Л е к ц и я: 6 радиосистеми за далечна навигация

Водещата РЛС излъчва радиоимпулси в диапазона от честоти 1850 – 1950 kHz, които се приемат от потребителите и водените РЛС. Последните преизлъчват радиосигналите на водещата РЛС след задръжка на постоянно време (примерно, на 1 ms) към потребителите.

БРНУ на потребителите приемат радиосигналите на водещата и водените РЛС и след обработка на същите измерват разликата в разстоянията до тях. Следва да се напомни, че координатите на наземните РЛС са известни и постоянни.

Така при една водеща и две водени РЛС задачата за местоопределяне на потребителя се свежда до решаване на система от три навигационни уравнения:

където:

- x, y, z – търсените координати на местоположението на потребителя.

Разстоянията между двойките наземни РЛС (опорните радионавигационни точки) B_ij се наричат бази на измерителната система.

Повърхностите на положението, определяни от уравненията (1) представляват повърхности на двоен хиперболоид на въртене, чиито фокуси се явяват координатите на опорните точи i и j.

Ако разстоянията от опорните точки до потребителя са много по-големи в сравнение с размерите на базата (R_i, R_j >> B_ij), то хиперболоидът на въртене в областта на потребителя практически съвпада със своята асимптота – конус, чиито връх съвпада със средата на базата.

Сравнително малката точност на навигационните определения и ограничената зона на действие на РСДН “LORAN – A” доведоха до разработването на по-съвършенната РСДН “LORAN – С”, която напълно измести и замени системата “LORAN – A”.

Системата “LORAN – С”, аналогично на системата “LORAN – А”, реализира разликово-далекомерния метод за навигационни определения. Разликата между двете системи е, че тук се използват два вида измерване на навигационния параметър ΔR_j,I (i ≠ j):

• 
  грубо измерване по време – основано на измерване на временния интервал на приемане на радиосигналите от водещата и водената РЛС на борда на потребителя;
  
• 
  точно измерване – основано на измерване на разликата във фазите на горепосочените сигнали.
  

ВОДЕЩАТА РЛС излъчва група от девет бинарно модулирани по фаза импулса с период 1 ms (честота на повторение 1 kHz) и период на повторение на групата импулси (40-100) ms (честота на повторение на групата импулси 10 – 25 Hz).

ВОДЕНИТЕ РЛС след приемане на тези импулси и постоянната им задръжка на 2 ms, преизлъчват осем от тях, притежаващи вече друг закон на фазовата модулация и позволяващи по този начин идентифицирането на радиосигналите от всяка станция от системата РЛС в точката на приемане (на борда на потребителя). Деветият импулс, отстоящ от предходния на 2 ms, не се използва за навигационни определения, а предава служебна информация от веригата РЛС (фиг. 1).

фиг. 1. Временно положение на групите импулси,

излъчвани от водещата и водените РЛС
Радиолокационните станции на РСДН “LORAN – С” са разнесени една спрямо друга на разстояние 960 – 1300 km (3,2 – 5 ms) и излъчват радиосигнали на фиксирана носеща честота от 100 kHz (период на повторение 10 μs). Предавателите генерират импулси с мощност 4 MW, които се излъчват от вертикална антена с височина до 400 m със заземление в радиус от 300 m. При това в диапазона от честоти 90 – 110 kHz се излъчва 90% от цялата мощност.

Точността на местоопределянето в РСДН “LORAN – С” съществено зависи от условията на разпространение на приземната вълна, които се определят от вида на подстилащата повърхност и климатичните условия. За пределните разстояния грешката на местоопределянето над морска повърхност е от 300 до 500 m и се увеличава над сушата.

Бордовите радионавигационни устройства на системата “LORAN – С” извършват:

• 
  приемане и усилване на сигналите от водещата и водените наземни РЛС;
  
• 
  грубо (по разстояние) и точно (по фаза) търсене на тези сигнали;
  
• 
  точно следене на сигналите на водещата РЛС по времe на задържане и по фаза;
  
• 
  измерване на радионавигационните параметри;
  
• 
  определяне на координатите на потребителя.
  

• 
  разстояние до крайния пункт на полета;
  
• 
  пеленг на този пункт;
  
• 
  пътна скорост и пътен ъгъл;
  
• 
  странично отклонение от полетния маршрут (плана на полета);
  
• 
  оставащо време до междинен или краен пункт на полета и др.
  

Тактическата импулсно-фазова система “LORAN – Д” се използва за осигуряването на полетите на малки височини на военните ВС. По принципа си на работа тя е аналогична на “LORAN – С”. Бородвата апаратура е идентична. Основните конструктивни особености на наземните станции на системата “LORAN – Д” в сравнение с аналогичната РЛС от системата “LORAN – С” са следните:

• 
  антените са издигнати на по-малка височина –( 90 – 120) m;
  
• 
  намалена е мощността на излъчване – (4 – 10) kW;
  
• 
  намалена е базата между водещата и водените станции – (250 – 350) km;
  
• 
  за компенсиране на намалената мощност на излъчването, броят на импулсите в пачката е увеличен двойно – 16 бр.
  

Фазовата РСДН “OMEGA” работи в диапазона на дългите вълни (10,2 – 13,6 kHz). Тя е практически глобална разликово-далекомерна система за навигация на въздушни и морски съдове, подводни лодки и наземни обекти.

В процес на експлоатация са осем наземни станции на РСДН “OMEGA”, които последователно излъчват синхронизирани по фаза достатъчно дълги импулсни сигнали (0,9 – 1,2)s с интервал между импулсите0,2s. Периодичността на излъчваните от всяка станция сигнали е 10 s. За отстраняване на многозначността на измерванията предаващите станции излъчват в строга последователност импулси с носещи честоти 10,2; 13,6 и 11,33 kHz (фиг. 2).

Фиг. 2. Радиоимпулси на наземните РЛС от РСДН “OMEGA”

Отстраняването на нееднозначността на фазовите измервания на разстоянията в РСДН “OMEGA” се извършва по нониусния метод, при който за формиране на първата скала на фазовите измервания на разстоянията се използва разликовото колебание на двете носещи честоти 13,6 и 10,2 kHz (честота на биене 3,4 kHz, на която съответства еднозначност на измерванията на всеки 44 km). За формиране на втората скала се използва разликовото колебание на носещите честоти 11,33 и 10,2 kHz (честота на биене 1,13 kHz, на която съответства еднозначност на измерванията на всеки 132 km). С цел по-нататъшното разкриване на нееднозначността на измерванията се използва априорна информация от други навигационни източници.

Наземните РЛС на РСДН “OMEGA” не се делят на водещи и водени, а всички работят независимо, синхронно със сигналите на системата за единно време. Конструктивно тези станции представляват големи по габарити и сложни съоръжения с височина на антенните мачти до 365 метра и радиус на заземление 1000 метра. Излъчваната мощност от 10 kW осигурява надеждно приемане на сигналите им от потребителите на разстояние до 10000 километра.

Автоматическите радионавигационни бордови устройства на РСДН “OMEGA” осигуряват:

• 
  идентификация на сигналите, приемани от наземните РЛС и избор на двойката станции от всички възможни комбинации;
  
• 
  синхронизация на работата на измерителните радионавигационни устройства с цикъла на временната диаграма на излъчване на станциите от системата;
  
• 
  осигуряване на пространствена селекция на приеманите сигнали;
  
• 
  измерване на фазата на приетите сигнали;
  
• 
  отстраняване на многозначността на фазовите измервания;
  
• 
  изчисляване на географските координати, с отчитане на височината на потребителя и цялата радионавигационна информация, която се получава от осемте предавателя на РСДН;
  
• 
  корекция на резултатите от измерванията с отчитане на скоростта на потребителя и определяне на най-вероятното му местоположение по метода на изчисляване на изминатия път;
  
• 
  оценка на правдоподобността на изчисленото местоположение на потребителя.
  

Повишаване на точността на РСДН “OMEGA” може да се постигне, ако тя работи в далекомерен режим, за което са достатъчни само две наземни РЛС. По този начин се разширява зоната на действие на системата и 2 – 3 пъти се увеличава нейната точност на местоопределяне. За целта, обаче, има необходимост от високостабилен стандарт за време (честота) и неговата периодическа калибровка, което води до съществени технически и икономически трудности при използване на далекомерния метод в РСДН.

На съвременния етап все по-успешно се налага съвместното използване на бордовите навигационни комплекси на информацията от РСДН “OMEGA” и спътниковите навигационни системи. При този подход точността на местоопределяне в отделни региони може да достигне от 0,4 до 1,0 km, а в цялата зона на действие – от 1,8 до 3,6 km.
Литература:

1. В. В. Шкирятов. Радионавигационные системы и устройства. М. “Радио и связь”, 1984.