Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по РСНО - файл WAR1_97.DOC


Лекции по РСНО
скачать (182.1 kb.)

Доступные файлы (2):

WAR1_97.DOC640kb.25.12.1999 09:51скачать
WAR2_97.DOC72kb.16.06.1999 11:06скачать

содержание
Загрузка...

WAR1_97.DOC

Реклама MarketGid:
Загрузка...
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Военная кафедра
УТВЕРЖДАЮ

Начальник военной кафедры

п-к М. Биглов

«____»_____________ 1998г.


ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ САМОЛЕТОВ, ВЕРТОЛЕТОВ И РАКЕТ


РАЗДЕЛ № I. «Радиосвязное и навигационное оборудование самолетов».
ТЕМА № 5. «Навигационные радиоэлектронные системы и устройства».
ЗАНЯТИЕ № 1. «Навигационные радиоэлектронные системы и устройства».

Методические разработки
Обсуждена на заседании

цикла № 5

протокол № 1, от 31.08.98г.


УФА

Общие организационно – методические указания.
Тема № 5. «Навигационные радиоэлектронные системы и устройства».


  1. Учебные и воспитательные цели:

а) ознакомиться с основными понятиями, используемыми в радионавигации;

б) изучить системы отсчета, применяемые в радионавигации;

в) уяснить способы решения навигационных задач.

  1. В результате изучения темы студенты должны знать:

  • основные системы координат, применяемые в авиационной радионавигации;

  • принципы работы радиоэлектронных навигационных устройств;

  • основные методы комплексирования радиотехнических и нерадиотехнических средств навигации.

  1. Порядок изучения темы:






Наименование занятий

Время (час.)

Вид занятия

Место проведения

1.

Навигационные радиоэлектронные системы и устройства

2

Лекция

407

Всего: 2

  1. Литература для преподавателя:

  • Сидорин В.М. «Радиоэлектронное оборудование».-М. Воениздат,1990г.

  • Смирнов В.А. «Бортовые средства радионавигации».-М. Воениздат, 1993г.

  • Ярлыков М.С. «Авиационные радионавигационные устройства и системы».- ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1980г.


Методические указания на занятие № 1.

«Навигационные радиоэлектронные системы и устройства».

  1. Учебно-воспитательные цели:

а) ознакомиться с общими сведениями о самолетной радионавигации;

б) изучить навигационные системы отсчета и способы решения навигационных задач;

в) усвоить принципы комплексной обработки навигационной информации.

  1. Учебное время – 2 часа.

  2. Вид занятия – лекция.

  3. Место проведения – аудитория № 407.

  4. Литература:

  • Сидорин В.М. «Радиоэлектронное оборудование» - М. Воениздат, 1990г. – стр. 202 – 211.

  • Смирнов В.А. «Бортовые средства радионавигации.» - М. Воениздат, 1993г. – стр. 5 – 10.

  • Ярлыков М.С. «Авиационные радионавигационные устройства и системы.» - ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1980г. – стр. 19 – 35.

  1. Учебно-материальное обеспечение:

  • Схемы на мягкой основе.




  1. Структура занятия:






Элементы занятия

Время (мин.)

1.


  1. ^ ВВОДНАЯ ЧАСТЬ.

Проверка готовности взвода к занятию






2.

  1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Вопрос 1. Общие сведения о радионавигации




3.

Вопрос 2. Навигационные системы отсчета




4.

Вопрос 3. Способы решения навигационных задач.




5.

Вопрос 4. Комплексная обработка навигационной информации







  1. ^ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ




6.

Подведение итогов занятия




7.

Ответы на вопросы




8.

Закрепление пройденного материала




9.

Задание на самоподготовку







  1. Методические указания по структуре проведения занятия:

Занятие проводится как лекция, методом рассказа с демонстрацией планшетов на мягкой основе в составе учебного взвода.


  1. Вводная часть –

Приняв рапорт дежурного по взводу, преподаватель проверяет наличие личного состава, делает замечания по внешнему виду.

  1. Основная часть –

Указать тему, название занятия, время и цель занятия.

При изложении первого вопроса особое внимание студентов обратить на классификацию и определения основных навигационных элементов.

Во втором вопросе необходимо наиболее подробно рассмотреть ортодромическую систему координат, наиболее часто применяемую в воздушной навигации.

Излагая третий вопрос необходимо акцентироваться на способах, применяемых в радионавигации, решения двух основных задач навигации:

  • Определение местоположения ЛА;

  • Осуществление полета ЛА по заданной траектории.

В четвертом вопросе требуется рассмотреть обобщенную структурную схему пилотажно-навигационного комплекса (ПНК), назначение его основных элементов.

  1. Заключительная часть –

После изложения вопросов занятия сделать выводы по занятию, ответить на возникшие у студентов вопросы. Для контроля усвоения материала задать вопросы студентам по теме занятия. Определить задание на самоподготовку.

^

I вопрос. «Общие сведения о радионавигации».


Основными требованиями, предъявляемыми к авиации в современных условиях, при боевых действиях являются внезапность, эффективность и своевременность. Их выполнение связано с необходимостью точного выдерживания летательными аппаратами (ЛА) траекторий полета с выходом на цель в назначенное время. Обеспечением этого занимается прикладная наука - воздушная навигация.

Под воздушной навигацией понимают науку о точном и надежном вождении ЛА из одного пункта в другой по заданной траектории в установленное время, о методах и средствах получения информации об их местонахождении и движении.

^ Авиационная радионавигация - наука о радиотехнических методах и средствах вождения ЛА и получении информации о местонахождении и движении ЛА с использованием этих средств.

При решении тактических и навигационных задач полет ЛА должен выполняться по наивыгоднейшей траектории. ^ Траекторией полета называется пространственная кривая, по которой перемещается ЛА в процессе его полета. Проекция траектории полета на земную поверхность называется линией пути (маршрутом). Заданной траектории полета соответствует линия заданного пути (ЛЗП). Проекция траектории полета на вертикальную плоскость именуется профилем полета. Точка земной поверхности, над которой находится ЛА, называется его местоположением.

Основными задачами воздушной навигации являются:

  • обеспечение точного полета ЛА по заданной траектории;

  • обеспечение точного вывода ЛА на цель или аэродром посадки.

Для успешного выполнения этих задач необходимо ответить на следующие вопросы:

  • где находится ЛА в данный момент времени?

  • куда необходимо лететь в дальнейшем?

  • какой выдерживать режим полета, чтобы прибыть в заданные пункты в назначенное время с необходимой точностью и обеспечением требуемого уровня безопасности.

Для ответа на первый вопрос необходимо определить текущие координаты местоположения ЛА и его высоту полета в определенной системе координат. Второй вопрос требует знания координат цели к необходимому моменту времени в той же системе координат. Чтобы ответить на третий вопрос, необходимо знать параметры движения данного ЛА (скорость, ускорение, угловые координаты и их производные).

Полет ЛА (группы ЛА) делится на отдельные этапы, которыми в зависимости от задания являются:

  • взлет ЛА;

  • построение боевого порядка группы ЛА;

  • выход на исходный пункт маршрута;

  • выход на цель;

  • выход на аэродром посадки;

  • посадка ЛА.

Каждому этапу процесса навигации соответствует режим навигации, под которым понимается выдерживание направления, скорости и высоты полета ЛА. Режим навигации определяется совокупностью большого числа параметров, называемых навигационными элементами.

В зависимости от физической сущности навигационные элементы делятся на четыре основные группы:

  1. Навигационные элементы, характеризующие положение и перемещение центра масс ЛА относительно различных систем отсчета: координаты ЛА, его линейные скорости и ускорения;

  2. Навигационные элементы, определяющие перемещение ЛА относительно его центра масс: крен, тангаж, курс, угол атаки, угол скольжения, угол сноса.

  3. Навигационные элементы, определяющие состояние окружающей среды: температура, давление, скорость ветра, параметры магнитного поля Земли и т.п.

  4. Навигационные элементы, характеризующие положение и относительное перемещение других объектов: ориентиров, приводных радиостанций, радиомаяков, других воздушных и космических объектов.

Дадим определение ряду основных навигационных элементов (рис.1).

Курс ЛА - угол в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало отсчета, и проекцией продольной оси ЛА на горизонтальную плоскость. В зависимости от начала отсчета различают курсы:



Рис. 1.


  • истинный (отсчитывается по часовой стрелке от северного направления истинного меридиана - Cu);

  • магнитный (отсчитывается от северного направления магнитного меридиана - См);

  • ортодромический (отсчитывается от меридиана в ортодромической системе координат - Со).

^ Курсовой угол радиостанции (КУР) - это угол в горизонтальной плоскости от продольной оси ЛА до направления на радиостанцию.

Истинный пеленг (азимут) радиостанции (ИПР) - это угол в горизонтальной плоскости от северного направления истинного меридиана до направления на радиостанцию.

Видно, что выполняется равенство:

ИПР = ИК + КУР.

В точке расположения радиостанции (01) можно определить истинный пеленг ЛА (ИПА):

ИПА = ИПР + 1800 + ,

где  - угол схождения меридианов (на картах в ортодромической системе координат - ).

Важными навигационными элементами, во многом определяющими перемещение ЛА, являются его путевая и воздушные скорости. Для простоты полет ЛА считают горизонтальным (рис. 2).

Проекцию треугольника, составленного скоростями полета ЛА, на горизонтальную плоскость, называют навигационным треугольником скоростей, где:

  • ИК - истинный курс;

  • ИПУ - истинный путевой угол;

  • - воздушная скорость ЛА;

  • - скорость ветра;

  • - путевая скорость ЛА;

  • - угол сноса;

  • - угол скольжения.

Для вертолетов угол  может достигать больших величин и его приходится учитывать. В таком случае имеет место соотношение ИК +  +  = ИПУ.

Для самолетов величина  близка к нулю и с ней обычно не считаются:

ИК +  = ИПУ.



Рис. 2.
^

II вопрос. «Навигационные системы отсчета».


Вопрос о системе отсчета в навигации является одним из основных. В зависимости от масштабов перемещения ЛА системы координат могут быть местными, глобальными, космическими. Местные системы координат, начало которых связывается с Землей, используются в качестве систем отсчета при сравнительно небольших перемещениях, когда кривизной Земли можно пренебречь и её поверхность считается плоской. Находят широкое применение при счислениях пути на расстояниях порядка десятков и сотен километров. Например, угломерно-дальномерной системе соответствует полярная система координат; разностно-дальномерной – гиперболическая система координат с фокусами в местах расположения наземных станций.

^ Глобальные системы координат жестко связаны с Землей и применяются для навигации, охватывающей всю земную поверхность или значительную её часть. Наиболее распространенными являются: географическая (или геодезическая), геоцентрическая, а также левая и правая ортодромическая системы координат.

^ В географической системе координат в качестве формы Земли принимают эллипсоид вращения. Положение точек на поверхности эллипсоида вращения определяется географической широтой B и географической долготой L (рис. 3). Географической широтой точки C называется угол между нормалью к поверхности эллипсоида в этой точке и плоскостью экватора. Географической долготой


Рис. 3.
называется двугранный угол, заключенный между плоскостями начального меридиана и меридиана данной точки. Поверхность эллипсоида вращения имеет строгое математическое описание и позволяет вывести формулы, необходимые для решения задач воздушной навигации. Однако основные аналитические зависимости при этом оказываются сложными и практически могут быть реализованы только с использованием БЦВМ, но не с помощью аналоговых вычислителей. В ряде случаев это вынуждает прибегать к упрощению модели поверхности Земли.

В геоцентрической (сферической) системе координат Земля принимается за шар, радиус которого равен: R = 6371110 м. Эта система координат отличается от географической только способом отсчета широты. Отсчет геоцентрической широты () производится между плоскостью экватора и направлением радиус-вектора (рис. 4). Способ отсчета геоцентрической долготы () совпадает со способом отсчета географической долготы.


Рис. 4.
Формулы для решения задач воздушной навигации на сфере, хотя и проще, чем на поверхности эллипсоида, но все же требует достаточно большого объема вычислений. Поэтому для районов Земли, удаленных от экватора, применяют произвольную сферическую систему координат, называемую ортодромической (рисунок 5).

Ось X направлена на север вдоль географического меридиана, проходящего через начало координат (т.0). Ось Y направлена на восток по дуге большого круга и является условным экватором (ортодромическим экватором).



Рис. 5.
Место положения ЛА в точке С определяется в виде длины дуги Xc и длины дуги Ус условных меридиана и параллели, проходящих через точку С.  - угол сходимости меридианов.

^ Космическая система координат используется в спутниковых радионавигационных системах (СРНС). Она является пространственной прямолинейной системой координат OXYZ, начало которой связано с центром Земли (рисунок 6). Здесь  - вектор положения ЛА, - вектор положения ИСЗ, - вектор дальности от ЛА до ИСЗ.



Рис. 6.
^

III вопрос. «Способы решения навигационных задач».


1) Способы определения местоположения ЛА.

Для определения местоположения ЛА в навигации применяются различные способы, которые можно разделить на три группы:

а) ^ Обзорно – сравнительный способ (визуальная ориентировка; сравнение телевизионных, радиотепловых, радиолокационных и других изображений местности с соответствующими картами).

Недостатки способа:

  • невозможность в ряде случаев определения места ЛА в плохих метеоусловиях и безориентированной местности (море, пустыня, тайга и т.п.);

  • трудность полной автоматизации, и, вследствие этого, необходимость участия оператора;

  • демаскировка ЛА в случае применения РЛС и других визирных систем с излучением.

б) ^ Способ линий (поверхностей) положения с использованием радиотехнических и т.п. систем. Основан на определении местоположения ЛА путем засечек, т.е. линий положения относительно известных ориентиров.

^ Линией положения называется геометрическое место точек на поверхности, соответствующих одному значению навигационного параметра (расстояние, сумма или разность расстояний, угол, скорость полета ЛА и т.п.). Навигационные параметры являются функцией от координат местоположения ЛА.

Линией положения ЛА при пеленгации наземных радиостанций с использованием бортового радиопеленгатора является линия равных пеленгов. На плоскости это прямая, проходящая через точку расположения радиомаяка, на сфере это дуга большого круга – ортодромия (рис. 7).



Рис. 7.

Линией положения при использовании дальномерных систем является линия равных расстояний – окружность (рис. 8).

Линией положения ЛА при использовании разностно-дальномерных систем является линия равных разностей расстояний (рис. 9). Она представляет собой геометрическое место точек, разность расстояний от любой из которых до станций A и B равняется постоянной величине 2a = DB - DA = const. На плоскости это гипербола, на сфере – сферическая гипербола.

Местоположение ЛА при использовании способа линий положений определяется как точка пересечения двух или более линий положения.




Достоинство способа состоит в том, что определение места ЛА происходит без учета и даже без знания пройденного им ранее пути. Недостатком его является дискретность в фиксации местоположения ЛА.
в) ^ Способ счисления пути:

Основан на вычислении пройденного пути относительно известного начального положения ЛА. Для осуществления счисления пути необходимо располагать данными о направлении движения ЛА и его ускорении или скорости движения относительно Земли. Различают доплеровское, инерциальное, воздушное счисление пути и их комбинации. Недостатком способа является рост ошибок определения местоположения ЛА во времени.
2) ^ Способы полета ЛА по заданной траектории.

Для обеспечения полета ЛА по заданной траектории необходимо непрерывно или дискретно управлять его движением. В зависимости от того, по какому параметру осуществляется управление полетом или в какой системе координат решаются основные задачи навигации, различают следующие способы вывода ЛА в заданную точку:

  • маршрутный (траекторный);

  • путевой;

  • курсовой.

При маршрутном способе задача навигации решается с использованием ортодромической системы координат, одной из осей которой служит линия заданного пути (рис. 10). Для осуществления управления полетом этим способом необходимо знать линейное боковое уклонение – Z ЛА от маршрута (или его производную ), оставшееся расстояние – S и назначенное время выхода в заданную точку – Тн.

Задача управления ЛА сводится к выполнению следующих отношений:

, где - требуемое значение путевой скорости;

- фактическое значение путевой скорости.

Достоинством способа является высокая точность полета по заданной траектории. Недостатком является то, что между параметрами управления движением ЛА по маршруту и курсом полета отсутствует прямая связь.

Маршрутный способ применяется при ведении разведки, осуществлении посадки по курсоглиссадным радиомаякам, в системах РСБН и РСДН.

б) ^ При путевом способе задача навигации решается в подвижной полярной системе координат, начало которой (точка 0) совпадает с центром масс ЛА, а полярной осью является линия, соединяющая точку 0 с заданной точкой, О1 (рис. 11), где ЗПУ – заданный путевой угол. При угле рассогласования  = 0, полет ЛА происходит по кратчайшему расстоянию, если 0 (), то полет происходит по логарифмической

Рис. 11. спирали на плоскости.
Путевой способ широко применяется на практике, когда известны координаты местонахождения ЛА и заданной точки, а также курс и угол сноса. При известных координатах ЛА можно определить расстояние S и ЗПУ и найти величину  = ЗПУ – ИК - .

Зная назначенное время выхода ЛА в заданную точку – Тн, можно определить, при полете с постоянной скоростью, требуемое значение путевой скорости –

, где Т – текущее время.

Достоинством способа является возможность выхода ЛА на цель по кратчайшему пути в назначенное время, а недостатком – неточное следование по маршруту и выход на цель не строго с заданного направления.

Путевой способ применяется в доплеровских навигационных системах.

в) ^ Курсовой способ применяется при неизвестных значениях координат, угла сноса и путевой скорости ЛА. Система координат связана с ЛА, причем полярная ось совпадает с продольной осью ЛА (рис. 12). Для выхода в заданную точку необходимо выполнять условие  = const . В этом случае при наличии ветра ( -

Рис. 12. вектор скорости ветра), траектория полета будет представлять радиодромию, названную так вследствие того, что по такой траектории осуществляется полет на радиостанцию с углом  = 0, например, при пользовании радиокомпаса.

Достоинством способа является его простота. Недостатком – низкая точность полета по заданной траектории и низкая точность вывода в заданную точку.

^

IV Вопрос. «Комплексная обработка навигационной информации».


Определение всех навигационных параметров осуществляется с помощью разнообразных технических средств. В зависимости от первичного источника навигационной информации технические средства делятся на четыре основные группы:

  • геотехнические средства, использующие геофизические поля Земли, к которым относятся магнитные компасы, барометрические высотомеры, гироскопические приборы, инерциальные системы и т.п.

  • радиотехнические средства, использующие радиосигналы, излучаемые радиотехническими устройствами, к которым относятся дальномерные, угломерные, угломерно-дальномерные, разностно-дальномерные, БРЛС, ДИСС и т.п.

  • астрономические средства, использующие световое или радиоизлучение небесных тел, к которым относятся астрокомпасы, секстанты и т.п.

  • светотехнические средства, к которым относятся светомаяки и другие искусственные источники света.

Группа геотехнических средств характерна тем, что эти средства автономны, им практически невозможно создать помехи, но погрешности навигационных измерений растут с течением времени.

Группа радиотехнических средств в любых метеоусловиях обеспечивает высокую точность измерений, но эти средства подвержены помехам и в ряде случаев неавтономны.

Группа астрономических средств также не подвержена действию помех, однако, их применение зависит часто от условий видимости и метеорологических факторов.

Светотехнические средства применяются в основном ночью и в сложных метеоусловиях для обеспечения посадки ЛА, а бортовые огни – для предотвращения столкновений ЛА друг с другом.

Практическая реализация перечисленных групп технических средств навигации осуществлена в виде различных навигационных устройств (НУ), навигационных систем (НС) и комплексных системах навигации (КСН). Более подробно остановимся на радиотехнических средствах навигации.

^ Под радионавигационным устройством (РНУ) понимается радиотехническое средство, основанное на определенном принципе действия и предназначенное для самостоятельного измерения навигационных параметров независимо от наземных средств, например, радиовысотомеры, ДИСС и т.п.

^ Под радионавигационной системой (РНС), предназначенной для самостоятельного измерения навигационных параметров, понимают совокупность взаимосвязанных между собой бортовых и наземных радиотехнических средств. Например, дальномерные или разностно-дальномерные системы, угломерные системы.

^ Под комплексной системой навигации (КСН), предназначенной для осуществления совместного измерения навигационных параметров при решении определенных навигационных задач, понимается совокупность взаимосвязанных между собой бортовых, наземных, либо бортовых и наземных технических средств (обычно радиотехнических и нерадиотехнических), основанных на различных принципах действия. Например, радиотехническая система ближней навигации (РСБН), представляющая собой взаимосвязанную совокупность радиотехнической угломерно-дальномерной системы, системы воздушных сигналов (СВС), систему курсовертикали (СКВ) и аналогового вычислительного устройства.

Большое количество навигационной информации на борту ЛА, поступающей от многочисленных и различных технических средств, экипажу стало практически невозможно использовать для управления ЛА. Потребовалось автоматизировать процесс обработки информации с вводом нужных параметров в систему автоматического управления (САУ) и обеспечить наглядное отображение нужной информации для навигации, пилотирования, решения задач боевого применения и контроля за работой всего замкнутого контура системы управления полетом ЛА, т.е. потребовалось создание пилотажно-навигационных комплексов (ПНК) и прицельно-навигационных комплексов (ПрНК).

Дадим определение ПНК: пилотажно-навигационный комплекс представляет собой совокупность взаимосвязанных измерителей навигационной и пилотажной информации, системы обработки и отображения информации и системы управления, предназначенную для навигации и пилотирования ЛА на всех этапах полета.

Обобщенная структурная схема ПНК представлена на рис.13, где НИ – измерители навигационной и пилотажной информации; БВС – бортовая вычислительная система и САУ – система автоматического управления.



Рис. 13.
Входящие в состав ПНК радиотехнические измерители (РНУ, РНС, КСН), прежде всего, используются в качестве корректирующих устройств для навигационной информации полученной нерадиотехническими измерителями, а также для самостоятельного обеспечения полета по маршруту, вывода ЛА в район аэродрома и посадки на него.

БВС, основу которой, как правило, составляет БЦВМ, обрабатывает информацию от всех измерительных систем в соответствии с принятыми алгоритмами, вырабатывает сигналы управления полетом ЛА и выдает их в САУ.

Для выполнения боевых задач (прицеливания по наземным и воздушным целям, бомбометания, разведки и т.п.), ПНК взаимодействует с соответствующими системами, обеспечивающими выполнение поставленных задач, что в совокупности образует ПрНК.

^

III. Заключительная часть.


Сделать основные выводы по занятию. Если возникли вопросы у студентов, то ответить на них. Задать контрольные вопросы:

  • какой способ определения местоположения ЛА является основным в радиотехнических средствах навигации?

  • Что такое угол сходимости меридианов () в ортодромической системе координат?

Задание на самоподготовку: изучить материал по конспекту.


Методическую разработку cоставил старший преподаватель

подполковник Ю.Г. Кручек


Скачать файл (182.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации