§ 41. Радионавигационные системы

Радионавигационную систему (РНС) образует комплекс радиотехнических устройств, состоящий из передающих радиостанций и судовых приемоиндикаторов (ПИ) с вычислителями-преобразовате- лями радионавигационных измерений в географические координаты.

В настоящее время в морской навигации широко используется шесть основных типов РНС: фазовая РНС на длинных волнах («Дек- ка-Навигатор»); фазовая РНС на сверхдлинных волнах («Омега»); импульсно-фазовая РНС («Лоран-С»); низкоорбитальные спутниковые РНС («Цикада», СССР; «Транзит», США).

В фазовой РНС «Декка» стандартная цепочка состоит из четырех передающих станций: ведущей и трех ведомых. Каждая станция цепочки излучает незатухающие колебания на заданной частоте, являющейся гармоникой основной базисной частоты 1/. Ведущие

станции цепочки излучают колебания на частоте 6/, а ведомые — на частотах 5/, 8/ и 9/. Цепочки станций отличаются друг от друга значениями базисного колебания 1/, которых отведено для РНС «Декка» 63 номинала. Эти частоты нумеруются от 0 до 10 буквенными обозначениями А, В, С, D, Е, F латинского алфавита. Таким образом, обозначение цепочек составлено из цифры и буквы, например, 76, 2А, 8С и т. д.

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

Измерение разности фаз между колебаниями ведущей и ведомой станций может производиться только на одной              и              той              же              частоте,

называемой частотой сравнения.

в приемниках колебания трансформируются по частотам в наименьшие общие кратные гармоник 6/ и 5/; 6/ и 8/; 6/ и 9/, т. е. в частоты 30/, 24/ и 18/ соответственно.

Измерение разности фаз между колебаниями на этих частотах сравнения определяет гиперболические изолинии положения, которые описываются в долях фазового цикла следующими выражениями:

L — (Ь -f- Г вщ               /'вм)/^'Ср,              (Ю4)

где Ь — длина базы,

гВщ — расстояние от ведущей станции до судна,

Гвм — расстояние от ведомой станции до судна,

Kp = c/Mf — длина волны сравнения (Л1 = 30, 24, 18),

с — скорость распространения радиоволн на трассе от станции до судна

Оцифровка гипербол L от каждой пары станций «ведущая — ведомая» рассчитывается по формуле (104) и целые значения их наносятся на навигационные карты. Для различения семейств изолиний L от различных пар станций их наносят на карте разными цветами.

В РНС «Декка» для гипербол, создаваемых на частоте сравнения 30/, принят фиолетовый цвет; для гипербол, создаваемых на частоте сравнения 24/,— красный, и для гипербол, создаваемых на частоте сравнения 18/,— зеленый. Отсюда происходит название ведомых станций — «фиолетовая», «красная», «зеленая».

Расстояние между соседними гиперболами одного семейства называется фазовой дорожкой или простой дорожкой. Ширина дорожки определяется по формуле

d. = Acp/2sin (to/2),              (105)

где (о — угол между ведущей и ведомой станциями

Наиболее узкими дорожки будут при со = 180°, т. е. на линии базы между двумя станциями. Ширина «фиолетовых» дорожек на базе составляет около 350 м, «красных» — 440 м, «зеленых» — 590 м.

М дорожек каждого семейства (где М = 30; 24; 18) объединяются в зоны; каждая зона обозначается латинской буквой от А до /, повторяясь после /, если зон больше, чем 10. Внутри зоны дорожки оцифровываются от 0 до М. Однако для гипербол зеленого цвета

искусственно добавляется число 30, и оцифровка будет лежать в пределах от 30 до 47.

Na_j = L/M,              (106)

где М = 30, 24, 18

Для работы по сигналам РНС «Декка» отечественная промышленность выпускает аналоговый ПИ типа «Пирс-1 М». Индикаторная часть ПИ содержит четыре прибора-указателя номеров дорожек и их долей. Три указателя показывают номера дорожек и их долей в пределах каждой зоны одного семейства (красные, зеленые и фиолетовые линии положения). Эти указатели являются точными индикаторами, имеющими по две стрелки: одна (большая), связанная непосредственно с измерением разности фаз, отсчитывает доли фазового цикла (доли дорожки) в сотых единицах; другая (маленькая) является интегрирующей, отсчитывает целые обороты большой стрелки (номера дорожек). Четвертый указатель является грубым индикатором, указывающим номер дорожки из их общего числа М в пределах одной зоны. Этот индикатор предназначен для устранения многозначности отсчетов номеров дорожек в зоне. Буква зоны определяется по счислению.

Дальность действия РНС «Декка» днем 240 миль от ведущей станции, ночью — 400—500 миль. На этих расстояниях определения места судна производятся с погрешностью ± (0,1 -f- 0,5) мили днем и ±(0,2+- 1,0) мили ночью. В специальных вариантах применения РНС «Декка» получают погрешность определения одной линии положения + (10+-50) м.

Фазовая РНС «Омега» является разностно-дальномерной системой с временной селекцией сигналов, обеспечивающей суда навигационной информацией в любой точке Мирового океана. Система работает в диапазоне очень низких частот 10—14 кГц.

Для определения места судовой ПИ должен быть засинхронизи- рован с циклом временной диаграммы передачи сигналов на частоте 10,2 кГц. После синхронизации работы ПИ выбираются любые пары станций (всего станций — восемь), линии положения от которых пересекаются под наиболее выгодными углами.

Дальность приема сигналов от каждой из станций возможна до 6 тыс. миль. Наилучший прием сигналов достигается от тех станций, которые находятся к западу от судна.

Точность определения места зависит от точности предвычисления поправок за суточные и сезонные изменения скорости распространения сверхдлинных волн; такие поправки необходимо вводить в каж

дый отсчет радионавигационного параметра. Поэтому средняя квадратическая погрешность определения места судна обычно составляет днем 2 мили, а ночью — 4 мили.

РНС «Омега» обеспечивает океанское плавание. В прибрежном плавании предполагается использование развивающейся дифференциальной подсистемы РНС «Омега», которая может обеспечить повышение погрешности до ± (0,5-=-1,0) мили.

И мпу ль с но-фазовая РНС работает на частоте 100 кГц и излучает пакеты радиоимпульсов: ведущие станции излучают по девять импульсов в пакете, а ведомые — по восемь. Импульсы в пакетах кодируются по фазе высокочастотного заполнения, что необходимо для автоматического поиска сигналов и устранения многократных наложений предыдущих импульсов в пакете на последующие.

Современные судовые ПИ таких РНС подразделяются на автоматические и полуавтоматические. Полуавтоматический отечественный КПИ-5ф обеспечивает работу по сигналам станций, уровень которых превышает уровень шумов, т. е. когда возможен визуальный поиск сигналов цепочки на экране электронно-лучевой трубки. После окончания поиска сигналов и установки их вручную в соответствующие точки развертки включается схема автослежения, которая будет автоматически измерять радионавигационный параметр с погрешностью от 0,3 мкс.

Дальность действия по поверхностным радиосигналам ночью 500—700 миль, днем 1 тыс.— 1,2 тыс. миль. Использование пространственных сигналов допустимо лишь при плавании в открытом море; в этом случае дальность достигает 2,3 тыс. миль.

При использовании поверхностных сигналов погрешность определения места является высокой; от ±0,5 до ±1,5 мили. Цепочки РНС «Лоран-С», работающие на укороченных базах (Суэцкий канал, Великие озера), обеспечивают точность определения места судна в несколько десятков метров.