Радионавигация. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Радионавигация - определение местоположения движущегося объекта (морских и воздушных судов, наземного транспорта и космич. аппаратов) с помощью радиотехн. устройств, расположенных на объекте и в окружающем пространстве в точках с известными координатами. В более узком смысле под Р. понимают определение к--л. параметра движения, напр. скорости или направления движения. В более широком смысле Р. включает и элементы управления движением, напр. выбор курса.

Для Р. могут использоваться 3 независимых навигац. параметра: дальность, радиальная скорость и угол, определяемые относительно заданной системы координат. Опорными точками системы координат являются радионавигац. станции, расположенные на поверхности Земли (с постоянными и известными координатами) или на ИСЗ, кораблях и самолётах, координаты к-рых изменяются, но точно известны в любой момент времени. Геом. место точек, соответствующее одинаковым значениям навигац. параметра в пространстве, наз. поверхностью положения, а на плоскости - линией положения. Пересечение трёх поверхностей или двух линий положения определяет координаты объекта. В зависимости от измеряемых навигац. параметров могут использоваться 3 осн. метода определения координат.

Дальномерный метод. Параметром является расстояние Л между опорной точкой и объектом, поверхностью положения - сфера радиусом R и центром в опорной точке. Координаты объекта (х, у, z)определяются при решении системы трёх ур-ний:

где x_i, y_i, z_i - известные координаты трёх (i = 1, 2, 3) опорных точек, а R_i - измеренные расстояния от объекта до опорной точки.

Для измерения расстояния передатчик объекта посылает радиоимпульс запроса, на опорной точке его принимают и переизлучают. Измерив интервал времени Т между моментами посылки запроса и приёмом переизлучённого импульса, определяют R = с·0,5·T, где с - скорость распространения радиоволн. Недостаток этого метода - огранич. пропускная способность навигац. системы, к-рая не может одноврем. отвечать на запросы неск. объектов, устраняется при установке в опорных точках и на каждом объекте высокостабильных син-хронизиров. эталонов времени (см. Квантовые стандарты частоты ).В этом случае передатчики опорных точек в условленные моменты времени излучают радиоимпульсы, к-рые принимают на объектах и определяют интервал времени, прошедший с условного момента до момента приёма радиоимпульса. Осн. недостаток беззапросного метода - необходимость поддерживать чрезвычайно высокую точность синхронизации всех часов навигац. системы, т. к. каждая икс расхождения шкал времени объекта и опорных точек даёт ошибку в определении расстояния DR == сDT ! 300 м. Для исключения сдвига шкалы времени DT объекта относительно шкалы единого времени опорных точек применяют псевдодальномерный метод, заключающийся в измерении параметра R_i до четырёх (i = 1, 2, 3, 4) опорных точек. Решение системы четырёх ур-ний

позволяет определить три неизвестные координаты объекта при неизвестном сдвиге шкал DT.

Радиально-скоростной (доплеровский) метод. Параметром является радиальная скорость объекта относительно опорной точки, зависящая от координат и относительной скорости объекта:

При известных параметрах опорных точек и собств. скорости объекта независимые измерения радиальных скоростей относительно трёх опорных точек позволяют определить координаты объекта. Измеряя доплеров-ское смещение F излучаемого передатчиком сигнала с частотой /, находят радиальную скорость

(см. Доплера эффект ).Ошибку в определении F, возникающую из-за отклонения частоты эталона на объекте от частоты излучения передатчиков в опорных точках, можно исключить, применяя псевдодоплеровский метод, при к-ром измеряется дополнительный навигац. параметр по четвёртой опорной точке (так же, как и в псев-додальномерном методе).

Угломерный метод. Параметром является угол между направлениями на разл. опорные точки. Определение направления на источники радиоизлучения осуществляется методами радиопеленгации.

Наряду с тремя осн. методами при построении радионавигац. систем широко применяют комбиниров. методы типа дальномерно-доплеровского, дальномер-но-угломерного и т. п. Нек-рые навигац. задачи решаются радиолокац. методами (см. Радиолокация), а при использовании в качестве опорных точек небесных тел - радиоастр. методами (см. Радиоастрономия).

Помимо метода определения координат объекта важной характеристикой любой радионавигац. системы является диапазон рабочих частот. В условиях Земли рабочая длина волны определяет потенц. дальность действия навигац. системы, под к-рой понимается макс. расстояние, на к-ром обеспечивается заданная точность измерений. Она будет ограничиваться случайными изменениями скорости распространения радиоволн (дальномерный и доплеровский метод) и направлением их прихода (угломерный метод). Учитывая условия распространения радиоволн, для ближней Р. применяют ультракороткие волны, а для глобальной Р. (в пределах всей Земли) - сверхдлинные волны. Спутниковые системы Р. работают только в УКВ-диапазоне (см. Распространение радиоволн).

Литература по радионавигации

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.