Радиотехнические системы дальней навигации

Содержание

Слайд 2

По принципу определения координат местоположения ВС РСДН – это разностно-дальномерная радионавигационная

По принципу определения координат местоположения ВС РСДН – это разностно-дальномерная радионавигационная

система (РНС), линией положения которой является гипербола (линия равных разностей расстояний), вследствие этого РСДН иногда называют гиперболическими системами.

Радиотехнические системы дальней навигации (РСДН)

Слайд 3

Классификация РСДН: По принципу действия РСДН подразделяются на: − фазовые– РСДН-20

Классификация РСДН:
По принципу действия РСДН подразделяются на:
− фазовые– РСДН-20

(«Альфа»), «Омега» (выведена США из работы в1997 году);
− импульсно-фазовые– РСДН-3/10, РСДН-4, РСДН-5, РСДН-10 и Лоран-С (eLORAN).
По принципу базирования РСДН подразделяются на:
− стационарные – РСДН-20, РСДН-3/10 (Европейская), РСДН-4 (Дальневосточная), РСДН-5 (Северная и Северо-Западная) и Лоран-С (23 системы);
− мобильные – РСДН-10 (Северо-Кавказская, Южно-Уральская, Сибирская, Саянская, Ангарская, Забайкальская и Дальневосточная) и «Марс-75» (Балтийского, Баренцева, Черного, Охотского и Японского морей, Камчатско-Курильская).
Слайд 4

Слайд 5

Фазовые РНС Принцип действия фазовых радионавигационных систем (ФРНС) основан на измерении

Фазовые РНС

Принцип действия фазовых радионавигационных систем (ФРНС) основан на измерении дальностей

или разностей дальностей до нескольких радиомаяков (РМ).
Наиболее широкое распространение получили ФРНС без ответчика, структура которых во многом напоминает структуру импульсных РНС.
Опорные РМ излучают колебания, когерентность которых поддерживается специальной системой синхронизации.
На борту потребителя производится прием и идентификация сигналов нескольких РМ.
Слайд 6

ОНЧ Наземные радионавигационные системы: РСДН-20 («Маршрут») или «Альфа» «Омега» (выведена США из работы в1997 году)

ОНЧ Наземные радионавигационные системы:

РСДН-20 («Маршрут») или «Альфа»
«Омега» (выведена США из работы

в1997 году)
Слайд 7

Фазовая радионавигационная система «Альфа» (РСДН-20 (Маршрут))

Фазовая радионавигационная система «Альфа» (РСДН-20 (Маршрут))

Слайд 8

Предназначена для определения координат самолётов, кораблей и подводных лодок (в подводном

Предназначена для определения координат самолётов, кораблей и подводных лодок (в подводном

положении).
Дальность действия — 10 тыс. км от ведущей станции.
Точность местоопределения 2,5…7 км.
Приёмник измеряет разность фаз сигналов от навигационных передатчиков и строит семейство гипербол. Подвижный объект всегда может определить своё местоположение, если не теряет способность слежения за сигналами навигационных передатчиков.
Мачты «Альфы» очень высоки.
Слайд 9

Система «Альфа» состоит из пяти передатчиков, которые расположены в районе: Новосибирск

Система «Альфа» состоит из пяти передатчиков, которые расположены в районе:
Новосибирск (55°45′31″ с. ш.

84°26′45″ в. д.)
Краснодар (45°24′12″ с. ш. 38°09′30″ в. д.)
Комсомольск-на-Амуре (п. Эльбан) (50°04′21″ с. ш. 136°36′34″ в. д.)
Ревда, Мурманская обл. (68°02′13″ с. ш. 34°40′43″ в. д.)
Сейда (67°03′09″ с. ш. 63°04′16″ в. д.)
Слайд 10

Частоты Старая последовательность передачи по частоте

Частоты

Старая последовательность передачи по частоте

Слайд 11

Импульсно-фазовые РНС Для определения координат потребителей используются, как правило, разностно-дальномерные измерения,

Импульсно-фазовые РНС

Для определения координат потребителей используются, как правило, разностно-дальномерные измерения, хотя

не исключается возможность применения дальномерных и квазидальномерных измерений.
Измерение РНП производится импульсно-фазовым методом: грубое измерение разности дальностей основано на оценке интервала времени между огибающими импульсов ведущей и ведомых станций, а точное — на оценке разности фаз несущих колебаний тех же импульсов.
Высокая точность и однозначность измерений.
Слайд 12

Низкочастотные ИФРНС:

Низкочастотные ИФРНС:

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

LORAN-C (eLORAN)

LORAN-C (eLORAN)

Слайд 16

Особенности Работает на частоте 100 кГц. Обеспечивает навигацию гражданских и некоторых

Особенности

Работает на частоте 100 кГц.
Обеспечивает навигацию гражданских и некоторых видов военных

потребителей различных государств в море, воздухе и на суше.
В мире в эксплуатации находятся 34 цепи РНС LORAN-С, каждая из которых содержит от 3 до 5 станций; некоторые станции работают одновременно в двух цепях.
В каждой цепочке одна из станций является ведущей, а остальные — ведомые. Все они точно синхронизируются.
Приёмник измеряет точность прихода импульсов с точностью 0,1 мкс, и, если используется земная волна, местоположение может определяться с точностью 150 м на расстояниях до 1500 км.
Общая площадь рабочих зон цепей РНС LORAN-C превышает 95 млн. км2
Слайд 17

Пользователям системы LORAN-C было рекомендовано для навигации использовать систему GPS. С

Пользователям системы LORAN-C было рекомендовано для навигации использовать систему GPS. С

1 августа 2010 года была прекращена работа американских станций LORAN-C в составе российско-американской цепи, а с 3 августа 2010 года и в составе американо-канадской цепи. Таким образом в настоящее время работа системы LORAN-C на территории США полностью завершена.
Предполагается, что некоторые объекты старой системы LORAN будут использоваться в обновленной системе eLORAN, которая отличается использованием аппаратуры нового типа с цифровой обработкой сигнала, обеспечивающей точность определения координат, сравнимую с СНС. eLORAN так же будет включена в систему передачи сигналов единого времени. Систему eLORAN планируется развивать и использовать в будущем как вспомогательную совместно с глобальными спутниковыми системами навигации.
Одно из важных качеств системы eLORAN по мнению специалистов - устойчивость к помехам, связанная с использованием диапазона длинных радиоволн для передачи сигналов. В то время как для спутниковой системы GPS подтверждена возможность постановки преднамеренных помех и нарушения нормальной работы системы.
Слайд 18

Чайка

Чайка

Слайд 19

Особенности Импульсно-фазовая радионавигационная система длинноволнового диапазона, предназначенная для определения координат самолётов

Особенности

Импульсно-фазовая радионавигационная система длинноволнового диапазона, предназначенная для определения координат самолётов и

кораблей с погрешностью 50…100 м.
Система была разработана в 1958 г. по заказу ВВС СССР и является российским аналогом американской системы Loran-C.
Общая площадь рабочих зон всех цепей РНС«ЧАЙКА» составляет около 20 млн. км2
Каждая цепь состоит из одной«ведущей» и двух– четырёх«ведомых» передающих станций.
Передающие станции ИФРНС «ЧАЙКА», излучающие группы (пачки) из восьми («ведомые» станции) или девяти («ведущие» станции) импульсов на несущей частоте 100 кГц, объединены в цепи – группы станций, излучающих синхронизированные импульсные сигналы с одинаковой частотой повторения.
Интервалы повторения пачек импульсов используются для опознавания цепей и уменьшения взаимных помех между ними.
Слайд 20

В России в эксплуатации находятся пять цепи системы«ЧАЙКА»: GRI 8000 —

В России в эксплуатации находятся пять цепи системы«ЧАЙКА»:

GRI 8000 — Европейская цепь

(1969, РСДН-3/10) «Тропик-2»
GRI 7950 — Восточная цепь (1986, РСДН-4) «Тропик-2В»
GRI 5980 — Российско-Американская цепь в Беринговом море (1995—2010) — с созданием которой, собственно и появилось название «Чайка».
GRI 5960 — Северная цепь (1996, РСДН-5) «Тропик-2С»
GRI 4970 — Северозападная цепь (РСДН-5) «Тропик-2С»
А также Северо-Кавказская (ведомая станция № 2 Цхакая/Сенаки), Южно-Уральская (GRI 5970), Сибирская, Ангарская, Саянская, Забайкальская, Дальневосточная цепи построенные на базе маломощных мобильных станций РСДН-10. («Тропик-2П»).
Слайд 21

Расчетные рабочие зоны РНС «Чайка» Расчетные зоны приема дифференциальных поправок от станций цепей РНС «Чайка»

Расчетные рабочие зоны РНС «Чайка»

Расчетные зоны приема дифференциальных поправок от станций

цепей РНС «Чайка»
Слайд 22

Спутниковые навигационные системы

Спутниковые навигационные системы

Слайд 23

СНС первого поколения Средний интервал времени между обсервациями зависит от географической

СНС первого поколения

Средний интервал времени между обсервациями зависит от географической широты

потребителя и колеблется от 35 мин в приполярных районах до 90 мин вблизи экватора.
Уменьшение этого интервала путём увеличения числа спутников в данных системах невозможно, так как все ИСЗ излучают сигналы на одних и тех же частотах. При нахождении в зоне радиовидимости нескольких спутников возникают взаимные помехи, что нарушает работоспособность систем.
Недостатки: малая точностью определения координат высокодинамичных объектов и большим интервалом времени между обсервациями.
Слайд 24

Transit — первая в мире спутниковая навигационная система, США, 1960-е —

Transit — первая в мире спутниковая навигационная система, США, 1960-е — 1996
Циклон — первая

спутниковая система навигации в СССР
Цикада - низкоорбитальная, «космическая навигационная система» (КНС) - гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон», аналог Transit - 1976 - 1997 гг.
Парус - низкоорбитальная КНС (именно с таким названием была принята на вооружение в 1976 г.) - серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения.
Слайд 25

СНС второго поколения Основное назначение СРНС второго поколения - глобальная оперативная

СНС второго поколения

Основное назначение СРНС второго поколения - глобальная оперативная навигация

приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. Термин "глобальная оперативная навигация" означает, что подвижной объект, оснащенный навигационной аппаратурой потребителя (НАП), может в любом месте приземного пространства в любой момент времени определить (уточнить) параметры своего движения - три координаты и три составляющие вектора скорости, а также поправку к бортовой шкале времени и скорость ее изменения.
Принцип определения своего места в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) - с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат.
В СРНС второго поколения применяются навигационные ИСЗ (НИСЗ) на круговых орбитах с высотой 20000 км над поверхностью Земли. Благодаря использованию атомных стандартов частоты (АСЧ) на НИСЗ в системе обеспечивается взаимная синхронизация навигационных радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой спутников.
Радионавигационное поле в СРНС второго поколения наряду с основной функцией (глобальная автономная оперативная навигация приземных подвижных объектов) позволяет проводить: локальную высокоточную навигацию наземных подвижных объектов (сухопутных, морских, воздушных) на основе дифференциальных методов навигации с применением стационарных наземных корректирующих станций.
В состав СРНС входят подсистема космических аппаратов, подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс) и подсистема аппаратуры потребителей.
Слайд 26

Слайд 27

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS)

Слайд 28

Принцип работы системы навигации

Принцип работы системы навигации

Слайд 29

Навигационное обслуживание ГНСС Навигационное обслуживание ГНСС обеспечивается с помощью различных комбинаций

Навигационное обслуживание ГНСС

Навигационное обслуживание ГНСС обеспечивается с помощью различных комбинаций следующих

элементов ГНСС, установленных на земле, на спутниках и/или на борту воздушного судна:
а) глобальная навигационная спутниковая система;
б) бортовое оборудование ГНСС;
в) бортовая система функционального дополнения ABAS;
г) спутниковая система функционального дополнения SBAS;
д) наземная система функционального дополнения GBAS;
е) наземная региональная система функционального дополнения GRAS.
Слайд 30

Глобальные и региональные навигационные спутниковые системы

Глобальные и региональные навигационные спутниковые системы

Слайд 31

GPS (Navigation System With Time And Ranging Global Positioning System (NAVSTAR GPS)

GPS (Navigation System With Time And Ranging Global Positioning System (NAVSTAR

GPS)
Слайд 32

Особенности Разрабатывалась с начала семидесятых годов как системы двойного применения: для

Особенности

Разрабатывалась с начала семидесятых годов как системы двойного применения: для военных

и гражданских потребителей.
Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами — спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника.
Для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Но поскольку разница между часами спутника и приёмника может внести в решение огромную ошибку, один из КА используется как "базовый", с него получают время, остальные три используются для определения координат. Таким образом, для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.
Основой системы являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте примерно 20200 км.
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, и с помощью 10 станций слежения
Слайд 33

Слайд 34

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система

Слайд 35

Особенности Советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства

Особенности

Советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны

СССР.
Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях.
Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°.
Слайд 36

Слайд 37

Стационарные элементы наземных сегментов системы ГЛОНАСС: − центр управления системой ГЛОНАСС(ЦУС);

Стационарные элементы наземных сегментов системы ГЛОНАСС:
− центр управления системой ГЛОНАСС(ЦУС);


− центральный синхронизатор(ЦС);
− контрольная станция(КС);
− система контроля фаз(СКФ);
− квантово-оптическая станция(КОС);
− аппаратура контроля полета(АКП);
− командная станция слежения(КСС);
− другие станции слежения за работой бортовых устройств
спутников.
Слайд 38

Дифференциальный режим и дистанционный контроль целостности в СНС Состав оборудования для реализации дифференциального режима СНС

Дифференциальный режим и дистанционный контроль целостности в СНС

Состав оборудования для реализации

дифференциального режима СНС
Слайд 39

Слайд 40

Aircraft-based Augmentations Systems (ABAS) Использование алгоритмов автономного контроля целостности (RAIM: алгоритмы

Aircraft-based Augmentations Systems (ABAS)

Использование алгоритмов автономного контроля целостности (RAIM:
алгоритмы обнаружения

отказов;
алгоритмы исключения отказавших навигационных спутников.
Использование методов бортового контроля целостности AAIM (Airborne Autonomous Integrity Monitoring).
Комплексирование с навигационными датчиками, установленными на объекте. Среди них могут быть:
высотомер;
высокоточные часы;
гироскопические датчики;
магнитный компас;
инерциальная навигационная система;
бортовые навигационные датчики и средства.
Комплексирование с данными других навигационных систем:
совместное использование в НАП сигналов GPS-ГЛОНАСС;
совместное использование в НАП сигналов GPS-Galileo-ГЛОНАСС.
Слайд 41

Ground-based Augmentation Systems (GBAS) Станция мониторинга дифференциальных поправок контролирует их качество.

Ground-based Augmentation Systems (GBAS)

Станция мониторинга дифференциальных поправок контролирует их качество. Обобщенная

информация затем формируется в едином формате и передается на борт по одному из доступных каналов связи (УКВ-связь или другие).
Слайд 42

Space-based Augmentation Systems SBAS Принципиальное отличие SBAS и GBAS состоит в

Space-based Augmentation Systems SBAS

Принципиальное отличие SBAS и GBAS состоит в способах

получения и доставки корректирующей информации, а также в зоне действия систем. GBAS — локальная система, функционирующая в зоне действия до 50…100 км, а SBAS — глобальная система с зоной действия до нескольких тысяч километров.
Слайд 43

Ground-based Regional Augmentation Systems (GRAS) Наземная региональная система функционального дополнения(GRAS). Система

Ground-based Regional Augmentation Systems (GRAS)

Наземная региональная система функционального дополнения(GRAS). Система функционального

дополнения, в которой пользователь принимает дополнительную информацию непосредственно от одного из группы наземных передатчиков, охватывающих регион.
Слайд 44

Основными задачами, решаемыми аппаратурой потребителя, являются: выбор рабочего созвездия ИСЗ, поиск

Основными задачами, решаемыми аппаратурой потребителя, являются:

выбор рабочего созвездия ИСЗ,
поиск и

опознавание навигационных сигналов ИСЗ, введение в синхронизм систем слежения по времени запаздывания и фазе несущей частоты дальномерных сигналов,
измерение времени запаздывания и доплеровского сдвига частоты,
выделение и расшифровка содержания навигационного(информационного) сообщения,
расчёт координат ИСЗ на момент навигационных измерений,
решение навигационной задачи(определение координат и составляющих вектора скорости потребителя, поправок к сдвигу шкал времени и частот),
отображение вычисленных данных на информационном табло.
Слайд 45

CПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА KLN-90В

CПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА KLN-90В

Слайд 46

KLN-90 - базовый вариант бортового приёмника фирмы "Allied Signal (Bendix King)",

KLN-90 - базовый вариант бортового приёмника фирмы "Allied Signal (Bendix King)",

позволяющий принимать сигналы СНС GPS. Модификации сертифицированы для эксплуатации на большинстве отечественных ЛА:
KLN 90A - Ан-24, Ан-26, Ми-8Т, Ил-86,Ил-62М, Ил-76, Ту-154М/Б/С
KLN 90B - Ил-18, Ил-62М, Ил-76, Ил-86, Ту-134, Ту-154М/Б/С, Як-40, Як-42, АН-124, Ми-8T/MTB/AMT
Слайд 47

Бортовой приемник спутниковой навигации CH-4312-02

Бортовой приемник спутниковой навигации CH-4312-02

Слайд 48

Квалификация аппаратуры СН-4312-02 осуществляется согласно процедурам Авиационных правил АП-21, АП-25 и

Квалификация аппаратуры СН-4312-02 осуществляется согласно процедурам Авиационных правил АП-21, АП-25 и

АП-29 на соответствие требованиям квалификационного базиса и следующих документов:
КТ-34-01
квалификационные требования «Бортовое оборудование спутниковой навигации» (ред.3)
TSO-C129A
стандартизированные технические требования «Дополнительное бортовое навигационное оборудование, использующее сигналы спутниковой навигационной системы (GPS)»
КТ-178А
«Требования к программному обеспечению бортовой аппаратуры и систем при сертификации авиационной техники»
9613-AN/937
«Руководство по требуемым навигационным характеристикам (RNP)»
JAA TGL-10
«Летная годность и операционное одобрение для операций точной зональной навигации RNAV в обозначенном Европейском воздушном пространстве»
КТ-160D
«Внешние воздействующие факторы»
Слайд 49

СН-4312-02 представляет собой авиационный приемоиндикатор, работающий по сигналам глобальных спутниковых навигационных

СН-4312-02 представляет собой авиационный приемоиндикатор, работающий по сигналам глобальных спутниковых навигационных

систем ГЛОНАСС и GPS, их функциональных дополнений: спутниковых - SBAS (WAAS, EGNOS, MTSAT) и наземных - GBAS (ЛККС).
СН-4312-02 выполняет следующие задачи:
 Навигация
 Планирование полетов
 Управление оборудованием самолета
СН-4312-02 обеспечивает:
Решение задач навигации и управления процессом самолетовождения, в том числе в системе зональной навигации RNAV, с выполнением требований P‑RNAV (RNP-1) и В-RNAV (RNP-5).
Автоматический или ручной выбор следующих основных режимов работы:Выдача сигналов управления в САУ и светосигнальное табло.
- навигация СНС по сигналам ГЛОНАСС и GPS;
- навигация СНС с использованием сигналов SBAS;
- навигация СНС с использованием сигналов GBAS;
- навигация DME/DME;
- навигация VOR/DME;
- навигация СВС (режим счисления координат по данным о курсе и скорости).
Совместную работу с различными базами данных (БД): аэронавигационной, пользовательской.
Загрузку, хранение и использование аэронавигационной базы данных на текущий и следующий цикл обновления с использованием съемной Flash card.
Формирование и выдачу экипажу предупреждающих и аварийных сообщений на дисплей и светосигнальные табло.
Графическое отображение маршрута полета, стандартных схем вылета (SID), прилета (STAR) и захода на посадку (APPROACH), а так же ближайших аэродромов и аэронавигационных ориентиров.
Взаимодействие на борту двух комплектов аппаратуры СН-4312-02.
Слайд 50

Слайд 51

Бортовой приемник спутниковой навигации БПСН-2

Бортовой приемник спутниковой навигации БПСН-2

Слайд 52

БПСН-2 представляет собой аппаратуру, работающую по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем

БПСН-2 представляет собой аппаратуру, работающую по сигналам глобальных спутниковых навигационных систем

ГЛОНАСС и GPS в составе комплексов бортового оборудования современных самолётов и вертолетов.
БПСН-2 обеспечивает:
непрерывное определение навигационных параметров ВС по сигналам СНС ГЛОНАСС и GPS, и с использованием информации, получаемой от следующих систем: комплекса бортового оборудования, наземной системы функционального дополнения (GBAS) через аппаратные средства комплекса бортового оборудования, спутниковых систем функционального дополнения (SBAS).
контроль целостности выдаваемых параметров.
обнаружение и исключение из вычислений сигналов отказавших НКА (функция FDE).
выполнение прогноза доступности функции RAIM в планируемом пункте в расчетное время с отклонением от него ±15 минут и выдачу результатов прогноза доступности функции RAIM потребителю (по запросу).
выдачу дополнительных параметров: номер каждого сопровождаемого спутника, азимут, угол возвышения, отношение сигнал/шум.
выдачу потребителям параметров с частотой обновления и выдачи информации по координатам, высоте, скорости, путевому углу истинному и времени не менее 10 Гц.
выбор типа СНС, по которой необходимо выполнять расчет навигационных параметров.
Эксплуатационная готовность не менее 0,99975 в течение 5 ч.
Непрерывность работы не менее (1,0-0,5·10-4) в час и (1,0-2,1·10-7) в любые 15 сек.