Радионавигация - совокупность операций по обеспечению вождения движущихся объектов (летательных аппаратов, судов и др.), а также по наведению управляемых объектов с помощью радиотехнических средств; научно-техническая дисциплина, рассматривающая принципы построения радиотехнических средств и разрабатывающая методы их использования применительно к решению задач вождения движущихся объектов по определённой траектории (маршруту) и вывода их в заданный район в заданное время. При решении основной задачи навигации — определения местоположения объектов и навигационных элементов их движения — в радионавигации используют как специальные радиотехнические средства, так и применяемые в др. областях техники, например в радиолокации, радиовещании. Действие радионавигационных средств основано на использовании следующих важных особенностей распространения радиоволн; распространение радиоволн над поверхностью Земли происходит по кратчайшему (ортодромическому) расстоянию между пунктами излучения и приёма; скорость распространения постоянна; радиолучи, отражённый от ионосферы и падающий на неё, лежат в одной плоскости.

Радионавигационные средства подразделяют: по роду решаемых ими задач и полноте их решения — на радионавигационные устройства (радиопеленгаторы, в том числе радиокомпасы; радиодальномеры, радиомаяки, радиосекстанты и др.), обеспечивающие (в определённых сочетаниях или при использовании независимых искусственных или естественных источников радиоизлучения либо отражающих свойств земной поверхности и находящихся на ней неподвижных объектов) решение только частных навигационных задач, обычно — определение одной линии (поверхности) положения движущегося объекта, и радионавигационные системы, обеспечивающие решение сложных комплексных навигационных задач; по используемому диапазону радиоволн — в соответствии с регламентом радиосвязи; по параметру радиосигналов, используемому при измерении навигационных элементов (наиболее употребительный отличительный признак), — на амплитудный, фазовые, частотные, временные и комбинированные (амплитудно-временные, фазово-временные и т.п.); по методу определения линий положения — на угломерные (азимутальные), дальномерные (круговые) и комбинированные (например, угломерно-дальномерные, разностно-дальномерные); по количеству подвижных объектов, обеспечиваемых навигационной информацией, — на средства ограниченной и неограниченной пропускной способности. Их также различают и по др. классификационным признакам, например выделяют автономные и неавтономные радионавигационные средства.

Радионавигационные системы принадлежат к классу радиотехнических систем извлечения информации, в которых сведения об объектах получаются из принимаемых радиосигналов. В основу работы РНС положены три физических принципа, объективное существование которых делает возможным использование радиосигналов в навигационных задачах.

1. Скорость распространения радиоволн в условия однородной и изотропной среды является постоянной.

2. Распространение радиоволн в произвольной среде, геометрические размеры неоднородностей которой значительно превосходят длину волны, происходит вдоль траекторий, соответствующих экстремуму длины оптического пути распространения.

3. Радиоволны претерпевают рассеяние на любой неоднородности, встречающейся на пути их распространения.

Рассмотрим вкратце каждый из этих принципов. Согласно данным современной науки, скорость распространения радиоволн в однородной и изотропной среде с показателем преломления n равна

V = c/n, (1.2)

где с = 299796459,2 ±1,1 м/с - скорость света в вакууме.

Для практических расчетов с достаточной степенью точности можно считать с = 3·10⁸ м/с. Постоянство скорости распространения радиоволн делает возможным в радионавигации определение расстояний между ЛА и РНТ на основании измерения интервала времени, в течение которого радиосигнал проходит путь между ними. Важно отметить, что постоянство V достигается лишь в идеальных условиях отсутствия временных (свойство однородности) и пространственных (свойство изотропности) изменений параметров среды распространения. В действительности показатель преломления n для природных сред (атмосфера, поверхность Земли), играющих первостепенную роль при распространении радионавигационных сигналов, является сложной функцией времени и пространственных координат. При этом возникают явления, которые имеют значительное влияние на работу РНС.

Второй принцип носит в электродинамике название принципа Ферма. Согласно этому принципу, радиоволна в среде с показателем преломления n = n(х, у, z) будет распространяться между точками А и В вдоль траектории, которая соответствует экстремальному (максимальному или минимальному) значению оптического пути

где s = s(х, у, z) - кривая, соединяющая точки А и В.

В однородной и изотропной среде в соответствии с принципом Ферма радиоволна распространяется прямолинейно вдоль луча, соединяющего точки А и В. Если в точке А расположен передатчик, а точка В соответствует местоположению ЛА, то прямолинейный характер распространения дает возможность определить на борту ЛА направление на источник излучения. Этим, однако, не ограничивается важность рассматриваемого принципа. Принцип Ферма позволяет установить характер распространения радиоволн в неоднородных средах (например, в ионосфере), определить законы отражения и преломления радиоволн.

Третий из вышеперечисленных принципов является основополагающим для радиолокации. Однако он не теряет своего значения и для радионавигации. В соответствии с этим принципом любая область пространства, в которой нарушается однородность и изотропность среды распространения, служит источником вторичных рассеянных радиоволн. Важность этого принципа состоит, прежде всего, в том, что часто получающиеся в результате рассеяния на неоднородностях среды радиоволны создают дополнительные помехи и снижают качество работы радионавигационного оборудования. Однако явление вторичного рассеяния играет не только негативную роль при работе РНС. Существование рассеянных волн при облучении поверхности Земли позволяет получать информацию о движении ЛА по маршруту в некоторых автономных РНС.

Применение радионавигационных методов и средств позволило увеличить точность прохождения маршрутов движущимися объектами и вывода их в заданный район, а также значительно повысить безопасность плавания судов и полётов самолётов в сложных метеорологических условиях. Объединение различных радионавигационных устройств в определённые системы в принципе позволяет обеспечить выполнение всех основных задач навигации. Однако в целях повышения надёжности и безопасности вождения объектов в наиболее сложных условиях такие системы на практике используют совместно с нерадиотехническими средствами, например с инерциальной навигационной системой, с которыми они образуют комплексные (комбинированные) системы навигации.

Примером радионавиагационных средств является радиокомпас - автоматический радиокомпас, самолётный радиопеленгатор для автоматической пеленгации наземных передающих радиостанций. Радиокомпасы обеспечивают вывод самолётов в район аэродрома, заход их на посадку и решение некоторых др. навигационных задач самолётовождения.

Радиокомпас обычно представляет собой приёмоиндикаторное устройство, сопряжённое со следящей системой и имеющее 2 антенны (направленную — рамочную и ненаправленную — штыревую). В радиокомпасе происходит сложение сигналов пеленгуемой радиостанции, принятых обеими антеннами, и коммутация сигнала с рамки с частотой опорного генератора, в результате чего напряжение на входе приёмника оказывается промодулированным по амплитуде. Путём сравнения напряжений на выходах приёмника и опорного генератора вырабатывается сигнал ошибки, поступающий в следящую систему. Последняя автоматически поворачивает рамку в положение минимума сигнала с рамки, совпадающее с направлением на пеленгуемую радиостанцию. Угол поворота рамки посредством электрической дистанционной передачи сообщается стрелочному индикатору, указывающему курсовой угол радиостанции (угол между продольной осью самолёта и направлением на радиостанцию). Радиокомпас обычно работают совместно с т. н. приводными радиостанциями, реже — с передающими радиостанциями др. назначения, например радиовещательными.

Радиодальномер - устройство для измерения расстояний по скорости и времени прохождения радиоволн вдоль измеряемой линии и обратно после их отражения от конечной точки этой линии. Различают радиодальномеры с пассивным и активным отражением, а по виду излучаемых радиосигналов — с импульсным и непрерывным излучением.

В радиодальномере с пассивным отражением на вход приёмника попадают два сигнала — прямой, непосредственно с радиопередатчика, и запаздывающий (относительно прямого), после отражения его от объекта, расстояние до которого определяется. В импульсных радиодальномерах, где излучаемый сигнал представляет собой короткие радиоимпульсы, индикатор измеряет запаздывание τ отражённого импульса относительно прямого; измеряемое таким радиодальномером расстояние  — скорость распространения радиоволн. В радиодальномере с непрерывным излучением используются радиосигналы с периодически изменяющейся частотой, индикатор измеряет разность частот Q между прямыми и отражёнными колебаниями; измеряемое расстояние , Т — период модулирующих колебаний, Δf — диапазон частот модуляции. Пассивное отражение используется в радиолокации, в радиовысотомерах.

В радиодальномере с активным отражением применяются две станции — ведущая и ведомая, располагаемые на концах измеряемой линии. Радиосигналы могут быть импульсные и непрерывные — на одной несущей частоте или с модулированной несущей частотой и т.д. Радиосигналы, принимаемые ведомой станцией, преобразуются и ретранслируются. При использовании непрерывных колебаний измерение расстояний производится фазовым методом. Если сигнал выбран с одной несущей частотой f, то для определения расстояния волны, принятые ведомой станцией с одной частотой колебаний, можно трансформировать в волны с другой частотой колебаний, жестко связанной с частотой исходных колебаний (например, в отношении 2/3, 3/2 и т.д.), и их излучать. Для определения расстояния при этом необходимо индикатором на ведущей станции измерить разность фаз φ излучаемых и принимаемых волн после обратной трансформации их частоты; измеряемое расстояние будет равно

