Определение относительных координат ВС

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КООРДИНАТ ВС

1. Абсолютные и относительные координаты

Выполнение полета по заданной воздушной трассе или маршруту с целью вывода самолета на заданный пункт или аэродром посадки требует от экипажа точного знания текущего местоположения относительно земной поверхности. Это требование вытекает из того, что поворотные пункты маршрута полета и аэродром посадки задаются обычно географическими точками, например, названиями населенных пунктов или их географическими координатами, которые позволяют проложить заданную линию пути на полетной карте или ввести их в программирующее устройство навигационного комплекса.

Зная текущее, соответствующее данному моменту времени место самолета, экипаж может определять правильность выполнения полета: совпадает ли фактическая линия пути с заданной. Исправление возможных уклонений достигается вводом поправок в пилотажный режим, т.е. корректировкой курса и воздушной скорости полета.

Место самолета может быть получено непосредственно и косвенно. Непосредственное определение МС производится по фиксации момента пролета ВС над опознанным ориентиром и с помощью технических средств самолетовождения. В первом случае, как правило, визуально отмечается момент, когда самолет находится строго над каким-либо ориентиром (объектом). Это наиболее надежный способ определения МС. Однако здесь чрезвычайно важно достоверно опознать ориентир, так как ошибка может привести к потере ориентировки.

Непосредственное определение МС с помощью технических средств самолетовождения достигается фиксацией момента пролета над радиолокационным ориентиром или радиомаяком. Косвенное определение МС осуществляется измерением некоторых параметров, например, азимута, дальности, высоты небесного светила и т. п., находящихся в функциональной зависимости от взаимного положения ВС и внешнего 'источника навигационной информации. В результате измерения получают координаты МС, соответствующие моменту определения, но чаще всего в системе координат, отличной от той, в которой ведется контроль пути (счисление). Они требуют дальнейшего преобразования. В качестве источников позиционной информации используются наземные радиомаяки, визуальные и радиолокационные ориентиры, небесные тела естественного и искусственного происхождения.

Координаты МС, полученные на основании внешней информации, называют абсолютными, так как не зависят от навигационного и пилотажного режимов полета, дальности и продолжительности полета до момента определения МС. Точность абсолютных координат определяется только средствами и условиями измерения, а также взаимным расположением самолета и источника позиционной информации.

В настоящее время находят применение следующие способы определения абсолютных координат: по моменту пролета опорного ориентира; обзорно-сравнительный; координатных преобразований. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, определяемые особенностями самого способа и технической реализации его.

Непрерывный контроль пути в процессе самолетовождения возможен двумя методами: определением абсолютных координат или счислением пройденного пути.

Первый метод может быть реализован при возможности непрерывного получения позиционной информации от внешнего источника. Этого можно достичь применением радионавигационных систем дальнего действия и спутниковых навигационных систем, перекрывающих своими рабочими областями весь предполагаемый район полетов.

Однако в большинстве случаев измеренные абсолютные координаты используют дискретно, т.е. через определенные промежутки времени. Поэтому для непрерывного самолетовождения реализуется второй метод, при котором используются относительные координаты, отсчитываемые от последнего МС, полученного в результате обработки внешней информации. Относительные координаты определяются счислением пути, основанном на интегрировании вектора путевой скорости или ускорений самолета по времени. Следовательно, это дает возможность получать не сами координаты МС, а только лишь приращение их во времени.

Счисление пути позволяет определять координаты МС относительно ранее определенных--абсолютных. Таким образом, в результате счисления пути координаты текущего МС как бы «сохраняются» во времени и пространстве между моментами определения абсолютных координат.

Основной недостаток счисления пути заключается, в том, что только стоит нарушиться системе счисления, например, при отказе электропитания навигационного комплекса, как восстановить текущие координаты МС уже невозможно. Для этого необходимо определять абсолютные координаты.

Для счисления пути используется дополнительная информация о курсе, скорости ВС и ветре. Процесс интегрирования (суммирования) вектора путевой скорости приводит к появлению возрастающей ошибки счисления. Поэтому точность самолетовождения в большой степени зависит от продолжительности полета в автономном режиме, в процессе которого МС не уточнялось и абсолютные координаты его не определялись. В этом проявляются связь и различие между относительными и абсолютными координатами. В принципе для надежного самолетовождения абсолютные координаты содержат достаточно навигационной информации, в то время, как и информация, содержащаяся в относительных координатах, быстро утрачивается вследствие возрастающих ошибок счисления.

2. Определение абсолютных координат места самолета

Местом самолета называется та точка на земной поверхности над которой в данный момент он находится (в которую проецируется его центр масс). Положение этой точки определяется, как правило, указанием двух координат в любой используемой навигационной системе координат (например, в географической -- широта и долгота, в полярной--пеленг и расстояние и т.п.) или, в некоторых случаях относительно навигационного ориентира (например, «10 км восточнее острова В»).

Задача определения МС является наиболее трудной и важной в процессе самолетовождения. Она решается разными способами и с помощью различных технических средств. При этом требуется, чтобы выбранные способ и средство обеспечивали надежное (в смысле применимости в широком диапазоне условий), точное и непрерывное определение местонахождение ВС. В тех случаях, когда МС определяется не автоматически, большое значение приобретают также технологичность и оперативность решения задачи. Поскольку в настоящее время по существу нет какого-либо одного способа или средства, обеспечивающего выполнение всех этих требований в необходимом объеме, то надежное, непрерывное и нетрудоемкое определение МС осуществляется практически только комплексным применением различных средств.

Абсолютные координаты находят способами: координатных преобразований, обзорно-сравнительным и пролета над опорным ориентиром. Основным из них является способ координатных преобразований (называемый позиционным), так как он наиболее часто применяется и его положения распространяются и на все другие способы, включая определение относительных координат.

Способ координатных преобразований базируется на получении и использовании позиционной информации о местонахождении самолета, содержащейся в линиях положения (ЛП). Суть решения задачи сводится к нахождению координат точки, принадлежащей одновременно двум ЛП. Такой точкой является точка пересечения линий положения. Практически способ координатных преобразований реализуется двумя путями:

графическим--прокладкой ЛП на 'карте. При этом за место самолета принимается точка их пересечения (для краткости будем называть определением МС прокладкой ЛП);

аналитическим--преобразованием координат, в которых получены ЛП, в координаты в другой системе, например, в географической или ортодромической прямоугольной (будем называть определением МС преобразованием координат).

Определение МС способом координатных преобразований всегда связано с измерением какой-либо геометрической или физической величины (расстояния, угла, давления и т.п.), которая для общности 'называется навигационным параметром. Если, например, измеряется расстояние Д от какой-либо точки на земной поверхности до самолета, то он будет находиться в одной из точек сферической поверхности, соответствующей навигационному параметру Д= const. В случае пеленгования самолета наземным пеленгатором измеренному параметру П_с=const будет соответствовать вертикальная плоскость, в одной из точек которой находится самолет. Измеренное в полете атмосферное давление указывает, что ВС находится на некоторой изобарической поверхности.

Во всех приведенных примерах измерение одной геометрической или физической величины позволяет указать поверхность, на которой может оказаться самолет. Такая поверхность называется поверхностью положения самолета при данном значении навигационного параметра. Если одновременно получены два независимых навигационных параметра, то можно утверждать, что ВС находится в одной из точек пространственной кривой, являющейся пересечением двух поверхностей положения, соответствующих этим измеренным параметрам, т.е. находится на пространственной ЛП.

В воздушной навигации рассматриваются и в практике самолетовождения используются, как правило, не пространственные линии положения, а их центральные проекции на земную поверхность, называемые линиями положения. Они полностью определяются одним, соответствующим им навигационным параметром и являются его изолиниями. Последняя представляет собой геометрическое место точек, в которых значение параметра постоянно, т.е. изолиния--это кривая, соединяющая точки с равными значениями навигационного параметра. Уравнение изолинии отличается от общего уравнения постоянством параметра.

В общем случае изолинии представляют собой сложные кривые, ибо они располагаются на поверхности сферы. Для упрощения расчетов и построения на карте изолинии на практике заменяют прямыми (касательными к изолинии в данной точке) или дугами окружностей.

3. Определение места самолета различными способами

Определение места самолета аналитическим преобразованием координат.

Сущность способа состоит в аналитическом решении системы уравнений и получении ответа в виде выражений. Метод этот универсален и находит широкое применение в современной навигации, в частности при автоматической и неавтоматической коррекции счисленных координат. Он требует, как правило, оборудования ВС бортовыми вычислительными устройствами (аналоговыми или цифровыми) для решения уравнений, но в некоторых случаях может реализовываться и с помощью НЛ-10М или НРК-2. В принципе способ обладает высокой точностью определения координат ВС, так как можно использовать самые точные математические описания линий положения и решать задачу на сфере или даже на сфероиде. При эксплуатации современных БЦВМ могут быть практически полностью исключены дополнительные погрешности и задача определения МС решается мгновенно.

Определение места самолета обзорно-сравнительным способом.

В самолетовождении большое место занимает обзорно-сравнительный способ определения МС. Все полеты самолетов применения авиации в народном хозяйстве (авиахимработы, обслуживание лесного хозяйства, ледовая и рыбная разведка, поиск полезных ископаемых и др.) выполняются, как правило, на малых и предельно малых высотах, когда МС определяется только обзорно-сравнительным способом. Он состоит в том, что МС оценивается сравнением изображения местности на карте с фактическим видом земной поверхности, наблюдаемым экипажем визуально или с помощью технических средств (радиолокационного, теплового, телевизионного и др.). Если изображение местности и ее наблюдаемый вид совпадают по множеству характерных признаков, то местность считается опознанной. В этом случае МС определяется по взаимному расположению самолета относительно одного или нескольких ориентиров. Взаимное положение оценивается по глазомерно определяемым дальности и направлению ориентиров, что можно рассматривать как визуальную реализацию координатных преобразований.

Большим достоинством обзорно-сравнительного способа являются простота решения задачи, соответствие способа субъективным особенностям человека (который до 90% информации о внешнем мире получает с помощью зрительного аппарата), большая достоверность информации и возможность определения МС с высокой точностью: 1--3 км при пролете ориентиров на расстояниях до 5-- 15 км и 0,1--0,3 км при пролете над малоразмерным объектом на небольшой высоте. Такая точность достигается и при полетах на средних и больших высотах, если для определения момента пролета над ориентиром используется оптический визир. Однако необходимость условий визуальной наблюдаемости земной поверхности ограничивает возможность применения этого способа. Его роль в навигации сильно возрастает при наличии на борту самолета радиолокатора, так как последний позволяет наблюдать пролетаемую местность практически в любых условиях и превосходит визуальную ориентировку на дальности наблюдения и точности определения координат земных объектов. Радиолокационные сигналы, отраженные от облучаемой поверхности, создают на экране индикатора изображение местности. Хотя оно носит условный характер, но опытный оператор легко читает его и сравнением с картой опознает местность, а визуальной оценкой положения самолета (центра развертки) относительно опознанного ориентира определяет МС. Радиальная СКП определения места ВС зависит от множества факторов, основными из которых являются характеристики радиолокационного ориентира (РЛО) и индикатора БРЛС, и при дальностях до 60--80 км оценивается уr=0,05Д, где Д -- расстояние до используемого РЛО.

Определение места самолета пролетом над радионавигационной точкой.

Определение места ВС над радионавигационной точкой (приводной радиостанцией, радиомаяком, радиолокационным ориентиром) сводится к определению момента ее пролета, оценка которого, а следовательно, и точность определения МС зависят от погрешности выхода на радионавигационную точку (РНТ).

Все РНТ (за исключением маркерного радиомаяка) имеют область над местом их установки, так называемую «нерабочую воронку», где прием информации от них отсутствует, или имеет место неустойчивость показаний прибора, фиксирующего момент пролета. Эта область имеет, примерно, форму конуса с вершиной в точке размещения радиосредства Погрешность определения момента пролета: отдельной приводной радиостанции Дr=0,84; маяков РСБН, ВОР Дr=0,58H, где Н -- высота пролета.

Радиомаркерные радиомаяки «нерабочей воронки» не имеют, но из-за характера (формы) диаграммы направленности антенны ошибка определения МС достигает 0,5 км, 0,8 км и 1,12 км при высотах полета 200, 500 и 1000 м соответственно.

При использовании БРЛС момент пролета радиолокационного ориентира определяется приходом его отметки на высотное кольцо. Из-за ухудшения условий наблюдаемости отметок РЛО около высотного кольца точность определения МС будет 1--2 км.

Имеется возможность повысить точность определения МС, если 1 момент пролета РНТ фиксировать не по показанию индикаторов используемых радиосредств, а по времени полета до нее. При этом € некоторой небольшой дальности до РНТ (10--15 км) полет выполняется не с применением РНС, а с контролем пути по направлению с помощью курсовых приборов, а по дальности--расчетом времени полета до радионавигационной точки.

самолет навигационный координата прибор

Список использованной литературы

1. Черный М. А., Кораблин В. И. Воздушная навигация. М.: Транспорт, 1983. 384 с.

2. Хиврич И. Г., Миронов Н. Ф., Белкин А. М. Воздушная навигация. М.: Транспорт, 1984. 328 с.

3. Под ред. Васина И. Ф. Справочник пилота и штурмана гражданской авиации. М.: Транспорт, 1988. 319 с.

4. Чернышев В. И., Романов В. И. Методика применения навигационного оборудования самолета Ил-62. М.: Воздушный транспорт, 1983. 156 с.

Размещено на Allbest.ru