Виды навигационных систем

 

С помощью радиокомпасной угломерной системы измеряется курсовой угол радиостанции (КУР) - угол в горизонтальной плоскости между продольной осью ЛА и ортодромическим направлением на передающую радиостанцию. КУР отсчитывается от продольной оси ЛА по ходу часовой стрелки от 0⁰ до 360⁰

 

Определение радионавигационных элементов с помощью АРК

 

В общем случае КУР измеряется с помощью АРК с некоторой  ошибкой, называемой радиодевиацией (DР). Она возникает из-за воздействия на рамочную антенну вторичного электромагнитного поля ЛА. Радиодевиация определяется углом между измереннным и действительным направлением на радиостанцию:

КУР = ОРК + (+ ∆Р),

Где ОРК - отсчет радиокомпаса (измеренное направление на радиостанцию).

 

Среднеквадратическая ошибка измерения КУР с помощью АРК sкур составляет 1.5⁰ - 2⁰. Зная курс полета ЛА и КУР, можно определить пеленг радиостанции и пеленг ЛА.

Пеленг радиостанции (ПР) - угол между северным направлением меридиана, проходящего через ЛА, и ортодромическим направлением на радиостанцию:

ПР = К + КУР

Пеленг радиостанции отсчитывается  от северного направления меридиана  по ходу часовой стрелки от 0⁰ до 360⁰. В зависимости от того, какой меридиан принят за начало отсчета курса, пеленги радиостанции могут быть магнитными (МПР), истинными (ИПР) и условными (УПР)

Пеленг ЛА (ПЛА) - угол, заключенный между северным направлением меридиана, проходящего через радиостанцию, и ортодромическим направлением на ЛА. 

ПЛА = К + КУР + 180⁰.

Пеленг ЛА отсчитывается  от северного направления меридиана, проходящего через радиостанцию, по ходу часовой стрелки от 0⁰ до 360⁰. На борту ЛА КУР, ПР и ПЛА определяются на указателях курсовых углов, совмещенных указателях курсовых систем и навигационных пилотажных приборах. Точность определения пеленгов зависит от точности измерения КУР и курса и характеризуется среднеквадратической ошибкой ∆п = 2.5⁰ - 3⁰.

Дальность действий радиокомпасной системы зависит от мощности пеленгуемой  радиостанции и высоты полета ЛА. Для  приводных радиостанций эта дальность  составляет 100 - 200 км, для радиовещательных станций - 600 - 1200 км, для ультракоротковолновых передающих радиостанций - 50 - 80 км.

Радиокомпасная угломерная система позволяет решать следующие  задачи навигации: определение линии  положения и места ЛА; контроль пути по дальности и по направлению; определение навигационных элементов  полета; вывод ЛА в заданную точку  полетом на или от РНТ; построение маневра для захода на посадку; решение  задач межсамолетной навигации (сбор и роспуск групп ЛА в воздухе, встреча ЛА, выдерживание места в  боевом порядке).

 

Радиопеленгаторные:

Радиопеленгаторная угломерная система состоит из наземного  радиопеленгатора и радиостанции ЛА.

Среднеквадратическая ошибка определения пеленга (sп) с помощью ультракоротковолнового радиопеленгатора - 2⁰ - 3⁰.

Коротковолновые радиопеленгаторы в настоящее время сведены  в системы дальней радиопеленгации (СДРП). Один из радиопеленгаторных пунктов  в этой системе является командным.

Запрос пеленга ультракоротковолнового пеленгатора производится только в  телефонном режиме кодовой фразой "Прибой", по которой на борт ЛА сообщается МПР (магнитный пеленг радиостанции). "Прибой" практически равен магнитному курсу  для полета на радиопеленгатор, так  как в зоне его действия угол схождения  магнитных меридианов ЛА и радиопеленгатора (кроме полярных районов) мал. При  потере ориентировки на частоте работы УКВ - радиопеленгаторов подается кодовая  фраза "Полюс". На борт ЛА при этом вне очереди передается "Прибой".

Радиопеленгаторная угломерная система позволяет решать следующие  задачи: контроль пути по дальности  и направлению; определение навигационных  элементов полета; вывод ЛА в заданную точку полетом на радиопеленгатор  или от него; построение маневра  для захода на посадку; контроль за выполнением полетов ЛА с земли.

 

Радиомаячные  угломерные системы:

Радиомаячная угломерная система состоит из наземного  радиомаяка и радиоприемного устройства ЛА. Принимая сигналы радиомаяка на ЛА, можно определить линию положения  и место ЛА.  Наземным маяком этой системы является веерный радиомаяк  типа ВРМ-5.

