Радиотехнические системы дальней навигации

По принципу определения координат местоположения ВС РСДН – это разностно-дальномерная радионавигационная система (РНС), линией положения которой является гипербола (линия равных разностей расстояний), вследствие этого РСДН иногда называют гиперболическими системами.

Принцип действия:

1. Три радиопередатчика на большом расстоянии друг от друга синхронно испускают сигнал.

2. Из-за того, что скорость света конечна, сигналы достигнут самолёта не одновременно.

3. На самолёте не знают расстояния ни до одной станции, но знают разницу во времени получения сигнала и, следовательно, разницу расстояний до станций.

4. Знание о разнице расстояний между двумя станциями даёт гиперболу.

5. Три станции позволяют построить две гиперболы, пересечение которых даёт две возможные точки, в которых может находиться самолёт.

Классификация РСДН:

По принципу действия РСДН подразделяются на:

− фазовые – РСДН-20 («Альфа»), «Омега» (выведена США из работы в1997 году);

− импульсно-фазовые – РСДН-3/10, РСДН-4, РСДН-5, РСДН-10 и Лоран-С (eLORAN).

По принципу базирования РСДН подразделяются на:

− стационарные – РСДН-20, РСДН-3/10 (Европейская), РСДН-4 (Дальневосточная), РСДН-5 (Северная и Северо-Западная) и Лоран-С (23 системы);

− мобильные – РСДН-10 (Северо-Кавказская, Южно - Уральская, Сибирская, Саянская, Ангарская, Забайкальская и Дальневосточная) и «Марс-75» (Балтийского, Баренцева, Черного, Охотского и Японского морей, Камчатско-Курильская).

Фазовые РНС

Принцип действия фазовых радионавигационных систем (ФРНС) основан на измерении дальностей или разностей дальностей до нескольких радиомаяков (РМ). Наиболее широкое распространение получили ФРНС без ответчика, структура которых во многом напоминает структуру импульсных РНС.

Импульсно-фазовые РНС

Для определения координат потребителей используются, как правило, разностно-дальномерные измерения, хотя не исключается возможность применения дальномерных и квазидальномерных измерений. Измерение РНП производится импульсно-фазовым методом: грубое измерение разности дальностей основано на оценке интервала времени между огибающими импульсов ведущей и ведомых станций, а точное — на оценке разности фаз несущих колебаний тех же импульсов.

Низкочастотные ИФРНС:

• «Loran-C» (США)

• «Чайка» (Россия)

• «Decca» и «Consol» (Великобритания)

• «Марс», «Брас» и «РС-10» (КНР)

РАБОЧИЕ ЗОНЫ ИФРНС "ЧАЙКА"

Спутниковые навигационные системы (СНС)

СНС первого поколения

Средний интервал времени между обсервациями (определением местонахождения) зависит от географической широты потребителя и колеблется от 35 мин в приполярных районах до 90 мин вблизи экватора. Уменьшение этого интервала путём увеличения числа спутников в данных системах невозможно, так как все ИСЗ излучают сигналы на одних и тех же частотах. При нахождении в зоне радиовидимости нескольких спутников возникают взаимные помехи, что нарушает работоспособность систем.

Недостатки: малая точностью определения координат высокодинамичных объектов и большие интервалы времени между обсервациями.

• Transit — первая в мире спутниковая навигационная

система, США, 1960-е — 1996

• Циклон — первая спутниковая система навигации в СССР

• Цикада - низкоорбитальная, «космическая навигационная система» (КНС) - гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы

• «Циклон», аналог Transit - 1976 - 1997 гг.

• Парус - низкоорбитальная КНС (именно с таким названием была принята на вооружение в 1976 г.) - серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения.

СНС второго поколения

Основное назначение СРНС второго поколения - глобальная оперативная навигация приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. Термин "глобальная оперативная навигация" означает, что подвижной объект, оснащенный навигационной аппаратурой потребителя (НАП), может в любом месте приземного пространства в любой момент времени определить параметры своего движения – три координаты и три составляющие вектора скорости, а также поправку к бортовой шкале времени и скорость ее изменения.

Принцип определения своего места в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) – с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат. Благодаря использованию атомных стандартов частоты (АСЧ) на НИСЗ в системе обеспечивается взаимная синхронизация навигационных радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой спутников.

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)

Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) — это система наземного и космического оборудования, которая позволяет определять местоположение объектов в пространстве через приём и передачу спутникового сигнала.

Навигационное обслуживание ГНСС обеспечивается с помощью различных комбинаций следующих элементов ГНСС, установленных на земле, на спутниках и/или на борту воздушного судна:

а) глобальная навигационная спутниковая система;

б) бортовое оборудование ГНСС;

в) бортовая система функционального дополнения ABAS;

г) спутниковая система функционального дополнения SBAS;

д) наземная система функционального дополнения GBAS;

е) наземная региональная система функционального дополнения

GPS (Navigation System With Time And Ranging Global Positioning System (NAVSTAR GPS)

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. Для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Но поскольку разница между часами спутника и приёмника может внести в решение огромную ошибку, один из КА используется как "базовый", с него получают время, остальные три используются для определения координат. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.

Основой системы являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте примерно 20200 км.

ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу

широты 45°.

Aircraft-based Augmentations Systems (ABAS)

Aircraft-based Augmentation Systems (ABAS) — это функциональные дополнения, использующиеся для решения задач контроля целостности, повышения точности и надёжности навигационных определений. Для этого применяются технические средства, расположенные на борту потребителя.

Использование алгоритмов автономного контроля целостности RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring - Автономный мониторинг целостности приемника):

– алгоритмы обнаружения отказов;

– алгоритмы исключения отказавших навигационных спутников.

Использование методов AAIM (Airborne Autonomous Integrity Monitoring) -бортовой автономный мониторинг целостности. Он является эквивалентом или альтернативой RAIM.

Комплексирование с навигационными датчиками, установленными на объекте:

– высотомер;

– высокоточные часы;

– гироскопические датчики;

– магнитный компас;

– инерциальная навигационная система;

– бортовые навигационные датчики и средства.

Комплексирование с данными других навигационных систем:

– совместное использование в НАП сигналов GPS-ГЛОНАСС;

– совместное использование в НАП сигналов GPS-Galileo-ГЛОНАСС.

Ground-based Augmentation Systems (GBAS)

GBAS (Ground-Based Augmentation System) — это наземные дополнения к основным глобальным навигационным спутниковым системам (GNSS).

Главной целью GBAS является увеличение точности, целостности, доступности и надёжности данных GNSS. Это позволяет использовать эти системы для осуществления приближения к посадке даже в условиях высокой точности.

Space-based Augmentation Systems (SBAS)

Принципиальное отличие SBAS и GBAS состоит в способах получения и доставки корректирующей информации, а также в зоне действия систем. GBAS — локальная система, функционирующая в зоне действия до 50…100 км, а SBAS — глобальная система с зоной действия до нескольких тысяч километров.

Ground-based Regional Augmentation Systems (GRAS)

Наземная региональная система функционального дополнения(GRAS). Система функционального дополнения, в которой пользователь принимает дополнительную информацию непосредственно от одного из группы наземных передатчиков, охватывающих регион.

Основными задачами, решаемыми аппаратурой потребителя, являются:

• выбор рабочего созвездия ИСЗ,

• поиск и опознавание навигационных сигналов ИСЗ, введение в синхронизм систем слежения по времени запаздывания и фазе несущей частоты дальномерных сигналов,

• измерение времени запаздывания и доплеровского сдвига частоты,

• выделение и расшифровка содержания навигационного (информационного) сообщения,

• расчёт координат ИСЗ на момент навигационных измерений,

• решение навигационной задачи (определение координат и составляющих вектора скорости потребителя, поправок к сдвигу шкал времени и частот),

• отображение вычисленных данных на информационном табло.