История развития радионавигации реферат

Обновлено: 05.07.2024

Навигации представляет собой метод навигации с помощью радиоволн , чтобы определить свою позицию или конкретное место. Полученные точки не зависят от условий видимости .

Резюме

Определения

Радионавигационная система является пассивной, мобильное устройство определяет свое местоположение по полученным сигналам без передатчика на борту. Радиолокационная система - это активная система с передачей данных между мобильным устройством и базой, позволяющая отслеживать мобильное устройство (корабль, транспортное средство, буй) с центральной станции. На -board РЛС можно рассматривать как технику радионавигации.

Исторический

Использование радиоволн в качестве средства навигации одновременно с обнаружением направленных рамочных антенн и связанного с ними пеленгования . Эти маяки стали помогать судам в Северной Атлантике до их использования в авиации.

Еще в 1912 году во многих странах радиопеленгаторные станции на длине волны 450 метров определяли местонахождение запрашивающих его кораблей , дирижаблей и самолетов . В 1920 году DF станция Уэссана Гонио указывает ФФУ (станция Р Ренч F девятый U Шант) дал 10 gonios увеличивается ежедневно.

Измеряя направление двух или более радиомаяков с помощью радиокомпаса , штурман определяет вероятную точку путем триангуляции. Эти радиокомпасы были усовершенствованы до современных моделей, которые все еще широко используются в аэронавтике. Система CONSOL - это усовершенствованная система, разработанная во время Второй мировой войны, которая не требует бортовой направленной антенны, а пеленг передатчика определяется количеством слышимых импульсов благодаря сложной передающей антенной системе.

Значительная эволюция произошла с первыми гиперболическими системами, LORAN и Decca , примерно в 1940-1945 годах. Гиперболические системы определяют положение путем измерения разницы во времени распространения между двумя передатчиками (как минимум), при этом геометрическое место точек с одинаковой разницей отображается на карте в виде гиперболы. На точку (пересечение гипербол) необходимо три излучателя. Чтобы избежать неточной или неоднозначной геометрии, необходимы три или более передатчиков, синхронизированных в цепочку. Первая гиперболическая система, LORAN-A, работала на частоте 1800 кГц . Станции излучали импульсы длительностью в несколько миллисекунд с точно синхронизированными фазой и запуском. Изначально измерения проводились с помощью осциллографа на борту самолета, затем прогресс в области электроники позволил напрямую отображать разницу во времени (TD), а затем и географическую точку.

Текущие системы

Системы спутникового позиционирования

Они позволяют мобильному приемнику позиционировать себя в геодезической системе , используя группировку орбитальных спутников . Мы можем процитировать GPS (американский), ГЛОНАСС (русский), GALILEO (европейский) и Beidou (китайский).

Наземные системы

В этих системах используются фиксированные радиомаяки ( радиомаяки , радиомаяки ), позволяющие определять местоположение мобильного приемника:

береговые системы: СИЛЕДИС в Западной Европе и радиомаяки (последние только указывают местоположение);
морские системы: LORAN C (Северная Атлантика, Северная часть Тихого океана, Северная часть Индийского океана), LORAN A (Китай, Япония) и Чайка (Северо-Западная часть Тихого океана);
авиационные системы: радиомаяки , VOR , ILS и DME ;
Обрушительные радиолокационные системы : Arcana

Наземные системы позиционирования работают в двух режимах:

круговой режим: измерение времени прохождения сигнала (обычно туда и обратно) между мобильным устройством и передатчиком, расположенным на суше, позволило вычислить расстояние D от передатчика до корабля; поэтому корабль находился на окружности радиуса D; Таким образом, с помощью двух (а лучше трех) передатчиков положение мобильного телефона было определено на пересечении кругов. SYLEDIS работает либо в круговом режиме, либо в гиперболическом режиме.
гиперболический режим: измерение мобильным устройством разницы во времени прихода сигналов от синхронизированных передатчиков дало местоположение местоположения (гипербола, передатчики которой находились в фокусных точках); комбинация сигналов от нескольких радиомаяков дала местонахождение мобильного (корабля или самолета) на пересечении гипербол; примеры гиперболических систем: ЛОРАН .

Основные принципы авиации

Радиалы и QDR

Радиалы - это радиоэлектрические оси, которые идентифицируются по их угловому измерению от магнитного севера . Они генерируются радиомаяком.

