Lnie pozycyjne w nawigacji technicznej

Podobne dokumenty
Propagacja fal radiowych

Właściwości fali elektrmagnetycznej. dr inż. Stefan Jankowski

Fala elektromagnetyczna. i propagacja fal radiowych. dr inż. Paweł Zalewski

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Lekcja 81. Temat: Widma fal.

Promieniowanie elektromagnetyczne

Bezprzewodowe sieci komputerowe

Zakresy częstotliwości radiofonicznych i propagacja fal

Współczynnik refrakcji - n

Dokładność pozycji. dr inż. Stefan Jankowski

Linia pozycyjna. dr inż. Paweł Zalewski. w radionawigacji

Systemy i Sieci Radiowe

Naziemne systemy nawigacyjne. Wykorzystywane w nawigacji

VLF (Very Low Frequency) 15 khz do 30 khz

Widmo fal elektromagnetycznych

RADIONAMIARY. zasady, sposoby, kalibracja, błędy i ograniczenia

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Prąd d zmienny. prąd zmienny -(ang.:alternating current, AC) prąd elektryczny, którego natężenie zmienia się w czasie.

WSPÓŁCZESNE TECHNIKI I DANE OBSERWACYJNE

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Projektowanie Sieci Lokalnych i Rozległych wykład 1: fale i kanał radiowy

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa V - linie sił pola. pionowe czyli prostopadłe do powierzchni ziemi.

Fale elektromagnetyczne w medycynie i technice

Fale elektromagnetyczne

Powtórzenie wiadomości z klasy II. Elektromagnetyzm pole magnetyczne prądu elektrycznego

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Propagacja wielodrogowa sygnału radiowego

Fale elektromagnetyczne to zaburzenia pola elektrycznego i magnetycznego.

PODSTAWY I ALGORYTMY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW PROGRAM WYKŁADÓW

Metody badania kosmosu

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Optyka. Optyka falowa (fizyczna) Optyka geometryczna Optyka nieliniowa Koherencja światła

Analiza przestrzenna rozkładu natężenia pola elektrycznego w lasach

39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Radiolokacja. Wykład 1 Idea pracy morskiego radaru nawigacyjnego

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Sieci Bezprzewodowe. Charakterystyka fal radiowych i optycznych WSHE PŁ wshe.lodz.pl.

Wprowadzenie do propagacji KF

Drgania i fale zadania. Zadanie 1. Zadanie 2. Zadanie 3

Radioodbiornik i odbiornik telewizyjny RADIOODBIORNIK

1. Rozchodzenie się i podział fal radiowych

Rozkład materiału dla klasy 8 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania) 2 I. Wymagania przekrojowe.

Wprowadzenie do technologii HDR

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

Badania charakterystyki wyrobu i metody badawcze. Kompatybilność elektromagnetyczna Odporność uzbrojenia na wyładowania elektrostatyczne.

Falowa natura światła

Prawa optyki geometrycznej

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Radiolokacja 1. Idea pracy morskiego radaru nawigacyjnego

Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki

Badane cechy i metody badawcze/pomiarowe

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Sondowanie jonosfery przy pomocy stacji radiowych DRM

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 30 października 2003 r.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Propagacja sygnału radiowego

Anteny i Propagacja Fal

Fizyka i wielkości fizyczne

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Konkurs przedmiotowy z fizyki dla uczniów gimnazjów

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

Własności optyczne materii. Jak zachowuje się światło w zetknięciu z materią?

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

Propagacja fal w środowisku mobilnym

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Podstawy Nawigacji. Kierunki. Jednostki

Zjawiska fizyczne. Autorzy: Rafał Kowalski kl. 2A

Całkowity strumień pola elektrycznego przez powierzchnię zamkniętą zależy wyłącznie od ładunku elektrycznego zawartego wewnątrz tej powierzchni.

Główny Inspektorat Ochrony Środowiska. Pola elektromagnetyczne w środowisku opis źródeł i wyniki badań

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Fizyczne podstawy działania telefonii komórkowej

Podstawy radiokomunikacji

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Uwzględniając związek między okresem fali i jej częstotliwością T = prędkość fali można obliczyć z zależności:

Wykonawcy: Data Wydział Elektryczny Studia dzienne Nr grupy:

Spektroskopia modulacyjna

ANTENY I PROPAGACJA FAL RADIOWYCH

Warunki uzyskania oceny wyższej niż przewidywana ocena końcowa.

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Amatorskie pasma Krótkofalarskie - opis

ELEMENTY GEOFIZYKI. Atmosfera W. D. ebski

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Ćwiczenie nr 15 TEMAT: Badanie tłumienia dźwięku w wodzie. 1. Teoria

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

PODSTAWY NAWIGACJI Pozycja statku i jej rodzaje.

