Радионавигационные системы (РНС) 1
Общие принципы работы радионавигационных систем 1. Постоянная скорость распространения радиоволн. Скорость радиоволн v в среде с коэффициентом преломления n определяется как v = c/n, где с – скорость света в вакууме с = 299 792, 5± 0, 1 км/с. Для стандартной атмосферы (Р = 760 мм, Т = 15°С, относительная влажность 70%) с = 299 696 км/с. 2. Распространение радиоволн происходит по кратчайшему расстоянию между точками излучения и приема электромагнитных колебаний. В реальных условиях радиоволны отклоняются от линии, соответствующей кратчайшему расстоянию – например, при отражении от ионосферы вследствие рефракции радиоволн и т. п. 2
Классификация радионавигационных систем Автономность Автономные РНС определяют навигационные параметры (р) с помощью только бортовой аппаратуры. Неавтономные РНС имеют в составе как бортовую, так и наземную аппаратуру. Вид определяемого навигационного параметра. Угломерные РНС – определяют угол в вертикальной или горизонтальной плоскости или угол в главной плоскости системы координат, связанной с самолетом. Дальномерные РНС определяют дальность (р = D) или удвоенную дальность до радионавигационной точки или земной поверхности. Разностнодальномерные РНС определяют разность расстояний (р = D 1 – D 2) от двух радионавигационных точек, в которых расположены передающие радиостанции. 3
Вид информативного параметра сигнала РНС Источником информации в РНС является электромагнитное поле (e) принимаемого сигнала e(t) = Emsin(wt + φ), где Em – амплитуда напряженности электрического поля; t – время; w – частота; φ – фазовый сдвиг. По виду информативного параметра сигнала различают амплитудные, частотные, временные и фазовые РНС. Амплитудные РНС – навигационный параметр определяется по изменению амплитуды сигнала. Частотные РНС – навигационный параметр определяется по результатам измерения частоты сигнала. Временные (импульсные) РНС – навигационный параметр определяется по результатам измерения времени запаздывания сигнала. Фазовые РНС – навигационный параметр определяется по результатам измерения фазового сдвига сигнала. 4
Назначение РНС Радиосистемы дальней навигации – определение местоположения самолета на расстояниях до тысяч километров от радионавигационных точек. Основаны на дальномерных и разностнодальномерных временных и фазовых измерениях. Радиосистемы ближней навигации – определение местоположения самолета на расстояниях до 400 километров от радионавигационных точек. Основаны на угломерных и дальномерных временных (угол и дальность) и фазовых измерениях (угол). Радиосистемы посадки – определение отклонений от заданной траектории посадки. Угломерные каналы системы основаны на амплитудных или временных измерениях. Радиовысотомеры – определение высоты самолета. Основаны на дальномерных частотных измерениях. Доплеровские измерители скорости и угла сноса – определение скорости самолета. Основаны на частотных измерениях. Спутниковые навигационные системы – определение местоположения самолета. Основаны на дальномерных измерениях. 5
Радиосистемы дальней навигации 6
Схемы измерений радиосистем дальней навигации Дальномерный принцип измерений – определение двух расстояний до объекта и построение линий положения (окружностей). Навигационный параметр: D = (x 2 + y 2)1/2 Разностно-дальномерный принцип измерений – определение двух разностей расстояний до объекта и построение соответствующих им линий положения (гипербол). Навигационный параметр: Dр = [(x + 0. 5 d)2+y 2)]1/2 – [(x – 0. 5 d)2+y 2)]1/2, где d – база. 7
