Точность и многозначность фазовых измерений

Гипербола, как известно, фигура симметричная, следовательно даже при включении ПИ на неподвижном судне при D_b - D_a = D >λ отсчет радионавигационного параметра (РНП ) не даст однозначного определения навигационного параметра (НП ), а будет соответствовать ряду значений D отличающихся друг от друга на величину λ. Участок рабочей зоны ФРНС заключенный между двумя гиперболами , при плавании судна в пределах которого разность фаз сравниваемых колебаний может изменяться на 2 называется фазовой дорожкой. Число фазовых дорожек, укладывающихся на базовой линии РНС, а при фиксированной длине – ширина фазовой дорожки является своеобразной мерой многозначности данной ФРНС. Ширина фазовой дорожки на базе будет равна половине длины волны колебаний, на которых производится измерение, т. е. d₀ = λ/2. Как известно, гипербола фигура расходящаяся, поэтому вдали от базы дорожка будет шире и рассчитывается по формуле d₀ = λ/2 Sin γ/2, где γ – угол между направлениями на станцию из точки определения. Таким образом, чем шире дорожка, тем меньше сказывается многозначность фазовых отсчетов, а при условии, что на базовой линии будет укладываться половина длины волны сравнения многозначность вообще не будет существовать, но это требует низких частот (больших длин волн ), но при этом значительно ухудшается точность измерений. Для увеличения точности измерений надо уменьшать длину волны сравнения λ_м . Инструментальная точность фазовых измерений в ПИ лежит в пределах 0,005 – 0,01 фазового цикла. Возникающая многозначность определений может быть разрешена созданием грубых дорожек путем перевода береговых станций в режим формирования радионавигационного поля грубой фазовой структуры со значительно более широкими дорожками ( до 10,5 мю миль). В мировом флоте долгие годы использовалась успешно использовалась фазовая РНС Декка , но в 1999 году признана IMO неперспективной ( малая дальность действия до 300 м. миль) и подлежит закрытию.

Импульсно – фазовые РНС

Импульсно – фазовая радионавигационная система (ИФРНС ) « Лоран – С « ( Long Range Navigation ) разработана В США и введена в эксплуатацию в конце 50 – х годов. Большое достоинство импульсной РНС – отсутствие при надлежащей организации излучения многозначности измерений, а также возможность селекции поверхностных и пространственных сигналов в точке приема. Вместе с тем относительно низкая точность измерений РНП (радионавигационного параметра) импульсным методом ( t ) = 1 – 2 мкс. не позволяет эффективно использовать систему в прибрежном плавании. Стремление улучшить точность импульсной РНС за счет применения фазовых методов с одновременным увеличением дальности действия системы при переходе в диапазон длинных волн привело к созданию ИФРНС. В настоящее время ЛОРАН – С состоит из 26 цепочек, каждая из которых содержит от 3 до 5 станций; некоторые станции работают одновременно в двух цепях. Общая площадь рабочих зон цепей РНС ЛОРАН – С превышает 95 млн кв. км. Передающие станции ИФРНС ЛОРАН – С и ЧАЙКА (Россия),излучающие группы (пачки) из восьми (ведомые станции – slave) или девяти (ведущие станции – master) импульсов на несущей частоте 100 кГц (λ = 3000 м.) объединены в цепочки – группы станций, излучающих синхронизированные импульсные сигналы с одинаковой частотой повторения. Частота повторения пачек импульсов используется для опознавания цепочек и уменьшения взаимных помех между ними. Значение интервалов повторения пачек импульсов изменяется от 40000 до 99990 с интервалом 10мкс. Классическим режимом использования сигналов ИФРНС является стандартный разностно – дальномерный (гиперболический) режим. Дальность действия системы до 1200 миль при работе на поверхностных сигналах при точности определения РНП с использованием фазовых методов измерений в ПИ от 0,1 – 0,3 мкс (90 – 150 м.). При использовании пространственных волн дальность действия системы увеличивается в 2 раза, а точность ухудшается до 1,5 – 3 миль. В силу того, что все станции системы работают на одной частоте, для обеспечения их пространственно – временной селекции потребовалось выполнить условие: в любой точке рабочей зоны системы сигналы разных станций не должны совпадать по времени. Достигается это специальной организацией излучения сигналов. Каждая станция данной цепочки излучает свои сигналы спустя некоторый интервал времени t_P после приема в точке ее расположения сигналов от станции, являющейся более старшей по приоритету в излучении. Приоритет устанавливает последовательность излучения в каждой цепочке M W X Y Z M Каждая цепочка имеет собственный период Т_И , где Т_И = (n 100 – N)100 где n =5, 6, 7, 8, 9, 10 – номер группы, N = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – номер точного значения периода повторения в группе. В состав каждой цепи входит 1 – 2 контрольных пункта (КП) на которых периодически проверяются точность взаимных временных сдвигов при излучении сигналов и вырабатываются управляющие сигналы на сведение временных шкал. При нарушении синхронизации любой станцией установленного предела 0,1 мкс. аварийная станция по команде КП начинает передавать предупредительные сигналы потребителям. Это либо амплитудная манипуляция двумя первыми импульсами в пакете аварийно ведомой, либо манипуляцией девятым импульсом ведущей в соответствии с кодом Морзе определяющим аварийную станцию. Цикл манипуляции 12 сек.

Влияние распространения радиоволн на точность определения места судна.

Высокая точность определения места судна может быть достигнута только при учете условий распространения радиоволн РНС ЛОРАН – С и ЧАЙКА. На частоте 100 кГц в любое время суток наряду с поверхностными радиоволнами существуют и пространственные (ионосферные) радиоволны, однократно отраженные от нижнего слоя ионосферы (Е-1). Поверхностные радиоволны преобладают над пространственными на расстояниях от передающей станции до 500 – 600 миль днем и до 400 миль ночью. При дальнейшем удалении от станции до 900 – 1000 миль распознавание поверхностных и пространственных сигналов затруднительно и определения в этой зоне ненадежны. Далее до 2300 – 2400 миль от станции преобладают пространственные радиосигналы (Е- 1). При дальнейшем удалении интенсивность радиоволн (Е- 1) недостаточна и определения здесь невозможны. Поэтому при определении места судна существуют следующие варианты приема сигналов РНС ЛОРАН – С и ЧАЙКА. 1. Сигналы ведущей и ведомой станций поверхностные. Как правило, это условие выполняется только вблизи базовой линии. Определение здесь наиболее точные и в поправках не нуждаются. 2. Сигналы от ведущей и ведомой станций пространственные. Отсчеты навигационного параметра следует скорректировать поправками для пространственных волн. Эти поправки в общем случае различны для дневных и ночных условий и на картах обозначены буквами D и N. 3. Один из сигналов поверхностный, другой пространственный. В этом случае используются поправки типа SG (Sky -Ground ) пространственный от ведущей, поверхностный от ведомой или GS поверхностный от ведущей, пространственный от ведомой. Величина поправок выбирается по карте вблизи счислимого места либо в таблицах по широте и долготе счислимого места.