QDR : магнитный пеленг самолета по станции.

QDM : магнитный пеленг станции по самолету .

Радиомаяк может определять 360 радиалов от 0 ° до 360 ° от одного градуса до одного градуса.

Радиальное направление на север - 0 или 360, восток 090, юг 180 и запад 270.

Каждый радиал представляет собой полулинию и не следует путать, например, радиал 200 с радиалом 020.

Примечание: QDM = QDR-180 ° (если ΔR = ΔDm или если Dm мало изменяется и расстояние между станцией и воздушным судном невелико).

Морское использование

Принимая во внимание возрастающую с каждым годом интенсивность морского судоходства и серьезные экологические риски, возникающие при резком росте спроса на нефтепродукты и химические продукты, необходимость использования точных и эффективных радионавигационных систем становится актуальной. Для этого ИМО, а также другие организации, такие как DOT (Министерство транспорта США) и IMRAMN (международное совещание по радиотехническим средствам морской навигации), установили стандарты точности, которые будут приняты во внимание при создании этих систем. .

DOT рекомендует для океанической и морской навигации точность не более 4 миль и временной интервал между двумя точками, который не превышает 2 часов, а для портовой навигации или лоцманской проводки - точность от 8 до 20 метров и временной интервал между 2 и 2 часами. 10 секунд.

Однако морские радионавигационные системы можно разделить на три категории по принципу действия:

I - системы с принципом направленности, определяющие направление передатчиков, поэтому положение приемника будет вычисляться путем триангуляции пеленгов, полученных от передатчиков (здесь передатчик может быть объектом, отражающим отправленный сигнал). Морскими навигационными системами, использующими этот принцип, являются, например, радары и Раконы.

II - круговые системы, которые являются приемниками, которые вычисляют расстояние между ними и передатчиками путем измерения времени, пройденного волной между передатчиками и приемниками. Системы, использующие этот принцип, - радары, GPS / ГЛОНАСС и LORAN-C.

III - системы с гиперболическим принципом измеряют разницу в расстоянии между приемником и несколькими передатчиками, чтобы получить пересечение гипербол, LORAN-C использует этот принцип, но путем принятия двух мер, сначала грубой меры (она измеряет время, пройденное за волна), во-вторых, точное измерение (измеряет фазовый сдвиг); с другой стороны, аварийный радиомаяк-указатель местоположения (EPIRB) использует процесс доплеровских измерений.

Текущие события

GPS отвечает большинству потребностей морской навигации, но сохраняется принцип второй резервной системы, предоставляемой сегодня LORAN, и радиомаяками на случай выхода из строя или ухудшения характеристик GPS.

В аэронавтике проблема более сложная из-за проблем с безопасностью. Повышение точности и целостности сигнала GPS сегодня обеспечивается дополнительными системами ( WAAS EGNOS ), но вторая независимая система находится в разработке с Galileo .

Этого по-прежнему недостаточно для отказа от других местных или региональных наземных систем, и это ведет к продолжающимся дискуссиям о замене гиперболической системы на основе LORAN, называемой E-LORAN, достаточной точности и покрытия в морской навигации или на подходе, в морской или воздушной навигации.

В настоящее время авиационные инженеры работают над проектами точного захода на посадку по кривой. Это своего рода ILS с изогнутым LOC, который получит воздушное пространство в районах, не имеющих выхода к морю, и повысит безопасность для прорывов в районах с интенсивным движением. Вместе с PA эти системы могут быть испытаны в период с 2020 по 2025 год.

Как это происходило и происходит с множеством высоких технологий, сначала GPS разрабатывалась как сугубо военная система, и на деньги выделенные из государственного бюджета США на нужды Министерства обороны. Военные нуждались, с одной стороны, в средствах наведения высокоточного оружия дальнего радиуса действия, и, с другой стороны, в универсальной системе навигации, доступной для массового применения в армии. Вполне очевидным решением было объединение этих двух задач в одну - создание системы точного позиционирования. Начиная с 1960-х годов Министерство обороны США начало развивать идею создания глобальной, всепогодной, непрерывно доступной, очень точной системы навигации и позиционирования.

В случае с GPS Министерство обороны США попыталось проявить редкостную дальновидность в плане последующей экономии денег. Было очевидно, что система, обладающая подобными характеристиками, имеет обширные перспективы для гражданского применения. Поэтому с самого начала от разработчиков было затребовано, чтобы оконечное (пользовательское) оборудование было доступно самым разнообразным пользователям,но при условии, что военные смогут по своему желанию и в любой момент ограничивать его функциональность, вплоть до полного блокирования. Подразумевалось также, что распространением пользовательского оборудования будет управлять Министерство обороны США, частично компенсируя свои расходы. Известно, что в итоге получилось не совсем так: разработкой, производством и продажей пользовательского оборудования занимаются многие независимые коммерческие организации, а реальная величина затрат многократно превысила первоначальные расчеты. Но, в любом случае, Соединенные Штаты не прогадали.

Когда основные требования к системе были определены, Военно-морские и Военно-воздушные Силы США приступили к разработке концепции использования в целях навигации и позиционирования радиосигналов, излучаемых со спутников. Военно-морские силы финансировали две программы, ставшие предшественниками GPS: Transit и Timation. Система Transit стала первой действующей спутниковой навигационной системой. Разра ботанная в 1964 г. в лаборатории прикладной физики имени Джона Гопкинса под руководством доктора Ричарда Кершнера, система Transit состояла из 7 низкоорбитальных спутников, которые излучали очень стабильные радиосигналы. Несколько наземных станций слежения контролировали и корректировали параметры орбиты. Пользователи системы Transit определяли свои координаты на земной поверхности, измеряя доплеровский сдвиг частоты от каждого спутника.

Изначально разработанная Военно-морскими силами для управления подводными лодками с баллистическими ракетами Polaris на борту и иными военными объектами, находящимися на поверхности океана, в 1967 г. система Transit стала доступна для гра жданских пользователей. Она была очень быстро приспособлена для навигации больших коммерческих судов и небольших частных катеров и яхт. Причем число гражданских пользователей быстро превысило число военных. Несмотря на то, что система Transit обеспечивала основные потребности в навигации судов, она имела много недостатков: низкое быстродействие, потребность в длительном наблюдении спутников, возможность позиционировать только стационарные или медленно движущиеся объекты, определение только двухмерных координат, отсутствие непрерывной доступности (время, когда ни один из спутников не был виден, измерялось часами), необходимость самостоятельного внесения пользователем коррективов для движущихся объектов - все это сделало невозможным применение системы в авиации и иных быстро движущихся объектах. Не последнюю роль сыграла и невозможность избирательно ограничивать доступ к системе. Тем не менее, зало женные в Transit новые технологии были очень важны для после дующего развития GPS. Так, например, в GPS используется алгоритм предсказания спутников, впервые разработанный для Transit.

Второй предшественник GPS, Timation, был разработан в NRL (Naval Research Laboratory, Военно-морская исследовательская лаборатория). Первый спутник, системы Timation запущенный в 1967 г., нес на борту сверхстабильные кварцевые часы, последующие модели ис пользовали атомный стандарт частоты (рубидиевый и цезиевый). Атомные часы позволили значительно улучшить предсказание орбит спутников и существенно увеличить промежуток между корректировка ми спутниковых часов с наземного пункта управления. Эти передовые разработки космического стандарта времени явились важнейшим вкладом в создание GPS. Фактически, последние два спутника систе мы Timation являлись действующими прототипами спутников GPS.

Тем временем, Военно-воздушные силы США работали над аналогичной технологической программой, впоследствии названной "Система 621В". Она предоставляла возможность трехмерной (ши рота, долгота и высота) навигации с непрерывным доступом. В 1972 г. была продемонстрирована работа системы, использующей новый метод разделения сигналов спутников - кодовое разделение на основе псевдослучайного, шумоподобного сигнала.

В апреле 1973 г., Военно-воздушные силы были утверждены, как ведущий разработчик, объединяющий различные концепции построения систем спутниковой навигации в единую всеобъемлющую систему военного назначения, известную, как DNSS (Defense Navigation Satellite System, оборонительная система спутниковой навигации). В апреле 1973 г. Военно-воздушные силы были утверждены, как ведущий разработчик, объединяющий различные концепции построения систем спутниковой навигации в единую все объемлющую систему военного назначения, известную, как DNSS (Defense Navigation Satellite System, оборонительная система спутниковой навигации).

