МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКIВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНIВЕРСИТЕТ РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ

Кафедра Основ радіотехніки

КОНСПЕКТ ЛЕКЦIЙ

З ДИСЦИПЛІНИ “РАДІОНАВІГАЦІЙНІ СИСТЕМИ ТА СИСТЕМИ СИНХРОНІЗАЦІЇ”

для студентів спеціальності 7.090701

"Радіотехніка"

Частина 1

Принципи радіонавігаційних мереж

ЗАТВЕРДЖЕНО

кафедрою "Основи радіотехніки"

Протокол № 8 від 25.02.03.

ХАРКIВ 2008

1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ

Радіонавігація – область науки і техніки, що охоплює радіотехнічні методи і засоби водіння кораблів, літальних і космічних апаратів, а також інших об'єктів, що рухаються.

Радіонавігація тісно зв'язана спільністю розв'язуваних задач з радіолокацією. Радіолокацією називають область науки і техніки, що поєднує методи і засоби виявлення, виміру координат і параметрів руху, а також визначення властивостей і характеристик різних об'єктів (радіолокаційних цілей), заснованих на використанні радіохвиль, випромінюваних, ретранслюємих або відбиваних ( що розсіюються) цими об'єктами. Процес виявлення об'єктів, виміру їхніх координат і параметрів руху називають радіолокаційним спостереженням (іноді радіолокацією мети), а використовувані для цього системи – радіолокаційними станціями (РЛС) чи радіолокаторами.

У багатьох випадках РЛС застосовують для рішення чисто радіонавігаційних задач.

У загальному випадку миттєве положення об'єкта в просторі визначається трьома координатами х_; (м=1, 2, 3) у тій чи іншій системі координат. Для характеристики руху об'єкта необхідні також похідні координат хⁿ, число яких залежить від складності траєкторії руху об'єкта. На практиці найчастіше використовують похідні не вище другого порядку, тобто швидкість об'єкта v=х' і прискорення a = х''. При цьому звичайно мають на увазі координати і їхні похідні для центра ваги об'єкта. Часто вимірюють лише координати, а їхні похідні одержують шляхом диференціювання. Можливо, також безпосередньо оцінити складову відносної швидкості об'єкта, перпендикулярну фронту прихожої до антени електромагнітної хвилі, шляхом виміру допплерівського зсуву частоти. Інтегруванням швидкості об'єкта можна одержати відповідну координату, а її диференціюванням – прискорення.

2 Координати, час, рух

2.1 Загальні уявлення про небесну сферу

При вивченні супутникової радіонавігації необхідно мати визначений обсяг знань про системи координат, у яких здійснюється рух навігаційних супутників і виробляються навігаційні визначення споживачів.

Орбіти супутників зв'язуються з уявлюваними лініями, які можна провести по поверхні Землі, небесної сфери і через крапки на небесній сфері.

Спостерігач на Землі може представити уявлювану сферу довільного радіуса з центром в оці спостерігача, на поверхню якої проектуються зображення небесних тел. Така умовна поверхня називається небесною сферою.

У кожній крапці земної поверхні можна визначити напрямку вертикальної лінії. Вона перетне небесну сферу в крапках Z і Z', що називаються надир і зеніт відповідно. Окружність у площині, що перетинає небесну сферу і проходить через її центр називається щирим чи математичним обрієм. Через центр небесної сфери і Полярну зірку проходить лінія називана віссю світу (Error: Reference source not found).Крапка перетинання осі світу з небесною сферою в напрямку Полярної зірки називається Північним полюсом світу, а протилежна – Південним полюсом світу (Error: Reference source not found,Error: Reference source not found).Окружність, у площині якої знаходиться вісь світу, називається небесний меридіан, а окружність з центром у центрі небесної сфери і перпендикулярна осі світу називається небесний екватор (Error: Reference source not found). Півкола, що з'єднують полюса світу мають назва кола відмінювання.

Небесний меридіан перетинає математичний обрій у двох крапках. Найближча до до Північного полюса світу називається крапкою півночі (N), а протилежна – крапкою півдня (S). Небесний звід обертається навколо осі світу. При цьому Північний полюс світу сполучається з Полярною зіркою. Таким чином, будь-яка зірка, рухаючи по небесній сфері, у південній частині небозводу (праворуч від полюса Р) у який те момент займає найвище положення над обрієм. Це положення називається верхньою кульмінацією зірки (крапка "А" на). Навпаки, на ділянці небесного меридіана в північній частині небозводу (ліворуч від полюса Р) зірка, перетинаючи небесний меридіан, виявляється в щонайнижчому положенні стосовно обрію. Це положення називається нижньою кульмінацією зірки (крапка "Q" на). Кульмінацією тіла називається його проходження через небесний меридіан.

У різні моменти року Сонце, при спостереженнях із Землі, проектується на різні ділянки зоряного неба. Траєкторія удаваного переміщення Сонця по небесній сфері називається екліптикою. Екліптика являє собою окружність, що перетинається з небесним екватором під кутом = 23.5 у двох протилежних крапках, що називаються:

 - крапка весняного рівнодення і  - крапка осіннього рівнодення.

Крапки сонцестоянь (літнього і зимового) відстоять по екліптиці від крапок рівнодення в обидва боки на 90⁰. Повний оборот Сонця по екліптиці відбувається за 365.25 доби. Один повний оборот навколо своєї осі Земля робить щодо зірок за менший проміжок часу, а щодо Сонця за більший.

На зоряному небі екліптика проходить через 12 зодіакальних сузір'їв: Риба, Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Змееносець. Сузір'я, на яке проектується Сонце з Землі, спостереженню недоступно, тому що зходить і заходить разом із Сонцем і кульмінує опівдні. Сузір'я, протилежне Сонцю видиме і кульмінує опівночі.

Відмінюванням небесного світила  називається кут між напрямком з центра небесної сфери на дане світило і площиною небесного екватора.

Зірки при своєму видимому добовому русі, викликаному осьовим обертанням Землі, переміщаються на небесній сфері паралельно небесному екватору.

Пряме сходження небесного тіла () є кут між напрямком з центра небесної сфери на крапку весняного рівнодення і площиною кола відмінювання даного тіла, відлічуваний у напрямку проти вартовий стрілки, якщо дивитися з боку північного полюса світу.

У будь-якій крапці Землі вісь світу рівнобіжна земної осі і тому висота полюса світу і географічна широта даного пункту є кутами з взаємно перпендикулярними сторонами. Вісь світу завжди перпендикулярна площини земного екватора, а радіус Землі, проведений у пункт спостереження, перпендикулярний до дотичної площини. Звідси випливає, що висота Північного полюса світу дорівнює географічній широті місця.