Выводы по главе:

1. Радиоэлектронные системы нового поколения построены по модульному принципу, что позволяет упростить модернизацию и эксплуатацию. Современные радары используют сложные сигналы.

Вопросы для самоконтроля:

Вопрос 1. Что такое антенные решетки и каковы их преимущества?

Вопрос 2. Какие сигналы используются в современных радарах?

Вопрос 3. Перечислите состав рлс.

Методические рекомендации.

Изучив материал главы, ответьте на вопросы. При возникновении трудностей обратитесь к материалам для закрепления знаний в конце пособия. Для углубленного изучения воспользуйтесь литературой:

основной: 1 – 3; дополнительной: 6 и повторите основные определения, приведенные в конце пособия.

Глава 13 . Основные типы современных и перспективных радионавигационных средств

13.1. Применение радионавигационных систем

Сочетание радионавигационной системы, современной радиосвязи и электронной картографии позволяет обеспечивать потребителей информацией о точном времени, параметрах движения (скорость, путевой угол, пройденный путь, взаимное расположение движущихся объектов и т.д.), осуществлять контроль за их перемещением, прокладывать маршруты, вычислять расстояние до любой точки маршрута, отслеживать и регулировать передвижение транспорта, находить транспортные средства, потерпевшие аварию, а также заблудившихся или потерпевших бедствие людей. Для решения широкого спектра народнохозяйственных и оборонных задач должны быть созданы гарантированные условия получения потребителями в любой точке Земли, околоземного и космического пространства в реальном масштабе времени надежной радионавигационной информации. Необходимый для решения этой задачи уровень радионавигационного обеспечения в России достигается за счёт: - повышения эффективности использования отечественных систем и средств радионавигации; - создания и внедрения новых систем и средств радионавигации с более высокими тактико-техническими характеристиками; - совместного взаимовыгодного использования объединённых отечественных и зарубежных радионавигационных систем.

Удовлетворение требований различных групп потребителей к радионавигационному обеспечению может быть достигнуто на основе выделения основных задач, решаемых всеми группами потребителей. Задачи, требующие радионавигационного обеспечения, можно разделить на три группы: - транспортные задачи, связанные с перемещением различных подвижных объектов (воздушных, морских, наземных); - задачи геодезического обеспечения; - специальные задачи по обеспечению научно-экспериментальных работ, координатно-временному обеспечению и ряд других.

13.2. Требования к радионавигационному обеспечению

Требования, предъявляемые к радионавигационному обеспечению при решении народнохозяйственных и оборонных задач различными группами потребителей, можно разделить на три класса: 1. экономические требования, которые в общем виде включают требования минимизации затрат на разработку, производство и эксплуатацию радионавигационных систем и средств при получении наибольшего экономического эффекта в результате их применения; 2. организационные требования, связанные с обеспечением функционирования радионавигационных систем и средств в пределах заданных технических характеристик; 3. технические требования, представляющие собой совокупность характеристик и показателей, обеспечивающих решение потребителями различных задач.

На международном уровне требования к радионавигационному обеспечению воздушных и морских потребителей устанавливаются Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) в виде минимальных или требуемых навигационных характеристик (МНХ и ТНХ) и Международной морской организацией (ИМО) в виде её Резолюций. В этих документах устанавливаются требования к характеристикам навигационного обеспечения, используемого для радионавигационного обеспечения потребителей.

Основные технические требования потребителей к навигационному обеспечению регламентируют: - размер рабочей зоны РНС; - точность определения местоположения объектов; - доступность РНС; - целостность РНС.

Различие интересов потребителей привело к тому, что наряду с созданием и развитием локальных и региональных радионавигационных полей с координацией их функционирования на государственном и межгосударственном уровне были созданы РНС с глобальной рабочей зоной. Точность местоопределения (среднеквадратическая погрешность - СКП) изменяется в широких пределах: от долей метра до нескольких километров. Высокая точность местоопределения требуется при заходе и посадке по категориям ИКАО, маневрировании в портах, а также при решении задач геодезии, картографии и гидрографии. Доступность РНС характеризуется вероятностью получения потребителем в рабочей зоне достоверной информации о своем местоположении в заданный момент времени и с требуемой точностью. В частности, для обеспечения безопасности полётов самолётов и плавания морских судов наиболее высокие требования (доступность, очень близкая к единице) предъявляются воздушными потребителями при заходе и посадке по категориям ИКАО и морскими потребителями при маневрировании в портах. Способность РНС обнаруживать своё неправильное функционирование и исключать возможность её использования при выходе показателей за допустимые пределы характеризует целостность РНС. Целостность РНС численно определяется вероятностью оповещения потребителей при нарушении работы системы в пределах заданного интервала времени. Обобщенные требования к радионавигационному обеспечению основных групп потребителей представлены в таблице 1. Международные требования к радионавигационному обеспечению самолётовождения и кораблевождения, как указывалось ранее, определены в документах ИКАО и ИМО. При этом не оговариваются требования по доступности и целостности РНС, которые находятся в стадии разработки. Значение требований по доступности и целостности устанавливается национальными администрациями.

Характеристики основных отечественных и зарубежных РНС

В настоящее время в мире разработаны и эксплуатируются несколько радионавигационных систем, как отечественных, так и зарубежных. Все РНС состоят из трёх основных функциональных сегментов: - передающая подсистема; - подсистема управления; - аппаратура потребителей (АП).

По принципу размещения передающих станций РНС подразделяются на системы космического базирования (использование искусственных спутников Земли в качестве передающей станции) и системы наземного базирования. Кроме того, РНС различаются по диапазону рабочих частот, по дальности действия, по виду измеряемых радионавигационных параметров, по количеству определяемых составляющих координат и по способу определения местоположения.

Радионавигационные системы космического базирования

В настоящее время разработаны и эксплуатируются две зарубежные и две отечественные космические радионавигационные системы (КРНС), подразделяющиеся в зависимости от высоты орбит, на которых размещены передающие спутники, на низкоорбитальные и среднеорбитальные. Для низкоорбитальных КРНС первого поколения характерны существенные недостатки, что привело к необходимости разработки более совершенных среднеорбитальных спутниковых систем. К основным недостаткам низкоорбитальных КРНС следует отнести следующие: - сравнительно низкая точность определения местоположения объекта; - длительные перерывы между сеансами определения местоположения из-за отсутствия сигналов в зоне приёма; - определение только горизонтальных координат подвижного объекта без установления высоты местоположения объекта. Таблица 13.1

Основные требования потребителей к навигационному обеспечению

Заход на посадку	"	50 - 75 м	0,99999	0,999 (2 с)
Заход и посадка по категориям ИКАО	Зона средств посадки	2,0 - 8,5 м	0,999999 - 0,9999999	0,999999 - 0,99999999999 (менее 1 с)
Геодезические и геофизические наблюдения	Локальная	1 - 10 м	0,999	0,999

Космическая радионавигационная система “Цикада-М” КРНС “Цикада-М” - это низкоорбитальная, глобальная, доплеровская система, предназначенная для навигационного обеспечения военных морских потребителей ВМС России. С 1990 г. система открыта для использования гражданскими потребителями. Система ограниченно применяется в целях топогеодезической привязки объектов. Прекращение работы “Цикада-М” планируется в 1997 г. Состав системы “Цикада-М” - 6 космических аппаратов (КА), находящихся на круговых орбитах на высоте 1000 км с углом наклонения 83°. Оборудование наземных средств контроля и управления выработало технический ресурс, а ряд элементов аппаратуры космических аппаратов снят с производства. КРНС “Цикада” аналогична системе “Цикада-М”. В состав системы входят 4 КА, что позволяет при совместном применении сократить дискретность обсерваций. Зарубежным аналогом КРНС “Цикада-М” является КРНС “Транзит” (США).

Космическая радионавигационная система “Транзит”. Передающая подсистема КРНС “Транзит” состояла из десяти спутников, подсистема управления имела четыре наземные станции контроля. Система разработана для навигационного обеспечения объектов ВМС США. С конца 60-х гг. она стала использоваться для обеспечения навигации коммерческих судов. Эксплуатацию и финансирование передающих станций системы осуществляли ВМС США. В 1996 г. МО США прекратило эксплуатацию КРНС “Транзит” как в военных, так и в гражданских целях. КА в КРНС “Транзит” вращаются вокруг Земли практически по круговым орбитам (высота 11000 км и наклонение 90°). Основные характеристики низкоорбитальных КРНС см. таблице 13.2.

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS), как навигационный элемент систем управления воздушным движением CNS/ATM включает в себя сочетания комбинаций следующих составляющих, размещенных на земле, спутниках и на борту воздушного судна:

• GPS;

• ГЛОНАСС;

• бортовая система функционального дополнения (ABAS);

• спутниковая система функционального дополнения (SBAS);

• наземная система функционального дополнения (GBAS);

• бортовой приемник GNSS.

Космическая радионавигационная система “ГЛОНАСС”

Отечественная космическая среднеорбитальная, квазидальномерная система “ГЛОНАСС” разрабатывается с середины 70-х гг. Финансирование и развитие системы обеспечивается Минобороны России. В КРНС “ГЛОНАСС” предусмотрено два режима работы - для военных и гражданских потребителей. По своим характеристикам и возможностям КРНС “ГЛОНАСС” аналогична системе GPS НАВСТАР, но отличается более высокими точностными характеристиками, так как не производится преднамеренное ухудшение точности определения местоположения, как это сделано в КРНС GPS для несанкционированных потребителей. Продолжается разработка моделей и модификаций АП КРНС “ГЛОНАСС” и оснащение объектов различного назначения. Разработано около 15 моделей АП, которые по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам, но значительно уступают по разнообразию моделей и возможностям решения сервисных задач. В состав КРНС “ГЛОНАСС” входят 24 КА, находящихся в трёх орбитальных плоскостях с углом наклонения 64,8° на высоте 19100 км.

Таблица 13. 2

Наименование РНС	Год ввода в эксплуатацию	Рабочая зона	Точность/Доступ- ность
"Цикада -М"	1976	Глобальная	80/0,98
"Цикада"	1979	"	80/0,98
"Транзит" (США)	1964	"	80

Для работы в системе используется АП: воздушных - А-724, А-735; морских - “Шкипер”; наземных - IТI30М, IТI29. Ведется совместное использование систем GPS/”ГЛОНАСС”, разработаны модели АП, обеспечивающие приём сигналов двух систем.

Космическая радионавигационная система GPS НАВСТАР

КРНС GPS/NAVSTAR разрабатывается с 1973 г. в соответствии с тактико-техническими требованиями трёх видов вооруженных сил США. В системе предусмотрено два режима работы: высокоточное определение местоположения для военных и санкционированных потребителей - 10 м и стандартное для гражданских потребителей - 100 м. В настоящее время система GPS развернута полностью (в составе 24 спутников) для полномасштабного функционирования и является самой известной КРНС в мире. Президент США в марте 1996 г. утвердил национальную политику по дальнейшему развитию, управлению и использованию системы GPS. Правительство и заинтересованные ведомства США проводят активную работу по внедрению КРНС GPS в качестве международной стандартной РНС. В качестве базовых направлений применения системы GPS выделяют следующие: - навигационное обеспечение транспортных средств (наземные, морские, воздушные и космические), включая определение координат, а также взаимных координат подвижных объектов для поддержания относительного пространственного положения (самолёты или корабли в строю, стыковка космических аппаратов и т.д.); - временное обеспечение, прежде всего для передачи высокоточной временной информации; - использование при проведении: геодезических работ, геологических исследований, метеорологических измерений, прикладных геофизических исследований, картографии, фотограмметрической разведки и т.д.

Радионавигационные системы наземного базирования Отечественная фазовая радионавигационная система “Альфа” (ФРНС) разработана в 60-х гг. по заказу Минобороны СССР. В настоящее время эта система состоит из 5 передающих станций и обеспечивает почти глобальную рабочую зону (70% поверхности Земли). ФРНС “Альфа” так же, как и ФРНС “Омега”, не удовлетворяет требованиям потребителей по точности. Новые модели АП ФРНС не разрабатываются с начала 80-х гг.