Дальность действия радиомаячной системы составляет 1200 - 2500 км.

Для определения линии  положения и места ЛА с помощью  ВРМ-5 используются специальные радионавигационные карты масштаба 1 : 2000000. Цикл работы радиомаяка ВРМ-5 составляет 1 мин: пауза - 5с, передача позывных маяка - 10с, передача длинного тире - 10с, пауза - 5с, передача сигналов пеленга (тире или точки) - 30с.

 

Цикл работы радиомаяка ВРМ-5

Пеленгование ВРМ-5 заключается  в подсчете сигналов, прослушивающихся до и после прохода равносигнальной  зоны через ЛА в секторе, где находится  ЛА. Так как в цикле работы всего 60 знаков, количество знаков, определяющих пеленг ЛА, вычисляется по соотношению:

n = n1 + (60 - (n1 + n2)) / 2,

где n1 - количество тире (точек) в начале цикла работы до пропадания сигналов (до прохода равносигнальной  зоны через ЛА); n2 - количество тире (точек) в конце цикла работы после  прохода равносигнальной зоны через  ЛА.

Среднеквадратическая ошибка определения пеленга ЛА (sп) равна 0.1⁰ - 0.3⁰ днем и 0.5⁰ - 1⁰ ночью. Подсчет сигналов радиомаяка может производиться штурманом или радистом на слух, а также штурманом визуально по стрелке индикатора настройки АРК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Радиодальномеры

 

Радиодальномер - устройство для измерения расстояний по скорости и времени прохождения радиоволн вдоль измеряемой линии и обратно после их отражения от конечной точки этой линии. Различают радиодальномеры с пассивным и активным отражением, а по виду излучаемых радиосигналов - с импульсным и непрерывным излучением.

В радиодальномерах с пассивным  отражением на вход приёмника попадают два сигнала - прямой, непосредственно  с радиопередатчика, и запаздывающий (относительно прямого), после отражения  его от объекта, расстояние до которого определяется. В импульсных радиодальномерах, где излучаемый сигнал представляет собой короткие радиоимпульсы, индикатор  измеряет запаздывание t отражённого  импульса относительно прямого; измеряемое таким радиодальномером расстояние:

где v- скорость распространения радиоволн.

В радиодальномерах с непрерывным  излучением используются радиосигналы с периодически изменяющейся частотой, индикатор измеряет разность частот Ω между прямыми и отражёнными  колебаниями; измеряемое расстояние

,

где Т - период модулирующих колебаний, Δ f - диапазон частот модуляции.

В радиодальномерах с активным отражением применяются две станции - ведущая и ведомая, располагаемые  на концах измеряемой линии. Радиосигналы могут быть импульсные и непрерывные - на одной несущей частоте или  с модулированной несущей частотой и т.д. Радиосигналы, принимаемые  ведомой станцией, преобразуются  и ретранслируются. При использовании  непрерывных колебаний измерение  расстояний производится фазовым методом. Если сигнал выбран с одной несущей  частотой f, то для определения расстояния волны, принятые ведомой станцией с  одной частотой колебаний, можно  трансформировать в волны с другой частотой колебаний, жестко связанной  с частотой исходных колебаний (например, в отношении 2/3, 3/2 и т.д.), и их излучать. Для определения расстояния при  этом необходимо индикатором на ведущей  станции измерить разность фаз излучаемых и принимаемых волн после обратной трансформации их частоты; измеряемое расстояние будет равно

Наибольшая точность измерения  расстояний (около 3× 10^-6 от измеряемого расстояния) достигнута в фазовых радиодальномерах, использующих модулированные радиосигналы в УКВ диапазоне радиоволн с измерением расстояния по сдвигу фаз модулирующих колебаний. Ведущая и ведомая станции в них излучают волны с модулированными по частоте или амплитуде колебаниями с несущей частотой соответственно fA и fB, причём fA - fB = fпр, где fпр - промежуточная частота в приёмниках станций. Разность частот модулирующих колебаний обеих станций fA - fB = Δ f выбирают низкой (порядка 1000 гц).

