Повышение точности местоопределения радионавигационных систем средневолнового диапазона

• Автор: Сафонов, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

• Введение
1 Анализ возможности повышения точностных характеристик РНС средневолнового диапазона
1.1 Назначение радионавигационных систем и их классификация
1.2 Краткий исторический обзор развития средневолновых РНС
1.3 Основные требования, предъявляемые к РНС
1.4 Виды погрешностей
1.5 Оценка точности определения местоположения объекта
1.6 Характеристики канала распространения радиоволн
1.7 Принцип действия отечественных РНС средневолнового
• диапазона
1.8 Пути повышения точности местоопределения СВ РНС
1.9 Основные результаты и выводы
2 Разработка методов поддержания фазовой стабильности радионавигационного поля средневолновой РНС
2.1 Основы теории распространения радиоволн
2.2 Математические выражения фазового баланса сигналов РНС и способ поддержания его стабильности при изменении условий распространения радиоволн
• 2.3 Калибровка РНС
2.4 Основные результаты и выводы
3 Девиационные погрешности приемных антенн
3.1 Девиация фазы полезного сигнала РНС
3.2 Предлагаемый способ определения девиационных поправок
3.3 Основные результаты и выводы.
4 Количественные оценки систематических погрешностей РНС
4.1 Оптимальная средняя рабочая фазовая скорость.
4 4.2 Программное обеспечение расчетов систематических
погрешностей РНС
4.3 Анализ результатов вычислений рельефов систематических погрешностей СВ РНС
4.4 Основные результаты и выводы Заключение
Список использованных литературных источников Приложение

Актуальность темы. Возрастающие требования по повышению точности координирования при выполнении боевых действий и проведении работ по разведке и добыче полезных ископаемых в зоне континентального шельфа выдвигают на передний план вопрос обеспечения всех видов морских объектов средствами высокоточного определения их текущего местоположения.
Основными характеристиками радионавигационных систем (РНС), по которым определяется пригодность системы для выполнения тех или иных
* работ, в том числе на континентальном шельфе является дальность действия, точность и надежность круглосуточного местоопределения, непрерывность работы в любых метеоусловиях. Большое значение имеет число одновременно обслуживаемых объектов, их динамические свойства, возможность получения навигационной информации в реальном времени, массогабаритные и энергетические характеристики аппаратуры, определяющие ее транспортабельность и затраты на ее обслуживание.
Разнообразие технических требований и условий при выполнении геофизических, геодезических и других видов работ влечет за собой к
* разнообразию используемыхрадионавигационных систем.
Качественные изменения, происходящие в последние годы в радионавигационном обеспечении потребителей, связаны с возможностью реализации технических идей на базе достижений современной технологии и микропроцессорной техники. Внедрение программных цифровых способов обработки сложных сигналов, обеспечивающих возможность применения оптимальных методов оценки их параметров, использование в радионавигационной аппаратуре баз данных позволили объединить в пределах одного устройства приемоиндикаторы (ПИ) нескольких
* радионавигационых датчиков, включая автономные средства.
Применение методов псевдослучайной модуляции сигналов повышает помехозащищенность РНС по отношению, как к непреднамеренным, так и к организованным помехам. Последнее является определяющим фактором при решении задач оборонного назначения.
Многим из приведенных выше требованиям соответствуют сетевые глобальные радионавигационные системы космического базирования GPS (США) и FJIOHAG (РФ). Однако бытующее до недавнего времени мнение о возможности вытеснения ими из эксплуатации всех РНС наземного базирования не подтвердилась на практике. Главной причиной этого стала малая помехоустойчивость этих систем в силу малой энергетики их сигналов. В абсолютном большинстве случаев бортовая аппаратура этих систем работает одновременно по сигналам двух этих систем, являясь точным

корректором отсчетов координат либо менее точных РНС наземного базирования, либо отсчетов источника автономной навигации.
Наиболее ярким примером такого комплексирования является взаимная поддержка GPS навигационной информацией от средневолновой РНС Geoloc (Франция), действующей на несущей частоте 2 МГц в полосе 0,6 МГц, обладающей одинаковой с GPS инструментальной погрешностью. Сочетание псевдослучайного кодирования и широкого спектра сигнала обеспечивают высокую помехозащищенность системы по отношению к помехам сосредоточенным по спектру и к помехам сосредоточенным по времени. Комплексирование ПИ с автономными датчиками курса и скорости объекта позволяет компенсировать доплеровский эффект и использовать очень узкую основную полосу обработки потока информации равную 0,01Гц, что обеспечивает высокую помехоустойчивость к шумовым атмосферным помехам.
Однако любой системе, использующейся в отдельности, свойственны какие-то ограничения. Так для РНС Geoloc необходима первоначальная точная коррекция места или сведение периодических шкал времени, а в РНС GPS ограничениями являются: низкая помехозащищенность, изменение во времени геометрического фактора, дискретность в приеме сигналов [1]. Поэтому РНС средневолнового диапазона и РНС Geoloc, в частности, рассматриваются отечественными и зарубежными специалистами не только как самостоятельные навигационные средства, позволяющие в районах континентального шельфа выполнять операции, связанные с необходимостью точного местоопределения, а также как полезное дополнение к спутниковой РНС GPS не только как полезное дополнение на стадии не полного развертывания GPS, но и, когда та полностью войдет в эксплуатацию.
В настоящее время GPS развернута полностью и эксплуатируется в штатном режиме, обладая всеми объявленными характеристиками по доступности, надежности и точности местоопределения, в то время как отечественная система ГЛОНАС по причинам экономического характера не доведена до такого состояния. Вследствие чего вопрос высокоточного навигационного обеспечения морских объектов с помощью РНС СВ диапазона продолжает выть весьма важным с учетом упомянутой необходимостью работ на континентальном шельфе,, крайне необходимых для экономики России.
Следует отметить, в нашей стране накоплен богатый опыт создания РНС СВ диапазона. Начиная с 60-ых годов прошлого столетия, были разработаны и внедрены в серийное производство две РНС:
1968г.-базовая радионавигационная автоматизированная
радионавигационная система (БРАС-3);
1985г.-базовая радионавигационная необслуживаемая
радионавигационная система PC-10.
Эти системы работают в диапазоне 1,6 - 2.1 МГц и обладают взаимной аппаратурной преемственностью.
неоднородностей решается на основе численного интегрирования уравнения для функции ослабления, так и для ряда практических приложений. Вследствие кривизны земной поверхности и конечной проводимости подстилающей поверхности форма импульса в процессе распространения изменяется, и возникает вопрос о зависимости этих изменений от характера трассы. Между тем до сих пор указанная задача рассматривалась или при сильно упрощающих ее решение предположениях — для импульсов самой простой формы (включенная единичная функция и линейно нарастающий сигнал). При этом переход (с помощью интеграла Дюамеля) к решению для импульса более сложной формы (для импульса, который может быть излучен реальной антенной), оказывается не элементарной задачей;
Рассмотрение задачи о распространении импульсного сигнала над сферической землей имеет и некоторое методическое значение. К настоящему времени накоплен весьма обширный материал численных данных стационарной теории дифракции радиоволн вокруг земли для области тени. Однако вследствие не учета возмущающего действия ионосферы значительная их часть теряет прямой физический смысл.
В случае же импульсных сигналов можно осуществить временную селекцию и отделить импульсы, прошедшие к приемнику без отражения от ионосферы; производя же гармонический анализ последовательности таких импульсов, можно выделить интересующую нас гармонику. Тем самым оказывается возможным “перенести” невозмущенный ионосферой сигнал на расстояния, где влияние ионосферы уже сказывается сильно, а результаты стационарной теории дифракции радиоволн относить к таким “перенесенным” сигналам.
Таким образом, теоретические исследования условий распространения радиоволн требуют создания необходимой для проведения оценки результатов контрольной аппаратуры, роль которой может успешно выполнять аппаратура РНС, для которой такие исследования проводятся.
По своей сущности задача о распространении электромагнитного импульса на сферической землей отличается от [5] существенно лишь заданием тока диполя в виде импульса с заполнением. В данном случае принимаем Землю за однородный (диэлектрическая постоянная с и проводимость а постоянны) шар радиуса а и, совмещая с ее центром начало сферической системы координат г, 9, <р, полагаем, что на поверхности земли в точке г = а, 0 = 0 расположен диполь, направленный по г. Зависимость тока диполя I от времени Г задается формулой
КО О КО
Если вместо этого выражения положить ток диполя равным
1(0=1оеЧю‘ (2.2)
то решение поставленной задачи можно записать в виде известных формул