Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Институт радиотехники и электроники (ирэ)

________________________________________________________________

О.А. Алексеев, А.И. Баскаков, В.А. Терехов

Радионавигационные системы

Часть 1. Автономные радионавигационные системы летательных аппаратов

Учебное пособие по курсам «Радионавигационные системы»,

«Теория и техника радиолокации и радионавигации»

Под редакцией Ю.Н. Бугаева

Москва Издательский дом МЭИ 2014

УДК

621.396

А 273

Утверждено учебным управлением НИУ МЭИ

в качестве учебного пособия для студентов

Подготовлено на кафедре радиотехнических приборов

Рецензент: доцент Бугаев Ю.Н.

А 273 Алексеев О.А.

РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. Часть 1. Автономные радионавигационные системы летательных аппаратов. Учебное пособие/ О.А. Алексеев, А.И. Баскаков, В.А. Терехов. Под. ред. Ю.Н. Бугаева. – М.: Издательский дом МЭИ, 2014 – 68 с.

Рассмотрены вопросы построения и функционирования радиовысотомеров, доплеровских измерителей скорости и угла сноса летательных аппаратов, а также систем счисления пути и обзорно-сравнительных навигационных систем. Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Радионавигационные системы», «Теория и техника радиолокации и радионавигации».

© Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2014

Введение

В пособии рассматриваются специфические вопросы, связанные с построением и функционированием автономных радионавигационных систем летательных аппаратов, т.е. систем, позволяющих определять его местоположение без помощи спутниковой радионавигации. Ограниченный объем пособия не позволяет подробно останавливаться на особенностях аппаратурной реализации отдельных узлов и блоков. Эти вопросы достаточно подробно разбираются в курсах по радиопередающим и радиоприемным устройствам. Основное внимание в пособии уделяется следующим вопросам: особенностям отражения радиосигналов от подстилающей поверхности и получении формул, необходимых для расчета мощности отраженного сигнала, определению спектральных характеристик отраженных сигналов, анализу и оценке возможных ошибок измерения навигационных параметров на борту летательного аппарата.

1. Радиовысотомеры летательных аппаратов

1. Отражение радиосигналов от земной и морской поверхности. Расчет мощности отраженного сигнала

1.1.1. Критерий шероховатости поверхности

Отражение радиоволн от подстилающей поверхности зависит от характера и размеров неровностей, длины волны, поляризации падающей волны и других факторов.

Разделение отражающих поверхностей на гладкие и шероховатые связано с соотношениями между длиной облучающей радиоволны λ, среднеквадратической высотой неровностей поверхности и углом между нормалью к среднему уровню поверхности и направлением распространения волны. Критерий гладкости (зеркальности) или шероховатости сформулирован Рэлеем [1].

Считают, что для условно гладкой поверхности выполняется неравенство

.

(1.1)

В обратном случае поверхность считается шероховатой. Поскольку при измерении высоты угол падения близок к нулю, приближенно считают, что условием гладкости поверхности является превышение λ над на порядок и больше. Отсюда следует, что при неровностях порядка сантиметров поверхность можно считать гладкой лишь для РВ, работающих в дециметровом и более длинноволновом диапазоне; РВ - системы сантиметровых волн должны при этом проектироваться на основе модели шероховатой поверхности.

Когда электромагнитная волна достигает гладкой поверхности, имеет место зеркальное отражение с равными друг другу углами падения и отражения. При падении волны на шероховатую поверхность отражение носит диффузный характер.

Заметим, что в реальных ситуациях отраженный от земли сигнал содержит как зеркальную, так и диффузную составляющие, соотношение между которыми зависит как от характеристик поверхности, так и от параметров зондирующего сигнала. Роль зеркальной составляющей растет с уменьшением угла и увеличением λ. Поскольку случай зеркального отражения встречается в условиях эксплуатации РВ достаточно часто, антенны РВ обычно имеют широкую диаграмму направленности для того, чтобы в условиях маневрирования самолета или другого летательного аппарата (ЛА) – носителя РВ, устройство обеспечить большой уровень принимаемого сигнала.

При расчете мощности сигнала, отраженного от поверхности, относительно которой измеряется высота, следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, поверхность представляет собой протяженную цель, которая образует отраженный сигнал во всей области, определяемой шириной диаграммы направленности антенны (ДНА). Во-вторых, приемник РВ анализирует лишь ту часть отраженного сигнала, которая может быть принята приемной антенной и которую в состоянии «проанализировать» приемное устройство. Следовательно, при расчете мощности отраженного сигнала важно учитывать как характеристики антенн и поверхности, так и время анализа.