Список использованных сокращений

CPU	Центральный процессорный узел, обычно включает микропроцессор и БИС окружения
GPS	Глобальная навигационная система со спутниковым базирование опорных станций
h21эмин	Коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером, минимальное значение
I/O	Устройство ввода/вывода (УВВ)
IOH, IOL, VOH, VOL	Выходные параметры интегральных ключей в интерпретации [5]
IК и макс	Ток коллектора транзистора импульсный, максимальное значение
MSC-85	Комплект микросхем, ориентированный на использование микропроцессора 8085
RAM	Оперативная память для записи и хранения данных (ОЗУ)
ROM	Постоянная напять для хранения констант и кодов программы (ПЗУ)
ВМ	Ведущая станция в цепочке, которая задает временные соотношения
ВЩ	Ведомая станция в цепочке, которая следует сигналам ВЩ
ИМС	Интегральная микросхема
ИУ	Индикаторное устройство
ИФРНС	Импульсно-фазовая радионавигационная система
КС	Контрольная сумма кодов, записанных в памяти. Используется для проверки целостности данных
МП	Микропроцессор
ОА	Общий анод – тип 7-сегментного СИД-индикатора
ОК	Общий катод – тип 7-сегментного СИД-индикатора
ОЭП	Оптико-электронный прибор (оптрон)
ПК	Персональный компьютер
ПП	Подпрограмма
ППОП	Подпрограмма обработки прерываний
РНС	Радионавигационная система
РН-сигнал	Радионавигационный сигнал
СИД	Светоизлучающий диод
ТБ	Текущий байт
ТВП	Таймер программируемого паттерна

Введение

Назначение РНС Лоран-С. Разработка импульсно-фазовых, разностно-дальномерных радионавигационных систем с наземным базированием LORAN-C была начата в конце 40-х и начале 50-х гг. в США и позднее «ЧАЙКА»  в СССР [1]. Первоначально обе системы предназначались для навигационного обеспечения ударных сил авиации и военно-морского флота при решении ими боевых задач. Высокие тактико-технические характеристики этих систем предопределили, начиная с 70-х гг., их массовое применение в среде гражданских потребителей в большинстве стран мира.

До настоящего времени ИФРНС LORAN-C продолжает обеспечивать навигацию гражданских и некоторых военных потребителей различных государств в море, воздухе и на суше. В мире в эксплуатации находятся 26 цепей РНС LORAN-С, каждая из которых содержит от 3 до 5 станций; некоторые станции работают одновременно в двух цепях (рис. В.1, а, б).

В России в рабочей эксплуатации находятся четыре цепи системы «ЧАЙКА» [1]:

 европейская, в составе пяти станций, три из которых расположены в районах городов Брянск (ведущая), Петрозаводск, Сызрань (Россия) и две  за пределами России: Слоним (Республика Беларусь) и Симферополь (Украина);

 восточная, в составе четырех станций, расположенных в районах городов Александровск-Сахалинский (ведущая), Петропавловск-Камчатский, Уссурийск и Охотск;

 на Севере России функционируют две цепи, состоящие из пяти станций. Станции расположены в районах г. Дудинка (ведущая), пос. Таймылыр, о-в. Панкратьева, г. Инта (ведущая-ведомая) и пос. Туманный, причем три станции одновременно работают в обеих цепях.

К концу 90-х гг. прошлого столетия были завершены работы по созданию объединенной российско-американской цепи «ЧАЙКА»/LORAN-C в составе двух российских станций в районах городов Петропавловск-Камчатский и Александровск-Сахалинский и одной американской станции LORAN-C на о-в. Атту (США, станция X на рис. В.1).

Помимо основного назначения  определение текущего места движущихся и неподвижных воздушных, морских, наземных и космических объектов различного назначения  РНС могут обеспечивать потребителей информацией о точном времени, параметрах движения (скорость, путевой угол, пройденный путь, взаимное расположение движущихся объектов и т. д.), а также контролировать их перемещение.

a

б

Рис. В.1. Алеутская и Мексиканская цепочки РНС LORAN-C

PHC LORAN-C до сих пор остается самой распространенной системой с наземным базированием: количество ее потребителей в мире на 1997 г. составляло около 1,3 млн., причем более половины находятся в США (морские  около 500 тыс., авиационные  около 130 тыс., наземные  около 30 тыс.).

Принцип действия и режимы использования сигналов ИФРНС LORAN-C и «ЧАЙКА». Передающие станции ИФРНС LORAN-C и «ЧАЙКА» излучают группы (пачки) из восьми («ведомые» станции) или девяти («ведущие» станции) импульсов на несущей частоте 100 кГц (рис. В.2, а). Группы станций объединены в цепочки. Каждая цепочка излучает синхронизированные импульсные сигналы с одинаковой частотой повторения. Цепочки состоят из одной «ведущей» (ВЩ) и двух-четырех «ведомых» (ВМ) передающих станций (рис. В.2, б).

а

б

в

Рис. В.2. Фазовое кодирование и временной паттерн сигналов имитатора

Кодирование сигналов фазовое, которое при бинарном коде означает, что начальная фаза сигнала в зависимости от компонентов кода может принимать значение 0 (кодовое значение «+1») или  (кодовое значение «–1»). Такое кодирование (+1 и 1) обусловлено использованием на станциях генераторов ударного возбуждения для формирования радиоимпульсов.

На рис. В.2 обозначены: кодовые задержки излучения сигналов ведомых станций ВМ1 и ВМ2 относительно момента излучения сигнала ведущей станции ВЩ1 как T_AB и T_AC, период повторения сигнала  T_повт. При этом код «0» может формироваться импульсом положительной полярности (+1), а код «» — импульсом отрицательной полярности (–1). Это представление сигнала будем называть временным паттерном (рис. В.2, в).

Для различения сигналов используется бинарный код Франка, обладающий хорошими свойствами различимости (хорошей взаимно корреляционной функцией).

Интервалы повторения пачек импульсов используются для опознавания цепочек и уменьшения взаимных помех между ними. Значения интервалов повторения пачек изменяются от 30 000 до 100 000 мкс (основные частоты) с шагом изменения частоты повторения 100 мкс (дополнительные частоты повторения).

Режим использования сигналов ИФРНС – стандартный разностно-дальномерный (гиперболический) [2]. Этому режиму свойственны ограничения по точности и размерам рабочей зоны, обусловленные геометрическим фактором, зависящим от взаимного расположения передающих станций и потребителей. Поэтому в зависимости от задач и требований потребителей получили широкое распространение и другие режимы использования сигналов ИФРНС:

 режим работы с функционально равноценными станциями,

 дальномерный режим,

 дифференциальный,

 режим одновременной работы со смежными цепями.

Режим работы с функционально равноценными станциями реализуется в бортовой аппаратуре потребителей с помощью специальных алгоритмов и позволяет повысить точность определения места. В данном случае ведущая станция рассматривается в алгоритме обработки сигналов как обычная ведомая [1].

При наличии на борту потребителя высокостабильного опорного генератора частоты можно обеспечить повышение точности и надежности определений места применяя дальномерный режим работы.

При использовании метода одновременной работы со смежными цепями (объединенные цепи) возможны два варианта обработки информации. В первом варианте одну гиперболу получают с помощью пары станций одной цепи, а другую  с помощью пары станций другой цепи. Во втором варианте в бортовой аппаратуре используется алгоритм обработки, при котором одна гипербола получается путем измерения разности времен приема сигналов пары станций одной цепи, а другая создается «искусственно» с помощью пары станций двух смежных цепей. Режим работы со смежными цепями позволяет существенно повысить точность определения места и расширить рабочие зоны. Этот режим широко используется в США и Европе благодаря работе ряда станций одновременно в двух цепях (в двойном режиме).

Значительного (в 4…5 раз) повышения точности ИФРНС можно достичь, используя дифференциальный метод, но только лишь в локальных районах рабочей зоны. Этот метод основан на использовании мониторинга сигналов РНС LORAN-C/«ЧАЙКА» в фиксированной точке рабочей зоны с известными географическими координатами, благодаря чему разность времен (TD  time difference), определяемая приемоиндикатором контрольной станции, сравнивается с разностью времен, вычисляемой для этой точки. Результат сравнения этих данных дает поправку на распространение радиоволн, которая автоматически передается потребителям. Реализация дифференциального режима в системах LORAN-С/«ЧАЙКА» позволяет повысить точность получения места до 10…50 м в зоне радиусом до 150…200 км от станции.

Другим направлением совершенствования существующей инфраструктуры РНС LORAN-C/«ЧАЙКА» является возможность использования ее в качестве мощного системного усиления для спутниковых систем GPS, «ГЛОНАСС».

Несмотря на удовлетворенность многих потребителей высокой точностью GPS, существует необходимость в повышении ее целостности и дос-тупности, так как спутниковые системы сами по себе не могут обеспечить целостность и доступность, необходимые для сертификации их в качестве единственного средства навигации воздушных потребителей.

Под целостностью (достоверностью) РНС понимается способность системы обеспечивать получение потребителями координатно-временной информации с заданным качеством. Одним из направлений повышения целостности является введение избыточного контроля (определения и устранения неисправностей или автономного мониторинга целостности в приемоиндикаторе) и создание станций наземного и космического базирования для улучшения рабочей зоны.

Доступность системы есть вероятность того, что в любое время и в любой точке рабочей зоны навигационная система обеспечивает потребителя информацией, достаточной для определения местоположения с требуемой точностью. Традиционно доступность определяется как процент времени, в течение которого система надлежащим образом функционирует в заданном режиме. Днем GPS пригодна для местоопределения объектов обычно более чем на 90 %, но в ряде случаев этого недостаточно.

С целью повышения достоверности и доступности высокоточных спутниковых координат уже реализована интеграция GPS с барометрическим альтиметром и с инерциальными системами, что представляет собой только решение проблем, связанных с доступностью при полетах по маршруту, на океанских трассах и в отдаленных районах, где необходимо время порядка десятков минут.

Совместное использование наземных ИФРНС и космических РНС позволяет создать интегрированную радионавигационную систему, превосходящую по своим техническим характеристикам каждую из входящих в нее систем. Так, создание интегрированного радионавигационного поля на основе системы GPS, дополненной системой LORAN-C, обеспечивает уровень доступности и достоверности сигнала, превышающий 99,9 %, поэтому сохранение в эксплуатации систем с наземным базированием LORAN-С/«ЧАЙКА» фактически позволит решить проблемы доступности и целостности спутниковых радионавигационных систем.

В 2008 г. министерство внутренней безопасности США [7] решило приступить с модернизации РНС LORAN-C. Согласно этому решению навигационная сеть взята под государственный контроль и на ее переоснащение будет выделено $34,5 млн. Модернизированная сеть будет называться eLORAN. Станции системы кроме основного назначения будут передавать сигналы точного времени и предупреждения об угрожающих бедствиях.

В настоящее время номенклатура и объем выпускаемой отечественной приемоиндикаторной аппаратуры PHC «ЧАЙКА» недостаточны для удовлетворения требований многочисленных потребителей. По уровню технических решений наша аппаратура не уступает зарубежной, однако ее элементная база отстает от зарубежного уровня. Разработки новых образцов отечественных приемоиндикаторов PHC «ЧАЙКА»/LORAN-C продолжаются в направлении интегрирования систем «ЧАЙКА» и LORAN-C со спутниковыми РНС ГЛОНАСС и GPS. На рис. В.3…В.6 приведены примеры приемоиндикаторной и имитационной аппаратуры отечественного и зарубежного производства, предлагаемые на рынке различным потребителям.

Рис. В.3. Приемоиндикатор 90 MARK-II производства фирмы Furuno	Рис. В.4. Имитатор РНС, который моделирует работу радионавигационной системы LORAN C

Рис. В.5. Модуль ИФРНС предназначен для приема сигналов систем LORAN C и «Чайка» (www.rirt.ru)	Рис. В.6. Приемоиндикаторная аппаратура системы LORAN-C, разработанная СКБ "ГРАНИТ" (www.granit.kz)

На рис. В.6 видно, что аппаратура приема сигналов LORAN-C использует магнитную ненаправленную антенну.