Глава 10. Ориентирование на местности с помощью навигационной аппаратуры

56. Системы наземной навигации

Анализ путей развития военной техники, возможные варианты боевых действий Сухопутных войск показывают, что требования к качеству и оперативности топогеодезической информации будут неуклонно возрастать. В операциях будущего существенно возрастет значение маневра войск, поэтому маневренные возможности и маршевые качества объектов РВиА. Сухопутных войск, в том числе и средств топогеодезической привязки, не должны снижать темпа боевых действий танковых и мотострелковых частей. Необходимость обеспечения высокой эффективности применения боевых средств в условиях возросших маневренных возможностей противоборствующей стороны заставляет РВиА Сухопутных войск вести боевые действия с развертыванием боевых порядков с марша и с полной подготовкой установок для стрельбы. Для повышения живучести средств поражения предусматриваются рассредоточенный боевой порядок и широкий маневр внутри позиционных районов, что приводит к необходимости заблаговременной подготовки позиционных районов в топогеодезическом отношении, существо которой будет определяться степенью оснащенности огневых средств аппаратурой навигации и топопривязки, а также наличием надлежащей топогеодезической основы.

Здесь мы столкнулись с термином навигация. Что это такое? Латинское navigation образовано от слова navigo, что значит плыву на судне. Решение задачи навигации предполагает определение координат подвижного объекта, а также его скорости и направления движения в реальном масштабе времени.

С развитием средств и способов ведения войны расширяется круг потребителей геодезических данных, возрастают требования к оперативности методов определения координат. Как показывает опыт локальных войн и вооруженных конфликтов, отсутствие геодезических данных часто делает самое совершенное оружие не только бесполезным с военной точки зрения, но и губительным для своих войск и мирного населения. А для подразделений, действующих на местности автономно, наличие датчиков координат имеет жизненно–важное значение.

В настоящее время в мире применяется три типа систем наземной навигации:

спутниковые навигационные системы (СНС);

наземные радионавигационные системы (РНС);

автономные средства навигации

Рассмотрим основные составляющие этих систем:

1.Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) представляют собой совокупность трех основных подсистем:

подсистема космических аппаратов (ПКА);

подсистема контроля и управления (ПКУ) (наземный командно-измерительный комплекс (КИК) или сегмент управления);

аппаратура потребителей (АП) СРНС (приемоиндикаторы (ПИ)).

Причем подсистема потребителей (ПИ) входит составной частью и в остальные навигационные системы. Разнообразие видов АП обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических потребителей.

В настоящее время самое широкое применение нашли среднеорбитальные спутниковые навигационные системы (СНС) второго поколения GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) и развертываемая европейская система GALILEO.

Предусмотрено их совместное использование на основе изготовления спутниковых навигационных приемников, которые позволяют принимать и обрабатывать сигналы обеих систем.

Сравнительные параметры систем ГЛОНАСС и GPS представлены в таблице 16.

Таблица 16

Сравнительные параметры систем ГЛОНАСС и GPS

Наименование	Значение параметра
параметра	GPS	ГЛОНАСС
Орбиты НИСЗ: высота, км наклонение, град тип период обращения, ч	20180 55 круговая 12	19100 64,8 круговая 11,4
Структура сети: число НИСЗ число плоскостей орбит	24 6	24 3
Рабочие частоты: f1, МГц f2, МГц	1575,4 1227,6	1602,0 ... 1615,5 1246,0 ... 1256,5
Разделение навигационных сигналов НИСЗ	Кодовое	Частотное
Погрешности определения параметров (СКП)
в плане	50 м	30 м
по высоте	80 м	45 м
по скорости	0,3 м/с	0,05 м/с
по времени	1 мкс	0,3 мкс

2. Наземные радионавигационные системы

Их условно (по дальности действия) можно разделить на следующие составляющие:

фазовые;

импульсно-фазовые системы.

Примером фазовой РСДН может служить система «Омега», работающая в диапазоне очень низких частот (10,2 – 13,6 кГц) и являющаяся практически глобальной разностно-дальномерной системой. Система предназначена для навигации воздушных и морских судов, подводных лодок и наземных объектов.

Наземные станции РСДН «Омега» не разделяются на ведущие и ведомые, а все работают независимо, синхронно с сигналами системы единого времени. Конструктивно эти станции представляют громоздкие и сложные сооружения с высотой антенных мачт до 365 м и с осью заземления диаметром 1000 м. Излучаемая мощность 10 кВт обеспечивает надежный прием сигналов РСДН «Омега» на расстояниях до 10000 км.

