5.5. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ РАДИОЛИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБСЛУЖИВАЕМОГО СЛОЯ

Ранее рассматривался случай приземного расположения П. Рассмотрим теперь, какие особенности сопутствуют энергетическим расчетам навигационных радиолиний для П, расположенных на высоте над поверхностью Земли, вплоть до

Как уже отмечалось в § 5.3, затухание и рефракционные ошибки, обусловленные поглощением и рефракцией радиоволн в атмосфере Земли, зависят от длины пути, проходимого радиоволной в атмосфере. Этот путь зависит от угла места 7, высоты орбиты спутника — излучателя радионавигационных сигналов высотного расположения определяющегося объекта и взаимного расположения НИСЗ и П.

На рис. 5.3 указаны возможные области взаимного расположения П и НИСЗ. Участок соответствует приземному расположению и для него справедливы формулы и соотношения, приведенные в § 5.3. Остальные участки, попадающие в зону радиовидимости НИСЗ, соответствуют высотному расположению П.

При высотном расположении возможны как малые, так и большие длины пути, проходимого радиоволнами через атмосферу при одном и том же значении по сравнению с вариантом приземного его расположения. Так, П, находящийся в области принимает радиосигналы от НИСЗ, вообще не проходящие через тропосферу и ионосферу Земли, а П, расположенные вдоль лучей принимают радиосигналы, максимально искаженные ионосферой. Максимальные тропосферные эффекты будут наблюдаться для объектов, расположенных вдоль лучей

Из-за громоздкости единого формульного описания ослабления радиосигналов и рефракционных поправок при

Рис. 5.3. Возможные области взаимного расположения потребителя и НИСЗ

произвольном расположении П относительно НИСЗ при ограничимся частными случаями, соответствующими расположению потребителей выше ионосферы (область ), в тропосфере (область ) и в ионосфере (область III).

Область I: ослабление в атмосфере и рефракционные поправки равны нулю.

Область справедливы формулы для ионосферных поправок, приведенные в § 5.3, а при расчете эквивалентных длин пути сигнала в атмосфере входящих в формулу (5.9), следует принять где характеристическая высота атмосферы, состоящей только из молекул кислорода при расчете эквивалентной длины пути в кислороде, либо только из молекул воды при расчете эквивалентной длины пути в парах воды.

Тропосферные рефракционные поправки при измерении должны быть меньше, чем в случае приземного расположения П. Степень уменьшения поправок зависит от высоты и может быть рассчитана по формулам, приведенным, например, в [46].

Область тропосферные эффекты отсутствуют; ионосферные поправки к измерениям дальности и скорости могут быть приближенно определены как разности между поправками, соответствующими приземному расположению П, и ионосферными поправками, соответствующими расположению излучателя на высоте

Другими величинами, которые зависят от высотного расположения П, являются углы раскрыва передающей и приемной антенн.

В случае приземного расположения П требуемый угол раскрыва антенны НИСЗ [56]

где минимальный угол возвышения антенны односторонний запас на стабилизацию антенны НИСЗ.

Минимальный угол возвышения антенны П обычно определяется допустимым уровнем рефракционных атмосферных погрешностей и влиянием отражений от поверхности Земли.

Угол раскрыва антенны П для приземного расположения

где запас на стабилизацию антенны П.

Угол раскрыва антенны связан с коэффициентом усиления простым соотношением: , откуда следует, что увеличение ведет к уменьшению

При расположении П на высоте над поверхностью Земли простых соотношений типа (5.40) и (5.41) получить не удается, так как в этом случае на выбор углов раскрыва антенн влияют допустимое увеличение мощности передающего устройства

НИСЗ, допустимая кратность покрытия, допустимое отношение сигнал-шум на выходе приемника, возможность приема сигналов, прошедших через атмосферу Земли, конструктивные соображения и т. д. Однако предельные (максимальные) значения углов можно найти из геометрического представления по следующим формулам:

В табл. 5.1 приведены значения максимальных углов раскрыва антенн П и НИСЗ в зависимости от высоты обслуживаемого слоя Односторонние запасы на стабилизацию антенн НИСЗ и П равны соответственно 1,5 и 2°.

Увеличение углов при высотном расположении П до предельных значений, определяемых формулами (5.42) и (5.43), приводит к уменьшению коэффициентов усиления антенн. Поэтому для сохранения для высотных П такого же отношения сигнал-шум, как и для приземных, необходимо увеличивать мощность передатчика НИСЗ. Если Рос — требуемая мощность излучения для обслуживания приземных П, то мощность излучения для обслуживания высотных П при том же отношении сигнал-шум можно рассчитать по формуле

где коэффициенты усиления передающих и приемных антенн при приземном и высотном расположении

Таблица 5.1 (см. скан) Углы раскрыва антенн НИСЗ и высотного П

Рис. 5.4. Требуемое увеличение мощности передатчика НИСЗ для обеспечения высотных потребителей:

максимальные расстояния между НИСЗ и П при приземном и высотном его расположении.

При выводе (5.44) предполагалось, что П расположен выше ионосферы и из рассмотрения исключались трассы распространения радиоволн через ионосферу.

На рис. 5.4 построены зависимости увеличения мощности передатчика НИСЗ, которое обеспечивает высотному П то же отношение сигнал-шум, что и приземному. Кривая соответствует максимальным углам раскрыва антенн НИСЗ и П (табл. 5.1), кривая 2 — одинаковым коэффициентам усиления антенн П в случаях его приземного и высотного расположения. Из сравнения 1 и 2 следует, что увеличение мощности передатчика НИСЗ существенно зависит от изменения коэффициента усиления антенны П. Поэтому увеличивать не всегда целесообразно.

Для более объективного выбора углов раскрыва антенн НИСЗ и можно воспользоваться одним из следующих критериев.

1. Обеспечение заданной вероятности одновременной взаимной радиовидимости П и не менее чем спутников системы при их общем числе

2. Минимум мощности при заданных и отношении сигнал-шум на входе приемника

3. Минимум мощности при заданных и суммарных погрешностях измерения квазидальности квазискорости либо ошибки места

Оптимальные задачи формулируются следующим образом.

Найти значения из условий, соответствующих приведенным критериям:

где вероятность взаимной радиовидимости П и НИСЗ;

а а в зависимости от критерия может быть или

Приведенные формулы (5.44) и графики на рис. 5.4 дают решение первой из указанных задач в случае заданного значения соответствующего максимально возможным значениям