Таблица 13.3

Наименование РНС	Год ввода в эксплуатацию	Точность/ Доступность
"ГЛОНАСС"	1992	10-60/0.98
GPS	1993	10-100

Эта разностно-дальномерная, фазовая радиотехническая система дальней навигации предназначена для обеспечения континентальных и океанических полётов самолётов, плавания морских судов в открытых водах. Станции ФРНС “Альфа” расположены в районах городов Новосибирск (ведущая), Краснодар, Комсомольск-на-Амуре, Мурманск, Чарджоу. Зарубежным аналогом ФРНС “Альфа” является ФРНС “Омега” (США).

ФРНС “Омега” разрабатывалась с 1957 г. по заказу ВМС США совместно с Береговой охраной (БО) США и при участии стран-партнеров в целях обеспечения всепогодной радионавигации воздушных и морских потребителей гражданского и военного применения. Отличительной особенностью ФРНС “Омега” является возможность определения местоположения подводных лодок в погруженном состоянии на глубине приёмной антенны до 20 метров. Наиболее широко ФРНС “Омега” использовалась в метеорологии на воздушных шарах и зондах для получения информации о направлении и скорости ветра. Ответственность за эксплуатацию системы “Омега” возложена на БО США. Система состоит из 8 передающих станций, расположенных в США (две), Японии, Австралии, Норвегии, на острове Реюньон (Франция), в Либерии и Аргентине (по одной). Рабочая зона РНС “Омега” практически глобальная, но точность, обеспечиваемая системой, не удовлетворяет требованиям основной массы современных потребителей.

В 1958 г. по заказу ВВС СССР разработана импульсно-фазовая радионавигационная система (ИФРНС) “Чайка”. Система используется для радионавигационного обеспечения воздушных, морских и наземных потребителей военного и гражданского применения. В настоящее время функционируют четыре цепочки (в составе 15 станцй). Планируется использование ИФРНС “Чайка” до 2015 г. Зарубежным аналогом системы “Чайка” является РНС “Лоран-С” (США). Следует отметить, что кроме стационарного варианта ИФРНС “Чайка” был разработан и серийно выпускался подвижный вариант этой системы.

ИФРНС “Лоран-С” разрабатывалась в 1950-1956 гг. по заказу МО США первоначально для навигационного обеспечения ВМС США. В настоящее время система широко используется военными и гражданскими потребителями на морских, воздушных и наземных объектах. Построено 68 станций, работающих группами (цепями) по 3-5 станций. Рабочие зоны цепей РНС “Лоран-С” перекрывают территории США, Канады и почти все побережье Североамериканского континента, Северную Атлантику, Скандинавию и Западную Европу, Северное и Норвежское моря, атлантическое побережье Франции и Восточную Атлантику, Средиземное море, центральный и северо-западный районы Тихого океана, большую часть побережья КНР, весь Аравийский полуостров, районы Ближнего Востока, Красного моря, Персидского залива, залив Аден, часть побережья Индии. РНС “Лоран-С” продолжает развертываться и функционировать в других странах в качестве региональных систем (Европа, Индия, Саудовская Аравия и др.). Это объясняется экономической эффективностью, высокой надежностью, широкими возможностями системы и большим количеством объектов, оснащенных успешно эксплуатируемой АП РНС “Лоран-С”. Кроме ИФРНС большой дальности действия были разработаны и эксплуатируются:

- разностно-дальномерная, многочастотная, фазовая радионавигационная система “Марс-75” (модернизация РНС); - дальномерно-угломерные радиотехнические системы ближней навигации РСБН-2Н, РСБН-4Н, РСБН-6Н; - разностно-дальномерная радионавигационная система БРАС-3 (модернизация РС-10); - дальномерная радионавигационная система ГРАС (и её модификация ГРАС-2) для решения задач гидрографии и других специальных задач; - дальномерная, фазовая, радиогеодезическая система “Крабик-Б”, предназначенная для высокоточной геодезической привязки подвижных и стационарных надводных объектов.

Для обеспечения вывода и посадки самолётов применяются: - радионавигационный комплекс ПРС-АФК; - системы посадки метрового диапазона СП-68, СП-70, СП-75, СП-80; - системы посадки дециметрового диапазона ПРМГ-4, ПРМГ-5; - единая система посадки “Плацдарм”.