Приёмники станций не имеют  отдельных гетеродинов, а для  преобразования в смесителе несущей  частоты в промежуточную используются колебания, наводимые с собственного радиопередатчика. На выходе усилителя  промежуточной частоты приёмников получают колебания промежуточной  частоты, модулированные по амплитуде  синусоидальными колебаниями низкой частоты Δ F. На ведомой станции после детектирования эти колебания преобразуются в импульсы или в модулированные ими колебания поднесущей частоты и затем полученным сигналом дополнительно модулируют радиопередатчик. На выходе приёмника ведущей станции в результате образуются два низкочастотных сигнала, разность фаз между которыми измеряется индикатором; измеряемое расстояние

Где λa - длина волны модулирующих колебаний ведущей станции. Для получения высокой точности измерения выбирают λa << D, и поэтому возникает неоднозначность в измерениях, которую разрешают использованием нескольких модулирующих колебаний на различных частотах. Радиодальномер с активным отражением применяют в навигации, геодезии, в военном деле.

6. Разностно-дальномерные системы.

 

Разностно-дальномерные системы  предназначены для определения  линий положения и места самолета. Основными их преимуществами являются большая дальность действия, высокая  точность определения места ЛА, возможность  применения на любых высотах полета, высокая степень автоматизации  бортового оборудования. Разностно-дальномерные системы состоят из наземного  оборудования и бортовой аппаратуры. Наземное, оборудование разностно-дальномерных систем включает несколько (не менее трех) передающих станций, объединенных в одну группу. Наземные станции разнесены между собой на расстояния, называемые базами. В каждой группе одна станция является ведущей, остальные-ведомыми.

К принципу действия разностно-дальномерной системы

 

Наземные станции в  определенной последовательности излучают сигналы. На ЛА эти сигналы принимаются  специальной аппаратурой, автоматически  измеряются временные разности прихода  сигналов от наземных станций, по ним  рассчитываются разности расстояний от самолета до ведущей и ведомых  станций. Разность расстояний до пары станций является навигационным  параметром линии положения ЛА, которая  на земной поверхности имеет форму  гиперболы, поэтому разностно-дальномерные системы иногда называются гиперболическими.

Измерение двух разностей  расстояний до трех станций - ведущей  и двух ведомых - обеспечивает одновременно определение Двух линий положения  и, следовательно, места ЛА.

Работа наземных станций  одной группы синхронизируется так, что каждая из ведомых станций  излучает сигналы через строго определенные промежутки времени относительно сигналов ведущей станции. В принципе синхронизация  достигается при одновременном  излучении сигналов всеми станциями, но такой метод трудно реализовать  технически, так как не обеспечиваются однозначное определение линий  положения и распознавание сигналов каждой ведомой станции без дополнительной их маркировки. Чтобы. избежать этих недостатков, в разностно-дальномерных системах в качестве синхронизирующего используется сигнал ведущей станции, а на ведомых  станциях вводятся дополнительные временные  задержки, обеспечивающие однозначное  взаимное расположение сигналов на шкале  времени (последовательность прихода  сигналов в точку приема).

В зависимости от характера  излучаемых сигналов и способа измерения  временных разностей различают  импульсно-фазовые радионавигационные системы ( ИФ РНС) и фазовые радионавигационные системы ( ФРНС).

Рассмотрим временные  соотношения, которые характеризуют  работу ИФРНС (рис выше.). Ведущая  станция А излучает сигнал, который  принимается на борту ЛА в точке  М через время, равное:

t_A = Д_АМ / c ,

где ДАМ - расстояние от ведомой  станции до ЛА, с - скорость распространения  радиоволн.

На ведомой станции  Б сигнал станции А принимается  через время tб. Б, равное времени  распространения сигнала вдоль  базы АБ:

t_б.Б = Д_АБ / c

Ведомая станция Б излучает собственный сигнал относительно ведущей  станции через время задержки (суммарной задержки), равное

t_з.Б = t_б.Б + t_п.Б ,

 

где t_п.Б- постоянная (кодовая) временная задержка станции Б.

Задержка tп.Б исключает  неоднозначность определения линии  положения, возникающую при одновременном  излучении сигналов ведущей и  ведомой станциями, когда одной  и той же временной разности соответствуют  две линии положения.

Задержка tп.Б вводится для  обеспечения необходимой последовательности прихода сигналов ведомых станций  на ЛА во всей рабочей области системы (для опознавания на борту ЛА ведомых  станций), а также для исключения одновременного прихода сигналов на ЛА от нескольких наземных станций. Изменение  постоянной задержки ведомых станций  обеспечивает также изменение режима работы системы (кодирование).

Сигнал, излученный ведомой  станцией Б, принимается на ЛА через  время

t_Б =  t_б.Б + t_п.Б + Д_БМ / с ,

где ДБМ - расстояние от ведомой  станции до ЛА. Бортовой аппаратурой  определяется разность времени прихода  сигналов от ведущей н ведомой  станций: