|
Читайте также: |
Появление спутниковых РНС второго поколения (типа ГЛОНАСС и НАВСТАР) открывает новые возможности определения угловой ориентации объекта, в том числе морского судна, в пространстве, т.е. обеспечивает измерение мгновенных значений углов курса, крена и дифферента.
Принципиальная сторона проблемы определения угловой ориентации судна достаточно проста и легко выясняется из следующего примера, базирующегося на известных положениях навигации. Используем прямоугольную систему координат, в силу ограниченности охватываемого в примере пространства. Предположим, что в поле зрения наблюдателя, находящегося на судне, имеются два точечных ориентира 01 и 02 (рис. 5.5).
В один из них (точка О^) поместим центр прямоугольной сис-мы коорд ОхХУ. Направления осей ОхХ и 0{ У совпадают с направлениями параллели и меридиана. Координаты точек 01(х1,у1) и Ог (х2,у2) считаем точно известными. Предположим, что дальномерным способом измерены расстояния г1и г2 до указанных точечных ориентиров и, тем самым., определены координаты судна (наблюдателя) х3 у3 (точка О3) помощью какого-либо устройства можно материализовать направление с судна на, допустим, ориентир 02. Указанное направление 03 02 физически реализуется, например, осью симметрии оптической трубы. Угол между направлениями 03 02 и диам плоскостью судна является курсовым углом ориентира О На осн-нии известного из аналитической геометрии соотношения определяется угол γ.
После этого истинный курс судна находится по формуле ИК = КУ-γ Аналогичным образом, имея подходящие ориентиры можно найти угол крена и угол дифферента, т.е. полностью определить угловую ориентацию судна по отношению к горизонтной системе координат. Вся проблема упирается в достижение необходимой точности, быстродействия и возможности автоматизации процесса, но главное препятствие состоит в том, что с помощью береговых ориентиров не решить проблему глобальной навигации.
Практическая реализация рассмотренного принципа оказалась возможной на базе уже созданных, почти полностью развернутых и успешно функционирующих спутниковых РНС второго поколения ГЛОНАСС и НАВСТАР. Названные глобальные системы навигации обладают всеми необходимыми предпосылками, которые необходимы для решения проблемы определения угловой ориентации в пространстве любого морского, воздушного или космического (приземного) объекта. Указанные глобальные системы обеспечивают: высокоточное, непрерывное определение пространственных координат объекта; передачу на объект высокоточной информации о пространственных координатах тех навигационных ИСЗ (НИСЗ), с которыми ведется работа; наличие в любой точке Земного шара (и его окрестностях) в поле наблюдения непрерывно не менее 3-х или (после завершения разверз тывания) 4-х НИСЗ. Теоретические основы метода
Исходным положением является то, что координаты судна (точка 0{) и НИСЗ (точка 02) точно известны в любой момент времени в прямоугольной геоцентрической экваториальной системе координат ОХУZ. (рис. 5.6.). Если на этой основе в этой же системе координат обеспечить однозначное определение пространственной ориентация прямой линии О1, 02, то, осуществив измерение углов α ν σ между осями Хс Ус ZС и направлением 01 02, можно определить положение этих осей по отношению к системе координат ОХУZ,. Отметим, что система У ZС является жестко связанной с судном системой координат (ось 01 Хс совпадает с продольной осью судна, ось 0{ Ус — с поперечной, а ось 01 Z С перпендикулярна палубе). Заключительной операцией является преобразование углов α ν σ, измеренных в геоцентрической экваториальной системе координат, к углам по отношению к горизонтной системе координат ОNЕп, т.е. к той, в которой осуществляется навигация морских судов.
Материализация направления 01 О2 может быть выполнена двумя известными радиотехническими способами: радиопеленгационным и интеферометрическим. Радиопеленгационный способ предусматривает использование антенны с узкой диаграммой направленности, снабженной следящей системой, обеспечивающей непрерывное совмещение оси симметрии антенны с направлением на источник сигнала, т.е. линией Ох 02- Измерение углов α ν σ, а между осью симметрии антенны и осями Хс Ус Z С, связанными с судном известным образом, принципиальных трудностей не представляет. Для указанных целей, возможно, использовать как параболические антенны, так и антенные решетки. Имеется положительный опыт использования параболических антенн в радиосекстанах, устанавливаемых на военных кораблях и обеспечивающих измерение высот радиозвезд (источников галактических излучений в диапазоне радио частот) с точностью порядка 1 угловой минуты. Следует отметить, что параболические антенны представляют собой сложное и дорогое устройство. По этой причине в реализованных экспериментальных системах определения угловой ориентации судна по НИСЗ более предпочтительным оказался интерферометрический способ. Сущность интерферометрического способа заключается в том, что разнесенные на некоторое расстояние (базу) две антенны ненаправленного действия, жестко связанные с объектом, принимая сигнал от одного источника, позволяют оценить разность хода сигнала до двух упомянутых антенн (рис. 5.7.). В силу большой удаленности источника 02 от базы АВ считаем, что лучи распространяются параллельно. Обозн длину базы АВ=d, среднюю точку- 01, угол прихода волны - в (а = 90° — в). Из рис видно, что разность хода лучей Δг определяется следующей формулой Δг = d соs θ = dsin α. О чувствит-сти интерферометрического способа. Очевидно, что наименее благоприятной является ситуация, когда угол в = 90° (а = 0°), т.е. линия О1 02 перпендикулярна базе и, следовательно, Δг = 0. По этой причине целесообр определять чувствительность при минимальных значениях угла а. Т О, для обеспечения чувствительности в 1 угловую минуту при наиболее неблагоприятной ориентации НИСЗ по отношению к базе интерферометра необходимо измерить разность фаз с погрешностью около градуса. Для определения ориентации базовой линии на плоскости (в двухмерном пространстве) (при одновременном определении координат места объекта) необходимо использовать два НИСЗ и измерить разность хода лучей до двух разнесенных антенн от этих НИСЗ. Основные источники погрешностей определения угловой ориентации объекта рассматриваемым способом: неточное определение линий визирования вследствие неточного знания координат спутника и координат центра базы; нестабильность фазовых сдвигов в приемном устройстве аппаратуры потребителя; изменение положения фазовых центров антенны; ошибка при разрешении многозначности фазовых измерений. Выполненные исследования на созданных к 1993 г. экспериментальных (полупромышленных) системах позволяют считать достижимыми точности определения угловой ориентации порядка 0,1°.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 156 | Нарушение авторских прав