Назначение, основные способы построения и характеристики радионавигационных систем

1. НАЗНАЧЕНИЕ,  ОСНОВНЫЕ  СПОСОБЫ  ПОСТРОЕНИЯ  И

     ХАРАКТЕРИСТИКИ   РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Радионавигация  является  отраслью  радиотехники,  без которой  в настоящее время  невозможна  или малоэффективна человеческая деятельность в таких сферах,   как военное дело  (все виды вооруженных сил), воздушный  транспорт, космонавтика, геодезия, морская геология и многих  других.  Для курсантов Государственной морской  академии наиболее  важно понимание  роли и места радионавигации в морском  судовождении.

1.1.  Назначение  судовых устройств радионавигационных систем (РНС)

Судовые устройства  РНС  предназначены для обеспечения безопасности судовождения  посредством  определения  навигационных параметров  судна (НПС).

Основными  навигационными параметрами судна являются следующие.

1.   Координаты географические  или   в  одной из выбранных систем координат типа декартовых  и  время  .

2. Параметры угловой ориентации судна:  истинный курс (ИК) - угол между линией меридиана и  линией, лежащей в диаметральной плоскости судна, угол крена,  угол дифферента. 

3. Путевая скорость ,  составляющими  вектора которой являются                                                                                       ,  ,     .

Численное значение путевой скорости  судна при его движении  в горизонтальной плоскости равно      .

 Путевой угол (ПУ), равный                                        ;

Рис. 1.1

Если при движении судна  из точки А  в точку  Б (см. рис. 1.1)  по направлению,  заданному величиной ИК,  его сносит  (течением  или ветром), то судно следует  не по заданному пути и его ПУ ¹ ИК.

5. В  настоящее время  на  кафедре  «Радионавигационные приборы и системы» ведется  начатая  профессором  Никитенко Ю. И.  работа  по  нахождению методов для определения  положения  оси вращения судна  при качке,  его центра масс,  динамических параметров.

1.2.  Основные способы построения   РНС,   функции

                   устройств   и   элементов   в   радиоканалах  РНС

Построение основных типов РНС, предназначаемых для определения указанных в 1.1  навигационных  параметров судна,   основано на  использовании  физических свойств радиоволн:

1. распространяться от излучающей антенны  по кратчайшему расстоянию;

          2. распространяться  с известной скоростью.

 Отметим,  что  у  радиоволн  (электромагнитных волн)  имеется множество физических свойств,  в  том числе и распространяться не по кратчайшему расстоянию. Все свойства  радиоволн при построении РНС учитываются и используются для  наиболее полной реализации  указанных выше, основных.

Структурная схема радиоканала, в  которой показаны основные элементы, необходимые для реализации указанных свойств, приведена на рис. 1.1. Надписями показано назначение элементов РНС. Следует учитывать, что в радиосистемах могут  функционировать  несколько как передающих   станций (антенн), так  и приемных каналов (антенн).  

Возможность реализации указанных свойств радиоволн для определения навигационных параметров судна  посредством использования различных радиотехнических  средств  рассмотрим на примерах основных типов РНС.

1.3.   Дальномерные  РНС

1.3.1.  Дальномерные РНС с бортовым хранителем времени

 Установим в  точке И₁  (см. рис. 1.2) станцию, обеспечивающую излучение    незатухающих  электромагнитных волн  (по установившейся терминологии излучающие станции в РНС называют передающими).  Для  этого на станции необходимо использовать (см. рис. 1.3 а):

-  опорный генератор  1 - Г_оп-1 (возбудитель)  колебаний,

-   усилитель 2 возбуждаемых колебаний,

-  излучающую («передающую») антенну 3,

            -  колебательную систему 4 для согласования   параметров усилителя с излучающей  антенной.

Колебание, излучаемое антенной  3,  представим  в виде

                                                   ,                                   (1.1 )

где    и    - соответственно  амплитуда и частота  излучаемых колебаний,

                 -  фаза излучаемых колебаний,  указанная на начальный момент времени,  с которого будем рассматривать  действие системы.

В приемной антенне  6 (рис. 1.3.б), установленной  в пункте П₁ и удаленной от антенны 3  на расстояние  ,  будет возбуждена Э.Д.С., которую представим выражением:

                               ,               (1.2)

где   -  амплитуда  ЭДС,  возбуждаемой в приемной антенне  6,

                     -  функция ослабления  принимаемого колебания,

                                         -  действующая высота приемной антенны,

-  соответственно проводимость подстилающей поверхности,  диэлектрическая  и магнитная проницаемости среды  на участке распространения   радиоволны.

     -   время  распространения радиоволн из  точки 1  в точку П₁  (временной сдвиг в  выражении (2) приведен со знаком «-»,  учитывающим запаздывание колебания  (2) относительно колебания (1) );

 -   скорость распространения радиоволн  на трассе между точками И₁  и  П₁ .