Главная
Коллекция "Otherreferats"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Радионавигационные приборы и системы
Радионавигационные приборы и системы
Устройство и работа ферритового антенного переключателя. Устройство балансных преобразователей частоты радиолокационной системы (РЛС). Достоинство балансных преобразователей частоты РЛС. Механизм вращения антенны. Принцип действия спутниковой навигации.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.09.2014 |
| Размер файла | 3,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
КИЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ИМ ГЕТМАНА ПЕТРА КОНОШЕВИЧА-САГАЙДАЧНОГО
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине "Радионавигационные приборы и системы "
студента 3-го курса заочной формы обучения
по специальности "Судовождение"
План ответа
- Устройство и работа ферритового антенного переключателя
- Устройство балансных преобразователей частоты РЛС. Достоинство балансных преобразователей частоты РЛС
- Механизм вращения антенны РЛС, система подогрева и блокировки
- Принцип действия спутниковой навигации
- Список использованной литературы по радионавигационным системам
Устройство и работа ферритового антенного переключателя
При использовании в РЛС одной общей антенны, как для передачи, так и для приема радиолокационных сигналов, обязательным является наличие антенного переключателя (АП). Переключатель осуществляет коммутацию антенны с передачи на прием и обратно и защищает вход приемника от проникновения чрезмерно большой мощности сверхвысокой частоты. Источником этой мощности является собственный передатчик РЛС, а также могут быть соседние РЛС, работающие на одной и той же частоте. Влияние соседних РЛС может сказываться как при включенной, так и при полностью выключенной собственной РЛС.
К антенным переключателям предъявляются следующие требования:
- в момент передачи мощность, просачивающаяся на вход приемника, должна быть как можно меньше. На волнах сантиметрового диапазона, где применяются смесители на полупроводниковых диодах, величина попадающей на вход мощности не должна превышать 0,1 Вт. При большей мощности диод может выйти из строя;
- АП должен быть быстродействующим. Время срабатывания не должно превышать сотых долей микросекунды. В противном случае сильно увеличивается просачивающаяся на вход приемника мощность и возрастает минимальная дальность РЛС из-за увеличения времени восстановления чувствительности приемника;
- потери мощности при передаче и, особенно при приеме отраженных сигналов должны быть минимальными.
Применяемые в настоящее время в судовых РЛС антенные переключатели можно условно разделить на ферритовые (ФАП) и коммутационные или ответвительные (ОАП).
Схема антенного переключателя типа ФАП показана на рисунке 1.
В антенных переключателях типа ФАП используются необратимые элементы - ферриты, поэтому их часто называют ферритовыми антенными переключателями. Феррит представляет собой ферромагнитный полупроводник, обладающий электрическими свойствами диэлектрика и магнитными свойствами ферромагнитного металла.
Магнитные показатели ферритов могут регулироваться изменением их намагниченности. Малая электропроводность обеспечивает значительное уменьшение потерь энергии на вихревые токи, что позволяет применять ферриты в диапазоне сверхвысокой частоты.
Используя ферриты в волноводах, можно создать устройство с различными характеристиками для передаваемой по волноводу электромагнитной энергии в зависимости от направления последней.
Ферритовый антенный переключатель (рис. 1) состоит из двух симметричных щелевых мостов ЩМ-1 и ЩМ-2 и двухканальной волноводной секции с помещенными внутри каждого канала ферритами Ф-1, Ф-2, выполняющими роль ферритовых фазовращателей.
На внешней части волноводной секции находится постоянный магнит, поле которого воздействует на ферриты. Кроме того, имеются фазосдвигающая секция (ФСС), поглотитель (поглощающая нагрузка - ПН) и разрядник защиты приемника (РЗП). Ферриты регулируются так, чтобы при распространении энергии со стороны передатчика феррит Ф-2 создает отставание фазы электромагнитного поля на 90° по отношению к фазе поля, проходящего через феррит Ф-1. При распространении же энергии со стороны антенны и поглощающей нагрузки феррит Ф-1 создает отставание поля по фазе на 90° по отношению к фазе поля, проходящего через феррит Ф-2.
Фазосдвигающая секция представляет собой двухканальный волноводный переход, устроенный так, что путь, проходимый волной по каналу 3, короче на четверть волны, чем путь по каналу 4. При этом волна канала 4 будет отставать по фазе на 90° от волны, идущей по каналу 3.
При передаче зондирующих импульсов переключатель работает следующим образом. Энергия из передатчика, распространяясь по каналу 1 щелевого моста ЩМ-1, делится пополам между каналами 3 и 4. В приемник энергия не попадает, так как канал 2 приемника с помощью РЗП развязан от канала передатчика. Волна, входящая в канал 4, через щелевой мост ЩМ-1 будет отставать по фазе на 90° относительно волны, распространяющейся через канал 3. При прохождении через феррит Ф-2 фаза волны в канале 4 получит дополнительное отставание по фазе на угол 90° относительно волны в канале 3. Таким образом, на выходе фазосдвигающей секции волна канала 4 отстает по фазе относительно канала 3 на угол, равный 270°.
Проходя щелевой мост ЩМ-2, энергия из канала 4 поступает в канал 5 антенны, куда одновременно поступает и энергия из канала 3. Поскольку при прохождении моста ЩМ-2 энергия канала 4 получает дополнительное отставание по фазе на 90°, то в канал антенны 5 энергия из каналов 3 и 4 поступает в фазе. Одновременно энергия волн, поступающая в канал 6 поглощающей нагрузки из каналов 2 и 4, оказывается в противофазе и компенсируется, не отражаясь. В случае появления расфазирования в каналах 3 и 4 остаточная энергия будет затрачиваться в поглощающей нагрузке.
При приеме отраженных сигналов энергия, выйдя из антенного канала 5 в щелевой мост ЩМ-2, делится пополам между каналами 3 и 4. Приходя в канал 4, энергия получит отставание по фазе на угол 90° относительно энергии в канале 3. После прохождения фазосдвигающей секции энергия канала 4 дополнительно будет отставать по фазе от энергии в канале 3 еще на угол 90°.
Одновременно энергия в канале 3, проходя через феррит Ф-1, получит отставание по фазе относительно энергии в канале 4 на угол 90°. Тогда на входе щелевого моста ЩМ-1 разность фаз между энергией канала 3 и энергией канала 4 оказывается равной 90°. Благодаря этому энергия принятых отраженных сигналов, проходя через щелевой мост ЩМ-1 из канала 3 в канал 2, оказывается в фазе с энергией канала 4 и, суммируясь, поступает через РЗП на вход приемника. Энергия из канала 4, проходящая в канал 1 передатчика, получив отставание по фазе на 90°, оказывается в противофазе с энергией, поступающей в канал 1 из канала 3. Следовательно, принятые отраженные сигналы на вход передатчика не попадут.
В некоторых НРЛС, например НРЛС серии "Наяда”, в качестве антенного переключателя применяется фазовый ферритовый циркулятор.
Циркулятором называется устройство, имеющее несколько плеч и переключающее мощность электромагнитных колебаний с одного плеча на другое.
В нем используются ферриты, представляющие собой магнитокерамические материалы, состоящие в основном из окислов металлов. Они отличаются от обычных металлических магнитных материалов отсутствием электрической проводимости и незначительными потерями энергии в СВЧ диапазоне.
Взаимодействие электромагнитного поля сигнала с электронами феррита управляется с помощью внешнего магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами. Это взаимодействие вызывает изменение магнитной проницаемости феррита и проявляется, например, в таких невзаимных свойствах, как вращение плоскости поляризации электромагнитного поля, сдвига фазы, изменение характеристики электромагнитного поля в зависимости от направления распространения энергии через феррит и т.п.
Фазовый ферритовый циркулятор представляет собой симметричное под углом 120° разветвление волноводной линии, в центре которого находится ферритовый цилиндр, размещенный в диэлектрической втулке (рис.2). При работе под действием поля постоянного магнита электроны феррита закручиваются, как показано окружностью со стрелками.
Электромагнитная энергия СВЧ, сформированная магнетроном, из передатчика, поступающая в плечо 1 разветвления, будет распространяться в направлении плеча 2 (к антенне) и не будет попадать в плечо 3. Объясняется это тем, что в направлении плеча 2 вектор поля вращается навстречу электронам, и колебания здесь проходят без ослабления. В направлении же плеча 3 электроны и магнитное поле вращаются в одном направлении, и энергия поглощается.
Если сигнал из антенны (отраженный сигнал от цели) в разветвление поступает через плечо 2, то по этой же причине он будет распространяться в направлении плеча 3 (к входу приемника) и не попадает в плечо 1, которое оказывается изолированным (развязанным) от плеча 2.
Устройство балансных преобразователей частоты РЛС. Достоинство балансных преобразователей частоты РЛС
Балансный преобразователь частоты содержащий две пары биполярных транзисторов разного типа проводимости с объединенными эмиттерами. Причем коллекторы транзисторов одного типа проводимости из разных пар соединены, подключены к нагрузкам и являются выходами смесителя, а базы транзисторов разного типа проводимости из разных пар соединены между собой и представляют два входа смесителя. Однако данный тип преобразователя частоты при наличии несимметричного сигнального и гетеродинного входов обеспечивает низкое входное сопротивление, обусловленное применением биполярных транзисторов.
Технический результат изобретения заключается в увеличении подавления гетеродинного сигнала на выходе преобразователя частоты при высоком входном сопротивлении и несимметричных входах.
Технический результат достигается за счет того, что балансный преобразователь частоты, содержащий две пары транзисторов, каждая из которых состоит из транзисторов разного типа проводимости, и два резистора, подключенных к выводам источника питания, отличается от прототипа тем, что первая пара образована первым и третьим, а вторая пара - вторым и четвертым полевыми транзисторами, имеющими объединенные истоки. Первый и четвертый, второй и третий разнотипные полевые транзисторы имеют объединенные затворы, которые одновременно являются первым и вторым входами балансного преобразователя частоты и последовательно соединены с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с корпусом. При этом стоки однотипных первого и второго полевых транзисторов объединены и последовательно соединены с первым выводом третьего резистора, который также подключен к первичной обмотке трансформатора. Второй конец первичной обмотки трансформатора подключен к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, который также подключен к объединенным стокам однотипных третьего и четвертого полевых транзисторов. На рисунке 3 приведена принципиальная схема балансного преобразователя частоты, где:
1 - первый полевой транзистор;
2 - второй полевой транзистор;
3 - третий полевой транзистор;
4 - четвертый полевой транзистор;
5 - первый резистор;
6 - второй резистор;
7 - третий резистор;
8 - трансформатор;
9 - конденсатор;
10 - четвертый резистор.
Балансный преобразователь частоты содержит две пары транзисторов с разным типом индуцированного канала, одна из которых образована первым полевым транзистором 1 и третьим полевым транзистором 3, а вторая - вторым полевым транзистором 2 и четвертым полевым транзистором 4, имеющими объединенные истоки. Затворы транзисторов с разным типом индуцированного канала из разных пар, а именно, первого полевого транзистора 1, четвертого полевого транзистора 4 и второго полевого транзистора 2, третьего полевого транзистора 3 также объединены и являются одновременно первым и вторым входами преобразователя. Стоки первого и второго полевых транзисторов 1, 2, а также третьего и четвертого полевых транзисторов 3,4 с одинаковым типом индуцированного канала объединены и соединены с третьим резистором 7 и четвертым резистором 10. Продукты суммарной и разностной частот выделяются на нагрузке, подключенной к вторичной обмотке трансформатора 8. Конденсатор 9 обеспечивает гальваническую развязку по постоянному току. Преобразователь частоты обеспечивает подавление в нагрузке сигналов входных частот.
Балансный преобразователь частоты работает следующим образом. Сигналы преобразуемых частот подаются на входы 1 и 2. При этом увеличение напряжения на затворе третьего полевого транзистора 3, включенного по схеме с общим истоком, при согласованных вольтамперных характеристиках полевых транзисторов вызовет увеличение напряжения на истоке третьего полевого транзистора 3 и увеличение тока стока третьего полевого транзистора 3. Одновременно, произойдет увеличение напряжения на истоке первого полевого транзистора 1, включенного по схеме с общим затвором по отношению к третьему полевому транзистору 3, что вызовет увеличение тока стока первого полевого транзистора 1. Увеличение напряжения на затворе третьего полевого транзистора 3, объединенного с затвором второго полевого транзистора 2, приведет к уменьшению тока стока второго полевого транзистора 2 и уменьшению тока стока четвертого полевого транзистора 4. Таким образом, в нагрузочных резисторах 7 и 10, образующих расщепленную нагрузку преобразователя частоты, будут протекать токи одинаковые по величине, но противоположные по фазе.
При одновременном поступлении на преобразователь частоты сигналов преобразуемых частот мгновенные значения тока стока полевых транзисторов первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 4 определяются мгновенным значением преобразуемых сигналов, прикладываемых между затворами и истоками соответствующих полевых транзисторов. На нагрузочных резисторах 7 и 10 образуются продукты преобразования, пропорциональные разности амплитуд входных сигналов, но находящиеся в противофазе. На третьем резисторе 7, подключенном к первичной обмотке трансформатора 8, выделяются продукты преобразования сигналов входных частот. Низкий уровень нелинейных искажений объясняется квадратичной зависимостью тока стока полевых транзисторов от напряжения на затворе. Входное сопротивление практически определяется величиной сопротивления первого резистора 5 и второго резистора 6 и может быть достаточно большим.
Балансный преобразователь частоты отличается высоким подавлением сигналов преобразуемых частот в спектре выходного сигнала, обладает высоким входным сопротивлением при несимметричных входах, характеризуется низким уровнем нелинейных искажений вследствие применения полевых транзисторов с квадратичной проходной характеристикой.
Механизм вращения антенны РЛС, система подогрева и блокировки
В приводе вращения волноводно-щелевой антенны осуществляют управление бесколлекторным, безсенсорным синхронным двигателем, при этом прямой привод вращения волноводно-щелевой антенны на базе безколлекторного, безсенсорного синхронного двигателя расположен на крышке корпуса антенного поста и содержит наружный ротор с постоянными магнитами, соединенный через фланцевое соединение с волноводно-щелевой антенной, и статор, жестко закрепленный на крышке антенного поста. Три фазы обмоток статора синхронного двигателя выполнены в виде чередующихся радиальных полюсов.
Такой механизм относится к устройству и способу для управления бесколлекторным, безсенсорным синхронным двигателем, являющимся приводом антенной системы судовой навигационной РЛС, а более конкретно - к устройству и способу для управления двигателем, в котором наружный ротор содержит постоянные магниты, а три фазы обмоток статора выполнены в виде чередующихся радиальных полюсов. Прямой привод вращения волноводно-щелевой антенны на базе безколлекторного, безсенсорного синхронного двигателя расположен на крышке корпуса антенного поста и содержит наружный ротор с постоянными магнитами, соединенный через фланцевое соединение с волноводно-щелевой антенной, и статор, жестко закрепленный на крышке антенного поста.
Антенное устройство должно надежно функционировать при скоростях ветра, возможных при эксплуатации судна, на котором оно установлено. Эксплуатационно-технические характеристики антенного поста (АП) не должны ухудшаться при бортовой и килевой качке судна.
Для этого привод вращения волноводно-щелевой антенны содержит двигатель, передающий вращение на антенну, датчик угла и блок управления двигателем, причем двигатель выполнен в виде моментного двигателя, который является бесколлекторным, бессенсорным трехфазным синхронным двигателем постоянного тока, в котором вращающийся наружный корпус ротора жестко закреплен с фланцевым соединением для установки на нем антенной системы с вращающимся переходом и ротор с постоянными магнитами жестко соединен с вращающимся наружным корпусом с возможностью совместного вращения вокруг статора на верхнем подшипнике. Также ротор жестко соединен с цилиндрической втулкой, проходящей через внутреннюю полость статора, для соединения с внутренней вращающейся частью подшипника. Статор с невращающейся частью подшипника жестко закреплен на верхней части крышки антенного поста.
Датчик угла выполнен в виде анализатора сигналов, снимаемых с обмоток статора и расположенного в блоке управления двигателем. Блок управления двигателем выполнен на микропроцессоре с аналого-цифровым преобразователем и с возможностью из сигналов, снимаемых с обмоток статора.
Статор выполнен полым для пропуска через него волноводов и/или кабельных соединений. Двигатель может быть выполнен как односекционным, так и многосекционным. Схема односекционного привода (без модуля управления) показана на рисунке 4:
Наружный ротор с постоянными магнитами 2.
1. Постоянные магниты на роторе.
2. Трехфазный статор на основании с чередующимися полюсами.
3. Цилиндрическая втулка, закрепленная на внутренней вращающейся части подшипника 6.
4. Корпус ротора.
5. Шарикоподшипник двухрядный.
6. Крышка антенного поста.
7. Фланцевое соединение с антенной, жестко связанное с наружным ротором 1, корпусом ротора 5 и цилиндрической втулкой 4.
8. Болт с шайбой 10, прикрепляющий статор с основанием 3 и шарикоподшипник двухрядный 6 к крышке антенного поста.
9. Шайба.
Устройство для управления приводом антенной системы предусматривает модуль для управления работой двигателя. Этот модуль может осуществлять как управление тремя фазами статора двигателя, так и снятие с фаз статора противо-ЭДС. Противо-ЭДС после ее обработки модулем управления используется как для выработки сигналов коммутации фаз статора, так и для выработки меток углового положения ротора, жестко связанного с антенной системой, для их последующей выдачи во внешние системы приводом антенной системы судовой навигационной радиолокационной станции.
Используется устройство для управления двигателем, имеющим трехфазную обмотку статора, выполненную в виде чередующихся радиальных полюсов. В 120-градусном инверторе есть 60-градусный период за полуцикл, когда одна из трех фаз обесточена. Это стало возможно благодаря тому, что амплитуда противо-ЭДС в промежутках между импульсами широтно-импульсной модуляции не искажается напряжением питания привода.
Поскольку описываемый привод содержит внешний ротор, а момент привода пропорционален квадрату радиуса ротора, то размеры привода антенной системы могут быть существенно уменьшены по сравнению с приводом обычного двигателя переменного или постоянного тока. Кроме того, благодаря такому приводу легко осуществляется линейное управление и контроль постоянства скорости двигателя за счет синхронизации сенсорного сигнала полюса и сигнала задания скорости широтно-импульсной модуляции и контроль над положением двигателя, так как отсутствует изменение частоты вращения. Поддержание постоянной скорости вращения антенны осуществляется с использованием метода регулирования напряжения при низкой частоте. Таким образом, можно снизить шум при переключении.
Вращающийся переход закреплен внутри корпуса антенного поста. Модуль управления двигателем включает контроллер управления на основе цифрового сигнального процессора и программируемого контроллера.
В качестве датчика положения антенны используется сам ротор, сигналы положения снимаются с обмоток статора. При вращении ротора в обмотках статора наводится противо-ЭДС, которая модулем управления приводом преобразуется в азимутальные метки и сигналы коммутации фаз статора. Отсутствие механических контактов существенно увеличивает срок службы привода. Большой внутренний диаметр ротора моментного двигателя встраиваемой конструкции позволяет разместить по его оси СВЧ волновод.
Ротор с закрепленными на нем постоянными магнитами расположен снаружи статора и вращается вокруг статора вместе с закрепленной на нем антенной системой. Такое расположение ротора увеличивает в 9 раз вращающий момент при неизменных массогабаритных характеристиках, что делает привод антенной системы компактным и технологичным.
Модуль управления двигателем в описываемом варианте привода также предназначен для формирования фазных токов возбуждения моментного двигателя. С этой целью в состав модуля входит преобразователь координат, осуществляющий разложение напряжения управления на три составляющие, соответствующие трехфазной системе обмоток статора. Каждая из составляющих напряжения управления поступает на фазный регулятор тока, который с помощью обратной связи по току осуществляет широтно-импульсную модуляцию выходного напряжения силового инвертора и тем самым производит регулирование фазного тока двигателя. Силовой инвертор представляет собой трехфазный модуль, содержащий силовой трехфазный выпрямитель, трехфазный инвертор на транзисторах и трехфазный драйвер управления транзисторами.
В состав модуля управления двигателем входят также пускорегулирующая аппаратура, аппаратура контроля нормального функционирования силового инвертора, температуры перегрева силовых транзисторов и температуры перегрева двигателя.
Кроме того, на модуль управления поступают сигналы углового положения ротора, наводимые в статоре. Они используются модулем управления для коммутации фаз статора с целью обеспечения плавного хода и эффективного крутящего момента.
Структура безредукторного бессенсорного привода с моментным двигателем и возможность прямого управления угловым положением щелевой антенны без использования механического редуктора позволяет обеспечить длительную и надежную работу привода в современных системах морского и берегового базирования.
Преимущества привода антенной системы:
1. Прямой привод антенной системы с постоянными магнитами на наружном роторе обеспечивает более высокий крутящий момент за счет более совершенной конструкции, уменьшения массогабаритных характеристик. Прямой привод антенной системы характеризуется высоким отношением диаметра к длине и большим числом магнитных полюсов, что оптимизирует создание крутящего момента.
2. Привод способен выдерживать (компенсировать) внезапно возникающие перегрузки по моменту (резкий порыв ветра) без механических повреждений (пятикратный запас по моменту).
3. Прямой (безредукторный) привод означает отсутствие элементов передачи мощности между двигателем и приводимой во вращение нагрузкой, что, в свою очередь, дает преимущества перемещения с высокой динамикой практически без люфта, превосходную жесткость при статических и динамических нагрузках и устойчивость всех основных электромагнитных и механических характеристик во время работы.
4. Компактность, легкость и надежность конструкции (в прямом приводе отсутствует трансмиссия и другие традиционные элементы: редукторы, механизмы передачи, муфты, подшипники, сальники, опорная рама, датчик углового положения и т.д.), простота изготовления, уменьшение стоимости изготовления.
5. Преимущества прямого привода антенной системы включают также сокращенный объем технического обслуживания и меньшее количество запасных частей в силу малого количества деталей, использованных в конструкции этих двигателей, экономию энергии за счет более эффективной силовой передачи, а также экономию пространства за счет использования малогабаритных и компактных приводов антенных систем вместо приводов антенных систем, оснащенных комбинацией из мотора и редуктора.
6. Увеличивается помехозащищенность приемного тракта радиолокационной станции ввиду отсутствия коллектора, искрение которого создает помехи для приема.
7. Вследствие отсутствия трущихся частей компоненты двигателя прямого привода не подвержены износу, он практически не требует технического обслуживания на протяжении всего срока службы.
8. Для прямого привода характерны низкие уровни шума и вибрации.
9. Простота и удобство монтажа.
10. Высокий коэффициент полезного действия.
Принцип действия спутниковой навигации
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел - мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.
В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:
1. Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
2. Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
3. Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;
4. Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
5. Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.
Global Positioning System (GPS) - это спутниковая навигационная система, состоящая из работающих в единой сети 24 спутников,. на 6 орбитах высотой около 20 200 км над поверхностью Земли. Спутники постоянно движутся со скоростью около 3 км/сек, совершая два полных оборота вокруг планеты менее, чем за 24 часа.
Спутниковая система GPS известна также под другим названием - NAVSTAR. Каждый спутник рассчитан на работу примерно в течение 10 лет
Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты. Этим достигается то, что сигнал, хотя бы от некоторых спутников может приниматься повсеместно в любое время. Даже на полюсах можно "увидеть" спутники - правда, они не будут пролетать прямо над головой. Это, конечно, повлияет на геометрию и, следовательно, на точность - но лишь немного.
В основе работы системы GPS лежит:
спутниковая трилатерация (на ней базируется работа системы);
спутниковая дальнометрия (измерение расстояний до спутников);
точная временная привязка (высокоточная синхронизация отсчета времени в системе спутники-приемники);
точное положение спутников в космосе;
коррекция ошибок, вносимых задержкой радиосигнала спутника в ионосфере и тропосфере.
Спутниковая трилатерация предполагает, что точные координаты любой точки на поверхности Земли могут быть вычислены путем измерений расстояний от группы спутников до искомой точки, если их положение в космосе известно. В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно, и вокруг него можно описать сферу заданного радиуса. Если известно также расстояние до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности. Четвертый спутник позволяет окончательно точно определить местоположение точки. Таким образом, зная расстояние до четырех спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.
Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника, умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время распространения сигнала, нам необходимо знать, когда он был передан со спутника. Для этого на спутнике и в приемнике одновременно генерируется одинаковый псевдослучайный код. Каждый спутник системы GPS передает два радиосигнала: на частоте L1=1575,42 МГц и L2=1227,60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN) - P-код и C/A-код. "Точный", или P-код, может быть зашифрован для военных целей. "Грубый", или C/A-код, не зашифрован. Сигнал частоты L2 модулируется только с P-кодом.
Сигнал спутника содержит так называемый "псевдослучайный код" (PRN - pseudo-random code), эфимерис (ephimeris) и альманах (almanach). Псевдослучайный код служит для идентификации передающего спутника. Все они пронумерованы от 1 до 32 и этот номер показывается на экране GPS-приемника во время его работы. Но количество PRN-номеров больше, чем число спутников (24)? Это облегчает обслуживание GPS-сети: новый спутник может быть запущен, проверен и введен в эксплуатацию еще до того, как старый выйдет из строя. Такому спутнику просто будет присвоен новый номер (от 1 до 32). Данные эфимериса, постоянно передаваемые каждым спутником, содержат такую важную информацию, как состояние спутника (рабочее или нерабочее), текущая дата и время. Без этого Ваш GPS-приемник не знал бы, в частности, какой сегодня день и сколько сейчас времени. Помимо этого, как мы увидим далее, эта часть сигнала крайне важна для определения местоположения. Данные альманаха говорят о том, где в течение дня должны. все GPS-спутники. Каждый из них передает альманах, содержащий параметры своей орбиты, а также всех других спутников системы.
радионавигационный прибор спутниковая навигация
Список использованной литературы по радионавигационным системам
1. Судовая радиоэлектроника и радионавигационные приборы: Учебник для ВИМУ/ А.М. Байрашевский, А.В. Жерлаков, А.А. Ильин, Н.Т. Ничипоренко, В.Б. Сапегин. - М.: Транспорт, 1988.
2. Судовые радионавигационные приборы/ В.В. Коновалов, Л.И. Кузнецова, Н.П. Мельников, О.Б. Причкин. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1989.
3. Никитенко Ю.И., Быков В.И., Устинов Ю.М. Судовые радионавигационные системы: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1992.
4. Радиотехнические системы: Учебник для вузов по спец.
5. "Радиотехника"/Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под. ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1990.
6. Радиотехника и радионавигационные приборы. Айзинов М.М., Байрашевский А.М. Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Транспорт, 1975.
7. Соненберг Г.Д. Радиолокационные и навигационные системы: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1982.
8. Радионавигационные приборы и системы/ В.А. Василенко, Б.С. Розен, В.В. Серегин. - М.: Агропромиздат, 1986.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Структура и параметры преобразователей, использующихся в бытовой радиоэлектроаппаратуры. Типы преобразователей частоты. Использование электронно-оптических преобразователей. Выбор промежуточной частоты, настройка и регулировка преобразователей частоты.
реферат [239,8 K], добавлен 27.11.2012Изучение конструкции, принципа действия и паспортных технических характеристик преобразователей частоты типа FR-Е 540. Методы работы на лабораторной установке на базе комплектного электропривода. Исследование систем электропривода переменного тока.
лабораторная работа [225,4 K], добавлен 07.12.2014Устройство, принцип действия, описание измерительных преобразователей механического сигнала в виде упругой балки, пьезоэлектрического, емкостного, фотоэлектрического и электромагнитного преобразователей. Оценка их числовых значений с помощью расчетов.
курсовая работа [843,2 K], добавлен 11.11.2013Антенны как устройства, предназначенные для излучения и приема радиоволн, принцип их действия, внутреннее устройство и элементы. Проектирование двухэлементной антенны с двумя вертикальными активными полуволновыми вибраторами для заданной частоты.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 26.12.2013Разночастотное преобразование переменного тока с помощью преобразователя частоты. Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты. Специальные машины постоянного тока (МПТ): электромашинный усилитель (ЭМЦ), тахогенератор, назначение и устройство.
лекция [948,9 K], добавлен 20.01.2010Характеристика основных показателей и классификация преобразователей частоты. Виды схем и особенности расчета. Анализ приемника супергетеродинного типа и его назначение. Описание принципа работы и структурная схема преобразователя частоты (гетеродина).
курсовая работа [491,8 K], добавлен 06.01.2012Поддерживание заданного режима работы управляемого объекта без участия оператора. Необходимость применения автоподстройки частоты в супергетеродинных приемниках. Структурная схема и принцип действия систем автоматического преобразования частоты (АПЧ).
реферат [261,5 K], добавлен 01.02.2009Принципиальная и функциональная схемы системы автоматической стабилизации частоты вращения двигателя постоянного тока. Определение передаточных характеристик системы. Проверка устойчивости замкнутой системы по критериям Гурвица, Михайлова и Найквиста.
контрольная работа [549,7 K], добавлен 26.01.2016Характеристика и принцип действия системы фазовой автоподстройки частоты. Расчет значения петлевого усиления по значению амплитуды ошибки слежения в стационарном режиме. Коррекция системы усилительным звеном и при помощи фильтра с опережением по фазе.
курсовая работа [93,4 K], добавлен 27.04.2013Характеристика преобразователей частоты вращения: оптический, центробежный, индукционный и электрические тахометры постоянного тока. Датчики с переменным магнитным сопротивлением. Расчет функции преобразования, тепловых расширений и погрешностей.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 22.04.2009