Примеры радиосистем дальней навигации LORAN (long range navigation) – импульсная (LORAN-A) и импульсно-фазовая (LORAN-С) разностно-дальномерные система (гиперболическая). Создается цепочками наземных станций (сейчас в эксплуатации 26 цепочек, каждая из которых содержит от 3 -х до 5 ти станций). OMEGA – фазовая разностно-дальномерная система. Создается сетью из восьми наземных станций, размещенных в различных точках Земли. «ЧАЙКА» – импульсно-фазовая разностно-дальномерные система (4 цепи станций – Европейская, Восточная и две на Севере России). 8
Основные характеристики радиосистем дальней навигации Параметр LORAN-A LORAN-C OMEGA Дальность, км до 1500 до 2600 > 9000 Погрешность, 1. 85÷ 3. 7 0. 2÷ 0. 6 1. 85÷ 3. 7 1. 85÷ 1. 95 МГц 100 КГц 10÷ 14 КГц км Диапазон частот 9
Зона покрытия систем LORAN-С и «Чайка» 10
Расположение наземных станций и зона покрытия системы OMEGA 11
Основные причины погрешностей радиосистем дальней навигации 1. Помехи, поступающие на вход бортового приемника. Наибольшая погрешность связана с атмосферными помехами. 2. Отражение радиоволн систем дальней навигации от верхнего слоя ионосферы. Радиоволны распространяются не только вдоль поверхности Земли (поверхностная волна), но и отражаются от нижнего слоя ионосферы (пространственная волна). Интерференция поверхностной и пространственной радиоволн приводит к искажению принимаемых сигналов. 3. Непостоянство фазовой скорости распространения поверхностной волны. Изменение скорости связано с разной проводимостью и диэлектрической проницаемостью подстилающей поверхности. 12
Радиосистемы ближней навигации 13
Схема измерений радиосистемы ближней навигации Определение азимута – радиомаяк передает два сигнала, разность фаз которых является мерой азимута относительно направления на север. Определение дальности – измерение временного интервала между моментом формирования на самолете запросного сигнала дальности и моментом получения ответного сигнала дальности от наземного радиомаяка. Определение местоположения самолета – пересечение линии равных азимутов (прямая) и линии равных дальностей (окружность). Навигационные параметры: D = (x 2 + y 2)1/2 A = arctg(x/y) 14
Примеры радиосистем ближней навигации Отечественная система РСБН – определение местоположения самолета, привод самолета в заданную точку в пределах зоны действия системы, наземное наблюдение воздушной обстановки. VOR/DME (very high omnidirectional radio range/distance measuring equipment) – определение местоположения самолета, привод самолета в заданную точку в пределах зоны действия системы. Стандартное средство ближней навигации на зарубежных воздушных линиях. Азимутальный (VOR) и дальномерный (DME) радиомаяки используются и как самостоятельные средства навигации, образуя соответственно угломерные или дальномерные системы. TACAN (tactical air navigation system) – определение местоположения самолета, привод самолета в заданную точку в пределах зоны действия системы, наземное наблюдение воздушной обстановки. Разработана по заказу ВВС и ВМФ США. 15
Основные характеристики радиосистем ближней навигации Параметр РСБН Дальность, км TACAN до 400 Погрешность, А, град 0. 25 D, м 200+0. 003%D Диапазон частот, МГц Азимут Дальность запрос ответ VOR/DME 0. 5 185 873. 6 ÷ 935. 2 108 ÷ 118 960 ÷ 1215 772 ÷ 812. 8 939. 6 ÷ 1000. 5 1025 ÷ 1150 960 ÷ 1215 16
Основные причины погрешностей радиосистем ближней навигации 1. Помехи, поступающие на вход бортового приемника. Случайные погрешности, вызванные внешними помехами. 2. Погрешности, вызванные дестабилизирующими факторами. Отражения радиосигналов от местных объектов, попадающих одновременно с самолетом в пределы области диаграммы направленности азимутального канала. Изменение принимаемого сигнала при отражении от земной поверхности. 3. Аппаратурные погрешности измерителя времени. Наибольшее влияние оказывают на точность определения дальности. 17
Скачать презентацию Радионавигационные системы РНС 1 Общие принципы работы
Занятие 5.ppt