Радионавигация: методы и системы¶

Радионавигация — совокупность методов и технических средств определения местоположения и параметров движения объектов (судов, летательных аппаратов, наземного транспорта, космических аппаратов) с помощью радиоволн. Является разделом радиотехники и навигации; основана на измерении параметров радиосигналов — времени распространения, фазы, частоты, амплитуды и направления прихода волны.

¶Физические принципы

Положение объекта в пространстве определяется через измерение одной или нескольких навигационных величин:

• Дальность — по времени задержки сигнала (импульсные системы) или по разности фаз (фазовые системы).
• Разность дальностей — по разности времён прихода сигналов от нескольких передатчиков (разностно-дальномерный метод).
• Угол (пеленг) — по направлению прихода радиоволны с помощью направленных антенн.
• Скорость — по доплеровскому сдвигу частоты.

Для определения двух координат на плоскости требуется не менее двух-трёх измерений (линий положения), для трёх координат — не менее трёх-четырёх.

¶Классификация методов

По дальности действия различают системы ближней (до нескольких сотен километров) и дальней навигации; по автономности — автономные (например, инерциально-доплеровские) и неавтономные, требующие опорных станций.

¶Историческое развитие

Первые радионавигационные средства появились в 1920–1930-х годах: радиопеленгаторы и приводные радиомаяки использовались для вождения судов и самолётов. В годы Второй мировой войны были созданы импульсные разностно-дальномерные системы (Gee, Loran), обеспечившие высокую по тем временам точность. В 1950–1970-х развивались фазовые и импульсно-фазовые системы дальней навигации (Decca, Omega, Loran-C). С 1970-х началось развёртывание спутниковых навигационных систем — сначала американской Transit, затем GPS (с 1978) и советской/российской ГЛОНАСС (с 1982). В 2000-х к ним добавились европейская Galileo и китайская BeiDou.

¶Спутниковые системы

Спутниковая радионавигация основана на измерении псевдодальностей до нескольких навигационных спутников, координаты которых известны из эфемерид. Приёмник решает навигационную задачу, определяя три координаты и поправку часов. Точность гражданских сигналов составляет единицы метров, а с применением дифференциальных поправок (DGPS) и фазовых методов (RTK) — сантиметры. Основные системы: GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (ЕС), BeiDou (Китай); региональные — QZSS (Япония), NavIC (Индия).

¶Применение

Радионавигация используется в морском и воздушном судоходстве, на железнодорожном и автомобильном транспорте, в геодезии и картографии, в сельском хозяйстве, при поисково-спасательных работах, в военном деле и космонавтике. Ключевые требования — точность, помехозащищённость, непрерывность и целостность (контроль достоверности).

¶Ограничения

Точность снижается из-за ионосферных и тропосферных задержек, многолучевого распространения, переотражений в городской застройке. Спутниковые сигналы уязвимы к радиопомехам и подмене (спуфингу). Для повышения надёжности применяют комплексирование с инерциальными системами, а также наземные радиомаяки как резерв.