Оценка точности решения навигационной задачи с использованием информации азимутальных систем радионавигации

Министерство образования  и науки, молодежи и спорта Украины

Национальный авиационный  университет

Кафедра аеронавигационных систем

 

 

 

 

 

 

Курсовая робота

с дисциплины: «Теория радионавигационных систем»

Тема: «Оценка точности решения навигационной задачи с использованием информации азимутальных систем радионавигации»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка РС – 408 Сафонова Валентина Валериевна

Руководитель: доцент Браун Игорь Михайлович

 

 

 

 

Киев 2012

Завдание курсовой роботы

студентки РС – 408 Сафоновой Валентины Валерьевны

Тема: Оценка точности решения навигационной задачи с использованием информации азимутальных систем радионавигации.

Срок выполнения работы: 01. 02.2012 – 27.04.2012

 

Вариант курсовой роботы – 17.

 

Исходные данные до проекта:

• Метод измерения навигационного параметра ( тип РНС) – временно-импульсный метод радиодальнометрии (Дальномерная система DME);
• Средняя квадратическая погрешность измерения НП - σ_τD – 150м;
• Диапазон для определения СКП і-й ЛП – 100-300 м;
• Растояние между ВК и РНТ D=312 (км);
• Диапазон угла для определения – – , .

 

Перечень обязательного графического материала:

• График зависимости значений СКП ЛП соответственно к погрешности определения НП ;
• График зависимости значений  СКП МК соответственно к углу между направлениями из МК на две РНТ .

 

 

 

Курсовой проект защищенный с оценкой

Глова комисии

Члены комисии

 

 

 

Реферат

Пояснительная записка к курсовой работе «Оценка точности решения навигационной задачи с использованием информации азимутальных систем радионавигации»: 21с., 7рис., 1табл., Литературных источников - 2. 
Объект исследования - навигационное обеспечение полетов воздушных судов. 
Цель работы - обоснование методов, оценки точности решения навигационной задачи с использованием информации азимутальных систем радионавигации. 
Метод исследования - системный подход к исследованию сложных задач аэронавигации. 
На радионавигационные системы положено навигационное обеспечение решения задач навигации радиотехническими методами. Среди них важны определения текущего значения места положения ВС и ЛП. Именно от точности определения всех навигационных параметров зависят точность и надежность решения задач навигации.

Общая задача данной курсовой работы - оценка точности определения линии положения и места нахождения воздушного судна с использованием информации азимутальных систем радионавигации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение….……………………………………………………………...………6

1. временно-импульсный метод радиодальнометрии (Дальномерная система DME)……………………………………………7

2. ПОГРЕШНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ 16

3. ПОГРЕШНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ВОЗДУШНОГО корабля 18

 

ВЫВОД…………………………………….………………………………………..20

список лИтературЫ…………………………...……………………………..21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень условных сокращений

ДН – диаграма направлености;

ЛП – линия положения;

ВК – воздушный корабль;

РНС – радионавигационные средства;

РНС – радионавигационная станция;

РНТ – радионавигацинная точка;

СКЗ – среднеквадратическое значение;

СКП – среднеквадратическая погрешность;

ГА – гражданская авиация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 
Радионавигация - совокупность операций по обеспечению вождения движущихся объектов (летательных аппаратов, судов), а также по наведению управляемых объектов с помощью радиотехнических средств, научно-техническая дисциплина, рассматривает принципы построения радиотехнических средств (РТС) и разрабатывает методы их использования по решению задач вождения движущихся объектов по определенной траектории (маршрута) и вывода их в заданный район в заданное время. 
Основная задача навигации - вывод подвижного объекта по оптимальной (самой выгодной для данных условий) траектории в заданную точку или область пространства в заданный момент времени.

На сегодняшнем этапе  развития гражданской авиации (ГА) высокие требования предъявляются к повышению качества ее работы и прежде всего к повышению безопасности и регулярности полетов воздушных судов (ВС). Успешное решение этой проблемы в значительной степени определяется уровнем развития навигационных средств, в частности радионавигационных средств обеспечения полетов.

Точность НП - качественная характеристика, которая определяет близость результатов измерений к истинному значению навигационного параметра. 
Навигационные системы с точностью характеризуются погрешностью измерения навигационного параметра (НП).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Временно-импульсный метод радиодальнометрии (Дальномерная система DME)

Временной (импульсный) метод измерения дальности  является методом непосредственного измерения дальности R по времени запаздывания ответного (отраженного) импульса по отношению к прямому (зондирующему). Рассмотрим особенности измерения дальности в импульсных дальномерах с отраженным (автономных РД) и с ретранслированным (неавтономных РД) сигналами.

В радиодальномерах с отраженным сигналом (рис.1, а) передатчик Прд и блок измерения и индикации дальности БИД синхронизируются последовательностью видеоимпульсов, вырабатываемых синхронизатором (диаграмма / на рис.1, б). Передатчиком формируются импульсные высокочастотные колебания, которые могут быть модулированы или манипулированы по фазе или частоте по определенному закону в пределах каждого импульса (диаграмма 2 на рис.1, б).

С выхода передатчика радиоимпульсы  через антенный переключатель АП поступают в антенну и излучаются в пространство.

На вход приемника Прм дальномера поступают сигналы, отраженные от каких-либо объектов Ц или от земной поверхности. С выхода приемника видеоимпульсы подаются в БИД, где измеряется время τ запаздывания этих импульсов относительно зондирующих сигналов передатчика (диаграмма 3 на рис.1, б). Антенный переключатель служит для запирания приемника во время излучения передатчиком зондирующих импульсов и для блокировки выходных цепей Прд во время приема сигналов. Таким образом, временное запаздывание т при прохождении сигналов до отражающего объекта и обратно и измеряемое расстояние до объекта R связаны соотношением

             R=cτ/2                     (1)

При одновременном  измерении расстояния до нескольких объектов с помощью импульсного дальномера необходимо, чтобы принятые сигналы не перекрывались во времени на входе приемника. Если, например, R₁ и R₂ — расстояния до двух объектов, то отраженные от объектов сигналы не перекрываются при условии

                    (2)

где — длительность импульса на выходе приемника.

Из соотношений (1) и (1) следует, что минимальное разрешае- 
мое расстояние DR_min (при котором возможно раздельное измерение 
дальности до двух объектов)

     DR_min.                    (3)

Это же расстояние определяет величину минимальной измеряемой дальности  с помощью импульсного дальномера.

При заданной максимальной дальности  действия дальномера период следования излучаемых импульсов Т_п выбирается из условия  обеспечения однозначности измерения расстояния, согласно которому максимальное время запаздывания не должно превышать период следования Т_п, т. е.

                                            (4) 

При нарушении условия (3) и   R> сТ_п / 2 возникает погрешность измерения, кратная величине сТ_п / 2.

В качестве индикаторных устройств  импульсного дальномера применяют визуальные индикаторы на ЭЛТ либо автоматические измерители компенсационного типа, обычно преобразующие измеряемый временной интервал в цифровой код. В последнем варианте осуществляется подсчет в БИД числа измерительных импульсов (меток) от специального генератора, который запускается зондирующим импульсом дальномера и останавливается отраженным импульсом. Число счетных импульсов, поступивших на счётчик дальности в момент прихода ответного импульса (диаграмма 4 на рис.2, б),

          (5)

де - период следования счетных импульсов, а число отображает   измеряемую дальность в двоичном (двоично-десятичном и т. п.) коде. Достоинством рассмотренной схемы дальномера является возможность измерения дальности до многих объектов при использовании сравнительно простой аппаратуры. К недостаткам дальномера относится невозможность     измерения очень малых расстояний (во время излучения зондирующего сигнала приемник заперт), а также необходимость использования для измерения больших расстояний мощных передатчиков.

Радиодальномеры с ретрансляцией сигналов состоят из запросчика и ответчика (ретранслятора) сигналов. Возможны два варианта установки ответчика: на борту ЛА либо в наземном пункте, координаты которого известны. В первом случае определяется дальность до ЛА от наземного пункта, где установлен запросчик. Во втором случае дальность до наземного радиоориентира определяется непосредственно на борту ЛА. Структурная схема радиодальномера с ретрансляцией сигнала представлена на рис.2.

Передатчик  запросчика Прд синхронизируется импульсами с выхода блока измерения дальности БИД. Антенна А₁ излучает высокочастотный сигнал на частоте f₁, который через антенну А₂ поступает на приемник Прм_р ретранслятора. Далее сигнал усиливается, передатчик Прд_p генерирует колебания и антенна А₃ на частоте f₂ передает ответные радиоимпульсы, воспринимаемые приемником запросчика Прм через антенну А₄. В результате сравнения в БИД временного положения запросного (опорного) и ответного импульсов определяется текущее расстояние, которое зависит от временной задержки сигналов по дальности т и от задержки сигналов в трактах радиоаппаратуры t₃, т.е.

R=c(τ- t₃)/2,               (6)

С учетом соотношений (4) и (6) условие однозначности измерения для дальномера с ретранслятором примет вид:

⁽⁷⁾

Заметим, что минимальная измеряемая дальность  в таком радиодальномере может быть как угодно малой, так как всегда можно выбрать задержку сигнала t₃ необходимой величины для исключения совмещения ответного и запросного импульсов.

Как правило, в радиодальномерах с ретрансляцией  излучаемые сигналы кодируются группами импульсов (двух- и трехимпульсные посылки), в соответствии с принципами кодово-импульсной модуляции (КИМ). Это позволяет повысить помехоустойчивость передачи и извлечения дальномерной информации, поскольку в процессе ретрансляции смесь полезного сигнала и шумов «очищается» от последних с помощью регенерации импульсов. Кроме того, использование КИМ обеспечивает комбинированное частотно-временное уплотнение рабочих каналов, что очень важно при увеличении количества независимых рабочих каналов РНС. Кодирование и декодирование сигналов радиодальномера выполняют (рис.2) шифратор Ш и дешифратор ДШ ретранслятора. Аналогично сигналы преобразуются и в запросчике (на схеме не показано).

К указанным преимуществам радиодальномера с ретрансляцией сигналов следует добавить возможность измерения больших расстояний при сравнительно небольших мощностях передающих устройств (за счет регенерации и усиления сигнала ретранслятором).

Однако  в подобных радиодальномерах необходимо учитывать величину пропускной способности, которая в данном случае ограничивается энергетическими ресурсами передатчика ответчика.

Точность импульсной дальнометрии

Оценивая  абсолютную погрешность измерения  дальности DR для наиболее сложного варианта импульсного дальномера, характеризуемого соотношением (6), вычислим полный дифференциал этого соотношения.

Переходя  к конечным приращениям, получим

DR=,    (8)

где , , — абсолютные погрешности измерения временных интервалов и и измерения скорости распространения радиоволн с. Поскольку эти погрешности носят случайный характер и независимы, то с учетом формулы (8) среднеквадратичная погрешность определения дальности

.       (9)

В формуле , , — дисперсии погрешностей оценки скорости распространения радиоволн и измеряемых временных интервалов. Таким образом, для обеспечения высокой точности измерения дальности импульсным методом необходимо использовать диапазоны радиоволн с высокой стабильностью скорости их распространения, а также применять схемы измерения временных интервалов с малыми методическими и аппаратурными погрешностями.

Наибольшую  точность при определении дальности  импульсным методом обеспечивают радиодальномеры дискретного типа. В частности, подобные дальномеры лишены субъективной погрешности (погрешности оператора), поскольку дальность отсчитывается по показаниям цифрового табло. Основной инструментальной погрешностью дальномеров дискретного типа является (с учетом формулы 1) погрешность дискретности отсчета