Наибольшая точность измерения расстояний (около 3^․10^-6 от измеряемого расстояния) достигнута в фазовых радиодальномерах, использующих модулированные радиосигналы в УКВ диапазоне радиоволн с измерением расстояния по сдвигу фаз модулирующих колебаний. Ведущая и ведомая станции в них излучают волны с модулированными по частоте или амплитуде колебаниями с несущей частотой соответственно f_A и f_B, причём f_A - f_B = f_пр, где f_пр — промежуточная частота в приёмниках станций. Разность частот модулирующих колебаний обеих станций F_A — F_B = ΔF выбирают низкой (порядка 1000 Гц). Приёмники станций не имеют отдельных гетеродинов, а для преобразования в смесителе несущей частоты в промежуточную используются колебания, наводимые с собственного радиопередатчика. На выходе усилителя промежуточной частоты приёмников получают колебания промежуточной частоты, модулированные по амплитуде синусоидальными колебаниями низкой частоты ΔF. На ведомой станции после детектирования эти колебания преобразуются в импульсы или в модулированные ими колебания поднесущей частоты и затем полученным сигналом дополнительно модулируют радиопередатчик. На выходе приёмника ведущей станции в результате образуются два низкочастотных сигнала, разность фаз между которыми измеряется индикатором; измеряемое расстояние , где λ_А = υ/F_A — длина волны модулирующих колебаний ведущей станции. Для получения высокой точности измерения выбирают λ_А << D, и поэтому возникает неоднозначность в измерениях, которую разрешают использованием нескольких модулирующих колебаний на различных частотах. Радиодальномеры с активным отражением применяют в навигации, геодезии, в военном деле.

Навигационный, радионавигационный маяк - передающая радиостанция, установленная в известном месте на земной поверхности или на движущемся объекте (например, самолёте-заправщике) и излучающая специальные радиосигналы, параметры которых связаны с направлением излучения. Принимая сигналы радиомаяка на борту другого движущегося объекта (корабля, самолёта), можно определить направление на маяк (его пеленг). Радиомаяк относят к угломерным (азимутальным) радионавигационным устройствам. В зависимости от того, ограничено или нет число направлений (курсов, зон), с которых может быть определён пеленг, различают радиомаяки направленного и всенаправленного действия. Для пеленгации простейшего направленного радиомаяка достаточно, как правило, иметь на самолёте или корабле обычный радиоприёмник с ненаправленной антенной. В зависимости от назначения радиомаяки делят на морские и авиационные; существуют также радиомаяки, рассчитанные на одновременное обслуживание и морских, и воздушных объектов. В соответствии с методом радиотехнических измерений выделяют радиомаяки 4 основных классов: амплитудные, фазовые, частотные и временные; наиболее распространены амплитудные радиомаяки, которые подразделяют на курсовые (зональные), пеленговые и маркерные.

Курсовые радиомаяки предназначены для задания определённых курсов в горизонтальной либо вертикальной плоскости. В первом случае радиомаяк обычно создаёт курсы (зоны), позволяющие ориентироваться на маяк или от него и т. о. выдерживать правильное направление движения объекта. Курсовые радиомаяки, предназначенные для задания летательным аппаратам направления снижения в вертикальной плоскости (глиссады) и называют глиссадными, позволяют правильно выдерживать траекторию движения летательного аппарата при его планировании перед посадкой. Пеленговые радиомаяки дают возможность определять пеленг на маяк путём сравнения положения вращающейся диаграммы направленности его излучения в момент отсчёта пеленга с известным её положением в др. момент времени. Маркерные радиомаяки используются для обозначения (маркировки) пунктов, важных в навигационном отношении (например, контрольных пунктов при заходе самолётов на посадку и при подходе судов к порту, пунктов излома маршрутов или фарватеров и т.д.); обычно у таких радиомаяков антенны — с узкой диаграммой направленности.

Радиомаяки, работающие в диапазонах километровых и более длинных волн, имеют дальность действия до 500 км. Они обеспечивают точность пеленгации их с борта объекта радиомаяк 1—3° (по азимуту). Всенаправленные радиомаяки, работающие в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн, имеют дальность действия, практически ограничиваемую прямой геометрической видимостью, и обеспечивают точность определения азимута до 0,1—0,25°.

К навигационным радиомаякам условно относят также передающие радиостанции с ненаправленным излучением и с отличительными для каждой из станций сигналами (позывными); они имеют навигационное назначение и получили название ненаправленных радиомаяков. Пеленгование ненаправленных радиомаяки на объекте ведётся с помощью бортового радиопеленгатора. В авиации подобные радиомаяки называют приводными радиостанциями. Кроме того, к ненаправленным радиомаякам условно относят и другие радиостанции с ненаправленным излучением, имеющие различные для каждой станции опознавательные признаки (фиксированные радиочастоты, специальные позывные сигналы) и используемые наряду с их прямым назначением в навигационных целях: вещательные радиостанции, радиоакустические маяки, радиобуи, радиолокационные маяки, аварийные радиомаяки.