Принцип работы системы ГЛОНАСС

Полная орбитальная группировка (ОГ) в СРНС (спутниковая радионавигационная система) ГЛОНАСС должна содержать 24 штатных Космических Аппарата – спутников, на круговых орбитах на высоте 19100км., в трех орбитальных плоскостях по восемь спутников в каждой. Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления. Он включает в себя Центр управления системой (г. Краснознаменск, Московская область) и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по территории России. Наземный комплекс управления осуществляет сбор, накопление и обработку траекторной и телеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контроль качества функционирования системы в целом. Управление спутниками ГЛОНАСС осуществляется в автоматизированном режиме. ГЛОНАСС является государственной системой, которая разрабатывалась как система двойного использования, предназначенная для нужд Министерства обороны и гражданских потребителей. По новому, корректированному, проекту программы ГЛОНАСС спутниковая группировка системы будет состоять из 30 космических аппаратов, часть из которых будет находиться в рабочем резерве. На сегоднешний момент, при доведении количества действующих спутников до восемнадцати, на территории России обеспечивается практически 100%-ная непрерывная навигация. На остальной части земного шара при этом перерывы в навигации могут достигать полутора часов. Практически непрерывная навигация по всей территории Земли обеспечивается при полной орбитальной группировке из двадцати четырёх действующих спутников.

Принцип определения координат аналогичен американской системе NAVSTAR (GPS). Разница состоит только в том, что в системе ГЛОНАСС применяется разделение сигналов по частотам (FDMA), которые излучают искусственные спутники – это означает, что каждый спутник работает на своей персональной частоте, в диапазоне частот L1 1602,56 — 1615,5 МГц и L2 1246,44 — 1256,5 МГц. А система спутниковой навигации GPS применяет принцип СDMA – кодовое деление сигналов, и все спутники системы работают на только одной частоте L1 1575,42 МГц и L2 1227,6 МГц. Как и в системе GPS диапазон L1 – для гражданского применения, диапазон L2 используется для нужд военной навигации. Так же есть различия в построении космической группировки спутников, ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS — на средних.

В системе ГЛОНАСС спутники непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом для гражданского применения, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС возможность определения:

горизонтальных координат с точностью 50-70 м (вероятность 99,7%);

вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99,7%);

составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7%)

точного времени с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).

Эти точности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений. Сигнал ВТ предназначен, в основном, для потребителей МО РФ , и его несанкционированное использование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданским потребителям находится в стадии рассмотрения.

Как и в системе GPS, радиосигналы верхнего диапазона частот спутников ГЛОНАСС состоят из двух сдвинутых на 90 градусов фазоманипулированных сигналов открытого дальномерного сигнала и дальномерного сигнала высокой точности, доступного ограниченному кругу потребителей. Узкополосный сигнал открытого дальномерного кода модулируется также служебной навигационной информацией. В настоящее время сигналы нижнего диапазона предназначены только для передачи высокоточного кода, однако, перспективные спутники ГЛОНАСС-М, в нижнем диапазоне частот будут излучать и сигналы открытого дальномерного кода, что позволит всем категориям пользователей осуществлять ионосферную коррекцию.

Отсчет высоты

Для определения высоты могут использоваться также GPS-приёмники. Принцип действия основан на одновременном измерении расстояния до нескольких (как правило — от четырёх до шести) вещающих спутников, находящихся на известных и специально корректируемых орбитах. На основании математических вычислений прибор определяет точку в пространстве — координаты φ, λ — широту и долготу места на модели поверхности Земли, а также высоту Н относительно среднего уровня моря модели (наиболее распространённая модель поверхности земли WGS84). Минимальное число спутников, необходимое для расчёта высоты, равно трём. Только координат — двум. Для определения времени достаточно сигнала одного спутника. Большее число спутников позволяет увеличивать точность вычисления параметров. С точки зрения истинности отображения координат имеет преимущество как перед барометрическими, так и перед радиотехническими высотомерами, так как не зависит ни от атмосферного давления, ни от измерения расстояния до физического рельефа местности.

