Радионавигационные системы определения места судна. Изменяемые навигационные параметры, источники погрешностей, точность.

Общие сведения

В настоящее время в морской навигации широко используются шесть основных типов РНС:

фазовая РНС на длинных волнах ("Декка-Навигатор");

фазовая РНС на сверхдлинных волнах ("Омега");

импульсно-фазовые РНС (РСДН, «Лоран-С» и др.);

низкоорбитальные спутниковые РНС («Цикада», СССР; «Транзит». США»);

системы радиопеленговании (радиомаяки с радиопеленгаторами);

секторные радиомаяки (ВРМ-5, «Консол», «Консолан»).

Последние два типа РНС относятся к амплитудным и позволяют измерять радионавигационный параметр (РНП) в виде азимутов (углов), остальные РНС — в виде разностей расстоянии до двух станций цепочки или не­скольких последовательных положений спутника на орбите.

Точность определения места по РНС зависит главным образом от взаимного расположения судна и береговых станций цепочки (геометрический фактор) и ошибок в показаниях индикаторов (влияние условий распространения радиоволн, стабильности шкал времени).

Средняя квадратическая погрешность (СКП) s_п линии положения (ЛП) судна, получаемая при измерении РНП с помощью указанных РНС,

,

где s_р - СКП измеряемого радиотехнического параметра (разности фаз, времени, пределов угла молчания и др.) в единицах определяемой ЛП;

g - градиент ЛП, зависящий oт типа РНС.

Средняя квадратическая погрешность места судна по двум ЛП

,

где

- СКП в определении ЛП:

Q—угол между ЛП;

k— коэффициент корреляции.

Значения s_р и k для каждого типа РНС указаны ниже. Значения g зависят от типа РНС. Для угломерной РНСg= 1/r: дальномерной g= 1 ; гиперболической g==2sin(g/2). В последнем выражении g — базовый угол системы, т. е. угол, под которым с судна видна база; r - расстояние до радиомаяка.

Если s_р1 = s_р2 = s_р, тогда

,

где - геометрический фактор РНС. Его значения для разностно-дальномерных систем в зависимости от значений базовых углов можно найти по рис. 4.4.

Фазовая РНС «Декка»

Принцип работы. Стандартная цепочка системы состоит из четырех передающих станций: ведущей и трех ведомых. Некоторые це­почки имеют только две ведомых (например, цепочка 6Е, обслуживающая Финский залив).

Каждая станция цепочки излучает незату­хающие колебания на заданной частоте, являющейся гармоникой основной, базисной часто­ты 1 f. Ведущие станции цепочек излучают колебания на частоте 6-й гармоники— 6 f (диа­пазон 84—86 кГц), а ведомые—на частотах 5f (диапазон 70—72 кГц), 8f (диапазон 112— 115 кГц) и 9f (диапазон 126—129 кГц). Цепочки станций отличаются друг от друга зна­чениями базисного колебания 1 f (14— 14,4 кГц), которые имеют 63 номинала. Эти частоты нумеруются от 0 до К) с добавлением буквенных обозначений А, В, С, I), Е, F (на­пример, 7В, SC, 2A и т. д.).

Излучение станциями цепочки колебаний различных частот позволяет принимать эти колебания раздельно с помощью 4-канального приемника. РНС «Декка» относится к фазовым системам с частотной селекцией сигналов,

Измерение разности фаз между колебани­ями ведущей и ведомой станций может производиться только на одной частоте (часто­те сравнения). Для этого принятые и усиленные в приемниках колебания трансформиру­ются по частотам в наименьшие общие кратные гармоник 6 f и 5 f; 6 f и 8 f; 6 f и 9 f; т.е. в частоты 30f, 24 f и 18f соответственно.

Измерение разностей фаз между колебани­ями на этих частотах сравнения определяет гиперболические изолиния положения L, кото­рые описываются в долях фазового цикла следующим выражением:

,

где l_ср = v/Mf – длина волны сравнения;

здесь v — скорость распространения радио­волн на трассе от станции до судна;

b — длина базы;

r_вщ — расстояние от ведущей станции до судна;

r_вм—расстояние от ведомой станции до судна.

Оцифровка гипербол L от каждой пары станций (ведущая — ведомая) рассчитывается по формуле (4.8) и целые значения их нано­сятся на навигационные морские карты. Для различения семейств изолиний L от различных пар станций их наносят на карты разным цве­том: фиолетовым—гиперболы, создаваемые на частоте сравнения 30 f; красным—гиперболы, создаваемые на частоте сравнения 24 f, и зе­леным—гиперболы, создаваемые на частоте сравнения 18 f.

Расстояние между соседними гиперболами одного семейства называется фазовой дорож­кой. Ширина дорожки

.

Наиболее узкими дорожки будут при g=180°, т. е. на базе, когда

.

Ширина фиолетовых дорожек на базе составляет около 350 м, красных 440 м и зеленых 590 м.

М дорожек каждого семейства (где М равно 30, 24 и 18) объединяются в зоны. Каждая зона обозначается латинской буквой от А до J, повторяясь после J, если зон больше десяти. К номерам гипербол зеленого цвета внутри зон искусственно добавляется число 30, поэтому их оцифровка лежит в пределах от 30 до 47. К номерам гипербол фиолетового цвета добавляется число 50 (оцифровка от 50 до 79). Номер каждой гиперболы L в преде­лах одной зоны сопровождается буквой этой зоны.

Например, оцифровка В-54 обозначает 4-ю гиперболу L в зоне В фиолетового семей­ства, F=40—10-ю гиперболу L в зоне F зеленого семейства, a D=23—23-ю гиперболу L в зоне D красного семейства. Число зон по каждому семейству гипербол равно n_a-j=l/m, где М равно 30, 24, 18.

Дальность действия зависит от условий распространения радиоволн и длин баз. Как правило, дальность действия ночью составляет 240 миль от ведущей станции. Днем это рас­стояние может достигать 400—500 миль.

Точность определения места. Случайные погрешности определяют следующим образом. При наличии на судне «Атласа зон точности определения места корабля с помощью РНС "Декка" погрешности места судна оцениваются по картам-схемам рабочих зон каждой цепочки РНС. Границы ожидаемых СКП ме­ста на картах-схемах нанесены в зависимости от освещенности ионосферы. Диаграммы гра­даций освещенности приводятся под картами-схемами и различаются между собой в зависи­мости от широты места установки цепочек РНС.

СКП места судна может определяться расчетным путем по формуле (4.6), в которую подставляются следующие значения;

— для расстоя­ний до 100 миль от станций; k=0,4 (100-200 миль от станций); k=0,64 (200— 240 миль); k =0,72 (240 миль и далее).

Значения s_y — СКП фазы колебаний сиг­налов в зависимости от времени суток и расстояния до береговых станций выбирают из графика (рис. 4.5). Значения базовых углов g_1,2 снимают с карты для счислимого места судна.

При наличии навигационных карт, на ко­торых береговые станции находятся за пределами рамки, значения s₁ и s₂ определяютсяизвыражения:

,

где А — безразмерный коэффициент (для красного А = 5, для зеленого А=3,6 и для фиолетового А=7,8), d _1,2 - снимаемая с карты ширина фазовых дорожек в счислимом месте, в метрах.

Гиперболические изолинии положения, создаваемые РНС, рассчитываются на среднюю фазовую скорость распространения радиоволн по различным трассам. Поэтому вблизи районов с резким изменением проводимости трассы могут возникать «местные», систематические погрешности в измерениях радионавигационного параметра.

Систематические погрешности определяются в основном при калибровке цепочек РНС. Возможны районы, где такие погрешно­сти еще не определены.

Местные, постоянные поправки на усло­вия распространения радиоволн к отсчетам РНП опубликованы в упомянутом выше оте­чественном Атласе и в изданиях фирмы «Декка».