Самые первые спутники NAVSTAR на самом деле были двумя переделанными спутниками системы Timation, созданными в Военноморской исследовательской лаборатории. Известные ныне, как технологические навигационные спутники №1 и №2, они несли на борту атомные часы, первые из когда-либо запущенных в космос. В качестве первого атомного стандарта использовался рубидиевый стандарт, затем более точные цезиевый и водородный. Круговые орбиты спутников последовательно увеличивались с 925 км до 13000 км, а затем достигли окончательной величины в 20145 км. Также последовательно менялась несущая частота передатчиков: сначала 400 МГц, затем 1227 МГц, и позднее достигла современного значения 1575 МГц.

Незадолго перед началом запусков "Блока 1" военные предусмотрели двойное назначение спутников GPS. В дополнение к имеющемуся оборудованию позиционирования и точного времени, спутники могли нести на борту датчики ядерного взрыва (NUDET, nuclear detoпation), предназначенные для обнаружения фактов испытания ядерного оружия, выявления ядерной атаки и оценки масштабов разрушений.

РАДИОНАВИГАЦИЯ – определение
подвижным объектом своего местоположения
и курса с помощью радиотехнических средств
Радионавигация выросла из радиопеленгации.
Радиопеленгация – определение направления на
источник радиоизлучения
Пеленг (от голланд. pailing) – угол между направлением на
север и направлением на объект (измеряется по часовой
стрелке и принимает значения от 0 до 360 градусов)

3. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ РАДИОНАВИГАЦИИ

• С 1897 по 1920 гг. – первые идеи радиопеленгации и
появление радиопеленгаторов и радиомаяков.
• С 1920 по 1935 гг. – создание и применение радиомаяков
и радиопеленгаторов со слуховой индикацией.
• С 1935 по 1945 гг. – создание и внедрение самолетных
радиополукомпасов и автоматических радиокомпасов с
визуальной индикацией.
С 1940 по 1960 гг. – разработка высокоточных систем
определения координат с использованием
дальнометрии. Создание систем ближней навигации,
систем слепой посадки самолетов, глобальных систем
дальней навигации.
• С 1963 по настоящее время – создание спутниковых
радионавигационных систем и их совершенствование.

РАДИОПЕЛЕНГАЦИЯ
1887 г. – Г. Герц использовал рамку для обнаружения
электромагнитных волн.
1905 – 1907 гг. – проводилось исследование рамочных антенн.
1906 г. – Отто Шеллер (Германия) запатентовал систему для
определения направления прихода электромагнитной
волны по равносигнальному направлению

5. Методы амплитудной радиопеленгации

Корабельная радиопеленгация
Три возможности определения пеленга на корабле:
1. Береговой радиопеленгатор + корабельная радиостанция.
2. Береговой направленный радиомаяк + корабельная
радиостанция.
3. Береговой ненаправленный радиомаяк + корабельный
радиопеленгатор.
Использовались рамочные или подобные им антенны с
восьмерочной диаграммой направленности.
Определение пеленга производилось по минимуму сигнала

Меньшее распространение получили радиопеленгаторы с
вращающейся рамкой
Радиопеленгатор с
вращающейся рамкой (1918 г.)

Направленные радиомаяки.
Направленные радиомаяки излучали сигнал, приняв
который, на корабле определяли свой пеленг
1915 г. – Радиомаяк Баженова с буквенным определением
пеленга.
М-образные антенны
последовательно
подключаются к передатчику и
каждая излучает свою букву
Л
М
А
Б
В
К
Г
И
Д
З
Е
Ж
Ж
Е
З
Д
И
Г
К
В
Б
А
М
Л
На корабле пеленг
определяется по букве,
имеющей наименьшую
громкость

Этот принцип измерения пеленга стал использоваться в
вращающихся радиомаяках
Первый вращающийся радиомаяк
был построен и испытан в Англии в
Фарнбороу в 1926 г. В СССР такой
маяк был установлен в 1934 г. на
берегу Черного моря (г. Херсонес)
Дальность действия 180 км
Длина волны от 800 до 1000 м
Скорость вращения 1 об/мин
Ошибка определения пеленга 1 – 2 град.

16. Четырехкурсовой радиомаяк

Самолетная радиопеленгация
Четырехкурсовой радиомаяк
Четырехкурсовые радиомаяки широко использовались в
самолетной радионавигации в 20-е, начало 30-х годов ХХ
века. Они ставились по трассе самолета через 100 – 200 км
Использовались
переплетающиеся буквы
азбуки Морзе: А – точкатире и Н – тире-точка

18. Радиокомпас

РАДИОНАВИГАЦИЯ
В 1940-е годы в радионавигации произошли
значительные изменения, связанные с тем, что
радиопеленгацию потеснила радиодальнометрия.
Появилась возможность высокоточного измерения
координат на любой дальности
1930 г. – Л.И.Мандельштам и Н.Д.Папалекси (СССР)
получили патент на радиоинтеренционный (фазовый) метод
измерения дальности. Совместно с Е.Я.Щеголевым в 1936 г.
был разработан первый радиоинтерференционный
дальномер МПЩ (дальность – до 200 км, ошибка – до 10 м),
который использовался для картографии.

Дальномерный
a
О1
Р2
b
D2
О2
D1
Р1
Шоран (Short Range Navigation,
1943 г., США) –дальномерная
импульсная система
Дальность действия до 500 км
Несущая частота 200 – 300 МГц
Точность 10 – 20 м

26. Разностно-дальномерный

А – ведущая станция
В – ведомая станция
-30
-20
-10
0
10
20
30
АС – СВ = Const
С
-40
А
40
В
Индикатор бортового
приемника (С) Первая
отметка от А, вторая –
от В.

Лоран-А (Long Range
Navigation 1942 г., США)
– разностнодальномерная
импульсная система
Частота 1750 – 1950 кГц
Дальность действия 1200 – 2000 км
Точность от 1 до 5 км
Лоран-С (1958 г., США) –
разностнодальномерная
импульсно-фазовая
система
Частота 100 кГц
Дальность действия 2000 – 3000 км
Точность до 100 м

СПУТНИКОВЫЕ
РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
1957г. – запуск искусственного спутника Земли
(СССР)
1963 г. – начало работ по низкоорбитальной
навигационной системе “Цикада” (СССР); первый
навигационный спутник запущен в 1967 г.
1964 г. – начало работ по низкоорбитальной
навигационной системе Transit (США).

Координаты наземного
объекта П рассчитывались
по зависимости
доплеровской частоты от
времени
Недостатки:
1) низкая точность
определения координат
высокоскоростных
объектов,
2) перерывы в получении
информации из-за ухода
спутников из зоны
радиовидимости.

СРЕДНЕВЫСОТНЫЕ СНС
1973 г. – начало работ по программе “NavStar-GPS” (США)
1982 г. – начало работ по программе ГЛОНАСС (СССР)
1995 г. – развертывание полной спутниковой группировки
(24 ИСЗ) системы GPS
2005 г. – запущен первый спутник европейской СНС Galileo

32. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ

Орбита НКА
(Xi, Yi, Zi)
1. Определение псевдодадьности между навигационным
космическим аппаратом (НКА) и пользователем (НАП)
Di =
(X – Xi)2 + (Y – Yi)2 + (Z – Zi)2 + cTнш
2. Расчет координат пользователя в прямоугольной
геоцентрической системе координат (X, Y, Z)
3. Пересчет в координаты, обычно используемые
потребителем, например, геодезические: широта,
долгота и высота
НАП
(X, Y, Z)
Земля

После изобретения радио и разработки конструкций направленных антенн, были предприняты вполне очевидные попытки применить для целей навигации радиомаяки, работающие за пределами оптической видимости. Кроме морской навигации, радиомаяки стали широко применяться (и применяются до сих пор) в авиации для прокладки и коррекции курса летательных аппаратов. Как правило, они работают в диапазоне средних волн, а для приема сигнала используется комбинированная рамочная антенна с узкой диаграммой направленности.Существуют маяки УКВ-диапазона. Различают авиационные радиомаяки дальнего и ближнего привода. Радиомаяки позволяют скорректировать показания бортового магнитного компаса и частично заменить или продублировать его. Точность работы бортового радиокомпаса позволяет пилотам гарантированно выйти на такое расстояние к аэродрому, при котором возможна дальнейшая визуальная ориентация в пространстве, например, по местности (малая авиация) или огням взлетно-посадочной полосы. Анализируя работу радионавигационных систем, основанных на радиомаяках, можно обнаружить, что традиционные радиокомпасы, решая с приемлемой точностью задачу курсоуказания, не позволяют решить задачу точного позиционирования на местности, т.е. определения долготы и широты объекта. В качестве примера рассмотрим простейшую схему, изображенную на рис. 1.1. Пусть у нас имеются два береговых передатчика, А и В, и расположенный на корабле приемник О. Передатчики излучают сигнал равномерно во все стороны. Антенна корабельного приемника имеет направленное действие, т.е. когда она определенным образом повернута в сторону передатчика, амплитуда принимаемого сигнала многократно возрастает. Теоретически, если мы идеально точно определили направления на передатчики, имеющие заранее известные координаты, то мы соответственно точно определили свое местоположение на единственно возможном пересечении азимутов в точке О.Расстояние до передатчиков многократно превышает длину волны, поэтому мы рассматриваем передатчики как точечные излучатели. Проблема в том, что не существует антенн с идеальной диаграммой направленности, и чем острее направленность антенны, тем сложнее ее конструкция. Кроме того, если мы хотим, чтобы система позиционирования действовала за пределами оптической видимости, мы должны использовать достаточно длинные радиоволны, способные огибать горизонт. Но чем больше длина волны, тем большие физические размеры должна иметь идеальная направленная антенна. Поэтому точность действия направленной антенны ограничена ее разумными конструктивными размерами. Погрешность определения азимута на радиомаяк, представленную в виде некого угла ф (рис. 1.2,а), путем простейших геометрических преобразований можно условно спроецировать во встречный угол ф с вершиной в позиции радиомаяка (рис. 1.2,б). Очевидно, что с учетом погрешности определения азимутов, вместо точных координат мы получаем некую область вероятного местонахождения, как показано на рис. 1.3. На расстояниях до радиомаяков, исчисляемых сотнями километров, погрешности измерения азимута в доли градуса проецируются в погрешности измерения местоположения, исчисляемые сотнями метров. На протяженных воздушных трассах погрешность позиционирования летательного аппарата достигает нескольких километров по величине бокового отклонения от трассы. В станционарных условиях можно заметно сузить область вероятного местонахождения, принимая за основу такой угол ориентации антенны, который является средним между двумя крайними достоверными положениями. Однако на практике, в условиях нестабильно движущегося объекта, каким может являться небольшое судно, выбрать правильные направления чрезвычайно сложно, поскольку требуется гироскопирование всего приемного антенного узла. Подобные механические системы весьма дороги и ненадежны. Кроме этого, в случае с двумя передатчиками А и В, если они расположены на одной линии с приемной антенной, возникает абсолютная невозможность определения местоположения. Наличие третьего радиопередатчика устраняет проблему неоднозначности, но лишь незначительно повышает точность место-определения. Следовательно, для успешного решения задачи место-определения необходимо измерять дальности, т.е. расстояния между приемником и передатчиками. Зная лишь дальности до трех передатчиков, расположенных в одной плоскости с приемником, можно однозначно решить задачу место-определения, как это схематически показано на рис. 1.4. Координаты объекта (точка О) являются координатами точки пересечения воображаемых окружностей с радиусами R2 и R3, равными дальностям. Третий передатчик необходим для устранения возможной неоднозначности, возникающей при пересечении двух окружностей (точки О и О’). Очевидно, что в случае с измерением дальностей направленность действия приемной антенны не влияет на точность позиционирования. Но решающее значение приобретает точность синхронизации шкал времени передатчиков и приемника и величина погрешности, возникающей при измерении времени распространения сигнала. Появление в 1960-х годах чрезвычайно точных атомных часов позволило существенно снизить погрешности дальномерного метода, до уровня, достаточного для широкого применения его на практике. Практическим воплощением дальномерного метода в США является морская навигационная система LORAN (Long Range Aid to Navigation – Навигационное оборудование дальнего радиуса действия), имеющая чрезвычайно большое значение в истории развития GPS, поскольку в ней впервые было использовано определение времени прохождения сигнала от передатчика до приемника, получившее дальнейшее развитие в системах спутниковой навигации. Значение скорости распространения радиосигнала давно известно науке, поэтому, измерив с достаточной точностью время распространения радиосигнала, можно легко вычислить точное расстояние до передатчика. Передатчик излучает сигнал непрерывно, а время распространения сигнала вычисляется по набегу фазы за время прохождения радиоволнами расстояния до приемника. Поскольку относительный набег фазы прямо пропорционален времени прохождения сигнала, по разности фаз между внутренним опорным сигналом приемника и принимаемым сигналом вычисляется расстояние до передатчика.

