Радионавигационные системы | Военное оружие и армии Мира

Радионавигационные системы

Радионавигационные системы (РНС) предназначены для определения местоположения воздушных, морских, наземных и космических объектов. За вторую половину XX века точность определения местоположения выросла в сотни раз.

Первые радионавигационные системы были развернуты еще во Вторую мировую войну. Причем некоторые из них прослужили до конца века. Начиная с конца 1940-х годов наибольшее распространение получили разностно-дальномерные (гиперболические) и угломерно-дальномерные (полярные) РНС. Кроме основной задачи — определения местоположения — РНС могут выдавать информацию о точном времени, параметрах движения объектов: скорости, путевых углах, пройденном пути, взаимном расположении.

 

Начиная с начала 1990-х годов наземные РНС стали вытесняться спутниковыми (СРНС), но до сих пор не утратили своего значения.

«КОНСОЛЬ», «ДЕККА» И «МЕРИДИАН»

Первое поколение радионавигационных систем для ориентации на море и в воздухе появилось в Великобритании — «Консоль» (Consol), Германии (система Sonne) и США (Consolan).

Система типа «Консоль» состояла из нескольких радиомаяков с вращающейся диаграммой направленности излучения (частота 250-350 кГц) и шириной луча 10-15°. Штурман, используя обычный радиоприемник и секундомер, мог определять азимут на радиостанцию. Определив азимут от другого радиомаяка системы, он мог начертить на карте две линии, пересечение которых давало местоположение. Прием сигналов от трех и более станций увеличивал точность определения и устранял ошибки. Достоинством системы была крайняя простота навигационного оборудования — секундомер, приемник, карта и таблица с данными о станциях. Но процесс измерений был длительным, а точность — 1 -2° на расстоянии 1000 миль.

«Декка» (Decca) — гиперболическая радионавигационная система, работавшая в СДВ-диапазоне, также впервые была развернута во время Второй мировой войны. Ее назначением была навигация в прибрежных водах, а основными потребителями после войны стали рыболовецкие суда, но использовалась она и на самолетах. В 1949 году в системе «Декка» первые применили дисплеи с подвижной картой местности. Систему развернули в Северном море и использовали до 2000 года.

«ЛОРАН-С» и «ЧАЙКА»

Второе поколение представлено фазовыми и импульсно-фазовыми РНС — американской «Лоран-С» и советской «Меридиан». Разностнодальномерная система «Лоран-С» относится к классу гиперболических систем, хотя и основана на измерении не фазы, а задержки импульсов, принимаемых от цепочки передающих станций. В каждой цепочке одна из станций — ведущая, а остальные — ведомые. Все они точно синхронизованы. Приемник измеряет точность прихода импульсов с точностью 0,1 мкс, что дает точность местоположения 150 м на расстояниях до 1500 км. На расстояниях больше 2000 км точность сильно зависит от состояния ионосферы и не лучше 500 м. В конце 1990-х в эксплуатации находилось 26 цепей РНС «Лоран-С», каждая из которых содержит от трех до пяти станций. Импульсно-фазовая радионавигационная система длинноволнового диапазона «Чайка» — советский аналог «Лоран-С» — была разработана в 1958 году по заказу ВВС СССР. «Чайка» предназначалась для местоопределения подвижных объектов в регионах интенсивного движения с точностью, достаточной для решения транспортных задач, авиации, судоходства в прибрежных водах и управления движением наземного транспорта. Общая площадь рабочих зон систем «Чайка» составляла 20 млн. км2.

Импульсно-фазовые РНС до сих пор остаются важным дополнением для спутниковых навигационных систем, гарантируя доступность и целостность навигации.

«ОМЕГА»

В 1968-м году началась разработка фазовой разностно-дальномерной РСН третьего поколения «Омега», которая поддерживалась США и еще шестью странами. Изначально планировалось глобальное покрытие всех океанов с точностью до 4 миль. Система предназначалась для стратегических бомбардировщиков, но позднее стала использоваться и подводными лодками. «Омега» имела восемь береговых радиостанций, расположенных на расстоянии 5000-6000 миль друг от друга. Станции работали в диапазоне ОНЧ и в пределах 10-секундного цикла излучали последовательно сигналы на частотах 10,2 кГц, 13,6 кГц, 11,33 кГц и на специальных частотах — fe, используемых для опознавания радиостанций. Это давало точность местоопределения около 2,2 км.

Для дальнейшего повышения точности определения была создана дифференциальная разновидность «МикроОмега», для которой в районе использования системы устанавливались дополнительные станции. Это позволяло повысить точность в три-четыре раза.

РСДН-20 «АЛЬФА»

Фазовая радионавигационная система «Альфа» (радиотехническая система дальней навигации РСДН-20) — советская система дальней радионавигации была введена в эксплуатацию в 1972 году.

Она работала по тем же принципам, что и «Омега», в диапазоне очень низких частот и было предназначена для определения координат самолетов, кораблей и подводных лодок в подводном положении.

«Альфа» состояла из трех передатчиков, расположенных в районе Новосибирска, Краснодара и Комсомольска-на-Амуре. Передатчики излучали последовательности сигналов длительностью 3,6 с на частотах 11,905 кГц, 12,649 кГц и 14,881 кГц. Эти радиоволны отражаются от самых нижних слоев ионосферы и в меньшей степени подвержены затуханию в ионосфере, однако фаза волны очень чувствительна к высоте отражения.

Приемник измерял разность фаз сигналов от навигационных передатчиков и строил семейство гипербол. Точность определения местоположения была не хуже двух морских миль, однако могли возникать внезапные фазовые аномалии, при которых точность снижалась до семи миль. Дальность действия системы — 10 000 км.

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

Недостатки наземных радионавигационных систем, ограниченность зоны их действия и недостаточная точность вызвали развитие спутниковых РНС. Спутниковые системы дают точность определения местоположения до метров и охватывают всю Землю.

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС), в зависимости от состава радионавигационных устройств, могут быть азимутальными (угломерными), дальномерными или угломерно-дальномерными.

«ТРАНЗИТ»

Первая спутниковая система навигации «Транзит» начала разрабатываться в США уже в 1958 году. В 1959 году на орбиту был выведен первый навигационный спутник, а в 1964 году вступила в эксплуатацию система навигации для американских атомных подводных лодок «Поларис». В 1967-м «Транзит» представили для коммерческого использования, причем количество гражданских потребителей вскоре существенно превысило число военных. К концу 1975-го на круговых околоземных орбитах на высоте около 1000 км находились шесть навигационных спутников. Координаты рассчитывались на основе выделения доплеровского сдвига частоты. При этом спутник находился в поле зрения в течение примерно 40 мин., что позволяло получать высокую точность определения координат для медленно движущихся и стационарных объектов — несколько метров. Навигационные спутники системы «Транзит» весили 56 кг и работали на частоте 400 и 150 МГц. К настоящему времени данные спутники используются для исследования ионосферы Земли.

«ЦИКЛОН»

Первая советская спутниковая навигационная система «Циклон» была развернута в начале 1970-х годов. В ее состав входили три аппаратных комплекса: «Цунами-АМ» на искусственных спутниках Земли, «Цунами-БМ» на кораблях и «Цунами-ВМ» на береговых объектах.

Первые спутники системы — «Космос-192» и «Космос-220» — были запущены, соответственно, 27 ноября 1967 года и 7 мая 1968 года.

Развертывание системы начатое 1971 году, а на вооружение она принята в 1976 году в составе шести космических аппаратов «Парус», обращающихся на околополярных орбитах высотой 1000 км. Для нормального функционирования системы требуется поддержание на орбите группировки из шести спутников «Парус». Аппаратура, используемая на этой серии спутников, позволяет определять координаты на плоскости с точностью до 80-100 м.

Точность определения координат системой «Циклон» значительно уступает характеристикам современной системы навигации ГЛОНАСС, но система по-прежнему поддерживается в работоспособном состоянии. В 1976-м был разработан гражданский вариант навигационной системы для нужд торгового флота — «Цикада».

«ЦИКАДА»

СРНС «Цикада» была сдана в эксплуатацию в 1979 году в составе четырех спутников типа «Цикада», выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км и наклонением 83°. Плоскости орбит были наклонены друг к другу под 45°.

Спутники системы «Цикада» передавали непрерывный сигнал на двух фиксированных когерентных частотах УКВ-диапазона, близких к 150 и 400 МГц. При прохождении спутника в зоне видимости приемная аппаратура потребителя регистрировала изменение частоты сигнала, вызванное эффектом Допплера. По этому изменению, а также по закодированным в сигнале данным о параметрах движения спутника, рассчитывалось местонахождение потребителя.

Передача навигационного сигнала на двух частотах использовалась для того, чтобы можно было учесть поправку на запаздывание радиосигналов при прохождении через ионосферу Земли.

Данная СРНС для расчетов требовала независимого определения скорости объекта и выдавала только две пространственные координаты. Точность определения местоположения была более 100 м. Кроме того, в связи с параметрами орбит спутников, определение координат было возможно только в течение пяти-шести минут с интервалом 1-1,5 часа.

«ДЖИ ПИ ЭС»

В 1973 году в США была начала программа DNSS, которую позже переименовали в Navstar-GPS. Система «Джи Пи Эс» (NAVSTAR GPS — NAVigation Satellites providing Time And Range; Global Positioning System — глобальная система позиционирования) позволяет определять местоположение и скорость объектов в любом месте Земли, включая приполярные области, а также в ближнем космическом пространстве. Система была создана и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путем измерения расстояний от объекта до спутников с известными координатами. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приема антенной GPS-приемника. Для определения трех пространственных координат GPS-приемнику нужно знать расстояние по крайней мере до четырех спутников и локальное время GPS-системы.

Первый тестовый спутник системы был выведен на орбиту 14 июля 1974-го. В период с 1978 по 1985 год было запущено 11 спутников первой группы (Block I).

К 1989 году была развернута вторая группа (Block II) и суммарная группировка составила 24 спутника. Высота орбиты — около 20 тыс. км. Точность определения местоположения с использованием GPS около 5 м.

ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) — советская и российская спутниковая система навигации. Разработана по заказу Министерства обороны СССР Разработки по проекту были начаты в 1976 году. В 1982 году были запущены первые тестовые спутники. К 1991 году на орбите было 12 работоспособных спутников и только 24 сентября 1993-го ГЛОНАСС приняли на вооружение МО РФ.

Основа системы — 24 спутника, движущихся в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° С на высоте 19 100 км. Принцип измерения и точности аналогичны американской системе GP5.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях