Обобщенная структурная схема РНС

Как информационные системы, радионавигационные средства (так же как и радиолокационные) относятся к классу систем извлечения информации, так как основной их функцией является получение (извлечение) количественных данных о координатах подвижных объектов, параметрах их движения и пространственно-временной ориентации, относительно заданных траекторий.

Обобщенная структурная схема РНС, поясняющая принцип ее работы в соответствии с положениями теории информации независимо от конкретного назначения и сложности систем, приведена на рис.5.

Под передающим устройством (ПРД) на рис.5 подразумевается вся аппаратура формирования структуры радиосигнала (включая модуляцию и кодирование с целью повышения помехозащищенности (РНС), а под приемным устройством (ПРМ) - аппаратура, обеспечивающая выделение информационных сигналов и преобразование (демодуляцию и декодирование) их к виду, пригодному для подачи в измерительное устройство. Под измерительным устройством РНС понимают аппаратуру, которая на основе сопоставления параметров сигналов, поступающих с приемника, с заданным (опорным) параметром колебаний опорного генератора формирует навигационную информацию, удобную для использования потребителем. Опорный генератор задает начало отсчета измеряемых данных.

На рис. 5, а изображена беззапросная РНС, передающая сигналы только в одном направлении («ЛА - земля» или «земля - ЛА»). При этом опорный сигнал может быть сформирован как на приемной, так и на передающей стороне.

Структурная схема РНС, показанная на рис. 5, б, содержит ретрансляционное устройство (ответчик) (ПРМ2, ПРД2, W2 и W3) и позволяет передавать сигналы в двух направлениях («ЛА - земля - ЛА» или «земля - ЛА - земля»). Для РНС, использующих свойство отражения радиосигналов, в этой схеме вместо приемопередатчика ответчика следует рассматривать отражающий объект. При этом схема РНС может содержать несколько передаваемых, приемных и антенных устройств, т.е. являться многоканальной.

Следует заметить, что радиосигналы, излучаемые передатчиком РНС, в общем случае не содержат навигационной информации и предназначены лишь для сопоставления событий в различных точках пространства и времени. Информация, как было показано в предыдущем параграфе, появляется в радиолинии связи, параметры электромагнитного поля которой модулируются в результате изменения протяженности и ориентации радиолиний в пространстве, скорости взаимного перемещения приемника и передатчика, изменения структуры сигналов, обусловленного физическими свойствами исследуемых объектов. Поэтому РНС в отличие от систем радиосвязи, формирующих сообщение (информацию) в передатчике путем внутренней модуляции колебаний, называют системами с внешней модуляцией.

Таким образом, в отличие от информации систем радиосвязи навигационная информация и ее материальный носитель - радиосигнал - представляют собой пространственно-временные процессы, в значительной степени характеризующиеся принципами построения РНС, пространственным размещением ее элементов, геометрическими свойствами системы в целом и измеряемых ею параметров.

Рис. 5. Структурная схема радионавигационных систем

Поскольку в общем случае навигационный радиосигнал является функцией ряда параметров, каждый из которых несет информацию о подвижном объекте, то для извлечения ее следует осуществлять многомерную обработку принимаемых сигналов.

Основной трудностью, возникающей при разработке и использовании РНС, в отличие от радиосвязных систем, является не столько увеличение количества передаваемой по радиоканалу информации, сколько повышение помехоустойчивости и точности переработки навигационной информации.

Для извлечения навигационной информации необходимо оценить параметры сигнала РНС в условиях действия различных помех, разрушающих информацию. В связи с эти можно подразделить весь процесс извлечения навигационной информации на ряд задач, соответствующих характеру оценки параметров. Если необходимо вынести решение о наличии полезного сигнала, имеет место задача обнаружения информации. Если оценивается принадлежность значения параметра данному сообщению (из всей совокупности дискретных сообщений), имеет место задача распознавания, различения информации. Если задача обнаружения и распознавания полезных сообщений, изменяющихся непрерывно, решена, то точно оценивается информационный параметр, т.е. реализуется задача получения измерительной информации.

Независимо от всех промежуточных задач и этапов переработки информации конечной целью работы РНС является получение результата измерения навигационной информации, что достигается выбором определенного интервала, содержащего искомое значение измеряемой величины из множества ее возможных значений, в пределах всего диапазона измерений. Другими словами, процесс извлечения измерительной информации с помощью РНС трактуется как сужение области неопределенности результата измерения до минимального значения, поскольку этот результат не является идеально точным, а получается всегда с определенной погрешностью (ошибкой). Такое описание процесса радионавигационных измерений вполне согласуется с определениями современной метрологии (науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности).

С учетом указанных особенностей РНС, как систем информационных, для их анализа и синтеза следует использовать современный аппарат теории информации и статистической теории анализа и синтеза радиотехнических устройств, разработанный первоначально для систем передачи информации.

Авиационные РНУ и РНС как составные части комплексных

систем навигации

Ни одно отдельно взятое техническое средство навигации, в том числе и РТСН, не является универсальным ни по объему решаемых задач, ни по применению в различных условиях навигационной обстановки. Кроме того, в связи со значительным ростом скоростей, высот и дальностей полета современных ЛА, а также с увеличением интенсивности воздушного движения и повышением требований по обеспечению безопасности полетов, непрерывно возрастают требования к точности и надежности навигационных измерений.

Удовлетворение этих требований в настоящее время достигается как за счет совершенствования отдельных навигационных измерителей (РНУ и РНС), так и за счет их объединения (комплексирования) в единую комплексную систему навигации (КСН). Таким образом, РНУ и РНС являются составными частями КСН, причем они играют ведущую роль при решении навигационных задач.

Основная цель создания КСН состоит в достижении наивысшей точности и надежности выполнения навигационных измерений.

Под КСН понимают совокупность взаимосвязанных между собой бортовых и наземных (либо только бортовых или наземных) технических средств навигации, основанных на различных принципах действия и предназначенных для совместного измерения навигационных параметров (элементов) при решении определенных навигационных задач. Взаимосвязь между навигационными измерителями осуществляется с помощью бортовой вычислительной системы (БВС), основу которой составляют бортовые цифровая и аналоговая вычислительные машины (БЦВМ и АВМ).

Высокие точность и надежность в КСН достигаются путем компенсации недостатков одних измерителей достоинствами других.

Наибольший положительный эффект при комплексной обработке навигационной информации, как правило, удается получить в случае объединения в единую комплексную систему радиотехнических и нерадиотехнических измерителей (РТИ и НРТИ). Это обусловлено прежде всего тем, что энергетические спектры погрешностей РТИ и НРТИ сильно отличаются друг от друга. Выигрыш в точности, надежности и помехоустойчивости при комплексировании как раз и определяется различием спектральных характеристик погрешностей. Так, в радиотехническую систему ближней навигации (РСБН) типа А-324 (РСБН-7с), являющейся КСН, входят радиотехническая угломерно-дальномерная система, нерадиотехнические системы воздушных сигналов (СВС) и курсовертикали, а также цифровое вычислительное устройство (БЦВМ).

При объединении различных измерителей в единую систему могут быть созданы одно функциональные (типа РСБН), так и многофункциональные КСН. К последним, в частности, относятся пилотажно-навигационный комплекс (ПНК) и прицельно-навигационный комплекс (ПрНК).