CC BY
133ОСНОВНЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
БЛИЖНЕЙ НАВИГАЦИИ
THE MAIN WAYS OF THE DEVELOPMENT OF SHORT-RANGE AIR
NAVIGATION SYSTEM
DOI: 10.24411/2658-4964-2020-10127 Хомяков Никита Васильевич, Магистр РТУ МИРЭА, Российская Федерация, Москва. E-mail: xomyakov_1997@mail.ru Романов Филипп Михайлович, Магистр РТУ МИРЭА, Российская Федерация, Москва. E-mail: romanov.f.p@gmail.com
Khomyakov Nikita Vasilievich, Master of RTU MIREA, Russian Federation, Moscow. E-mail: xomyakov_1997@mail.ru
Romanov Philip Mikhailovich, Master of RTU MIREA, Russian Federation, Moscow. E-mail: romanov.f.p@gmail.com
Аннотация
В данной статье рассматриваются основные характеристики радиотехнических систем ближней навигации. Обосновывается необходимость постоянного совершенствования тактических характеристик аппаратуры для получения непрерывной радионавигационной информации в процессе полета летательного аппарата. Также рассматривается важность обеспечения сплошного радионавигационного поля с заданными характеристиками и различные виды работы РСБН, с помощью которых достигается улучшение определённых характеристик, таких как пропускная способность системы, помехозащищённость и точность определения навигационных параметров.
Abstract
^е article discusses the main characteristics of short-range air navigation system. The necessity of continuous improvement of the tactical characteristics of the equipment to obtain continuous radio navigation information during the flight of the aircraft is substantiated. It also considers the importance of ensuring a continuous radio navigation field with predetermined characteristics and various types of SHORAN operation, which help to improve certain characteristics, such as system capacity, noise immunity and accuracy of determination of navigation parameters.
Ключевые слова: радиотехнические системы ближней навигации, РСБН, летательные аппараты, фильтр Калмана.
Keywords: short-range air navigation system, SHORAN, aircrafts, Kalman filter.
Во времена развития воздухоплавания проблема определения местоположения летательных аппаратов (ЛА) встаёт как никогда остро. Ведь для того, чтобы путешествия на самолёте оставались одним из безопаснейших способов передвижения, необходимо контролировать большое количество параметров. Начиная от количества топлива и высоты полёта, заканчивая температурой на борту. А с увеличением количества летательных средств увеличивается и нагрузка на оборудование, которое следует модернизировать. Одной из важнейших систем навигации, которую усовершенствования не обходят стороной, является РСБН.
Радиотехнические системы ближней навигации (РСБН) - это сложные радиотехнические комплексы, состоящие из наземного и бортового оборудования. Наиболее широкое распространение получили угломерно-дальномерные РСБН, позволяющие определить на борту летательного аппарата текущие значения азимута и наклонной дальности относительно места установки наземного оборудования.
Развитие и совершенствование РСБН идет по пути дальнейшего улучшения тактических и технических характеристик. Появление новой элементной базы, совершенствование технологических процессов производства, проведение теоретических и экспериментальных исследований способствуют улучшению технических характеристик аппаратуры.
В свою очередь, улучшенные технические характеристики аппаратуры расширяют ее тактические возможности. Постоянное совершенствование тактических характеристик аппаратуры обусловлено также значительно возросшими требованиями к ведению боевых действий авиации в условиях современной войны.
В процессе развития и совершенствования РСБН решаются как технические, так и организационные задачи. Так как эти задачи взаимосвязаны, их рассмотрение будем проводить совместно.
Для получения непрерывной радионавигационной информации в процессе полета ЛА необходимо обеспечить сплошное радионавигационное поле с заданными характеристиками. Вопросам обеспечения сплошного радионавигационного поля уделяется в настоящее время огромное внимание.
С организационной точки зрения важным представляется рациональное размещение радиомаяков на территории, причем необходимым условием является обеспечение ЛА радионавигационной информацией во всем диапазоне высот и дальностей полета ЛА. В перспективных РСБН решение этого вопроса требует создания таких активных систем, которые обеспечивали бы получение радионавигационной информации ЛА на минимальных высотах полета, отсутствие или минимально возможную нерабочую зону над радиомаяком.
Наличие сплошного радионавигационного поля послужит толчком для создания полностью автоматизированных режимов полета ЛА с помощью РСБН. Поэтому наиболее существенной задачей для самолетной аппаратуры РСБН будет являться автоматическое переключение приемного устройства РСБН ЛА по маршруту полета.
Создание сплошного радионавигационного поля совместно с системой единого времени позволит повысить помехозащищенность радиомаяков и бортовых устройств РСБН путем программированного переключения рабочих каналов системы.
В целях повышения помехозащищенности РСБН в перспективных системах могут быть введены секторный режим работы, выдача навигационной информации по запросу с борта — режим молчания. При секторном режиме работы представляет интерес оптимальный выбор размеров сектора исходя из задач, решаемых ЛА. В режиме молчания наиболее существенной задачей явится вопрос выбора оптимального темпа поступления радионавигационной информации на борт ЛА.
В режиме молчания сигнал с передатчика ЛА принимается приемным устройством и поступает на логическую схему импульсно-навигационной аппаратуры, которая снимает бланкирующие импульсы с передающего устройства. Периодичность запроса радиомаяка на излучение определяется бортовым устройством в зависимости от необходимости осуществления коррекции местоположения. Частота повторения запросных сигналов дальности в этом режиме повышена, а аварийные сигналы бланкируются. В этом случае представляют интерес исследования устойчивости и динамических погрешностей комплекса бортовой и наземной аппаратуры как системы автоматического регулирования. Особым вопросом явится вопрос об экстраполировании измеряемых координат ЛА на борту и в наземном оборудовании.
Повышение помехозащищенности азимутального канала может быть также обеспечено применением импульсного режима работы. Следует отметить, что в таком случае должна быть пересмотрена вся идеология решения азимутального канала РСБН (принцип формирования ДНА, принцип измерения азимута, принцип построения, контрольная аппаратура и т. д.), хотя на первом этапе использования импульсов азимутального сигнала можно ограничиться простой заменой непрерывного сигнала импульсным в азимутальном тракте. Уже такая замена сигналов позволит повысить энергетический выигрыш на 10—12 дБ.
Как известно, современные РСБН имеют ограниченную пропускную способность по дальности, обусловленную минимально допустимым временем восстановления выходных каскадов передатчика и тепловым режимом при заданном конструктивном исполнении. Снижение воздействия этих причин позволит до некоторой степени увеличить пропускную способность РСБН, но, пожалуй, радикальным решением этого вопроса явится беззапросная работа дальномерного канала. Последнее будет возможно при введении аппаратуры системы единого времени в РСБН.
Следует, однако, заметить, что при таком построении дальномерного канала снижается его помехозащищенность, а это требует принятия специальных мер.
Наиболее важным вопросом в дальнейшем развитии РСБН является повышение точности задания наземными устройствами и определения бортовыми устройствами навигационных параметров. Значительное повышение точности можно достигнуть за счет комплексирования различных навигационных систем, отличающихся по принципу работы и позволяющих в комплексе уменьшить динамические погрешности системы. В частности, могут комплексироваться радиотехнические и нерадиотехнические приемники навигационной информации, работающие в разных диапазонах частотного спектра.
Одним из возможных вариантов комплексированной системы ближней навигации является сочетание РСБН с инерциальной системой навигации (ИНС). С помощью ИНС путем интегрирования ускорений определяются скорость, пройденное расстояние и в итоге местоположение самолета. ИНС обеспечивает высокую кратковременную стабильность результатов измерения, однако при работе ИНС в течение больших интервалов времени за счет интегрирования накапливаются погрешности.
В то же время РСБН за счет возможности усреднения результатов измерений обеспечивают более высокую долговременную стабильность этих измерений. Комплексирование РСБН и ИНС в целях взаимной коррекции позволит минимизировать среднеквадратичные погрешности. Суть коррекции состоит в раздельной фильтрации сигналов ИНС и РСБН в целях выделения тех составляющих спектра, в которых удельный вес помех наименьший, с последующим суммированием результатов.
При малом времени наблюдения (малом времени сглаживания) точность комплексированной системы определяется точностью ИНС, а при большом — РСБН. Количественная оценка точности комплексированной системы, полученная путем моделирования, показала увеличение точности системы УОЯт/ОМЕ при комплексировании с ИНС в 5 раз.
Использование априорной статистики навигационного сигнала позволит повысить точность измерения параметра путем применения линейной оптимальной фильтрации, в частности фильтрации Калмана.
Большие результаты следует ожидать от цифровой обработки применяемого навигационного сигнала. Причем такую обработку следует проводить как по низкой, так и по высокой частоте принимаемого сигнала. Точность измерений при цифровой обработке повысится за счет уменьшения уровня шумов приемного устройства.
Следует отметить, что уменьшение шумов приемника может быть достигнуто при рациональном выборе порога квантования сигнала, т. е. при рациональном выборе шумов квантования.
Значительную роль для повышения точности измерения параметров и улучшения ряда других технических характеристик играет применяемая элементная база. В связи с этим наряду с использованием новых полупроводниковых приборов, интегральных схем, использующих традиционные принципы построения, положительных результатов следует ожидать от применения приборов с зарядовой связью, которые позволяют объединить достоинства цифровой и аналоговой обработки сигналов.
Список литературы
4. Муромцев, Д. Ю. Методика проектирования базы знаний для активных экспертных систем / Д. Ю. Муромцев, В. В. Ермолаев, А. Ю. Коток // Вопр. соврем. науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. -2014. - Спец. вып. № 52. - С. 92 - 95
5. Романов А.С., Турлыков П.Ю. Исследование влияния имитирующих помех на аппаратуру потребителей навигационной информации. Труды
МАИ. Выпуск № 86, 2016 г., стр. 1-8. Режим доступа
http://trudymai.ru/upload/iblock/ea3/romanov turlykov rus.pdf?lang=ru&issue=86
6. Орёл Д.В. Анализ угроз функционирования аппаратуры гражданских потребителей глобальных спутниковых радионавигационных систем // Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. — Ростов-на-Дону: ПЦ «Университет» СКФ МТУСИ, 2011. — С. 44-48.
References
1. Muromtsev D.Yu., Yermolayev V.V., Kotok A.Yu. [Technique of designing the knowledge base for active expert systems], Voprosy sovremennoy nauki i praktiki. Universitet im. V. I. Vernadskogo [Problems of Contemporary Science and Practice. Vernadsky University], 2014, no. 52, pp. 92-95. (In Russ., abstract in Eng.)
2. Romanov A.S., Turlykov P.Yu. Investigation of the influence of imitating interference on the equipment of consumers of navigation information. Proceedings of the Moscow Aviation Institute. Issue No. 86, 2016, pp. 1-8. Access mode http://trudymai.ru/upload/iblock/ea3/romanov_turlykov_rus.pdf?lang=en&iss ue=86
3. Orel D.V. Analysis of threats to the functioning of equipment of civilian consumers of global satellite radio navigation systems // Transactions of the North Caucasian Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. - Rostov-on-Don: HRC "University" SKF MTUCI, 2011. - P. 44-48.
