Temat: KIERUNKI ROZWOJU SYSTEMÓW NAWIGACJI LOTNICZEJ.
Zag: Wykorzystanie nawigacyjnych systemów hiperbolicznych.
Systemy radionawigacyjne można podzielić na trzy grupy:
bliskiego zasięgu (Tacan, RSBN-4N);
średniego zasięgu (Decca Navigator, Loran-D);
dalekiego zasięgu (Loran C, Omega, Navstar-GPS).
W grupie systemów bliskiego zasięgu (do 400 km) wyróżniamy Tacan i RSBN-4N. Oba mają prawie identyczny zasięg i zależy on istotnie od wysokości statków powietrznych korzystających z ich pracy. Systemy te wykorzystywane są przeważnie do orientowania obiektów w strefie bliskiej lotniska (lotniskowca). Mogą być również wykorzystywane,
w pewnym stopniu, do lotu automatycznego po uruchomieniu automatycznego pilota. Ich wadą jest m.in. to, że nie zabezpieczają w pełni działań lotnictwa rozpoznawczego i bombowego (szczególnie dalekiego zasięgu). Wątpliwe jest również zabezpieczenie działań bojowych lotnictwa taktycznego.
Systemy średniego zasięgu wykorzystywane są do podobnych celów, co opisane wcześniej Tacan i RSBN-4N. Ich większy zasięg pozwala na pełne zabezpieczeni działań lotnictwa taktycznego. Wada w przypadku kontaktu zbrojnego może być to, że eliminując jedną ze stacji łańcucha, możemy skutecznie wyeliminować cały system. Pozwoli to na chwilowe osłabienie nasilenia lotów lotnictwa taktycznego przeciwnika, szczególnie w pierwszej fazie konfliktu.
Systemy dalekiego zasięgu zabezpieczają w pełni działania bojowe lotnictwa, zwłaszcza przydatne są w lotnictwie strategicznym. Systemy te wykorzystywane są obecnie także przez lotnictwo cywilne i flotę handlowa. Dobrym przykładem jest system Omega, który jako pierwszy został objęty międzynarodowa, kontrolą.
Szczególne miejsce wśród systemów dalekiego zasięgu zajmuje Navstar-GPS. Nie ma on odpowiednika w swojej klasie, ponieważ jest to pierwszy system satelitarny, a przyporządkowany został do tego rodzaju systemów z powodu swojego zasięgu.
LORAN C
To impulsowy hiperboliczny system radionawigacyjny dalekiego zasięgu, którego zasada działania polega na pomiarze różnicy czasów propagacji i różnicy faz między ciągami impulsów, odebranych z trzech stacji nadawczych. Ze względu na duży zasięg (ok. 6500 km) jest on wykorzystywany szczególnie przez lotnictwo strategiczne (bombowe i rozpoznawcze) oraz lotnictwo transportowe.
Aby określić położenie samolotu, jego urządzenie pokładowe musi przyjąć sygnały z nie mniej niż trzech stacji naziemnych. Z tego powodu stacje rozmieszcza się grupowo (zespołami) na danym obszarze, przy czym jedna z nich pełni rolę stacji głównej (macierzystej). W różnych punktach globu rozwiniętych jest około 45 stacji naziemnych, zgrupowanych w 12 zespołach. Pokrywają one polem sygnałów nawigacyjnych Atlantyk Północny, część terytorium Stanów Zjednoczonych i ich strefę przybrzeżną, Skandynawię, część Europy Południowej i Morze Śródziemne, Japonię oraz Hawaje i Aleuty.
W zależności od łącznej liczby pracujących w danym łańcuchu stacji głównych i pomocniczych oraz ich wzajemnego położenia, system LORAN C może pracować w następujących konfiguracjach:
trioda - zestaw trzech stacji: głównej i dwóch pomocniczych;
gwiazda - zestaw czterech stacji: głównej i trzech pomocniczych;
kwadrat - zestaw pięciu stacji: głównej i czterech pomocniczych.
Odległość między stacją główną, a pomocniczymi wynosi od 1100 do 1500 km. Aparatura pokładowa systemu LORAN C wykonuje następujące operacje przeszukiwania i śledzenia:
odszukiwanie sygnału stacji prowadzącej oraz identyfikację za pomocą częstotliwości repetycji i kodu fazowego;
zsynchronizowanie oscylatora lotniczego z sygnałem stacji głównej;
uchwycenie sygnałów dwóch stacji pomocniczych i określenie różnic czasowych względem stacji głównej.
Wskazania odbiornika (różnice czasowe) nawigator powinien przekształcić w linie pozycyjne (LP) i nanieść je na odpowiednio przygotowaną mapę. Stosowane są również pokładowe komputery, które podają bezpośrednio (w formie cyfrowej) informację o szerokości i długości geograficznej, łącznie z danymi o odchyleniu od kursu (lewo, prawo) i przebytej odległości.
W skład stacji naziemnej wchodzą: generator sygnałów częstotliwości standardowej, dwa zastawy nadajnika z synchronizatorem i anteny. Moc wyjściowa nadajnika waha się, od 400 kW do 3 MW. W istniejących stacjach stosuje się dwa typy anten: parasolową (maszt o wysokości 190 lub 410 m) oraz wielomasztową (cztery maszty o wysokości 200 m, ustawione w wierzchołkach kwadratu o bokach 420 m, połączone przewodami).
Każdy łańcuch stacji naziemnych systemu radionawigacyjnego LORAN C może pracować w określonej konfiguracji, natomiast odbiornik znajdujący się na pokładzie obiektu powietrznego powinien być tak nastrojony, aby można było wybrać odpowiedni kanał stacji głównej (ręcznie lub komputerowo), czyli określić podstawowy czas repetycji. Jest to czas charakterystyczny dla stacji pomocniczej. Sygnały stacji głównych składają się z dziewięciu impulsów. Osiem impulsów opóźnionych względem każdego poprzedniego o 1 ms, dziewiąty - o 2 ms względem ósmego. Ostatni impuls służy do identyfikacji stacji macierzystej i informowania o ewentualnym naruszeniu pracy w zespole. Sygnał każdej stacji zależnej (pomocniczej) składa się z ośmiu impulsów, ściśle zsynchronizowanych z sygnałem stacji macierzystej (głównej).
Podczas określania położenia obiektu powietrznego w przestrzeni, odbiornik pokładowy mierzy różnicę, która występuje pomiędzy czasem przybycia fali przyziemnej, emitowanej przez stację macierzystą a czasem przybycia tej fali po retransmisji przez stację pomocniczą (zależną). Miejscem geometrycznym punktów o stałej różnicy czasowej jest hiperbola, naniesiona na teoretyczną elipsoidę. Odbierając sygnały emitowane przez stację główną i drugą pomocniczą, powstaje kolejna hiperbola. Cały proces powtarza się tyle razy ile stacji pomocniczych występuje w łańcuchu. Punkt przecięcia się tych hiperbol wyznacza aktualną pozycję obiektu powietrznego. Aktualną pozycję obiektu powietrznego wylicza komputer pokładowy na podstawie różnic czasowych.
Podstawowe dane systemu LOR9N C:
zasięg - 3700 km,
częstotliwość robocza - 100 kHz,
długość impulsów - 170 ms,
częstotliwość powtarzania grup impulsów - 10 - 20 Hz, dokładność określenia położenia (błąd średni) - 500 m.
Wartość średniego błędu uwarunkowana jest odległością od stacji naziemnej, rodzajem terenu (ląd, morze), współrzędnymi położenia samolotu oraz aktywnością słoneczną i maksymalnie wynosi około 4 km.
LORAN D
Radionawigacyjny system LORAN-D jest ruchomym wariantem hiperbolicznego systemu LORAN-C. System ten, spośród wszystkich systemów LORAN, jest najbardziej uniwersalny pod względem możliwości wykorzystania go do nawigacji obiektów ruchomych - we wszystkich rodzajach sił zbrojnych. Został opracowany w połowie lat sześćdziesiątych i nadal jest wykorzystywany.
