Г. Радиально-скоростной (доплеровский дифференциальный) метод

Быстрое перемещение НКА в зоне радиовидимости наблюдателя позволяет применять этот метод, основанный на измерении радиальной скорости, то есть скорости сближения НКА с наблюдателем (судном). Для измерения радиальной скорости используется эффект Доплера, сущность которого заключается в том, что при быстром перемещении НКА, излучающего колебания строго определенной частоты f₀, наблюдатель на Земле (на судне) будет принимать колебания другой частоты f.

Разность этих колебаний, называемая доплеровским смещением частоты, определяется по формуле:

(23.23)

где u – скорость движения НКА по орбите;

a – направление на судно с НКА;

l₀ – длина волны, соответствующая частоте f₀.

Так как – радиальная скорость НКА, то

(23.24)

Если , то и . Углу в пространстве соответствует изоповерхность в виде кругового конуса, вершина которого совпадает с местом НКА, а ось – с вектором его скорости (рис. 23.8).

 

Рис. 23.8. Радиально-скоростной метод получения навигационной функции

 

Так как судно находится на Земле, то его место надо искать на кривой КК¢, по которой конус пересекается с поверхностью Земли. Эта кривая – изодопа– изолиния на поверхности Земли, характеризующаяся постоянством доплеровского смещения частоты и постоянством радиальной скорости НКА.

Изодопа по своей форме близка к сферической гиперболе.

Перемещение НКА приводит к перемещению изодоп. Точка их пересечения – место судна. Для определения места судна требуется несколько изолиний – изодоп. Вторую и последующие изодопы получают вскоре после первой.

Изодопы пересекаются в двух точках (т. К и т. К¢) лежащих по разные стороны трассы НКА. Подобная двузначность разрешается с помощью счисления пути судна.

За время пролета низкоорбитальных НКА может быть получено несколько сотен изодоп (при DТ_Иmax = 16 мин. = 960 изодоп, а при измерении доплеровского смещения частоты за 4 мин. может быть получено 240 изодоп).

В среднеорбитальных СНС этот метод базируется на измерении трех радиальных скоростей подвижного объекта относительно трех НКА. В основу метода положена зависимость радиальной скорости точки относительно НКА от координат и относительной скорости спутника.

Недостатком этого метода является невозможность проведения измерений в реальном времени. Кроме того, в среднеорбитальных СНС реализация метода затруднена из-за медленного изменения радиальной скорости. Это обусловило применение радиально-скоростного метода в среднеорбитальных СНС только для определения составляющих скорости подвижного объекта. Однако для его реализации необходим высокостабильный эталон частоты. Нестабильность последнего приводит к неконтролируемому изменению доплеровского смещения частоты, что, в свою очередь, влечет дополнительные погрешности измерения составляющих скорости подвижного объекта.