространения радиоволн над поверхностью Земли по кратчайшему (ортодромическому) расстоянию между пунктами излучения и приёма с постоянной скоростью.

Радионавигация прошла длинный путь развития от первых наблюдений А. С. Попова до создания необходимых средств морской, воздушной и космической навигации, картографии и геодезической съёмки. Радионавигационные методы позволяют определять положение и скорость объектов наблюдения с отно-

- I о6 — 10"8

сительнои погрешностью до 1 и 1 1 .

Различают пассивные методы радионавигации, когда на подвижном объекте имеются лишь устройства, принимающие сигналы опорных наземных радиостанций, и активные, использующие радиолокацию. В практику вошли преимущественно пассивные и комбинированные радионавигационные системы.

194

Однако, например, посадка космических аппаратов на Луну и планеты Солнечной системы обеспечивается автономными активными системами, получающими с Земли лишь исходные команды.

Простейшим устройством навигации является радиокомпас. Первоначально направление определялось с его помощью вручную. Затем появился автоматический радиокомпас - самолётный радиопеленгатор для автоматической пеленгации наземных передающих радиостанций. Он состоял из радиоприёмника с двумя антеннами (направленной - рамочной и ненаправленной - штыревой) и индикаторного устройства. Автоматическая следящая система поворачивает рамку в положение минимума сигнала, совпадающее с направлением на пеленгуемую радиостанцию. Угол поворота рамки посредством электромеханической дистанционной передачи сообщается стрелочному индикатору, Для функционирования радиокомпасов строились радиомаяки - передающие радиостанции, установленные в известном месте на земной поверхности или на движущемся объекте (например, самолёте-заправщике), которые передавали специальные радиосигналы, параметры которых связаны с координатами радиомаяка.

В 30-40-х гг. XX в. радиокомпасами были оснащены практически все самолеты. В фильме «Воздушный извозчик» 1, который смотрели ваши бабушки и прабабушки, самолет возвращается домой по сигналу радиостанции, транслирующей из театра оперную арию.

В 40-60-х гг. XX в. создаются фазовые и импульснофазовые радионавигационные системы (РНС) (см. разделы 4.1 и 5.1). Принцип определения местоположения в таких системах основан на измерении разности расстояний от радиостанций с известными координатами. Кривые, у которых разность расстояний от каждой точки до фокусов остается постоянной, в математике известны как гиперболы. Поэтому РНС такого типа называют также гиперболическими РНС.

На рис 9.15 показана геометрия разностно-дальномерной навигационной системы. В фокусах системы гипербол расположены две радиостанции А и В. Четыре точки на рисунке соответствуют одному значению разности задержек сигнала.

1 Художественный фильм режиссёра Герберта Рапопорта, снятый в эвакуации, в Алма-Ате в 1943 году.

Геометрия разностно-дальномерной РНС

Рис. 9.15. Геометрия разностно-дальномерной РНС.

Если определить знак разности, то одна пара точек (2, 3 или 3, 4 на рис.9.15) исключается. Для окончательного устранения неоднозначности определения координат в навигационных системах используют как минимум три станции (см. рис.9.16).

Определение местоположения с помощью разностно-дальномерной РНС

Рис. 9.16. Определение местоположения с помощью разностно-дальномерной РНС

В РНС, разбросанных на огромной территории, используются сверхмощные передатчики мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт и большие антенны от 250 до 450 метров. Измеряя разность фаз трех радиостанций (взаимное запаздывание сигналов) с точно известными координатами, можно определить местоположение с точностью до нескольких сотен метров (см. рис.9.16).

Работа РНС требует синхронизации всех её передатчиков. Для этого одна из станции (ведущая -, например, А на рис. 9.16) оснащается квантовым стандартом частоты с относительной стабильностью частоты порядка 10"12 (см. раздел 8.2).

В настоящее время РНС LORAN-C (США) и «ЧАЙКА» (СССР/РФ) выступают как компоненты интегрированного радионавигационного поля. Совместное использование систем LORAN-C и «ЧАЙКА» открыло широкие возможности улучшения качества навигационного обеспечения не только в Европе и на Дальнем Востоке, но и в других регионах мира, где работают или могут быть установлены новые сети передающих станций LORAN-C/«4AflKA».

Запуск первого ИСЗ в 1957 г. открыл новую страницу в развитии методов навигации. Навигационные системы постепенно из региональных превратились в глобальные.

В 70-х годах XX в. на орбиту выведены спутники международной системы «КОСПАС/SARSAT»[1] [2] - космической системы обнаружения терпящих бедствие. Аварийный буй пеленгуется спутниками и по каналам связи информация передается в центры поисково-спасательных служб района бедствия.

В конце 70-х годов XX века в США и СССР развернулись работы по созданию спутниковых навигационных систем. По проекту 24 спутника, вращаясь на 3-х взаимно перпендикулярных орбитах в 20 тыс. км от Земли, должны обеспечивать навигацию в любой точки Земли, в любое время суток (система ГЛОНАСС - СССР и система GPS - США)“.

Передатчики излучают сигналы в диапазоне единиц ГГц, что позволяет создавать миниатюрные, а, следовательно, недорогие приборы, обеспечивающих точность определения координат в единицы метров и даже доли метра. Для обеспечения такой точности на спутниках этих систем размещаются высокостабильные квантовые стандарты частоты и времени, которые корректируются с Земли по сигналам государственного эталона частоты и времени (см. раздел 8.2).

В мире существует четыре проекта глобальных радионавигационных спутниковых систем: американский GPS (24 спутника, запущены в 1989-1994 гг.), российский ГЛОНАСС (24 спутника) и два развертываемых - европейский «Galileo» (30 спутников, ввод всей группировки ожидается в 2020 г.) и китайский «Compass» (35 спутников, ввод в строй в полном объеме планируется на 2020 г.).

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. Система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников 24 сентября 1993 году. В 1995 г. в космическом сегменте системы уже было 24 спутника. Основное отличие системы ГЛОНАСС от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют синхронности с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Поэтому группировка спутников ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. В настоящее время для навигации используется объединенная система GPS/ГЛОНАСС. Элементы спутниковых навигационных систем показаны на рис. 9.17 и 9.18.

9.17. Спутник и схема орбит системы GPS:

а - спутник системы, б - орбиты спутников

9.18. Элементы системы «ГЛОНАСС»:

а - спутник системы, б - навигатор GPS/ГЛОНАСС

Однако ни одна из существующих систем не является универсальным навигационным средством. Каждая из систем GPS/ГЛОНАСС или LORAN-C/«4AilKA» обладает определенными преимуществами и недостатками. Отметим лишь, что по сравнению со спутниковыми РНС наземные импульсно-фазовые системы значительно экономичнее. Расчет затрат на одного потребителя в год показывает, что для РНС GPS и LORAN-C они отличаются более чем на порядок.

Объединение различных радионавигационных устройств в единые системы в принципе позволяет обеспечить выполнение всех основных задач навигации. В наиболее сложных условиях такие системы могут использоваться совместно с нерадиотехническими средствами, например с инерциальной (гироскопической) навигационной системой.

  • [1] КОСПАС-SARSAT - Космическая Система Поиска Аварийных Судов - SearchAnd Rescue Satellite-Aided Tracking
  • [2] Принцип действия спутниковой РНС не отличается от принципа действия наземной. Различие только в том, что в любой точке Земли в любой момент времени можно наблюдать как минимум три навигационных спутника, которые образуют систему подобную показанной на рис.9.16.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>