13

Лекция №7

Тема: Основы радионавигации

Вопросы:

1. Основные термины и определения.

2. Методы навигации.

3. Разновидности позиционного метода определения местоположения объекта в радионавигации.

1. Основные термины и определения

1. Термин "навигация"(от латинскогоnavigatio- мореплавание) в исходном,узком смысле, обозначает процесс вождения объектов (объектов навигации).

В широком смыслепод навигацией понимают теорию и практику методов и средств получения информации о положении и движении объектов и управления движением в пространстве.

Термин навигация распространен на способы вождения таких подвижных объектов, как самолеты, вертолеты, космические корабли, морские и речные суда. Он не применим к вождению объектов, траектории движения которых заранее жестко определены и положение которых в любой момент времени известно, например, железнодорожных составов.

В зависимости от типа подвижного объекта в навигации как науке выделились соответствующие направления: воздушная навигация, морская навигация, космическая навигация. В ряде случаев в навигации различают соответствующие направления в зависимости от физических принципов, заложенных в основу применяемых методов и средств.

В частности, радионавигация- наука о радиотехнических методах и средствах получения информации о положении и движении подвижных объектов, а также о радиотехнических методах и средствах их вождения из одной точки пространства в другую.

При решении навигационных задач перемещение объекта должно выполняться по наивыгоднейшей траектории.

Траекториейобъекта называется пространственная кривая, по которой перемещается центр его массы в процессе движения.

Основными задачами навигации являются:

• обеспечение точного движения объекта по заданной траектории;

• обеспечение точного вывода объекта в заданный пункт в назначенное время оптимальным для данных условий способом.

Для решения этих задач необходимо ответить на следующие вопросы:

• гденаходится объект в данный момент;

• куданеобходимо перемещаться в дальнейшем;

• каким способомнеобходимо перемещаться, чтобы прибыть в заданные пункты в назначенное время с учетом нахождения поблизости других объектов и с обеспечением требуемого уровня безопасности перемещения

Для ответа на эти вопросы необходимо:

• определить текущие координаты объекта в определенной системе координат;

• знать координаты цели к необходимому моменту времени в той же системе координат;

• знать параметры движения объекта и окружающих его других объектов и определить необходимые значения новых параметров движения, обеспечивающих вывод объекта в заданный пункт в назначенное время с требуемым уровнем безопасности перемещения.

Выполнение заданной программы перемещения объектов, как правило, делится на отдельные этапы.Так, например, полет маневрирующего КА можно разделить на следующие основные участки:

• активный участок полета РН для вывода объекта на заданную орбиту;

• неуправляемый орбитальный участок после вывода КА на орбиту;

• участок маневра КА;

• участок торможения и посадки КА

Каждому этапу процесса навигации соответствует режим навигации, под которым понимается выдерживание направления и параметров движения. Режим навигации определяется совокупностью большого числанавигационных элементов, (НЭ) которые представляют собой геометрические или механические величины, характеризующие положение и перемещение объекта.

НЭ делятся на четыре основных группы:

1. элементы, характеризующие положение и перемещение центра масс объекта относительно различных систем отсчета: координаты объекта, проекции скорости и ускорения .

2. элементы, определяющие перемещение объекта относительно его центра масс, например, угловые координаты объекта в горизонтальной системе координат (крен, тангаж, курс), угловые координаты объекта относительно вектора скорости (углы атаки и скольжения, угол сноса и тому подобное).

3. элементы, определяющие состояние окружающей среды, например, параметры атмосферы, параметры магнитного поля, земли и тому подобное.

4. элементы, характеризующие положение и относительное перемещение других объектов (ориентиров, приводных радиостанций, радиомаяков, других воздушных и космических объектов и тому подобное).

Навигационные параметры

Определение указанных навигационных элементовпроизводится на основе измерениятекущих навигационных параметров (ТНП) с помощью различных технических средств навигации.

ТНПпредставляют собой геометрическую величину или одну из ее производных. Они либо совпадают с навигационными элементами, либо связаны с ними простыми соотношениями. Например, такой ТНП, как дальность, связан с навигационными элементами (прямоугольными координатами объекта) известным соотношением:

Для понимания принципов определения ТНП с помощью радионавигационных систем (рНс) введем некоторые понятия.

Радионавигационное полеесть электромагнитное поле с известной пространственно-временной структурой, создаваемое специальными искусственными или естественными источниками сигналов радиодиапазона, и используемое для решения задач навигации по РНС.

Действие любой РНС основано на точном знании функциональной зависимости параметров РН поля от координат точки пространства и от времени. Математическая модель РН поля дает его зависимость от координат точек, где расположены источники поля (обозначим радиусы - векторы этих точек через ), и от координат точки приема с радиуса вектораR..В общем случае такая зависимость записывается какгдеE- электрическая напряженность поля.

Источники РН поля называют радионавигационными точками(рнт). РНТ представляет собой объект с известными параметрами траектории (для неподвижных РНТ - координатами), на котором размещена аппаратура, излучающая или принимающая сигналы, или где находится естественный источник сигналов, относительно которого определяется положение ОН. РНТ, оснащенные передающей, приемопередающей аппаратурой, искусственными отражателями, называютискусственными. РНТ могут также представлять собой естественные излучатели или отражатели.

РН поле воздействует на приемную антенну и преобразуется в радионавигационный сигнал. Сигнал несет информацию об относительном положении ОН и РНТ. Чтобы выделить эту информацию и использовать в навигационных целях, сигнал подвергают обработке, которая содержит в большинстве случаев два основных этапа. На этапепервичной обработкиРН сигнал-функцию времени преобразуют в некоторое подмножество физических величин, которые являются результатами измерений или оценивания параметров РН поля в точке приема на интервале времени по принимаемому сигналу (фаза, частота, доплеровский сдвиг частоты, временная задержка сигнала, амплитуда). Они зависят от взаимного положения и движения РНТ и ОН. Эти параметры называютсярадионавигационными параметрами(РНП).

РНП входят в состав обязательных исходных данных для следующего этапа - вторичнойобработки. Результатом ее являются искомые параметры траектории ОН - координаты, скорость, время. Часто вместо РНП на входе подсистемы вторичной обработки рассматривают геометрические характеристики взаимного положения ОН и РНТ - текущие навигационные параметры, известным образом связанные с РНП (дальность, радиальная скорость, угол и тому подобное). Число независимо измеряемых параметров должно быть не меньшим, чем число подлежащих определению параметров траектории ОН.