Раздел 1. Основные понятия и определения. Классификация методов навигации и навигационных систем

План раздела:

1.1. Основные понятия и определения;

1.2. Классификация методов навигации;

1.3. Классификация навигационных устройств и систем;

1.4. Пилотажно-навигационные комплексы ЛА.

1.1. Основные понятия и определения

Навигация – раздел науки о способах проведения морских, воздушных судов и космических летательных аппаратов из одной точки пространства в другую. Эта задача решается методами и приборами мореходной, воздушной и космической навигации, которые позволяют определить местоположение и ориентацию движущегося объекта относительно принятой системы координат, величину и направление скорости движения, направление и расстояние до места назначения и т.д. К задачам навигации также относится определение оптимального маршрута движения, под которым понимается требование обеспечения максимальной безопасности и экономичности вывода объекта в заданную точку пространства в определенный момент времени с установленной точностью.

Самолётовождение – совокупность операций по управлению самолётом и другими летательными аппаратами (ЛА) в полёте. Полёт ЛА складывается из поступательного перемещения центра масс ЛА относительно выбранной системы координат (обеспечивается средствами воздушной навигации) и движения ЛА вокруг его центра масс (осуществляется пилотированием ЛА).

Воздушная навигация (аэронавигация) – раздел навигации, в котором рассматривается вождение ЛА типа самолетов и вертолетов из одной точки земной поверхности в другую по определенным пространственно-временным траекториям.

Понятие аэронавигации охватывает три процесса:

1) определение положения и скорости летательного аппарата в опорной системе координат;

2) сравнение измеренных значений с расчетными для данного момента времени;

3) пересчет результатов сравнения в команды управления, обеспечивающие такое изменение параметров движения, которое обеспечивало бы выполнение маршрута полета и достижение цели.

Параметры движения ЛА (параметры траектории, координаты и др.) и другие параметры, используемые для формирования программы траекторного движения, называют навигационными. Системы, определяющие навигационные параметры по первичным параметрам (линейные угловые ускорения или скорости, расстояния, азимуты и др.), называют навигационными системами.

1.2. Классификация методов навигации

Метод навигации представляет совокупность взаимосвязанных измерений навигационных элементов и вычислительных операций, позволяющий получить информацию о фактическом режиме полета. Содержание каждого метода навигации сводится к получению поверхностей положения, совместное использование которых позволяет определить местоположение ЛА. Для решения навигационной задачи необходимо знать не менее трех поверхностей положения. Если один метод навигации не дает такое число поверхностей положения, то прибегают к другим методам, восполняющим этот недостаток.

Методы навигации классифицируют по ряду признаков. Наиболее существенными являются:

1. Способ определения координат местонахождения;

2. Природа измеряемых физических величин.

В соответствии с первым признаком классификации методы навигации подразделяются на три группы:

– методы счисления пути;

– позиционные методы;

– обзорно-сравнительные методы.

Методы счисления пути основаны на измерении составляющих вектора ускорения или скорости движения объекта и интегрировании по времени этих составляющих (ускорение интегрируется дважды) для получения координат местонахождения. К этой группе относятся методы воздушного, радиолокационного, доплеровского и инерциального счисления пути.

Позиционные методы навигации основаны на измерении физических величин, дающих линию или поверхность положения. Для определения двух или трех координат местонахождения ЛА требуется иметь соответственно две или три взаимно пересекающиеся поверхности положения. Данную группу составляют различные радиотехнические, астрономические, спутниковые, а также изодинамный, изобарический и другие методы навигации.

Обзорно-сравнительные методы основаны на обзоре окружающей местности и сравнении ее изображения с картой или системой ориентиров, заложенных в памяти. Третью группу составляют методы инфракрасного или радиолокационного изображения поверхности Земли с географическими картами.

В зависимости от природы измеряемых величин методы навигации подразделяются на множество видов. Например, аэрометрические, основанные на измерении физических параметров земной атмосферы; геомагнитные, использующие навигационные свойства магнитного поля и т.д.

Выбор метода или совокупности методов навигации для использования на конкретном ЛА определяется рядом условий, а именно:

– характером среды, в которой движется ЛА (вода, воздух, космическая среда);

– диапазоном изменения навигационных параметров (дальности, скорости, ускорения и др.);

– потребной точности измерения навигационных параметров;

– уровнем автономности, помехозащищенности и надежности навигационных измерений;

– степенью физической реализуемости метода навигации (имеется в виду возможность создания навигационных устройств, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям).