Мини-лекции. радионавигация. ИРДС

   Чтобы Вы не ломали голову, пытаясь разгадать эту аббревиатуру, открою секрет. ИРДС, — это всего лишь импульсные, радионавигационные дальномерные системы!

   До этого времени, мы с Вами рассматривали только угломерные системы. Системы где местоположение корабля (самолёта) находится с помощью определения углов направлений на радиомаяки или пеленгаторы. Но как показала практика ошибки в таких системах достигали 2°! А, это значит, что на расстояние в 500 км ошибка доходит до 28 километров. Мало это или много, вопрос конечно интересный? У импульсно-дальномерных же систем ошибка гораздо меньше. Забегая немного вперёд, система которую мы и рассмотрим ниже, даёт ошибку на расстояние 250-300 км всего лишь +/- 20 метров! Почувствуйте разницу!

   ИМПУЛЬСНАЯ КРУГОВАЯ СИСТЕМА

   На мой взгляд это самая простая система, в смысле для Вашего понимания?! Всё это наглядно показано на рис1. Две станции А и Б, обслуживающие сектор в 70° есть приёмо-передающие. Если для нас в угломерных системах так называемые линии положения были прямые, то ниже мы рассмотрим и другие линии: окружности и гиперболы. Линии же положения это линии, все точки которых характеризуются каким либо одним свойством! А сами линии определяются не по углу, а по расстояниям или разностям расстояний (определение по дальности), поэтому и дальномерные.

   Итак, с самолёта (корабля) посылается радиоимпульс (с чёрной меткой :-)) в направление двух станций (А и Б). Каждая получив маляву тут же отправляет её обратно на самолёт. На самолёте, на оптическом индикаторе (мониторе) определяют расстояние (r1 и r2) до станций. Штурман толстыми пальцами проводит на карте циркулем радиусами r1 и r2 окружности как на рис1. Точка пересечения двух окружностей и есть место положения самолёта (корабля). Система работает на УКВ-диапазоне, а посему дальность максимальная (для самолётов) не более 500 км., а для кораблей и того меньше! Привлекает погрешность, +/- 20 метров.

   А, недостатки Вы и сами видите, — узкий сектор и небольшое расстояние. Плюс ко всему низкая пропускная способность. Станции же не просто так общаются с самолётами, от балды, а в соответствии... Стало быть записывайтесь в очередь! Так, что про глобальные (мировые) задачи говорить не приходится! Правильно, этим занимаются другие... Какие, такие?

   ИМПУЛЬСНАЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

   Название системы говорит о том, что: во-первых она импульсная, потому как используются радиоимпульсы. Во-вторых, — линиями положения являются гиперболы, точнее семейство гипербол. Ещё точнее, два семейства! Как это работает? И причём здесь гиперболы?

   Посмотрите на рис3. Это для тех кто как бы в школе учился и вот как бы нечаянно забыл, что такое гипербола? Или кто забыл, что он вообще учился... Это так, для разминки! Перед Вами семейство гипербол, где точки А и Б фокусы. А теперь вспомним свойство этих загогулин. Если взять случайные точки на кривых М1, М2, М3, то для двух точек одной гиперболы можно записать такое вот равенство, то, что Вы и видите ниже (жёлтого цвета). АМ1- БМ1 = АМ2 - БМ2. То есть гипербола является линией одинаковой разности расстояний между М1, М2 и фокусами А и Б. Особый интерес к линии-перпендикуляру к действующей оси гиперболы и проходящему через центр. Для всех точек на этом перпендикуляре, разность длин: МА-МБ = 0;

   И вот, вспомнив школу родную, посмотрим с Вами как на практике применяется это полезное свойство гиперболы и её семейства?.. На рис4 как раз и показаны семейства теперь уже двух гипербол и как бы объединённых вот в такой базар-вокзал... Здесь важно, что точка А является фокусом сразу для двух гипербол. Ну и что с этого? Имеется карта некой зоны (района, территории) в которой всё и происходит. Имеются три географические точки А,Б и В. По легенде в этих точках и находятся как бы радиомаяки со своей «хитрой» задачей! Они всенаправленно излучают радиоимпульсы. Причём начинает ведущая станция в пункте А. Через некоторое время задержки (радиоволны двигаются же со скоростью с = 300000 км/сек.) ведомая станция Б реагирует и тоже излучает свои радиоимпульсы. Точно также откликается и станция В, так же ведомая. На самолёте (корабле) принимают по очереди пары импульсов от пары станций АБ и АВ. На приёмно-индикаторном устройстве пары импульсов видят и могут измерить задержку времени прихода импульса от станции А и Б. Зная время задержки можно вычислить разницу расстояний между самолётом (кораблём) и станциями А и Б. Аналогично определяется разница расстояний между самолётом (кораблём) и станциями А и В.

   Далее, штурман на карте, на которой уже изображены семейства гипербол для этих трёх станций находит гиперболы с такими вот разницами. Пересечение гипербол одного семейства с другим и будет местоположение самолёта (корабля), на рис4 это синяя с жёлтым точка М. А сами гиперболы линиями положения для данного случая. Если бы нас угораздило попасть в точку где для обоих семейств разницы были равны нулю, то на карте это была бы точка М* (зелёная с жёлтым). А не будет ли здесь двойственности определения? Ну?.. Радиокомпас-то зачем? Уж сторону откуда радиоветер дует он всяко определит! Вдобавок мореходики точно себя на берегу не будут искать!

   А так ли уж надо штурману сидеть и каждый раз вычислять по задержке расстояние? Оказалось, что нет. После не долгих вычислений пришли к вот такому результату рис3, голубая формула. Здесь: tБ и tА, время (рис2b) через которое на индикаторе корабля появятся метки от станций Б и А, так ещё задержка сигналов; АБ/с, время движения радиоимпульса от станции А до Б (АБ - расстояние между станциями); дельта, фиксированная задержка посылки радиоимпульса станции Б; (БМ - АМ), разница в расстоянии от корабля до станций А и Б соответственно; c, скорость распространения радиоимпульсов (скорость света).

   Для данной навигационной системы: АБ, задержка (дельта) и (С) постоянны и известны, то можно вычислить разницу расстояний (БМ - АМ). А, далее по плану. Но существуют (существовали) карты где каждая гипербола означает не место равной разницы расстояний, а задержкой. Штурману теперь не надо соображать и вычислять разницу расстояний. Иллюстрацию решения этой навигационной задачи Вы и видите на рис5.

   А как всё это устроено в реальности? Обычно монитор (индикатор) на корабле сделан на основе ЭЛТ-электронно-лучевой трубки, где электронный луч управляется генератором развёртки. Напряжение имеет вид пилы рис2а. При отсутствии посторонних воздействий след от луча находится ровно по центру экрана трубки (ЭЛТ). Генератор же заставляет его (луч) двигаться от левого края к центру (отрицательное напряжение, ниже оси Х). После перехода через ноль напряжение становится положительным и луч движется до правого края. Затем скачком изменят направление луча (мы этого не видим). Луч оказывается в первоначальном положении. И так до бесконечности...

   Импульсы с приёмника корабля заставляют луч подпрыгивать вверх, оставляя след на экране рис2. Но это как обычно. Здесь же мы имеем немножко другое...

   Станция А посылают импульсы не просто так, а с тёмным умыслом: нечётные импульсы двойные, а чётные одинарные. Станция В, в свою очередь вводит свой раздрай в процесс... Она реагирует только на нечётные (сдвоенные) импульсы от станции А. А станция Б соответственно на остальные, одинарные. На приёмной стороне всё это разделяют и на экране рис2 мы видим как бы две жизни, одна для станций АБ, другая АВ! Для наблюдения и отсчёта где-то даже удобно.

   Рассмотрим блок-схемы двух импульсных дальномерных систем. На рис6 так называемая активная, а на рис7, — пассивная. В круговых системах используют только активные, а в гиперболических пассивные. В соответствие с этим активные состоят из запросчика и ответчика. Ответчик естественно состоит из передатчика и приёмника. Запросчик имеет те же составляющие и плюс ко всему устройство измерения дальности (УИД) и индикатора дальности (ИД). Кроме того опорный генератор (ОГ), с помощью которого происходит не только излучение запроса, но и измерение дальности. С ним сравнивают приходящий ответный импульс, точнее время прихода от ответчика. Ответчик лишь отвечает на запрос, отражает как зеркало! Ну, почти?! В смысле может ответить и на другой частоте.

   На рис7 показана блок-схема пассивной дальномерной системы (для самолётов). НСТ, — наземная станция; ВС, — воздушное судно. Наземная станция состоит из передатчика (Пер) и опорного генератора (ОГ). На самолёте система состоит из такого же ОГ, приёмника Пр, устройства измерения дальности (УИД) и индикаторного устройства ИД. Перед вылетом оба ОГ синхронизируется системой синхронизации СНХ... НСТ излучает радиоимпульсы, а на ВС измеряют задержку этих импульсов принятого сигнала с опорным ОГ. Ведь оба генератора работают в унисон! Это наверное самой простой из всех, метод?

   На рис7а упрощённая схема активного метода, а на рис7b пассивного. Недостаток активного в невозможности скрытного процесса и необходимости иметь на борту самолёта передающей части. Пассивный же лишён таких неудобств!

   Как показал опыт, именно пассивный метод вошёл в «моду» и на его основе сейчас существуют глобальные навигационные системы! Кроме импульсных систем были применены более точные, — фазовые. Но о них в следующей мини-лекции.