Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный Университет

Контрольная работа

по дисциплине

"Основы теории радионавигационных систем и комплексов"

2016 г.

План

• 1. Погрешность определения координат объекта угломерно-дальномерным позиционным методом
• 2. Расчет дальности обнаружения навигационных объектов с помощью судовой навигационной РЛС
• 3. Импульсный метод измерения дальности. Принцип работы и структурная схема цифрового следящего импульсного дальномера. Погрешность и разрешающая способность измерителя
• 4. Принцип работы разностно-дальномерных импульсных радионавигационных систем. Погрешности измерения местоположения объектов в пространстве
• Библиографический список

1. Погрешность определения координат объекта угломерно-дальномерным позиционным методом

Таблица исходных данных для выполнения задания №1

При реализации угломерно-дальномерного метода измерение координат объекта, как правило, производятся без разнесения в пространстве нескольких базовых станций. Для этого из одной точки пространства А осуществляется измерение дальности (семейство линий положения -- окружности) и измерение угловых координат (семейство линий положения -- прямые линии). Пояснения оценки погрешности определения местоположения объекта угломерно-дальномерным позиционным методом приведены на рис. 1.5:

Рис. 1.5 - Оценка погрешности определения местоположения объекта угломерно-дальномерным

При измерении с одной базовой станцией угол пересечения угломерных и дальномерных линий положения равен 90^о и выражение для среднеквадратической ошибки (1.2) определения местоположения для угломерно-дальномерных систем приобретает вид:

(1.5)

где у_DA - среднеквадратические ошибки измерения дальности;

у_бA - среднеквадратические ошибки измерения азимута (в радианах);

D_А - дальность до базовой станции.

Вывод: Если смотреть на график зависимости погрешности от расстояния (от базовой станции до объекта), наблюдаем, что погрешность линейно зависима. С увеличением расстояния от базовой станции до объекта, коэффициент погрешности увеличивается.

2. Расчет дальности обнаружения навигационных объектов с помощью судовой навигационной РЛС

Таблица 2 - Исходные данные для индивидуального расчетного задания

Таблица 2.1 -- Средние значения ЭПР различных объектов

Таблица 2.2 - Технические характеристики навигационной РЛС "Лоция"

Дано:

Переводим пороговую мощность РЛС дБ/Вт в раз/Вт

Переводим пороговую мощность РЛО дБ/Вт в раз/Вт

основным уравнением радиолокации или уравнением дальности РЛС в свободном пространстве.

Подставляя значения, рассчитаем что:

ЭПР уголкового отражателя с треугольными гранями

При использовании пассивного уголкового отражателя дальность обнаружения рассчитывается аналогично предыдущему расчету.

уравнения дальности запроса и ответа рассчитаем, дальность обнаружения радиолокационного активного ответчика

Максимальная дальность действия канала запроса D _ЗАПР системы РЛС - РЛО, на которой запросные сигналы от РЛС еще имеют достаточную мощность для запуска аппаратуры ответчика, может быть найдена из уравнения дальности радиосвязи для свободного пространства:

Дальность действия системы с активным ответом в целом оценивается по минимальному из полученных значений дальности для каналов запроса и ответа.

Вывод: в ходе исследования, я определил, что чем выше ответчик установлен от уровня моря, тем ниже можно установить приемную РЛС .

3. Импульсный метод измерения дальности. Принцип работы и структурная схема цифрового следящего импульсного дальномера. Погрешность и разрешающая способность измерителя

Импульсный метод измерения дальности основывается на определении времени запаздывания характерного изменения амплитуды принимаемого радиолокационного сигнала. Антенна РЛС посылает мощный радиоимпульс, который отражается от цели и ей же и принимается. Т.к. скорость распространения СВЧ сигнала, в виде которого распространяется радиоимпульс, много больше скорости цели, то в хорошем приближении цель можно считать неподвижной. Тогда время, за которое радиосигнал достигнет цели равняется времени, за которое отраженный сигнал достигнет антенны РЛС Т.е.

Т.о. сигнал испущенный антенной РЛС вернется на нее в отраженном виде через время. СВЧ сигналы распространяются с постоянной скоростью, поэтому. Мы учли, что скорость распространения СВЧ сигнала в воздухе примерно равна его скорости распространения в вакууме - . Учтем предыдущее выражение, и запишем равенство, определяющее дальность в зависимости от времени запаздывания: (1.1) Для того, чтобы постоянно определять дальность, РЛС должна испускать периодическую последовательность импульсов, работать в импульсном режиме. Проанализированных данных достаточно, чтобы построить общую структурную схему.

Система синхронизации определяет импульсную работу РЛС. Она формирует видеоимпульсы через постоянные промежутки времени Ти. Ти называют периодом повторения импульса. Т.о. система синхронизации определяет период работы один цикл определения дальности. Передатчик включается получив очередной импульс от системы синхронизации и на промежутке времени формирует сигнал требуемой мощности, амплитуды и частоты. называют длительностью импульса. На протяжении времени длительности импульса антенный переключатель направляет излучаемый сигнал на антенну. Затем переключается на приемник. Т.о. образом до конца периода система "ждет" отраженного сигнала. Заметим, что на переключение антенна затрачивает определенное время. Приемник выделяет огибающую принятого сигнала и передает на оконечное устройство. Оконечное устройство обычно выполняется в виде ЭЛТ, на экране которой расстояние между двумя соседними разновысокими пиками соответствует расстоянию до цели. В случае выполнения оконечного устройства на ЭЛТ, система синхронизации управляет работой генератора пилообразного напряжения, который выходит на горизонтально отклоняющую пластину. В то время как сигнал с приемника подается на вертикально отклоняющую.

Принцип действия импульсного РД. Зондирующий сигнал в импульсном РД формируется ГРЧ, на который подаются импульсы модулятора или генератора импульсов. Синхронизатор (Синх) обеспечивает одновременность запуска модулятора и генератора пилообразного напряжения, создающего развертку на экране (ЭЛТ) в выходном устройстве (ВУ). Импульсы радиочастоты (зондирующий сигнал) через переключатель прием-передача (ППП) поступают в антенну и излучаются в пространство. Отраженные сигналы принимаются той же антенной и после усиления и преобразования в приемнике (Прм) направляются в аналоговое или цифровое выходное устройство (ВУ).

При использовании аналогового ВУ эти импульсы подаются на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ для измерения времени На горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ приходит пилообразное напряжение развертки от генератора пилы Импульсный генератор подсвета используется для включения яркости ЭЛТ только на время прямого хода развертки.

В современных импульсных РД используют цифровые ВУ

Рис. 1 Структурная схема импульсного радиодальномера с аналоговым ВУ

Принцип действия следящего импульсного РД. Для автоматического сопровождения целей по дальности служат ВУ со следящими измерителями времени. Временной дискриминатор (ВД) сравнивает временные положения отраженного импульса и селекторных импульсов или временные интервалы и в зависимости от величины разности вырабатывает сигнал ошибки - два биполярных импульса с разной при временном рассогласовании длительность. Информация об х преобразуется экстраполятором в управляющее напряжение и подается на синтезатор задержки (Синт) (временной модулятор). Под воздействием С/упр синтезатор изменяет задержку селекторных импульсов.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема следящего измерителя времени ВУ импульсного РД

Экстраполятор в простейшем случае - это интегрирующая цепочка. Процессы перезаряда емкости экстраполятора.

Синтезатор представляет собой (рис. генератор селекторных импульсов запускаемый задержанным по отношению к импульсу синхронизатора сигналом с амплитудного компаратора В компараторе сравниваются уровни управляющего сигнала и быстро нарастающего пилообразного напряжения генератора запускаемого импульсами синхронизатора (Синх).

Кроме измерителя времени импульсного авто дальномера с двумя селекторными импульсами (см. рис. 3) известны измерители с одним селекторным импульсом, а также с дифференцированием отраженного импульса. Особенностью работы измерителя времени автодальномера является импульсный характер регулирования, что сказывается на условиях устойчивости замкнутой системы и характере переходных процессов.

Для работы представленного на рис. 10.17 следящего измерителя времени необходим предварительный поиск цели. В режиме поиска контакт реле схемы переключения режимов (рис. 3.) находится в положении и схема

Рис. 3. Структурная схема следящего импульсного радиодальномера.

4. Принцип работы разностно-дальномерных импульсных радионавигационных систем. Погрешности измерения местоположения объектов в пространстве

дальномер координата навигационный импульсный

В настоящее время в авиации наибольшее применение нашли импульсно-фазовые разностно-дальномерные РНС (ИФ РСДН). В составе пилотажно-навигационных комплексов (ПНК) они применяются для эффективной радиокоррекции счисленных по автономным датчикам (ИНС и ДИСС и т.д.) координат ВС в соответствии с алгоритмами БЦВМ. При наличии пульта управления с индикацией гиперболических линий положения и специальных карт с сетками гипербол они могут использоваться автономно для определения местоположения ВС (с пониженной точностью).

В состав ИФ РСДН входят: система наземных опорных станций (Т-2 "Тропик-2", Т-2П "Тропик-2П" или "Лоран-С"); бортовые приемоиндикаторы (ПИ) А-711,А-720 или А-723, имеющий режим работы по сигналам ИФ РСДН.

В импульсно-фазовых системах относительное запаздывание радиосигналов определяется на основании данных об одновременно измеренных навигационных параметрах ?ф и ??. Наземные станции любых РСДН образуют цепочки, состоящие из 4...8 станций, географическое положение которых определяется геометрическим фактором оценки точности местоположения объекта.

Опорные станции ИФ РСДН работают в ДВ диапазоне волн. Излучаемые наземными опорными станциями радиосигналы в точку приема (ВС) могут приходить как поверхностными, так и пространственными (отраженными от ионосферы) радиоволнами. Поверхностные сигналы имеют высокую фазовую стабильность и используются для определения линий положения с высокой точностью. На больших расстояниях поверхностные сигналы имеют малую напряженность поля. В этом случае линии положения можно определять по сигналам пространственных радиоволн, однако с более низкой точностью. При использовании пространственных сигналов необходимо вводить поправки в измеренные временные интервалы, так как сигналы пространственных волн проходят большее расстояние между точкой излучения и точкой приема по сравнению с сигналом поверхностных волн. Величина поправки, соответствующая времени запаздывания пространственных сигналов относительно поверхностных сигналов, зависит от расстояния между самолетом и наземными станциями и от высоты отражающего слоя ионосферы, которая изменяется в течение суток.

С увеличением расстояния запаздывание пространственных сигналов уменьшается. Однако даже на весьма больших расстояниях запаздывание пространственных сигналов составляет величину не менее 40 мкс. При длительности сигналов около 120 мкс пространственные сигналы в точке приема могут частично накладываться на поверхностные сигналы и искажать их форму и фазу. Поэтому в приемоиндикаторах импульсно-фазовых разностно-дальномерных систем при измерении временных интервалов по разностям фаз используется только неискаженная ионосферными отражениями часть сигналов (передний фронт) поверхностных радиоволн. В этом случае для повышения точности измерений необходимо увеличивать энергию принимаемых радиосигналов и отношение сигнал-шум. Для этого в ИФ РСДН наземные станции излучают сигналы в виде пачек радиоимпульсов, что позволяет уменьшить пиковую мощность сигнала.

Ведущая станция А излучает сигналы, состоящие из девяти импульсов - восемь рабочих импульсов, предназначенных для измерения временных интервалов, и один дополнительный импульс, который используется для синхронизации ведомых наземных станций. Ведомые станции излучают пачки сигналов, состоящие из восьми рабочих импульсов. Длительность каждого импульса составляет около 120 мкс (для РСДН-10 длительность радиоимпульса на уровне 0,5 составляет (50±10) мкс). Рабочие импульсы в пачках излучаются с интервалом 1000 мкс. Дополнительные импульсы сигналов ведущей станции излучаются с интервалом 2000 мкс (1890 мкс для РСДН-10).

Радиосигналы наземных опорных станций излучаются в строго определенной последовательности, определяемой известными кодовыми задержками фКЗi, с целью их временного разделения в бортовом приемоиндикаторе.

Рисунок 4. Сигналы ИФ РСДН

Для сигналов каждой ведомой станции отводится вполне определенный интервал времени в периоде следования сигналов ведущей станции. В течение отведенного временного интервала могут поступать сигналы только этой ведомой станции. Известные постоянные кодовые задержки сигналов ведомых станций далее могут быть исключены из отсчета введением соответствующих задержек в бортовом приемоиндикаторе. Необходимо помнить, что изменение кодовых задержек приводит к изменению оцифровки линий положения, следовательно, их необходимо знать.

Для повышения помехоустойчивости приема в импульснофазовых РСДН применяется фазовое кодирование (манипуляция) радиоимпульсов в пачках, излучаемых наземными станциями.

Фаза высокочастотных колебаний в радиоимпульсах, обозначенных знаками "+" и "-", отличается на 180° и определяется кодом фазовой манипуляции. Код сигналов всех ведомых станций одинаковый и отличается от кода ведущей станции, что позволяет решать задачу опознавания сигналов ведущей и ведомых станций.

Коды сигналов нечетной и четной пачек импульсов различны.

Поэтому период фазового кодирования равен двум периодам повторения сигналов наземных станций (ТФК= 2Т). Изменени фазывысокочастотных колебаний на 180° в четных радиоимпульсах четной последовательности сигналов по сравнению с теми же радиоимпульсами в нечетной последовательности применяется для уменьшения возможного влияния многократно отраженного от ионосферы предыдущего импульса пачки на поверхностные сигналы последующих импульсов пачки.

Рассмотрим, по каким признакам в бортовом приемоиндикаторе ИФ РСДН различаются: одна цепочка наземных станций от другой, ведущая станция от ведомых, ведомые станции между собой.

Различные цепочки одинаковых систем РСДН отличаются периодом следования сигналов Т (выбирается с пульта управления бортового приемоиндикатора). В пределах цепочки ведущая станция отличается от ведомых кодом фазовой манипуляции. Ведомые станции различаются в бортовой аппаратуре РСДН с учетом их временного разделения (за счет введения кодовых задержек фКЗi для сигналов каждой из них отводится определенный временной интервал в периоде повторения сигналов ведущей станции).

Указанное различение опорных станций позволяет определить моменты приема их сигналов на борту, а следовательно, и разности между ними ?ф1 и ?ф2 (гиперболические линии положения). Точные измерения временного интервала производятся по разности фаз высокочастотного заполнения радиоимпульсов, а более грубые измерения временных интервалов - с учетом информации о положении огибающих передних фронтов радиоимпульсов. Это позволяет устранять многозначность фазовых измерений.

Оценка погрешности измерения координат объекта

Местоположение объекта позиционным методом определяется как точка пересечения, по крайней мере, двух линий положения различных семейств. Погрешность определения линий положения приводит к погрешности нахождения координат объекта. Если объект М находится на значительном расстоянии от наземных станций, то погрешности Дl₁ и Дl₂ определения пересекающихся линий положения А и В (рис.5) считают малыми по сравнению с расстояниями от объекта до станций, а линии положения А' и В', полученные в результате измерения, параллельными линиям А и В.

Рис.5. -- К определению погрешности местоположения в РНС

Точка М', соответствующая оценке положения объекта, найденной в результате измерения, оказывается на расстоянии r от точки М, отражающей истинное положение объекта. Таким образом, расстояние r есть радиальная погрешность измерения. Так как Дl₁ и Дl₂ перпендикулярны линиям положения, то, согласно рис. 1.2, радиальная погрешность равна:

; (1.1)

где .

После подстановки этих значений в формулу (1) получим обобщенное выражение для среднеквадратической погрешности измерения местоположения:

(1.2)

Таким образом, точность нахождения местоположения растет при уменьшении среднеквадратических погрешностей определения линий положения у_А, у_В и приближении угла пересечения линий положения б_М к 90^о. 90^о. Значение угла пересечения линий положения может быть определено по теореме косинусов при известных дальностях до базовых станций.

Библиографический список

1. Радиотехнические системы: Учебник для вузов по спец. "Радиотехника" /Под ред. О.М. Казаринова, - М.: Высш.шк., 1990 .-496 с.

2. Лукьянчук А.Г. Работа в системах спутниковой радионавигации: Учебн. пособие / А.Г. Лукьянчук, Ю.П. Михайлюк. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2006 - 190 с.

3. Монаков А.А. Теоретические основы радионавигации: Учебн. пособие, СПбГУАП. СПб., 2002. - 70 с.

4. [Электронный ресурс - www.sla.ru/books/radionav.pd]

5. Баженов А.В. Радионавигационные системы, Учебн. пособие, А.В. Баженов, Г.И. Захарченко, А.Н. Баженов, К.Ю. Савченко/ под редакцией А.В. Баженова -СВВАИУ Ставрополь: 2007. - 202 с. .

6. [Электронный ресурс - knigi.tor2.net/index.php?id=4083633]

7. Коптев А.Н. Авиационное и радиоэлектронное оборудование воздушных судов гражданской авиации. Электрон. учебн. пособие / А.Н. Коптев. - Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королева. Самара 2011 [Электронный ресурс - rucont.ru/efd/230107]

8. Печенин В.В. Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Учебн. пособие НАУ им. Н.Е. Жуковского "ХАИ" - Харьков: 2002. 124 с. . [Электронный ресурс - www.twirpx.com/file/485292/]

Размещено на Allbest.ru