Таблица 17

Сравнительная характеристика наземных радионавигационных систем

Характеристика	СИСТЕМЫ
	Чайка	«Лоран–С»
Центральная частота спектра сигнала, кГц	100
Ширина спектра сигнала, кГц	23–25	20
Дальность действия, км Суша Море	1400–1800 2000–2500
СКП определения места при отношении сигнал/шум =1/3, м	150–500
СКП повторного выхода на заданную точку, м	20–70	10–45
Доступность	0,97	0,98
Коэффициент готовности одной станции	не менее 0,999
Относительная суточная нестабильность опорных генераторов (стандартов частоты)	5×10^–12	3×10^–13

К импульсно-фазовым системам относятся развернутые в настоящее время 2 глобальные наземные навигационные системы «Лоран–С» (США) и «Чайка» (Россия), в которых функционирует 78 импульсно-фазовых радионавигационных станций (ИФРНС). Они размещены на территории различных государств: Канаде – 29 станций, в Европе – 8 станций, на побережье Средиземного моря – 4 станции, в Саудовской Аравии – 5 станций, в Индии – 6 станций, в Японии – 4 станции, в Корее – 2 станции, в Китае – 6 станций, на территории РФ и СНГ – 14 станций (354 РСДН г. Слоним, РБ).

Эти системы для измерения радионавигационного параметра использует импульсно-фазовый метод – грубое измерение разности дальностей основано на измерении интервала времени между импульсами ведущей и ведомой станций, а точное – на фазовом методе. Использование низкочастотного диапазона (90 – 110 кГц) и когерентной обработки радионавигационных сигналов на борту потребителя позволило на земной волне увеличить дальность действия системы до 1800 – 2000 км при работе над морем и до 1500 км над сушей.

Все передатчики системы «Лоран С», разнесенные относительно друг друга на расстояние 960 – 1300 км, излучают сигналы на фиксированной частоте 100кГц. Передатчик каждой станции генерирует импульсы мощностью 4 МВт, которые излучаются вертикальной антенной высотой до 400 м с зонтичным заземлением радиусом 300 м.

Аналогичная ИФРНС «Чайка» была разработаны по заказу военного ведомства СССР. В настоящее время в эксплуатации находятся четыре цепи со стационарными опорными станциями (ОС). Система обеспечивает непрерывное определение плановых координат при неограченной пропускной способности с точностью (СКП) 150-500 м; общая площадь рабочих зон всех цепей составляет около 20 млн. км², доступность системы – не менее 0,97.

Сравнительная характеристика этих систем представлена в таблице.

3. Автономные средства навигации включают в себя:

инерциальные системы;

одометрические системы

Инерциальные навигационные системы (ИНС) на гиростабилизированных платформах способны обеспечить автономное определение пространственного положения и скорости перемещения объекта в любых погодных условиях, днем и ночью, при этом, не демаскируя себя, т.е. не излучая сигналов во внешнюю среду. Кроме этого, они полностью защищены от посторонних радиошумов и помех.

Однако, ИНС свойственны и недостатки. Прежде всего, это достаточно высокая стоимость, сложность настройки перед началом движения, необходимость частых остановок на опорных пунктах с известными координатами для проведения коррекции. Точность ИНС в большой степени зависит от плавности хода движущегося объекта и от наличия опорных пунктов на маршруте перемещения. Несмотря на это, ИНС на гиростабилизированных платформах широко используется для навигации движущихся объектов различных типов. Точность определения навигационной информации современными ИНС составляет 10-15 м в плане, при условии проведения коррекции через каждые 15-20 минут.

Для устранения недостатков ИНС в мировой практике появилась тенденция перехода от ИНС на гиростабилизированных платформах к безплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС), в основу которых положено использование лазерных гироскопов. Преимуществами БИНС над ИНС являются: нечувствительность к ускорениям и перегрузкам; высокая точность определения навигационной информации; короткое время приведения в готовность к применению; надежность и длительный срок службы; низкая стоимость в сравнении с механическими гироскопами, которые используются в ИНС.

Точность определения навигационной информации современными БИНС составляет 0.15-0.30% от пройденного пути.

Одометрические навигационные системы (ОНС) широко используются для определения местоположения наземных движущихся объектов, где скорость движения на каждом прямолинейном участке пути измеряется по числу оборотов колес транспортного средства. Курсовой угол на таком участке определяется с помощью гирокомпаса. Как правило, в состав ОНС входят гирокомпасы, гирокурсоуказатели, вычислительные блоки, одометрические датчики.

Современные ОНС имеют предельную ошибку определения координат – до 1.5% от пройденного пути. Для уменьшения ошибок определения местоположения, которые накапливаются со временем, осуществляется контрольное ориентирование. Его проводят на контрольных пунктах, координаты которых известны. Контрольное ориентирование требует затрат времени на его проведение и связано с необходимостью остановки транспортного средства непосредственно на контрольном пункте или вблизи от него, что требует дополнительных условий в выборе маршрута перемещения (наличие контрольных пунктов), или дополнительные определения контрольных пунктов на установленных маршрутах перемещения.

Основными недостатками характерными для навигационных систем являются:

Для спутниковых систем:

низкие показатели помехозащищенности и целостности;

невозможность эффективного использования сигналов СРНС в условиях затрудненного приема (в больших городах, в лесных массивах, в горных ущельях и т.д.)

Для наземных радионавигационных систем:

низкая точность;

ограниченная зона действия.

Для наземных автономных навигационных систем:

низкая точность при проведении измерений на больших расстояниях;

высокая стоимость