Глава 4. Радионавигационные системы

Определения местоположения объекта в радионавигации

Различают три основных метода определения местоположения объекта:

-  угломерный;

-  дальномерный;

-  разностно-дальномерный;

-  угломерно-дальномерный.

-  комбинированный угломерно-дальномерный

Угломерный метод

Этот метод является одним из первых. Он был открыт А.С. Поповым в 1987 г. Суть его состоит в определении направления прихода радиоволн. При этом используются направленные свойства передающей и приёмной антенны.

Суще­ствует два варианта построения угломерных систем:

-  радиопеленгаторный;

-  радиомаячный.

 В радиопеленгаторной системе направленной является антенна приемника (ра­диопеленгатора), а передатчик (радиомаяк)имеет антенну с круговой диаграммой направленности. При расположении радиопеленгатора (РП) и радиомаяка (РМ) в одной плоскости, например, на поверхности Земли, направление на маяк характеризу­ется пеленгом a (рис. 4.1, а).

Линия пеленга

a

РМ

РП

Ю

С

ДНА

а)

РМ

Ю

С

РП

a¢

б)

a2

a1

РМ1

РМ2

РП

Ю

С

в)

Рис. 4.1

Если пеленг отсчитывают от географического меридиана (направление север—юг), то его называют истинным пеленгом или азимутом. Часто азимутом считают угол в горизонтальной плоскости, отсчитанный от любого направления, принятого за нулевое. Определение направления производят в месте расположения приемника, который может быть как на Земле, так и на объекте. В первом случае пеленгование объекта осущест­вляют с Земли и при необходимости измеренное значение пеленга передают на объект (борт) по каналу связи. При расположении радиопеленгатора на объекте пеленг на радиомаяк измеряют непосредственно на борту.

В радиомаячной системе (рис. 4.1,б) используют радио­маяк с направленной антенной и антенной приемника с круговой диаграммой направленности. В этом случае в месте расположения приемника измеряют обратный пеленг a¢ относительно нулевого направления, проходящего через точку, в которой расположен радио­маяк. Часто применяют маяк с вращающейся ДНА. В момент совпадения оси ДНА с нулевым направлением (например, северным) вторая, ненаправленная, антенна РМ излучает специальный нулевой (северный) сигнал, который принимается приемником системы и является началом отсчета углов. Фиксируя момент совпадения оси вращаю­щейся ДНА маяка с направлением на приемник (например, по максимуму сигнала), можно найти обратный пеленг a ₀, который при равномерном вращении ДНА маяка пропорционален промежутку времени между приемом нулевого сигнала и сигнала в момент пеленга. В этом случае приемник упрощается, что важно при его рас­положении на борту. Поверхностью положения угломерной РНС является вертикальная плоскость, проходящая через линию пеленга.

Для определения местополо­жения РП (рис. 4.1, в) необходим второй радиомаяк. По двум пеленгам a ₁ и a ₂ можно найти местоположение РП как точку пересечения двух линий положения (двух ортодромий на земной поверхности). Если система расположена в про­странстве, то для определения местоположения РП необ­ходим третий радиомаяк. Каждая пара (РП — РМ) позволя­ет найти лишь поверхность положения, которая будет в данном случае плоскостью. При определении местопо­ложения приемника предполагают, что координаты РМ известны.

В морской и воздушной навигации вводят понятие курса —угла между продольной осью корабля (проекцией продольной оси самолета на поверхность Земли) и направ­лением начала отсчета углов, в качестве которого выби­рают:

-  истинный меридиан;

-  магнитным меридианом;

-  ортодромический курсы (ортодромия —дуга большого круга, про­ходящего через пункты расположения РП и РМ. Она является линией пересечения поверхности положения с по­верхностью Земли).

 Для ЛА в качестве третьей координаты при нахождении местоположения используют высоту полета H:

- абсолютную (отсчитываемую от уровня Балтийского моря);

- барометрическую (отсчитываемую по барометрическому высотомеру относительно уровня, при­нятого за нулевой);

- истинную (кратчайшее расстояние по вертикали до поверхности под ЛА, измеряемое ра­диовысотомером).

При применении радиовысотомера ме­стоположение ЛА определяется уже комбинацией угломер­ного и дальномерного методов измерения координат.

Дальномерный метод

R2

R1

оп 2

оп 1

З

Рис. 4.2

Этот метод основан на измере­нии расстояния R между точками излучения и приема сигнала по времени его распространения радиоволн между этими точками. В радионавигации дальномеры работают с активным ответным сигналом, излучаемым антенной передатчи­ка ответчика (рис. 4.2) при приеме запросного сигнала.

Если время распространения сигналов запроса t ₃ и ответа t _о одинаково, а время формирования ответного сигнала в ответчике пренебрежимо мало, то измеряемая запросчиком (радиодальномером) дальность равна

                 .                                       

В ка­честве ответного может быть использован также и от­раженный сигнал, что и делается при измерении дальности РЛС или высоты радиовысотомером.

Поверхностью положения дальномерной системы явля­ется поверхность шара радиусом R. Линиями положения на фиксированной плоскости либо сфере (например, на поверхности Земли) будут окружности, поэтому иногда дальномерные системы называют круговыми. При этом местоположение объекта определяется как точка пересече­ния двух линий положения. Так как окружности пересека­ются в двух точках (рис. 4.2), то возникает двузначность отсчета, для исключения которого применяют дополнитель­ные средства ориентирования, точность которых может быть невысокой, но достаточной для достоверного выбора одной из двух точек пересечения. Поскольку измерение времени задержки сигнала может производиться с малыми погрешностями, дальномерные РНС позволяют найти ко­ординаты с высокой точностью. В свою очередь дальномерные системы делятся:

-  на радиодальномеры без ответчика;

- на радиодальномеры с ответчиком;

- на радиовысотомеры.

Принцип работы радиодальномера без ответчика заключается в том, что при измерении расстоянии между опорной точкой на Земле и объектом (целью) измеряется интервал времени между моментом посылки радиоимпульса наземным радиопередатчиком и моментом приема его бортовым радиоприемником. Для этого на борту и на земле должны быть эталоны времени, которые синхронизируют работу на­земной и бортовой аппаратуры. Параметром радиодаль­номера без ответчика будет расстояние между запросчиком и объектом (целью).

В радиодальномерах с ответчиком из­меряется интервал времени между радиоимпульсами за­проса и ответа. Параметром такого радиодальномера будет удвоенное расстояние между запросчиком и ответ­чиком.

Параметром радиовысотомера является удвоенная высо­та летательного аппарата над поверхностью земли.

Радиодальномерные ме­тоды начали применяться позже угломерных. Первые образцы радиодальномеров, основанные на фазовых из­мерениях временной задержки, были разработаны в СССР под руководством Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и Е. Я. Щеголева в 1935—1937 гг. Импульсный метод измерения дальности был применен в импульсной РЛС, разработанной в 1936—1937гг. под руководством Ю. Б. Кобзарева.