Виды навигационных систем

- случайные составляющие погрешностей - нормальные стационарные эргодические  случайные процессы.

Детерминированные составляющие могут быть представлены в виде:

     (1.86)

Для целей совершенствования  системы необходимо искать коэффициенты с осреднением по множеству участков и полетов.

Для целей оценивания на соответствие ТТЗ в соответствии с анализом экспериментальных данных можно принять:

            (1.87)

Таким образом, погрешности  РСДН в определении координат  для оценки соответствия ТТЗ могут  быть представлены в виде:

                       (1.88)                     

Дисперсии погрешностей будут

                    (1.89)                  

13.   Принцип навигации по геофизическим полям

 

Магнитное поле Земли (МПЗ) человечеству известно не одну тысячу лет. Тем не менее, механизм возникновения и  динамики МПЗ объяснен сравнительно недавно. В современном представлении  земного магнетизма за основу принята  стандартная сейсмологическая модель Земли, состоящая из твердого внутреннего  ядра, жидкой (металлической или  металлизованной) внешней оболочки ядра, обладающей высокой электропроводностью, и слабопроводящей силикатной коро-мантийной  оболочки. Граница ядро-мантия расположена  на глубине 2890 км; граница между жидкой и твердыми частями ядра − на глубине 5150 км. Предполагается, что главное магнитное поле обязано своим происхождением и существованием некоторой системе гидродинамических течений в жидком ядре, возникающих в процессе гравитационной и тепловой конвекции проводящего вещества. Такую физическую модель принято называть моделью гидромагнитного динамо [6]. Впервые идея гидромагнитного динамо была выдвинута в 1919 г. Дж. Лармором для объяснения магнитного поля Солнца. На ее применимость к МПЗ указал в 1947 г. Я. И. Френкель. Однако развитие теории геомагнетизма на этом принципе берет начало с опубликованной в 1934 году работы Т. Каулинга, в которой были установлены условия существования стационарного гидромагнитного динамо. По современным представлениям жидкое ядро, в отличие от коро-мантийной оболочки Земли, не вращается вокруг ее оси как единое тело, а скорее находится в состоянии такого вращения, при котором различные слои ядра вращаются с разной угловой скоростью.

В первом приближении МПЗ  подобно полю гигантского магнитного диполя, расположенного в центральных  частях земного шара, с Южным магнитным  полюсом, расположенным в северном полушарии, и с Северным магнитным  полюсом в южном полушарии  Земли. Магнитный момент этого диполя приблизительно равен 1,5×10¹⁶ Ам² [7]. Ось такого диполя отстоит от центра Земли на 451 км (в 1965 году) в направлении Тихого океана и наклонена к оси ее вращения на 12° [8]. Ось диполя пересекает земную поверхность в точках, называемых геомагнитными полюсами. Установлено, что силовые линии МПЗ сходятся не в геомагнитных полосах, а в близких к ним точках, которые называются магнитными полюсами Земли. Это объясняет сложный характер поля, существенно отличающегося от поля однородно намагниченного шара.

Напряженность магнитного поля в вакууме измеряют в системе  СИ в амперах на метр (А/м). В средах с магнитной проницаемостью напряженность  выражается магнитной индукцией. В  системе СИ единица магнитной  индукции − тесла (Тл), имеющая размерность  кг/(с²⋅А). В магнитометрии принято пользоваться нанотеслой, равной 10^-9 Тл (нТл). На магнитных полюсах напряженность МПЗ достигает 6×10⁴ нТл, а на экваторе она почти в два раза меньше.

По тому, какие источники  создают МПЗ, его принято рассматривать  как некую суперпозицию главного и аномального полей. В свою очередь  главные поля рассматривают в  виде векторной суммы дипольного (поле однородной намагниченности земного  шара) и недипольного, или материкового (поле, вызванное неоднородностью  глубоких слоев земного шара). Аномальные поля подразделяются на региональные аномалии (вызываются в основном глубокими  слоями земной коры и распространяются на большие площади) и местные, или  локальные аномалии (обуславливаются  менее глубокими слоями земной коры, месторождениями и распространяются на ограниченные площади) [9]. В МПЗ  обязательно присутствуют компоненты, вызванные процессами в космосе, в ионосфере и в непосредственной близости от наблюдателя. МПЗ не отличается постоянством. Многолетний опыт геомагнитных исследований показывает, что МПЗ  можно достаточно рельефно разделить  на две составляющие, одна из которых  относительно быстро меняется во времени, другая, вызываемая внутренними процессами в Земле, является квазистационарной, то есть медленно меняющейся. Последним  свойством обладает главное поле. Вариации элементов земного магнетизма принято делить на быстрые (обусловлены  электрическими токами в ионосфере), медленные, или вековые (связаны  с процессами внутри земного шара), магнитные бури. Магнитные бури сопровождаются изменениями напряженности до сотен, а иногда до тысяч нТл. Продолжительность  магнитных бурь − от нескольких часов до 1 суток и более. Отмечаются суточные вариации. На поверхности  мирового океана отмечаются специфические  вариации, вызываемые перемещениями масс воды. Так, например, волнение моря 2 балла вызывает изменения напряженности на 0,5 нТл, а 7 баллов − до 3 нТл. Течение Куросио создает дополнительную напряженность магнитного поля 37 нТл/узел [6].

Несмотря на свою изменчивость, МПЗ давно служит целям навигации. В конце шестидесятых годов были разработаны основные принципы корреляционно-экстремальной  навигации, использующей аномальные магнитные  поля. Новые навигационные системы, работающие на этом принципе в сочетании  с анализом рельефа дна еще  в 1965 году, достигали точности ±45 м [10]. Нельзя не упомянуть о роли высшей части МПЗ, простирающейся на десятки тысяч километров до космического пространства и называемой магнитосферой. Магнитосфера, во-первых, удерживает заряженные частицы ионосферы, предотвращая тем самым испарение атмосферы, во-вторых, отклоняет частицы солнечного ветра, предохраняя жизнь на Земле от губительной радиации.

Поле теплового излучения  Земли стало предметом изучения сравнительно недавно. В создании теплового  излучения частей поверхности Земли  принимает участие очень большое  число хаотически движущихся частиц. Из закона Планка, выражающего зависимость  спектральной плотности излучения  абсолютно черного тела от частоты  и температуры, следует, что максимум спектральной плотности приходится на диапазон видимых и инфракрасных длин волн. Спектральная плотность  в диапазоне миллиметровых и  сантиметровых длин волн во много  ниже максимальной, но эти волны  распространяются на большие расстояния, нежели инфракрасное и световое излучения. Многочисленными наблюдениями были установлены области на суше и  на дне мирового океана, которые  довольно стабильно излучают сигналы  в данном спектре. Мощность этих сигналов сильно отличается от общего теплового  фона. Поэтому поле теплового излучения  Земли иногда называют полем теплового  контраста. Поле создается тепловыми  потоками, идущими из недр планеты. Таким образом, радиотепловое излучение  − это не что иное, как электромагнитное поле тепловых шумовых токов, протекающих  в среде вещества. Поначалу поле радиотеплового контраста использовалось для практических задач навигации  летательных аппаратов. В последние  годы рассматриваются перспективы  применения его для судовождения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.   Особенности проектирования БВК

Стандартные навигационные  вычислительные системы ВСС-85

(назначение, состав, выполняемые  функции, технические характеристики)

Система ВСС-85-01 предназначена для:

- формирования информационных и управляющих сигналов, необходимых для обеспечения задач четырехмерного самолетовождения с оптимизацией режимов полета по внутренним и зарубежным трассам гражданской авиации самолетов Ил-96 и Ту-204 с выполнением международных норм бокового, вертикального и продольного эшелонирования по данным автономных и неавтономных средств навигации;

- выдачи данных в радиотехнические  средства в автоматическом и  ручном режимах управления;

- выполнения тест - контроля РТС в автоматическом и ручном режимах управления;

- обработки и хранения поступающей информации;

- программного управления функциями KП РТС,

В состав ВСС-85-01 входят цифровой вычислитель  самолетовождения (ЦВС) ЦВМ-НО-40001 к пульт управления и индикации ПУИ-85М.

Система ВСС-85-01 совместно с информационно - измерительными системами и потребителями информации обеспечивает

- формирование управляющих сигналов  в ВСУП и ВСУТ;

- автоматизированный наземный  предполетный контроль собственной работоспособности, работоспособности сопряженных с ней систем БРЭО и линий связи с индикацией результатов на экране пульта ПУИ-85М;

- автоматический полетный контроль  BCC-85-01 и сопряженных с ней систем БРЭО с выдачей на экраны ПУИ-85М необходимой экипажу информации;

- автоматизированную и ручную  загрузку и I коррекцию начальных и оперативно изменяемых исходных данных для выполнения полета с контролем результатов ввода;

- автоматическое и директорное самолетовождение в горизонтальной плоскости на всех этапах полета по запрограммированному маршруту полета до перехода на управление от радиотехнических систем посадки с возможностью оперативного изменения экипажем плана полета;

- предпосадочное маневрирование  в зоне аэродрома в соответствии  со схемами захода на посадку  для данного аэродрома с возможностью оперативного изменения схемы захода, а также с возможностью выполнения автоматизированных повторных заходов после ухода на второй круг,

- формирование и индикацию управляющих  сигналов для выдерживания в  автоматических режимах самолетовождения  оптимальных по стоимости рейса  или расходу топлива параметров на этапах набора высоты, крейсерского полета, маневрирования в зоне ожидания и при снижении;

- непрерывное автоматическое определение  и индикацию текущих координат  местоположения самолета в географической и частно-ортодромической системах координат по данным автономных и радиотехнических средств навигации;

- комплексную обработку информации (КОИ) от автономных и неавтономных  позиционных и скоростных средств;

- автоматизированную коррекцию  счисленных^: координат местоположения самолета с использованием  информации от СНС, РСДН и от РСБН (в том числе и радиомаяков VOR/DME) по азимуту и дальности (режим A/D) и но двум дальностям (режим 2D);

- вычисление и индикацию времени  и расстояния до любого выбранного  пункта маршрута или аэродрома  по заданной траектории или  по кратчайшему расстоянию;

- оптимизацию режимов полета (автоматический  выбор радиомаяков и переключение  частотно-кодовых каналов радиотехнического.  обеспечения навигации и посадки  согласно плану полета, обеспечение  приоритета на режим ручного  и полуавтоматического управления  с индикацией текущих значений  частот;

- режимов работы, формирование  разовых сигналов (подсказок) о  смене режимов полета и выдача  их на индикацию);

- перерасчет времени в гринвичское  и выдача его потребителям.

Система находится в серийном производстве.

Список литературы:

 

1. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. М.: Наука, 1979. 294с.

2. Харин Е.Г., Элбакян К.И., Власов П.И. Исследования по созданию и комплексированию пилотажно-навигационного оборудования. Летные исследования и испытания. Фрагменты истории и современное состояние. Научно-технический сборник. М.: Машиностроение, 1993. (раздел 0,5 п.л.).

3. Харин Е.Г.,Якушев А.Ф., Поликарпов В.Г., Копелович В.А., Тихомирова М.И.и др.Исследования и испытания в области применения информационных и спутниковых технологий в авиации (Статья). Научно - технический журнал «Космонавтика и ракетостроение», № 20, 2000г. ЦНИИМАШ 1,2 п.л.(0,5).

4. Макаренко Н.Л., Демьянов Г.В. и др. Системы координат спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Геодезия и картография.2000.№ 6.

5. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. – М.: Машиностроение, 1982. – 216 с.

6. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. – М.: Эко-Трендз, 2000. - 270 с.
7. Пащенков В. З., Радио и светодальномеры, М., 1972. 
8. В. Н. Шивринский «БОРТОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ НАВИГАЦИИ И САМОЛЁТОВОЖДЕНИЯ»,
9. Ю. А. КОМАРОВСКИЙ «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ РЕФЕРЕНЦ-ЭЛЛИПСОИДОВ В СУДОВОЖДЕНИИ»

 

 

А так же источники информации из интернета:

1. http://www.krugosvet.ru/
2. http://www.airwar.ru/
3. http://www.conf-ulstu.ru/aaa_14.php