Документ из архива "1.1. История развития и принципы радионавигации", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "основы радионавигации" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .

Онлайн просмотр документа "1.1. История развития и принципы радионавигации"

Текст из документа "1.1. История развития и принципы радионавигации"

Глава 1 История развития И принципы Радионавигации

1.1 Основные понятия и определения

Как отмечалось выше, источниками информации при решении навигационных задач могут быть различные события и явления естественного и искусственного происхождения: астрономические данные, параметры и законы изменения магнитного, гравитационного и электромагнитного полей, инерциальные явления в движущихся массах и т.п.

Навигационную систему, которая использует для решения своих задач только естественные поля и данные называют автономной. Типичным примером могут служить системы астронавигации или инерциальные (см. раздел В.5) системы. Если же для работы системы необходимы искусственные поля и данные, созданные внешними (по отношению к потребителю) источниками, систему называют неавтономной.

Радионавигационной системой (РНС) называют совокупность радиоустройств, а также вспомогательных технических средств, расположенных как на объекте (потребителе), так и вне него, и предназначенных для решения задач навигации. При решении указанных задач РНС используют радиосигналы внешних искусственных источников с известными координатами – опорных радионавигационных точек (ОРНТ), поэтому РНС относятся к классу неавтономных.

Используемые в РНС методы определения местоположения (позиции) объекта делятся на позиционные и непозиционные. Методы, позволяющие однозначно определить текущее местоположение потребителя без привлечения данных о его местоположении во все предшествующие (начиная с начала движения) моменты времени, относятся к классу позиционных, в противном случае – к классу непозиционных [1]. Большинство современных РНС реализуют позиционные методы; автономные навигационные системы, как правило, являются непозиционными. Простейшим примером непозиционной системы может служить описанные выше счетчик пройденного пути (одометр), а также инерциальные навигационные системы.

В процессе функционирования РНС решает задачу навигационно-временных определений (НВО), основным содержанием которой является определение вектора состояния (ВС) потребителя. В качестве компонент ВС обычно рассматривают пространственные координаты потребителя x, у, z, составляющие вектора скорости а также поправку шкалы времени потребителя (ШВП) относительно системной шкалы времени (СШВ).

Перечисленные составляющие ВС не являются параметрами радиосигнала и не могут быть непосредственно измерены радиотехническими методами. Поэтому в РНС реализован косвенный метод определения компонент ВС: потребитель (П) измеряет некоторые параметры принятого радиосигнала (радионавигационные параметры – РНП): время его прихода t, фазу (или разность фаз ) относительно некоторого опорного генератора, доплеровский сдвиг частоты F_д, амплитуду сигнала А и др. Измеренным РНП сопоставляются функционально связанные с ними величины — навигационные параметры (НП), характеризующие положение потребителя относительно ОРНТ: углы визирования ОРНТ, дальности R или разности дальностей R до нескольких ОРНТ, и т. п. Затем, используя навигационные функции – априори известные функциональные зависимости между НП и компонентами ВС, а также априорную информацию о координатах ОРНТ, определяют указанные компоненты.

Геометрическое место точек пространства с одинаковым значением навигационного параметра называют поверхностью положения. Пересечение двух поверхностей положения определяет линию положения, т. е. геометрическое место точек, соответствующих двум значениям навигационного параметра. Местоположение потребителя определяется координатами точки пересечения трех поверхностей положения или двух линий положения. Линии положения, описываемые уравнениями второго и более высоких порядков, могут пересекаться более чем в одной точке, что приводит к неоднозначности измерений. В таких случаях, чтобы устранить неоднозначность (выделить среди нескольких возможных положений истинное), необходимо либо проводить дополнительные измерения, позволяющие построить соответствующую дополнительную поверхность положения, либо использовать априорную информацию, позволяющую исключить лишние корни уравнений, например – отрицательные значения высоты потребителя над уровнем Мирового океана [2].

Читайте также: