1.3. Радіотехнічні методи навігації.
Радіоелектронні системи навігації, історія яких починається з часів Другої світової війни, дозволяють бортовим приладів швидко і автоматично визначати і вказувати місце розташування, а при необхідності і швидкість, в будь-яких погодних умовах. У наші дні багато таких систем, створених у військових цілях, обслуговують і цивільних користувачів.
Міжнародна авіаційна система посадки - так звана система посадки за приладами (ILS). Це мікрохвильова передавальна система, яка сигналами трьох радіомаяків вказує пілотові відхилення по курсу і глісаді від стандартної траєкторії заходу на посадку. Система ILS допускає захід на посадку тільки по прямій, а можливості користування нею залежать від місцевих умов розповсюдження сигналу. Ці недоліки усунені в розробленій пізніше НВЧ-системі забезпечення посадки MLS. Вона менш чутлива до місцевих умов, здатна обслуговувати кратне прибуття і може задавати змінні схеми заходу. Криволінійні шляху заходу на посадку знижують рівень шуму в деяких аеропортах.
Радіолокаційна навігація має особливо важливе значення для судноплавства в прибережних водах. Радіолокація замінює зір штурману в тумані і темряві ночі. Індикатор кругового огляду (ІКО) показує положення судна на тлі зображення карти місцевої зони. Вказуючи також положення інших судів і суші, радіолокатор дозволяє уникнути зіткнень. Радіолокація застосовується і в повітряної навігації. Доплеровське навігаційне пристрій трьома або чотирма вузькими радіохвилями НВЧ-антен сканує землю в різних напрямках. На основі ефекту Доплера обчислюється шляхова швидкість повітряного судна, а інтегруванням швидкості визначається його місце розташування. Наземні радіолокаційні станції служать основою сучасного управління повітряним рухом. Радіолокація дозволяє також вимірювати висоту, що дає можливість визначати координати літака в трьох вимірах.
Радіомаяки. Пеленгаційна антена судна може визначати напрям на радіомаяк, сигнал якого вона приймає. Сигнал радіомаяка містить позивний код, за яким можна встановити місце розташування маяка. Відраховуючи курс по компасу, штурман проводить лінію положення (див. вище). Точкою перетину двох таких ліній визначаються координати судна. Точність пеленгації за радіомаяка невелика на великій відстані від них, але прийнятна - на малому. Перевагою ручних пеленгаторних приймачів (напів радіокомпасів) є їх дешевизна.
В авіації зазвичай застосовуються автоматичні радіопеленгатори, або радіокомпаси.
Системи вимірювання азимута і відстані. Устаткування цієї категорії дає основну маршрутну інформацію для повітряної навігації. Знаючи азимут відомої наземної радіостанції, пілот може тримати на неї курс і при цьому бачити на індикаторі відстань до неї. Перебудовуючись з однієї станції на іншу, він може пройти «наосліп» в будь-яку точку призначення.
Інформацію про азимут дає всеспрямований курсовий радіомаяк УКХ-діапазону VOR (VHF Omnidirectional Range). Радіомаяк VOR передає два сигнали, різниця фаз яких є прямий мірою його азимута щодо направлення на північ, причому показання компаса не потрібні. ВПС і ВМФ США розробили іншу систему визначення азимута як частину своєї радіонавігаційної системи ближньої дії «Такан» (TACAN - Tactical Air Navigation). Похибка (стандартне відхилення) системи VOR трохи менше 1 °, а похибка системи «Такан» - близько 0,5 °.
Цивільні і військові радіомаяки США використовують однотипне далекомірне обладнання DME (Distance Measuring Equipment). Відстань від користувача до радіомаяка визначається за вимірюваним часу, за який сигнал користувача доходить до радіомаяка, викликає спрацьовування відповідача (приймає, підсилює і знову передавального сигнал) і повертається назад. Час вимірюється як інтервал між переданим і прийнятим імпульсами. Точність визначення відстаней - близько 400 м. У тих випадках, коли одне і те ж обладнання DME використовується для радіомаяків VOR і TACAN, система позначається абревіатурою VORTAC.
Точні вимірювання змін дальності за малі інтервали часу лежать в основі наземного спостереження за космічними літальними апаратами. На станціях стеження використовуються великі антени і атомний годинник (в якості стандартів частоти). Зміни дальності визначаються зі зміни фази сигналу, що прийшов від бортового відповідача КЛА.
5. Гіперболічні системи. Гіперболічна радіонавігаційна система дає лінії положення, які являють собою гіперболи. Радіодалекомірні системи визначають координати в напрямку на джерело сигналу точніше, ніж у поперечному напрямку. У гіперболічних системах для вимірювання відстані використовуються радіосигнали без застосування відповідача. Якщо відповідач може обслуговувати одночасно лише невелике число користувачів, то число користувачів гіперболічної системи не обмежена. Для вимірювання дальності передавальної станції необхідно, як говорилося вище, дуже точними (і дорогими) годинами вимірювати час проходження сигналу. У гіперболічних системах необхідність у дорогих годинниках усунена завдяки тому, що вимірюється різниця часів приходу сигналів від двох рознесених у просторі наземних радіостанцій. З цієї різниці обчислюється різниця відстаней до радіостанцій. Лінії з однаковою різницею часів приходу сигналів від кожної пари радіостанцій представляють собою гіперболи на площині і близькі до гіпербол на поверхні Землі. Точка перетину гіпербол відповідає місцю розташування судна.
Серед гіперболічних радіонавігаційних систем найбільш широко застосовується імпульсно-фазова різницево-далекомірна система «Лоран-С» (LORAN - Long Range Navigation) (Рис. 1.3). Вона прийнята в якості стандартної радіонавігаційної системи для судноплавства в прибережних водах США. Її радіостанції забезпечують хороший охоплення східного узбережжя США, Мексиканської затоки і західного узбережжя до південної частини Аляски. Працюючи на низьких частотах, ця система використовує т.зв. земну радіохвилю, яка огинає поверхню Землі і тому в своєму поширенні не обмежена межами прямої видимості. Сигналами системи можна користуватися в радіусі близько 2000 км від її станцій, і в більшості охоплених зон вона забезпечує точність близько 500 м. Приймачі системи «Лоран-С» встановлюються також на багатьох військових літаках і на літаках цивільної авіації загального призначення.
Рис.1.3. «ЛОРАН-С», стандартна радіонавігаційна система для цивільних судів США в прибережних водах. Наземні радіостанції, показані темними кружками.
У міжнародному масштабі застосовується також фазова гіперболічна радіонавігаційна система «Омега» (Рис.1.4). «Омега» - перша глобальна радіонавігаційна система для повітряних суден, підтримувалася США і ще 6 іншими країнами.
«Омега» була розроблена ВМС США для потреб військової авіації. Розробка почалася в 1968 і планувалося глобальне покриття океанів з допомогою 8 передавачів, з точністю визначення місця розташування рівної 4 милям. Спочатку система використовувалася атомними бомбардувальниками в приполярних районах. Пізніше було виявлено, що вона може використовуватися і підводними човнами
Її основною відмінністю від системи «Лоран» є низька робоча частота і відповідно до цього підвищена дальність дії. Глобальний охоплення забезпечується вісьмома радіостанціями. Однак через велику робочої довжини хвилі (відповідної низькій частоті) похибка визначення координат вище - близько 3 км.
Рис.1.4. «ОМЕГА», радіонавігаційна система, що забезпечує глобальне охоплення вісьмома радіостанціями, розташованими в різних частинах світу.