МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» КАФЕДРА 13 ОЦЕНКА РЕФЕРАТА РУКОВОДИТЕЛЬ ассистент должность, уч. степень, звание подпись, дата А.А.Пляскина инициалы, фамилия РЕФЕРАТ «Технические характеристики РНС» по дисциплине: ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАВИГАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РЕФЕРАТ ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ гр. № 1136 подпись, дата Санкт-Петербург 2024 П.А. Ходырева инициалы, фамилия СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1. Общие сведения о радионавигационных системах 4 2. Основные технические характеристики радионавигационной системы 4 2.1. Несущая частота волны (рабочая длина волны) 5 2.2. Виды и параметры зондирующего сигнала 7 2.3. Мощность излучения передатчика 8 2.4. Параметры антенной системы 9 2.5. Чувствительность приёмника 9 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 12 2 ВВЕДЕНИЕ Радионавигация – область науки и техники, занимающаяся теорией и практическим применением радиотехнических систем для определения местоположения космических объектов, самолетов, судов, других транспортных средств и людей на водной и земной поверхностях, в околоземном или космическом пространстве. Радионавигационными системами (РНС) называют совокупность нескольких радиотехнических устройств, расположенных в одном или нескольких неподвижных наземных пунктах и на подвижном объекте, взаимодействующих между собой с помощью каналов радиосвязи и предназначенных для определения навигационных величин или навигационных элементов. Системы данного типа предназначены для определения географических координат морских кораблей, самолетов, космических кораблей и других управляемых и пилотируемых объектов, а также их проведения по заданному курсу. Для этих целей используют радиотехническую аппаратуру, установленную как на борту управляемого или пилотируемого объекта, так и в ряде определенных точек поверхности Земли. Обычно на земной поверхности располагают два или более радиопередатчика, координаты которых заранее известны. В данной работе будут рассмотрены основные технические характеристики радионавигации такие, как несущая частота волны (рабочая длина волны), виды и параметры зондирующего сигнала, мощность излучения передатчика, параметры антенной системы и чувствительность приёмника. . Ознакомившись с этими характеристиками, можно получить полное представление о функциональности и значимости радионавигационных систем в современном мире. 3 1. Общие сведения о радионавигационных системах Радионавигационная система – комплекс радиотехнических устройств, взаимодействующих между собой (по радиоканалам или в рамках единой структурной схемы) для определения местонахождения, скорости и/или других характеристик объекта в целях навигации. Радионавигационные системы используют 3 независимых навигационных параметра: дальность, радиальную скорость и угол, определяемых относительно заданной системы координат. Опорными точками системы координат являются как наземные радиостанции (с постоянными и известными координатами), так и расположенные на искусственных спутниках Земли, судах и самолётах, координаты которых изменяются, но точно известны в любой момент времени. В зависимости от измеряемых параметров и используемого метода определения координат различают скоростные радионавигационные (доплеровские), комбинированные системы: угломерные (разностно-дальномерные, дальномерные, радиально- (азимутальные), а также дальномерно-доплеровские, угломерно-дальномерные и др.). Некоторые навигационные задачи решаются радиолокационными, а при использовании в качестве опорных точек небесных тел – радиоастрономическими методами.[3] 2. Основные технические характеристики радионавигационной системы Возможности практической реализации радиотехнических средств навигации и их назначение определяются совокупностью тактических и технических характеристик. Тактическими характеристиками системы называются такие, которые определяют ее функциональные возможности при применении. Технические характеристики РНС отражают инженерные решения, обеспечивающие выполнение заданных тактических характеристик. 4 В качестве примера рассмотрим современное состояние и режимы использования ИФРНС LORAN-C и «ЧАЙКА». Высокие тактикотехнические характеристики (ТТХ) этих систем (см. табл. 1). [2] Таблица 1 Характеристики ЧАЙКА Рабочая частота,кГц 100 Дальность действия, км: Суша Море Мощность излучения передающих станций, кВт Среднеквадратическая погрешность, м: определения местоположения в гиперболическом режиме повторного выхода в заданную точку Вероятность безотказной работы одной станции Относительная суточная нестабильность стандартов частоты передающих станций 2.1. LORAN-C 1400-1800 1800-2000 150-1000 200-1000 Не более 230 (расчетная величина) 10-45 100-700 0,999 5 ∙ 10−12 − 3 ∙ 10−12 Несущая частота волны (рабочая длина волны) Одна из основных задач при проектировании РНС заключается в обеспечении такой мощности принимаемого сигнала, при которой элементы, 5 характеризующие положение и движение объекта, измеряются с заданными точностью и вероятностью. В радионавигации используются сигналы, несущие частоты которых лежат в пределах от нескольких килогерц до нескольких гигагерц. В соответствии с длиной волны сигналов различают диапазоны радиоволн, перечень которых приведен в табл. 2.[4] Таблица 2 Наименование диапазона радиоволн * Граничные значения Длин волн Несущих частот λmin − λmax , м 𝑓𝑚𝑖𝑛 − 𝑓𝑚𝑎𝑥 ,МГц 104 -105 0,03 − 0,003 103 -104 0,3 − 0,03 100 − 1000 3 − 0,3 10 − 100 30 − 3 Метровый (УКВ)** 1 − 10 300 − 30 300 − 30 Дециметровый (УКВ)** 0,1 − 1 3000 − 300 Сантиметровый (УКВ)** 0,01 − 0,1 3 ∙ 104 − 3 ∙ 103 Миллиметровый(УКВ)** 0,001 − 0,01 3 ∙ 105 − 3 ∙ 104 Мириаметровый (сверхдлиноволновый) Километровый (длиноволновый) Гектометровый (средневолновый) Декаметровый (коротковолновый) 6 • В скобках указаны негостированные, но широко распространенные наименования. • ** УКВ − ультракороткие волны. Рисунок 1. Траектории радиоволн различных типов Радиоволны различных диапазонов существенно отличаются по характеру распространения друг от друга. В зависимости от вида траектории распространения (рис.1) различают четыре характерных типа радиоволн: тропосферные −1, поверхностные −2, пространственные −3, радиоволны и радиоволны волноводного типа −4. [4] 2.2. Виды и параметры зондирующего сигнала По характеру излучения зондирующие сигналы бывают непрерывными и импульсными. Для непрерывных сигналов характерны определенные особенности. Так непрерывные само модулированные колебания позволяют измерять дальность (фазовый метод), однако их использование не обеспечивает разрешение по дальности. Непрерывные модулированные колебания, например линейно-частотно модулированные (ЛЧМ), позволяют измерять дальность при наличии разрешающей способности (при ЛЧМ, а при синусоидальном законе модуляции разрешение отсутствует). Основными достоинствами непрерывных сигналов являются малая пиковая мощность 7 излучения, хорошая разрешающая способность по скорости. Однако системы с непрерывным ЛЧМ-излучением обладают одним неприятным свойством, которое заключается в том, что на определенных критических расстояниях при измерении дальности дальномер начинает показывать значение скорости, а измеритель скорости - значение дальности. Импульсное излучение бывает большой и малой скважности. Оно позволяет по запаздыванию сигнала измерять дальность, обеспечивая при этом требуемое разрешение (при большой скважности; при малой скважности разрешающая способность ухудшается). Кроме того, импульсное излучение позволяет измерять скорость, однако несколько хуже, чем непрерывное немодулированное излучение, поскольку при импульсном излучении появляется проблема многозначности измерения скорости и наличие слепых скоростей. Наиболее важным преимуществом импульсного излучения является возможность использования одной антенны на передачу и прием отраженного сигнала. [1] 2.3. Мощность излучения передатчика Мощность излучения передатчика радионавигационной системы (РНС) зависит от конкретной системы и ее спецификаций. Обычно мощность передатчика выбирается так, чтобы обеспечить достаточный уровень сигнала для надежного приема на приемнике на больших расстояниях и в различных условиях окружающей среды. Для системы GPS (Глобальной системы позиционирования) мощность передатчика спутников обычно составляет около 25 Вт. Для ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы) мощность передатчиков спутников составляет около 50 Вт. Другие радионавигационные системы могут иметь различные характеристики мощности зависимости от их конструкции и целей использования. 