6.4. Dyfrakcja fal mechanicznych.

obszary o większej wartości zaburzenia mają ciemny odcień, a

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń. Przedmowa 15. Wprowadzenie Ruch falowy w ośrodku płynnym Pola akustyczne źródeł rzeczywistych

Transkrypt:

Lnie pozycyjne w nawigacji technicznej

Nawigacja Nawigacja jest gałęzią nauki, zajmującą się prowadzeniem statku bezpieczną i optymalną drogą. Znajomość nawigacji umożliwia określanie pozycji własnej oraz pomaga osiągnąć punkt przeznaczenia. Współcześnie zadaniem nawigacji jest określenie pozycji jednostki ruchomej - człowieka, pojazdu, statku czy samolotu. Zadanie to można realizować poprzez obserwację minięcia charakterystycznego punktu orientacyjnego, zliczanie parametrów ruchu od punktu o znanej pozycji oraz przez wyznaczenie linii pozycyjnych.

Nawigacja - Metoda wyznaczania pozycji - Mapa - Metoda wyznaczania kierunku i odległości do punktu przeznaczenia

Linia pozycyjna Jest zbiorem punktów możliwej pozycji obiektu, określonym stałą wartością mierzonej wielkości fizycznej, która tę linię wyznacza w sposób jednoznaczny. Kształt linii pozycyjnej zależy od mierzonej wielkości. Pomiar tej wielkości (parametru linii) z dowolnego jej punktu daje zawsze ten sam wynik. Linie pozycyjne można określić na podstawie obserwacji wielkości naturalnych takich jakich magnetyzm ziemski, położenie ciał niebieskich, izobaty lub poprzez pomiar parametrów radionawigacyjnych, czyli wykorzystanie własności fal radiowych.

Ze względu na metodę wyznaczania pozycji systemy nawigacyjne można podzielić na: 1. Kątowe - pomiar dwóch kątów (radionamierzanie); 2. odległościowo-kątowe - pomiar kąta i odległości (współrzędnych biegunowych); 3. Odległościowe - pomiar dwóch odległości (stadiometryczne); 4. Hiperboliczne - pomiar różnicy odległości od statku do co najmniej dwóch par radiolatarni; 5. Zliczeniowe - zliczenie zmian współrzędnych obiektu, począwszy od punktu o znanych współrzędnych.

1934 USA, zbudowano nadajnik impulsowy, za pomocą którego można było określić położenie lecącego samolotu. Prototyp radaru i początek nawigacji radarowej. Radionawigacja Radionawigacja polega na wykorzystaniu w nawigacji pokładowych urządzeń radiotechnicznych i radiolatarni zewnętrznych. 1904 Niemcy, Christian Hulsmeyer opracował metodę umożliwiającą wykorzystywanie odbić fal radiowych do wykrywania statku na morzu. I wojna światowa - po raz pierwszy zastosowano antenę kierunkową którą można było wykonywać namiary na stacje nadawcze. Początki radionawigacji. 1921 powstały pierwsze radiolatarnie umożliwiające wykonywanie radionamiarów i wykreślanie linii pozycyjnych

1937 Robert J. Dippy zaprojektował system GEE, pierwszy system hiperboliczny. (pierwowzór systemu DECCA). Zasada określania pozycji opierała się na pomiarze różnicy odległości od dwóch stacji nadawczych 1938 System Consol zbudowany na potrzeby Kriegsmarine i Luftwaffe. Pierwotnie nosił nazwę Sonne 1940 USA, uruchomiono system hiperboliczny LORAN pracujący na fali przyziemnej i jonosferycznej. Po II wojnie światowej - powstał system OMEGA, pracujący na niskich częstotliwościach - ok. 10 khz (jego sygnały mogły być odbierane także przez łodzie podwodne w zanurzeniu). Posiadał dwa tryby pracy: hiperboliczny (pomiar różnicy odległości pomiędzy dwoma stacjami) i odległościowy (pomiar odległości od stacji nadawczej).

Parametry i propagacja fali radiowej (elektromagnetycznej) 8

Definicja: Podstawowe pojęcia i określenia Parametry i propagacja fali radiowej Rozprzestrzenianie się zaburzenia elektromagnetycznego w przestrzeni otaczającej jego źródło w postaci zmiennego pola elektrycznego i zmiennego pola magnetycznego. Zmieniające się w czasie pole elektryczne indukuje zmienne pole magnetyczne i odwrotnie. Pole elektromagnetyczne opisują dwie wielkości wektorowe: Wektor natężenia pola elektrycznego E charakteryzujący oddziaływanie tego pola na elementarny ładunek elektryczny, Wektor natężenia pola magnetycznego H 9

Parametry i propagacja fali radiowej Podstawowe pojęcia i określenia Struktura fali radiowej: W wolnej przestrzeni fala radiowa ma strukturę poprzeczną czyli współzależne pola elektryczne i magnetyczne są prostopadłe do siebie i kierunku propagacji. 10

Parametry i propagacja fali radiowej Podstawowe pojęcia i określenia Struktura fali radiowej: Oś X wyznacza kierunek rozchodzenia się fal, Oś Z położenie wektora natężenia pola elektrycznego, Oś Y położenie wektora natężenia pola magnetycznego. 11

Parametry i propagacja fali radiowej Podstawowe pojęcia i określenia Struktura fali radiowej: Odległość przebyta przez falę w czasie jednego okresu T nazywana jest długością fali. V T T 1 f 12

Parametry i propagacja fali radiowej Podstawowe pojęcia i określenia Struktura fali radiowej: Faza fali kąt określający chwilowe wartości natężenia fali e t - prędkość obrotowa t czas wykonania obrotu o kąt 13

Parametry i propagacja fali radiowej Podstawowe pojęcia i określenia Struktura fali radiowej: Polaryzacja usytuowanie wektorów pola elektromagnetycznego w stosunku do płaszczyzny odniesienia (powierzchnia Ziemi). Polaryzacja pionowa Polaryzacja pozioma Płaszczyzna polaryzacji ta w której leży wektor pola elektrycznego oraz wektor S wskazujący kierunek rozchodzenia się fali. 14

Widmo promieniowania elektromagnetycznego A fale radiowe bardzo długie (ELF, SLF, ULF, VLF) B - fale radiowe C - mikrofale D - podczerwień E - światło widzialne F - ultrafiolet G - promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X) H - promieniowanie gamma 15

Podział fal radiowych Podział dekadowy Parametry i propagacja fali radiowej Fale Skrót Oznaczenie Długość Częstotliwość myriametrowe 100 10 km mam VLF (bardzo długie) 3-30 khz kilometrowe 10 1 km km LF (długie) 30-300 khz hektometrowe 1000 100 m hm MF (średnie) 300-3000 khz dekametrowe 100 10 m dam HF (krótkie) 3-30 MHz metrowe m VHF 10 1 m 30-300 MHz decymetrowe dm UHF 100 10 cm 300-3000 MHz centymetrowe cm SHF 10 1 cm 3-30 GHz milimetrowe mm EHF 10 1 mm 30-300 GHz decymilimetrowe dmm 1 0.1 mm 300-3000 GHz 16

Podział fal radiowych Podział tradycyjny Parametry i propagacja fali radiowej Zakres Długości fal Częstotliwości Fale bardzo długie powyżej 20 km poniżej 15 khz Fale długie 20 km - 3 km 15-100 khz Fale średnie 3000 m - 200 m 100-1500 khz Fale pośrednie 200 m - 100 m 1.5-3 MHz Fale krótkie 100 m - 10 m 3-30 MHz Fale ultrakrótkie 10 m - 1 m 30-300 MHz Mikrofale poniżej 1 m powyżej 300 MHz 17

Podział fal radiowych Podział mikrofal Parametry i propagacja fali radiowej OZNACZENIE PASMA ZAKRESY Podstawowe Pomocnicze Długość fali (cm) Częstotliwość (GHz) P 137 77 0.225 0.390 L 77 19.2 0.390 1.55 S 19.2 5.75 1.55 5.2 G 7.6 5.15 3.95 5.85 C 5.15 3.66 5.85 8.2 X 5.75 2.75 5.2 10.9 I 2.75 1.74 10.9 17.25 K 2.75 0.83 10.9 36.0 Q 0.83 0.65 36.0 46.0 Y 0.65 0.535 46.0 56.0 18

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Zjawiska towarzyszące propagacji: Odbicie fal od powierzchni Ziemi (refrakcja). Uginanie fal nad powierzchnią Ziemi (dyfrakcja). Załamanie fal w troposferze (refrakcja). Pochłanianie fal w atmosferze. 19

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Zjawisko dyfrakcji: Powstaje pod wpływem podania fal na przeszkodę. Większa im mniejsze są wymiary przeszkody w stosunku do długości fali. Natężenie pola w obszarze dyfrakcji, bezpośrednio za przeszkodą jest słabsze niż przed przeszkodą i maleje ze wzrostem częstotliwości. Fale długie brak przeszkód takich jak góry. Ultrakrótkie za przeszkodami występują strefy cienia. 20

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Zjawisko refrakcji: Występuje na granicy dwóch ośrodków (różne parametry przenikalności elektrycznej). Najczęściej zachodzi: załamanie, odbicie, rozproszenie Współczynnik załamania jest równy: N c v 21

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Zjawisko refrakcji: Zmiana ciągła przenikalności elektrycznej w danym ośrodku powoduje odchylanie i załamywanie się fali. Warunki odbicia fal zależą od polaryzacji. Niejednorodna struktura ośrodka sprzyja absorpcji energii fali i jej rozproszeniu. Fale radiowe pochodzące z różnych źródeł mogą ulec interferencji. 22

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Ośrodki propagacji: Próżnia. Powierzchniowa warstwa Ziemi. Woda morska. Troposfera. Jonosfera. 23

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Powierzchniowa warstwa Ziemi i woda morska: Ośrodek elektrycznie niejednorodny. Zmiany wraz z głębokością jak i miejscem. Nierówność terenu powoduje utratę energii. Efektem jest stopniowe tłumienie fali elektromagnetycznej. 24

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Troposfera: Dolna część atmosfery do ok. 18000 m (równik) i ok. 9000 m (biegun). Temperatura maleje ze wzrostem wysokości. Zmienne warunki meteorologiczne powodują: załamywanie, rozproszenie i tłumienie. Podatne fale ultrakrótkie. 25

Propagacja fal radiowych Parametry i propagacja fali radiowej Jonosfera: Górna atmosfera 60000 do 800000 m zawierająca dużą ilość swobodnych elektronów i jonów. Jonizacja- zjawisko odrywania się elektronów walencyjnych od atomów lub cząsteczek prowadzące do powstania jonów dodatnich i swobodnych elektronów. Jonizacja zachodzi pod wpływem: prom. Nadfioletowego, korpuskularnego słonecznego, kosmicznego. Występuje niejednorodność jonizacji. 26

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Jonosfera: Różna koncentracja elektronów wyróżnia kilka warstw jonosfery: D najbliżej powierzchni Ziemi do ok. 60000 m, w porze dziennej wykazuje wahania pod względem wysokości i koncentracji elektronów, w porze nocnej zanika. E 70000 do 130000 m - zależy wysokość od szerokości geograficznej, ulega zmianom dobowym i sezonowym. F 170000-280000 m (F1) i pow. 300000 m (F2), w porze nocnej pozostaje F2 27

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Sposoby rozchodzenia się fal radiowych: Fale przyziemne: Fale powierzchniowe. Fale nadziemne. Fale jonosferyczne. Fale troposferyczne. 28

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Fale przyziemne: Propagacja w bliskiej odległości od pow. Ziemi. F. powierzchniowe rozchodzą się wzdłuż kulistej powierzchni Ziemi dzięki dyfrakcji. Wykorzystywane w systemach pracujących na falach długich. Antena nadawcza o polaryzacji pionowej znajduje się bezpośrednio nad powierzchnia Ziemi. 29

Propagacja fal radiowych Parametry i propagacja fali radiowej Fale przyziemne: F. nadziemna powstaje gdy antena nadawcza wzniesiona jest nad powierzchnię Ziemi. Natężenie zależy od odległości od nadajnika i od przesunięcia fazy między falą bezpośrednią o odbitą. Rozbieżności wiązki promieniowanej energii przy odbiciu od wypukłej powierzchni Ziemi. Ograniczający wpływ horyzontu. Dyfrakcja poza horyzontem. Refrakcja troposferyczna. Znaczenie dla fal ultrakrótkich i mikrofal Refrakcja, super refrakcja, interrefrakcja. 30

Parametry i propagacja fali radiowej Propagacja fal radiowych Fale troposferyczne: Propagacja za pośrednictwem duktów lub rozproszeniu na niejednorodnościach troposfery. Dukt kanał falowodowy w troposferze, powstaje w sprzyjającym układzie warstw atmosferycznych i ciśnieniu atmosferycznym Zasięg często przewyższa odległość horyzontu radiowego. Fale ultrakrótkie i mikrofale rozprzestrzeniają się w duktach na znaczne odległości przy małym tłumieniu. 31

Propagacja fal radiowych Parametry i propagacja fali radiowej Fale jonosferyczne: Propagacja przebiega dzięki refrakcji jonosferycznej. Propagacja zależy od trasy, pory doby, roku, aktywności słonecznej. Wielokrotne odbicia od jonosfery i powierzchni Ziemi umożliwiają rozchodzenie się na bardzo duże odległości, zasięg globalny. Propagacja zależy od częstotliwości: granicznej(krytycznej) przy której fal jest w stanie się odbić od jonosfery oraz najmniejszej przy której tłumienie jeszcze pozwala nawiązać łączność Częstotliwości krytyczne i graniczne leżą w zakresie fal krótkich. MUF Maximal Usable Frequency LUF Lowest Usable Frequency 32