Należy do systemów o średnim zasięgu. Systemy tej grupy są przeznaczone do nawigowania samolotów lotnictwa taktycznego i morskiego oraz wyprowadzania ich do rejonu celu lub rozpoznania, a nawet do rejonu bombardowania, w warunkach ograniczonej widoczności lub w nocy. System ten ma większą dokładność niż systemy dalekiego zasięgu, oczywiście poza systemami satelitarnymi. Z tego też powodu jest podstawowym środkiem nawigacji lotnictwa taktycznego. Zapewnia:
dużą dokładność wprowadzania samolotu na cel lub punkt orientacyjny w warunkach ograniczonej widoczności, z dokładnością pozwalającą na użycie broni jądrowej;
rażenie celu naziemnego po przyłączeniu do urządzenia pokładowego aparatury kierowania uzbrojeniem;
wsparcie wojsk lądowych z powietrza podczas niszczenia obiektów na polu walki;
naniesienie na mapę obiektów naziemnych podczas prowadzenia rozpoznania.
Jeden łańcuch w systemie LORAN-D tworzą zwykle trzy stacje naziemne - jedna główna i dwie pomocnicze (rozmieszczone w kształcie trójkąta równobocznego o bokach około 450 km i więcej). Każda ze stacji pomocniczych współpracuje z główną, tworząc jedną parę. Łańcuch składa się więc z dwóch par. Liczba łańcuchów jest zależna od wielkości rejonu objętego nawigacją.
Stacje naziemne mogą być demontowane i przewożone na samolotach lub samochodach, np. jedną stację naziemną zabiera samolot transportowy C-130. Masa stacji, wraz z anteną o wysokości 91 m, wynosi około 550 kg. Rozwinięcie jej w nowym miejscu trwa 48 godzin.
Aparaturę pokładowa stanowią komplety urządzeń typu:
AN/ARN 85 - całkowicie zautomatyzowana, przystosowana do pracy w systemach LOR4N C i D. Główne elementy aparatury to:
urządzenie odbiorcze do odbioru sygnałów (impulsów) radiowych stacji naziemnych;
elektroniczna maszyna cyfrowa, przeznaczona do przekształcania współrzędnych hiperbolicznych w geograficzne, do określania kursu i odległości do lotniska lub celu oraz do wskazywania odchyleń od nakazanej linii drogi;
planszet-ekran z mapą, na której zaznaczone jest aktualne położenie samolotu i przebyta przez niego droga.
AN/ARN-92 - umożliwia automatyczne utrzymywanie warunków lotu (prawdopodobnie przez przekazywanie wartości poprawek linii drogi do automatycznego pilota).
AN/ARN-181 - bardziej nowoczesna, ma znacznie mniejsze wymiary od innych. Zapewnia automatyczne poszukiwanie i śledzenie sygnału.
W systemie LORAN D zachowano tę sama zasadę pracy co w systemie L0RAN C. Zasięg systemu LORAN-D, ze względu na ograniczone możliwości stacji naziemnych w wariancie mobilnym, jest znacznie mniejszy od LORAN-C. W systemie tym, odległość od dwóch stacji naziemnych (tworzących parę), a zatem określających położenie obiektu ruchomego na jednej z hiperbol, jest określana za pomocą urządzeń pokładowych: wstępnie - według analizy opóźnienia impulsów odbieranych od obu stacji naziemnych; dokładnie - według analizy opóźnienia faz sygnałów od tych samych stacji.
Identycznie jest określana druga hiperbola względem drugiej pary stacji. Przecięcie się linii hiperbolicznych daje miejsce położenia obiektu ruchomego. Miejsce to automatycznie przedstawiają na mapie nawigatorowi urządzenia - AN/ARN-85, AN/ARN 92 i 181.
Maksymalny zasięg systemu wynosi 900 km. Dokładność określania pozycji jest zależna od odległości poruszającego się obiektu od centrum strefy (stacji głównej) i wynosi od 100 m w centrum do 400 m w odległości 800 km. Przeciętnie przyjmuje się dokładność wskazań - 200 m.
1
4