 

Вопрос 22.

Метеонавигационные РЛС предназначены для обнаружения и указания экипажу углового положения (азимута), дальности и степени опасности гидрометеорологических образований (зон активной грозовой деятельности и кучевой облачности с повышенной турбулентностью), положения ВС относительно наземных ориентиров. Информация от метеонавигационной РЛС отображается на электроннолучевом индикаторе в кабине экипажа. Современные метеонавигационные РЛС предусматривают выдачу информации в навигационный комплекс на многофункциональные электронные индикаторы. Формирование навигационной информации в метеонавигационных РЛС происходит следующим образом. Антенна РЛС изучает зондирующий импульс в направлении объекта. Отраженный сигнал принимается антенной и поступает в приемник. Положение наземных ориентиров и гидрометеообразований относительно ВС определяется по результатам измеренной дальности и азимута отражающего объекта, а характер последнего – по интенсивности отраженного сигнала. Дальность Д определяется через длительность временного интервала С t 2Д Д = между моментами излучения зондирующего импульса и моментом приема отраженного сигнала: 2 Д tДС = , где Д – расстояние, км; tд – время, с; С – скорость света, С = 300 000 км/с. Время tд измеряется по расстоянию между началом развертки на экране и отметкой цели. Азимут отражающего наземного или воздушного объекта определяется благодаря узкой диаграмме направленности антенны. Об азимуте объекта судят по угловому положению оси направленной антенны в момент приема отраженного сигнала. Точность измерения дальности и азимута характеризуется разрешающей способностью по дальности и азимуту, которые зависят соответственно от длительности импульса, формируемого передатчиком, и угла раствора диаграммы направленности антенны. Чем меньше длительность импульса и угол раствора диаграммы направленности антенны, тем лучше разрешающая способность и точность измерения по дальности и азимуту. Антенна сканирует объекты (наземные или метеообъекты), в пределах зоны обзора по азимуту (±60…100°). Как правило, синхронно с движением антенны перемещается линия развертки на экране индикатора. Курсовой угол цели отсчитывается по отклонению линии развертки, на которой появилась отметка цели, от положения, соответствующего продольной оси ВС. Характер отражающего объекта, в том числе и степень опасности гидрометеообразований, определяется по яркости отметки цели.

В зависимости от предназначения современные РЛС могут эксплуатироваться в режимах «ГОТОВНОСТЬ», «ЗЕМЛЯ», «МЕТЕО», «КОНТУР», а также во вспомогательном режиме «КОНТРОЛЬ». В более ранних разработках бортовых РЛС использовался режим «СНОС».

 

Вопрос 23.

Состав типовой МНРЛС

В состав типовой МНРЛС входят 1 или 2 приемопередатчика (если 2, то с волновым переключателем), антенный блок, волноводный тракт и пульт управления. Если на борту есть система индикации, для вывода метеоинформации используются ее индикаторы. Для этой цели в приемопередатчике предусматривается стандартный цифровой выход. При отсутствии системы индикации в состав метеорадиолокатора включается свой экранный индикатор.

 

Устанавливается под радиопрозрачным обтекателем в носовом отсеке. Он состоит из волноводно-щелевой антенной решетки и электропривода с редуктором (рис.20.1). Антенная решетка сканирует влево-вправо от направления полета в диапазоне ±90°, скорость сканирования не менее 15 раз в минуту. В диапазоне сканирования метеолокатор испускает множество отдельных радиолучей (до 1024), каждый луч разбивается при приеме на множество расположенных друг за другом точек (типовое значение 256 точек, максимальное 512) и для каждой точки измеряется уровень отраженного сигнала, который свидетельствует о наличии и плотности облаков и о турбулентности.

Приемопередатчик обрабатывает полученную информацию и выдает результаты измерений турбулентности в систему индикации. Выдаваемая информация масштабируется в зависимости от установленного на пульте управления диапазона дальности. На экране индикатора уровни отраженного сигнала изображаются точками разного цвета, обычно по мере увеличения уровня отраженного сигнала цвета располагают так: черный, зеленый, желтый, красный. Для турбулентности предусмотрен коричневый цвет, для сильной турбулентности пурпурный. В результате точки создают на экране очертания метеообразований, расположенных в направлении полета. Как можно видеть на рис.20.2, на индикаторе видны очертания облачности, находящейся прямо по курсу полета. Более темные (красные) зоны соответствуют более опасным метеообразованиям.

При эволюциях ЛА метеорадиолокатор стабилизирует луч антенны. Для этого он принимает информацию по углам крена и тангажа от ИНС.

Чтобы ускорить обзор пилот может с пульта управления уменьшить диапазон сканирования до ±45°. Также он может задавать угол наклона антенны в пределах ±15° градусов от горизонтальной оси ЛА. Это позволяет отстроиться от помех и повысить четкость изображения, рассматривать вертикальную структуру облачности, а при наклоне антенны вниз, к земле – использовать МНРЛС для обзора рельефа земной поверхности в целях навигации.

При высоте полета 12000 м МНРЛС позволяет обнаружить грозовые образования и города на расстоянии до 550 км.

 

Вопрос 24.

 

Для получения изображения местности на экране МФИ антенна в режиме «ЗЕМЛЯ» имеет широкий веерный луч (30°) в вертикальной плоскости и узкий луч (3°) в горизонтальной плоскости (рис. 10.2).

 Рис. 10.2. Диаграмма направленности антенны РЛС в режиме «ЗЕМЛЯ» При работе РЛС в режиме «ЗЕМЛЯ» обеспечивается получение на индикаторе в полярных координатах (азимут – дальность) непрерывной радиолокационной карты земной поверхности в пределах азимутальных углов ±60° впереди самолета. Экран индикатора имеет время после свечения несколько большее времени цикла качания антенны, что позволяет наблюдать общую картину просматриваемой местности. Изображение местности на экране индикатора в режиме «ЗЕМЛЯ» получается в результате различных значений эффективной отражающей поверхности наземных объектов, что приводит к различию амплитуд отраженных сигналов, поступающих на вход приемника РЛС. В свою очередь, различие амплитуд сигналов вызывает различную яркость свечения отдельных элементов экрана, что позволяет судить о характере облучаемых объектов. В режиме «ЗЕМЛЯ» на экране зеленым цветом отображается фон земной поверхности, красным – сигналы от радиолокационно-контрастных целей (города, промышленные объекты), черным (фон экрана) – отражения от водных поверхностей и зоны радио тени.

 Режим работы «МЕТЕО» В режиме «МЕТЕО» антенна РЛС имеет узкую (карандашную) 3…4° диаграмму направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис. 10.3). При работе РЛС в этом режиме обеспечивается получение на экране МФИ в полярных координатах (азимут – дальность) радиолокационного изображения воздушной обстановки в пространстве, ограниченном азимутальными углами ±60° относительно строительной оси самолета и углами места ±1,5…2° относительно плоскости горизонта

 Рис. 10.3. Диаграмма направленности антенны РЛС в режиме «МЕТЕО»

Для того, чтобы сектор обзора не изменял своего положения в пространстве при кренах и тангаже самолета, что особенно важно при обходе грозовых зон, ось диаграммы направленности антенны гиростабилизирована. При необходимости обзора пространства под другими углами места, диаграмма направленности антенны может быть наклонена вручную относительно плоскости на угол ±10°. В зависимости от степени опасности метеоявления отображаются на экране различным цветом (прил., рис. 7): 1. Зеленый – соответствует осадкам с интенсивностью 0,6…4,0 мм/ч. 2. Желтый – соответствует осадкам с интенсивностью 4,0…12,0 мм/ч. 3. Красный – соответствует осадкам с интенсивностью более 12,0 мм/ч. Все управление РЛС в этом режиме осуществляется переключателями длительностей развертки и наклона антенны.

Режим работы «КОНТУР» В этом режиме радиолокатор позволяет выявить внутри отражений от грозовых областей и кучево-дождевых облачностей наиболее опасные для полета зоны, состоящие из водных капель большого диаметра. За счет специального построения схемы видеоусилителя указанные участки представляются на экране индикатора в виде темно-красных (темных) областей, расположенных внутри ярких отметок от обнаруженных грозовых зон (прил., рис. 8). Отображение в режиме «КОНТУР» отличается включением в РЛС временной автоматической регулировки усиления, подавляющей все принимаемые сигналы, амплитуда которых превосходит определенный фиксированный уровень, что дает возможность на дальности до 50 км оценить степень опасности метеообразования вне зависимости от дальности до него. В остальном работа радиолокатора в режиме «КОНТУР» аналогична работе в режиме «МЕТЕО».

 

Вопрос 25.

4.1.1 В режиме "Метео" МНРЛ выполняет следующие задачи:

● обнаружение и оценку опасности гидрометеообразований, определение их пеленга и дальности;

● обнаружение зон опасной турбулентности, определение их пеленга и дальности;

- выдачу сигналов предупреждения при обнаружении впереди самолета опасных гидрометеообразований по критериям их интенсивности и турбулентности;

● определение вертикального профиля гидрометеообразований;

● обнаружение зон опасных сдвигов ветра при взлете и заходе на посадку;

- выдачу сигнала при обнаружении опасного сдвига ветра впереди самолета;

● автоматическую установку наклона диаграммы направленности антенны при изменении высоты полета и установленного диапазона дальности;

● установку наклона диаграммы направленности антенны с помощью органов управления на пульте МНРЛ;

● компенсацию зависимости величины сигнала, отраженного от гидрометеообразований, от дальности до них;

● компенсацию затухания сигнала в гидрометеообразованиях;

● подавление помех от земной поверхности при обнаружении зон сдвига ветра;

● стабилизацию пространственного положения зоны обзора МНРЛ при эволюциях самолета.

4.1.2 Дальность обнаружения гидрометеообразований с отражаемостью 40 дБZ (соответствует дождю с интенсивностью 12 мм/час) составляет не менее 550 км (при высоте полета не менее 10000 м);

4.1.3 Для оценки степени опасности гидрометеообразований они отображаются на экране СЭИ в соответствии с цветовой палитрой, рекомендованной ARINC 708.

4.1.4 Наклон антенны изменяется автоматически при изменении масштаба дальности и высоты полета. Предусмотрено ручное управление наклоном антенны.

4.1.5 В режиме «Метео» МНРЛ производит обнаружение областей турбулентности (зон движущихся потоков с отклонением от средней радиальной скорости не менее 2,5 м/с).

4.1.6 Дальность обнаружения зон турбулентности в метеообразованиях с отражаемостью 20 дБZ и более составляет не менее 70 км.

4.1.7 Области турбулентности отображаются на экране СЭИ цветом, предусмотренным ARINC 708.

4.1.8 Если информация от МНРЛ на экран СЭИ не выводится, то МНРЛ формирует и передает в БРЭО сигнал опасности в следующих случаях:

а) при обнаружении метеообразований с отражаемостью 40 дБZ и более в секторе ±15°относительно строительной оси самолета на дальности до 100 км – сигнал «Опасное метео»;

б) при обнаружении зон турбулентности в метеообразованиях в секторе ±15° относительно строительной оси самолета на дальности до 70 км – сигнал «Опасная турбулентность».

4.1.9 В режиме «Метео» предусмотрена возможность определения вертикального профиля метеообразования. Азимутальное направление, в котором производится измерение вертикального профиля, выбирается оператором.

 

В режиме обнаружения сдвига ветра МНРЛ выдает сигналы оповещения о сдвиге ветра трех уровней:

а) уровень 3 (сигнал предупреждающего оповещения);

б) уровень 2 (сигнал предостерегающего оповещения);

в) уровень 1 (сигнал сообщения)

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: