Диссертация (Повышение точности определения навигационных параметров вертолета при посадке на корабль), страница 11

Если условиякогерентности не выполняется, то в математические модели измеренийjпараметров радиосигналов (2.23) и (2.24) необходимо включать слагаемые ∆Ttxjjj∆τhard , ∆ψhard , ψ0 , что значительно усложняет обработку измерений и требуетперехода к сингулярной системе уравнений, в которой количество неизвестныхпревышаетколичествоизмерений.Согласно[13],еслирассматриватьпространственно-разнесенные модули, как набор собственных и канальных часов,то задача обеспечения когерентности сводится к сведению шкал временисобственных часов модулей к единой системной шкале времени с учетомзадержек, возникающих при распространении сигналатрактах.в приемо-передающих66Задача обеспечения когерентного излучения в ЛРНС очень схожа саналогичной задачей в когерентных многопозиционных радиолокационныхстанциях (МПРЛС), и часто обозначается как задача фазовой привязки [48] илисинхронизации пространственно-разнесенных радиопередающих устройств [46].Для этих целей в МПРЛС сначала производят синхронизацию опорныхгенераторов, а затем проводят калибровку приемо-передающих трактов.

ВМПРЛСсбольшимибазамииспользуютсявысокостабильныеопорныегенераторы, например водородные стандарты времени и частоты, и периодическиприменяются процедуры калибровки приемо-передающих трактов каждойстанции, например, с использованием точечного отражателя [48]. В МПРЛС,составные части, которых расположены в зоне прямой радиовидимости, дляобеспечениясинхронизацииузкополосныепилотпосигналырадиоканалу[49],примогутэтомбытьиспользованыобеспечиваетсятолькосинхронизация опорных генераторов, задержки в приемо-передающих трактахнивелируются путем аналогичных калибровок. Калибровка приемо-передающихтрактов в МПРЛС производятся периодический, при этом целевая работа системыпрекращается.В общем случае, для синхронизации пространственно-разнесенных часовиспользуют различные методы передачи сигнала синхронизации, которые делятсяна односторонние и двухсторонние.

Сигнал синхронизации представляет собойрадиосигнал, параметры (к примеру, фаза несущего колебания) которого жесткосвязаны с системной шкалой времени. В односторонних методах сигналсинхронизации передается в направлении от часов с системной шкалой времени кчасам, шкалу времени которых приводят к системной. К таким методам, преждевсего, относят синхронизацию с помощью ГНСС. В двусторонних методахиспользуют не только прямое направление передачи, но и обратное. В результатеоценки расхождения шкал времени на двух модулях удается повысить точностьюсинхронизации по сравнению с односторонними методами.

К таким методамсинхронизацииотносят,например,методдвустороннейпередачисиспользованием спутникового ретранслятора TWSTFT (Two Way Satellite Time67andFrequencyTransfer)иливолоконно-оптическойлиниисвязи[47].Среднеквадратическая погрешность синхронизации в односторонних методахсинхронизации достигает порядка 1-50 нс, в двусторонних - порядка 0.001-2 нс[46].Такимобразом,основныминедостаткамиприменяемыхметодовобеспечения когерентного излучения передающих устройств пространственноразнесенных систем является:1) использование процедуры калибровки приемо-передающих трактовкаждого модуля [46], проведение которой является выполнимой, нодостаточно сложной технической задачей и требует перепроверки впроцессе эксплуатации системы;2) для обеспечения высокой автономности, мобильности и простотыустановки модулей применяют периодическую передачу узкополосногопилот-сигнала по радиоканалу [49, 50], обработка которого при условиивысокой точности синхронизации требует достаточно большого временинакопления пилот-сигнала (от 0.5 до 2 с [50]), в течение которогоосновной режим работы системы невозможен;3) применение ГНСС для обеспечения синхронизации и синхронизации спомощью спутниковых ретрансляторов не рассматривается ввиду низкойпомехозащищенности радиолинии между абонентом и космическимаппаратом;4) основным недостатком большинства методов синхронизации являетсянеобходимость выделения процесса синхронизации в отдельный режим,в течение которого система не может выполнять свои основные функции,что неприемлемо при реализации непрерывной посадки группывертолетов.В работе [34] автором предлагается алгоритм синхронизации передающихустройствпространственно-разнесенныхнавигационныхмодулейЛРНС,позволяющий обеспечить когерентность излучаемых сигналов.

Анализируютсядва метода синхронизации: двухсторонний с применением приемо-передающих68корабельных модулей и односторонний, использующий передающие и одинприемный модули. Можно отметить следующие достоинства предлагаемыхметодов синхронизации:1) использование процедуры определения расстояний между фазовымицентрами антенн позволяет исключить калибровки приемо-передающихтрактов радионавигационных модулей и обеспечить синхронизацию безпривлечения дополнительных средств и аппаратуры;2) синхронизация осуществляется непрерывно в процессе работы системы(в фоновом режиме) по целевому широкополосному навигационномусигналу при использовании в качестве опорных генераторов разнесенныхмодулей ЛРНС кварцевых генераторов с нестабильность порядка10−9 … 10−6 ;3) дополнительное повышение точности и надежности синхронизацииобеспечивается за счет совместной обработки результатов измеренийпараметров радиосигналов по каждому модулю.2.5.1 Двухсторонний метод синхронизации приемо-передающих модулейНа рисунке 2.7 приведена структурная схема приемо-передающего модулякорабельного сегмента.

Каждый из Na модулей содержит передатчик (ПРД),Na − 1 канальный приемник, блок управления и коммутатор. Передатчикформирует сигнал, параметрами которого (частотой, начальной фазой изадержкой) можно управлять. Сигналы управления формируются в подсистемеуправления и мониторинга (ПУМ) в соответствии с алгоритмом синхронизации.Блок управления производит непосредственное управление параметрами сигналапередатчика, а также осуществляет передачу в ПУМ результатов оценкипараметров сигналов в каждом канале приема, принципы формирования, которыхрассмотрены в параграфе 2.2 данной работы. Примем один из Na модулей вкачестве базового модуля (далее обозначается индексом b), под излучаемыйрадиосигнал которого необходимо подстроить сигналы с выхода антенностальных модулей.69Рисунок 2.7 - Обобщенная структурная схема приемо-передающего модуля всоставе корабельного сегментаКоммутатор производит переключение модуля с приема на передачу иобратно.

Структура радиосигнала, излучаемого каждым модулем, соответствуетструктуре, описанной в параграфе 2.2. Излучение каждого модуля производитсяпериодически в заданном временном интервале. На рисунке 2.8 приведенавременная диаграмма очередности излучения для пяти модулей.Рисунок 2.8 - Диаграмма очередности излучения приемо-передающих модулейДлительность интервала времени излучения Tизл и период повторногоизлучения Tкадр (длительность одного кадра) одинаковы для всех модулей икратны периоду ПШС TсTизл = n ∙ Tс ,(2.25)Tкадр = Na ∙ Tизл ,(2.26)70где Na - количество навигационных модулей, n = 1,2,3 …- натуральное число.Синхронизация осуществляется одновременно с работой системы посадкипоцелевомурадиосигналу,используемомунавигационнымприемникомвертолета при посадке.В пределах одного кадра приемник (ПРМ) каждого модуля принимаетсигналы от других модулей и формирует оценки измерений параметроврадиосигналов этих модулей, которые передаются через блок управления в ПУМ.В ПУМ осуществляется совместная обработка результатов измеренийпараметров радиосигналов, в результате которой формируются управляющиесигналы коррекции генератора передатчика, передаваемые каждому модулю.

Вj-ом модуле блок управления осуществляет подстройку опорного генераторапередатчика (ПРД) под принятый от базового модуля сигнал с использованиемследящих систем ФАП и ССЗ, также производит коррекцию начальной фазы изадержки с учетом управляющего сигнала коррекции генератора, формируемогоПУМ.Математические модели измерений псевдодальности (2.17) и псевдофазы(2.18) видоизменяются ввиду того, что опорный генератор передатчика каждогомодуля подстраивает свою фазу с учетом сигнала коррекции от ПУМ ипринимают следующий видjjji,ji,ji,jîρj − ∆T i + τi,jρi = R i + c ∙ (∆Ttrop + τrx − τctrl ) + dmult + ∆R apc + ξρ ,jjji,jji,j(2.27)i,j−1îφ − ∆T i + τtrop − φ ) + φφi = λ−1 R i + f0 ∙ (∆Tctrlmult + λ ∆R apc + φrx −i,ji,jφi0 + k φ + ξφ ,j,b̂ρj = c −1 (Rbj + dj,b + τjrx + τjtx + ∆Rj,b∆Tapc ) + τtrop ,multb,ĵφj = λ−1 Rbj + φb,j + φjrx + φjtx + λ−1 ∆Rj,b∆Tapc + φtrop ,mult(2.28)(2.29)(2.30)i = 1.