Виды навигационных систем

Так как величина tз.Б= tб.Б+ tп.Б  является постоянной и известной  для данной пары станций, исключение ее из полученной временной разности позволяет определить разность расстояний до наземных станций:

,

где

Аналогично определяется разность расстояний до другой пары наземных станций.

Постоянные задержки ведомых  станций tп.Б и tп.В устанавливаются  различными и существенно различающимися по величине, а базовые задержки tб.Б и tб.В зависят от базовых  расстояний.

В бортовой аппаратуре ИФРНС  определение временной разности прихода сигналов от наземных станций  производится в два приема: сначала  грубо-по огибающей радиоимпульсов, затем точно-по характерной точке  высокочастотного излучения в каждом импульсе (по фазе). Первое измерение  исключает многозначность, второе измерение  обеспечивает высокую точность.

В ФРНС наземные станции  излучают сигналы сравнительно длинными посылками. Разность расстояний от самолета до наземных станций определяется путем  измерения разности фаз принимаемых  сигналов:

.  

 Разность расстояний  до наземных станций определяется  по формуле:

,  где f - частота сигналов.

Таким образом, место ЛА по системе РСДН можно определять только в зоне поверхностного сигнала от каждой из трех выбранных наземных станций. Точность определения места  ЛА зависит от точности измерения  временных разностей и положения  ЛА относительно наземных станций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Обзорно-сравнительные навигационные комплексы.

 

Сущность обзорно-сравнительного метода навигации основана на сопоставлении изображения участка реальной местности в районе местоположения объекта с изображением местности этого же участка, заблаговременно записанном на каком либо хранителе информации. Обзорно-сравнительный метод навигации так же, как и позиционный, основан на определении своего местоположения относительно внешних ориентиров, но имеет ряд отличий.

Во-первых, обзорно-сравнительный  метод предполагает обзор участка местности, то есть наблюдение за всей совокупностью ориентиров одновременно.

Во-вторых, исходная совокупность ориентиров представляет собой практически  бесконечное число точек (в позиционном  методе достаточно трех ориентиров) и  имеет реальное сходство с поверхностью положения, которая в позиционном  методе строится только после измерения.

В-третьих, в обзорно-сравнительном  методе навигации широкое применение нашли навигационные поля на основе аномальных составляющих геофизических  полей, которые имеют случайный  характер и не поддаются аналитическому описанию, что обуславливает отсутствие прямых алгоритмов решения навигационной  задачи.

В-четвертых, по результатам  измерений в обзорно-сравнительном  методе не формируется геометрическое место точек возможного положения  и уравнение связей, которое можно  решать относительно координат местоположения, а формируется карта участка  реального местоположения объекта.

В-пятых, математический аппарат в обзорно-сравнительном  методе должен решать задачу сопоставления  двух изображений (эталонной карты  и участка реального местоположения объекта). В математике такая задача может быть решена корреляционным аппаратом  теории вероятностей, определяющим корреляцию – «взаимосвязь» двух или нескольких совокупностей данных.

Основным преимуществом  обзорно-сравнительного метода навигации  является потенциально большая точность решения навигационной задачи по сравнению с другими методами. Это обусловлено большим объемом  измеряемой и заблаговременно формируемой  навигационной информации, а также  высокоэффективным алгоритмом обработки  информации, который практически  инвариантен к помехам измерений. С другой стороны, названные особенности  обзорно-сравнительного метода характеризуют  его более сложными по сравнению  с позиционным. Кроме простоты у  позиционного метода есть и другое очень важное для функционирования навигационных систем преимущество. Позиционный метод обеспечивает решение навигационной задачи в  любой точке пространства, где  только доступна соответствующая измерительная  информация, не зависимо от того функционировала  до этого момента навигационная  аппаратура или нет.

Общим недостатком и позиционного и обзорно-сравнительного методов  навигации является их зависимость  от внешней информации, доступность  к которой может быть ограничена из-за естественных и искусственных  помех. Данный недостаток отсутствует  в методе счисления пути.

 

Классификация обзорно-сравнительных  систем навигации

Обзорно-сравнительные системы  навигации классифицируются по следующим  признакам:

1) в зависимости от  физической природы воспринимаемых  сигналов –оптические, инфракрасные, радиационные, радиотехнические;

2) в зависимости от  степени активности измерителя  – пассивные (использующие прямые  сигналы ориентиров) и активные (получающие  изображения поверхности Земли  и ориентиров путем их облучения  и приёма отражённых сигналов);

3) по характеру автономности  – ограниченно-автономные (основанные  на использовании естественных, существующих в природе ориентиров) и неавтономные (основанные на  использовании искусственных наземных  или небесных ориентиров);

4) в зависимости от  способа воспроизведения информации  на экране - поэлементные и проекционно-лучевые;

5) в зависимости от  числа измеряемых ориентиров  – одноориентирные, многоориентирные, с непрерывным потоком ориентиров;

6) по уровню автоматизации  – визуальные, полуавтоматические, автоматические.

Навигационное содержание обзорно-сравнительных  методов измерений.

Навигационное содержание методов  измерений определяется видами ориентиров и их количеством. В одноориентирных  системах осуществляется сравнение  физических параметров ориентира (площадь, особенности геометрической формы, спектра излучения и др.), заложенных в память системы, с измеренными.

С борта летательного аппарата измеряются запланированные физические параметры ориентира и определяются навигационные параметры вектора  местонахождения ориентира относительно приборной горизонтальной системы  координат. Существенным недостатком  таких систем является их низкая помехозащищенность. Они могут захватывать незапланированные  ориентиры, которые по своим физическим параметрам близки к истинным.

В многоориентирных системах одновременно используется несколько  запланированных ориентиров. В памяти таких систем хранятся сведения не только о параметрах ориентиров, но и координаты их взаимного положения. Преимуществом многоориентирной системы  является значительный объём навигационной  информации, меньшая зависимость  от потери части запланированных  ориентиров и воздействия помех. Однако необходимо иметь сложную  электронную вычислительную машину.

 

Обзорно-сравнительные  системы навигации

Телевизионные системы

Основными функциональными  компонентами телевизионной системы  являются передающая телевизионная  камера и видеоприёмное устройство.

В большинстве авиационных  телевизионных систем используются передающие трубки, работа которых  основана на принципе внешнего (суперортиконы) или внутреннего (видиконы) фотоэффекта, вследствие которого на чувствительных пластинах образуется потенциальный  рельеф, соответствующий уровню освещённости проектируемого изображения.

Видеоприёмное устройство после  усиления, фильтрации и детектирования осуществляет синхронную развертку  полученного телесигнала и воспроизводит  переданное изображение на экране монитора. Недостатками телевизионной системы  навигации являются техническая  сложность, большая чувствительность к помехам и ограничения в  видимости целей.

Телевизионная система может  нормально работать только при оптической видимости целей и при достаточном  их освещении.

Инфракрасные  системы

Обзор поверхности Земли  или обнаружение целей можно  производить приборами, воспринимающими  инфракрасное излучение тел. Любое  тело, температура которого отличается от температуры окружающей среды, обладает инфракрасным контрастом. Инфракрасное излучение энергии соответствует  длинам волн 700...300000 нм и расположено  в части спектра, невидимой для  человеческого глаза. Существуют два  метода обнаружения ориентиров при  помощи инфракрасного излучения  – пассивный и активный.

Пассивный метод основан на использовании излучения, испускаемого самим ориентиром. Он не демаскирует летательный аппарат.

При активном методе поверхность Земли или ориентира освещается инфракрасным прожектором, смонтированным на корпусе летательного аппарата.

Отражённые излучения  улавливаются бортовыми индикаторами. Инфракрасные излучения воспринимаются чувствительными элементами, которые  можно разделить на две группы:

1) тепловые (термичские), использующие  тепловой эффект инфракрасного  излучения;

2) фотоэлектрические, использующие  квантовые эффекты.

К тепловым чувствительным элементам относятся термопары, болометры, пироэлектрические приёмники  и др. Тепловые приёмники инфракрасного  излучения обладают неселективной  чувствительностью, так как одинаково  реагируют на все длины волн излучения. К тепловым приёмникам предъявляются  следующие требования: высокая чувствительность, малая постоянная времени и отсутствие микрофонного эффекта.

Фотоэлектрические чувствительные элементы реагируют непосредственно  на отдельные кванты инфракрасного  излучения и обладают селективной  чувствительностью к излучению  с различными длинами волн.

Инфракрасные приборы  имеют сравнительно большую инерционность  и ограниченность по дальности действия. Туман или дождь ограничивают их эффективное применение, а ложный источник излучений может вызвать  значительное отклонение летательного аппарата от цели.

Радиолокационные  системы

Для радиолокации используются радиоволны в диапазоне длин волн порядка 1...3 см. Именно для таких  радиоволн атмосфера Земли полностью  прозрачна. Более короткие волны  заметно поглощаются молекулами кислорода и водяных паров. Использование  длинноволновых радиоизлучений требует  наличия на борту антенн больших  размеров.

Существуют два метода обзорно-сравнительной радиолокации – пассивный и активный.

 Активная радиолокация  основана на получении изображений  поверхности Земли путем её  облучения радиоволнами и приёма  отражённых сигналов. Устройство, реализующее  активную радиолокацию, носит название  панорамного радиолокатора. Передатчик  панорамного радиолокатора посылает  с борта летательного аппарата  в сторону Земли сигналы в  виде кратковременных импульсов.                                                                                                                                            Практическая точность получения  места летательного аппарата  составляет сотни метров.

Основным достоинством панорамных радиолокаторов является возможность  обзора поверхности Земли в любых  условиях видимости – днем и ночью, в облаках и тумане.

Пассивная радиолокация использует собственные излучения ориентиров. Астрономические ориентиры (Солнце, Луна, другие небесные светила и  радиотуманности), а также наземные и воздушные ориентиры излучают электромагнитные волны в широком  диапазоне волнового спектра  и, в частности, в ультракоротком. Пассивная радиолокация не демаскирует  летательный аппарат. Точность определения  координат места может быть такой  же, как и у панорамных радиолокаторов.

Приборы, позволяющие обнаружить ориентиры, контрастные в ультракоротковолновом  спектре излучений, называются радиометрами. Радиометры содержат сканирующую антенну  и индикатор, позволяющий определить положение ориентира. Особенностью радиометров является то, что они  принимают сигналы радиоизлучений в форме случайных флуктуационных шумов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Комплексирование навигационных систем

 

Совместное использование  данных нескольких навигационных приборов позволяет повысить точность и достоверность  процедур определения положения  объекта. Оптимальное решение состоит  в объединении всех доступных  навигационных наблюдений в единый вектор с последующей многомерной  оптимальной фильтрацией. Однако нелинейная взаимосвязь параметров и различный  темп их поступления, делают нецелесообразным синтез такого сложного нелинейного  фильтра.

Оптимальным подходом к решению  задачи комплексирования является раздельная фильтрация потоков данных от каждого  датчика с последующим их комплексированием  с весами, зависящими от точности полученных оценок. В результате работы фильтра  Калмана известна величина погрешностей оценки вектора параметров положения  судна. Система автоматически или  по команде штурмана вычисляет линейную взвешенную сумму оценок, полученных с разных датчиков. Чем больше погрешность  оценки, тем с меньшим весом  она используется.

Что касается совокупности данных, основанных на пеленге, то они  сначала приводятся к эквивалентным  линиям положения, а затем группируются по признаку одинаковой коррелированности  линий положения в группе. В  результате потом в каждой группе вычисляется совместный комплексный  вектор параметров положения судна  и статистических характеристик  оценок.

Использование информации СРНС подвижными объектами (ПО) различного назначения имеет более, чем тридцатилетнюю историю, начало которой было положено вводом в строй морских доплеровских низкоорбитальных систем первого поколения "Транзит" и "Цикада" Уже тогда  рассматривались вопросы комплексирования этих систем с другими измерителями.