8 передатчиков в Важно, чтобы мощность передатчика РНС была достаточной для обеспечения надежного приема сигнала на больших расстояниях и в сложных условиях, таких как городские застройки или лесистые местности. При этом также важно соблюдать нормы и стандарты по радиочастотной безопасности, чтобы излучение не превышало допустимых уровней для защиты здоровья людей и окружающей среды. 2.4. Параметры антенной системы Основными эксплуатационными параметрами или характеристиками являются: максимальная и минимальная дальность, разрешающая способность, точность измерения расстояний и направлений, зона и время обзора, эксплуатационная надежность, помехозащищенность и др. Максимальная дальность радиолокационного обнаружения зависит от технических параметров радиолокационной станции, характеристик отражающего объекта, состояния атмосферы, подстилающей поверхности и других причин. Подробно этот вопрос рассматривается в следующей главе. Минимальная зондирующего дальность импульса, РЛС временем определяется восстановления длительностью чувствительности приемника, включая инерционность антенного переключателя при переходе из режима передачи в режим приема, а также зависит от высоты установки антенны РЛС и ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.[5] 2.5. Чувствительность приёмника Чувствительность – одна из основных характеристик радиоприёмного устройства. Она определяет его способность принимать слабые сигналы. В диапазоне СВЧ чувствительность приёмника определяется в первую очередь шумами. Невозможность приёма очень слабых сигналов обусловлена, как 9 правило, не тем, что их нельзя усилить до нужного уровня, а тем, что в радиоприёмнике кроме полезного сигнала присутствуют шумы – как внешние, принимаемые антенной, так и собственные, возникающие в каскадах приёмника. Поэтому, усиливая сигнал, мы одновременно будем усиливать и шумы. Определяемая при этих условиях чувствительность называется шумовой чувствительностью; именно она и будет рассматриваться. 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе были рассмотрены основные технические характеристики радионавигационных систем такие, как несущая частота волны (рабочая длина волны), виды и параметры зондирующего сигнала, мощность излучения передатчика, параметры антенной системы и чувствительность приёмника. Изучение радионавигационных систем позволяет понять их функциональность и значимость в современном мире. Радионавигация играет важную роль в определении местоположения объектов как на поверхности Земли, так и в космическом пространстве. Основные технические характеристики определяют возможности и эффективность радионавигационных систем. Дальнейшее развитие технологий радионавигации будет способствовать улучшению точности определения местоположения, повышению надежности систем и расширению их покрытия. Важно также обеспечить совместимость радионавигационных систем с другими средствами навигации и коммуникации для обеспечения эффективной работы в различных условиях. Таким образом, радионавигационные системы играют ключевую роль в современной технике и науке, обеспечивая точное и надежное определение местоположения объектов. Важно продолжать исследования и разработки в этой области для улучшения функциональности и эффективности систем навигации. 11 СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 1. Проектирование радиотехнических систем: учебное пособие / В.А. Алехин, В.Т. Лобач, М.В. Потипак; Южный федеральный университет.Ростов-на-Дону Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2016.- 218 с. 2. Основы радиотехнических систем : учебное пособие / Ю.Т. Зырянов, О.А. Белоусов, П.А. Федюнин. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. – 144 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-1021-6. 3. Большая российская энциклопедия https://bigenc.ru/c/radionavigatsionnaiasistema-d7b004 4. https://kaf401.rloc.ru/files/RangeAccuracy.pdf 5. Киевская государственная академия водного транспорта им. КонашевичаСагайдачного https://studfile.net/preview/9227170/page:5/ 12
