Диссертация (Повышение точности определения навигационных параметров вертолета при посадке на корабль), страница 13

Однако выбор мест расположенияантенннавигационныхмодулейвзонелокальногомаксимумаинтерференционной картины согласно (2.41) определяется экспериментально вусловиях реального размещения радионавигационных модулей на корабле.Далеебудемполагать,чтовлияниедиффузноймноголучевости,возникающей при отражении сигнала от надстроек корабля, входит в шумовую76ошибку формирования измерений, а отраженный от палубы корабля сигналi,jвносит задержки и смещения в измерениях псевдодальности и псевдофазы dmult иi,jφmult согласно (2.27)-(2.28) соответственно.Предлагаемый метод синхронизация позволяет скомпенсировать влияниеотраженного сигнала от палубы корабля. Суть компенсации заключается в том,что при формировании управляющих сигналов (2.39)-(2.40) одинаковые ошибки,вызванные отражением от палубы корабля, складываются с различными знаками.Для описания процесса компенсации отраженного от палубы сигнала обратимся крисунку 2.9Рисунок 2.9 – Формирование оценок управляющих сигналов при Na = 4Согласнорисунку2.9и(2.39)-(2.40)приформированииоценокуправляющих сигналов по j-ому радионавигационному модулю происходитсложение (измерения, соответствующие сплошной линии на рисунке 2.9) ивычитание (измерения, соответствующие пунктирным линиям на рисунке 2.9)измерений параметров радиосигналов от соседних модулей.

Например, для случаяNa = 4 и j = 2, оценка управляющий сигнала по фазе несущего колебаниясогласно (2.40) приобретает вид1φ̃ 2ctrl = (φ24 − φ14 + φ23 − φ13 − λ−1 (R24 − R14 + R23 − R13 )) (2.42)2При этом суммарная ошибка, вызванная влиянием отраженного сигнала отпалубы корабля, формируется аналогичным образом согласно (2.35)-(2.40)4,13,23,1φ2mult = φ4,2mult − φmult + φmult − φmult(2.43)В случае, когда в выражении (2.43) появляются одинаковые смещения3,13,24,1равные φ4,2mult = φmult и φmult = φmult , то смещения, вызванные отраженным отпалубы сигналом, компенсируется. Данное условие достигается за счет77одинаковой разницы хода прямых и отраженных от палубы корабля лучей дляизмерений входящих в (2.43) с разными знаками.

Согласно [41], разница ходапрямого и отражённого лучей между i-ым и j-ым модулями определяетсявыражениемj∆ri ≈ 2hj hijRi,(2.44)jгде hj , hi высота подъема j-ой и i-ой антенн; R i - геометрическое расстояние вгоризонтальной плоскости между фазовыми центрами антенн j-го и i-го модулей.Таким образом, при фиксированных высотах подъема антенн, разница ходаjлучей зависит от расстояния R i .

Это означает, что задержки и в измеренияхпсевдофазы и псевдодальности, вызванные влиянием отраженного сигнала отпалубы корабля будут одинаковы, если геометрическая разница хода лучей дляизмерений различных модулей будет идентичной. Эту особенность позволяеткомпенсировать влияние отраженного сигнала при формировании оценокуправляющих сигналов (2.39)-(2.40). В рассматриваемых условиях эффективностькомпенсации будет зависеть от различия разности хода лучей для разных3,1модулей.

Например, при вычитании слагаемых φ4,2mult и φmult из (2.43), приодинаковых высотах поднятия антенн h = h1 = h2 = h3 = h4 и R13 = R42 + ∆, где∆- разность хода прямых лучей между 4 и 2 модулями и 1 и 3 модулями, получаем3,1φ4,2mult − φmult ≈ 2h4 h2R42−2h3 h1R13=2h2R42∙∆R42(2.45)При типовом расположении модулей h = 0.2 м, R42 = 10 м и разнице хода3,1−4прямых лучей ∆= 10 см выражение (2.45) равно φ4,2м, чтоmult − φmult ≈ 10значительно меньше шумовой ошибки измерений задержки по фазе несущегоколебания, вследствие чего данным влиянием можно пренебречь.i,ji,jПри идеальных условиях, когда Σ∆ξρ = Σ∆ξφ = 0, когерентность излучениямодулей, достигнутая в результате предложенного метода синхронизации, будетобеспечиваться лишь ограниченный период времени, длительность которогоопределяетсянестабильностьюопорногогенераторапередатчикаj-гонавигационного модуля и также периодом повторной подстройки ФАП и ССЗ j-го78модуля под сигнал от базового модуля.

Нарушение синхронизации возникаетввиду того, что на опорный генератор передатчика j-го модуля воздействуютсобственные фазовые шумы. Собственные шумы удобнее всего характеризоватьотносительной нестабильностью частоты δf, которая может варьироваться взависимости от типа опорного генератора в широких пределах. Периодподстройки следящих систем под сигнал от базового модуля выбирается таким,чтобы уход фазы опорного генератора, вызванный нестабильностью частоты, исоответственно ошибка синхронизации не выходили за допустимые пределы.Для приближенных расчетов допустим, что частота опорного генератора fопостоянна в пределах интервала нестабильности и отличается от номинальногозначения на величину отклонения ∆f = fо δf. Это позволяет определитьприращение фазы ∆ψ за время равное Tкадр до повторной подстройки следящихсистем, вызванное нестабильностью опорного генератора, следующим образом∆ψ = 2π ∙ ∆f ∙ Tкадр = 2π ∙ fо δf ∙ Tкадр .(2.46)При пересчете набега фазы (2.46), выраженную в радианах, в погрешностьсинхронизации по несущему колебанию, выраженную в секундах, воспользуемсявыражениемjλfо δfсfнΔTφ = ∆ψ =∙ Tкадр(2.47)Типовой кварцевый генераторов имеет кратковременную относительнуюнестабильность частоты за 1с δf = 10−6 при номинальном значении опорнойчастотыf0 = 10МГц.ТермостатированныйкварцевыйгенераторM32008(производство ОАО «ОНИИП») с номинальной частотой 10 МГц обладаетнестабильность частоты за 1с δf = 10−11 .

Водородный стандарт частоты Ч1-75Бхарактеризуется нестабильностью за 1с δf = 10−15 . Таким образом, прииспользовании кварцевых генераторов с кратковременной нестабильностьючастоты δf = 10−6 , при fо = 10МГц, fн = 10 ГГц, для достижения погрешностиjсинхронизации ΔTφ = 1пс период повторной подстройки равен Tкадр = 1 мс.Ошибкаиспользованиисинхронизациисогласноприемо-передающихвыраженияммодулей,(2.35)-(2.38)определяютсяприизмерениями79разностей псевдодальностей и разностей геометрических дальностей, при условиикомпенсации влияния многолучевого распространения. Таким образом, пригипотезе о том, что ошибки являются независимыми случайными величинами сгауссовой плотностью вероятности, суммарная погрешность синхронизации вструктуресприемо-передающимимодулямиопределяетсяследующимивыражениямиσΣ,φ,ППМ = √2σ2φ + 2σ2R ,(2.48)σΣ,ρ,ППМ = √2σ2ρ + 2σ2R ,(2.49)где σΣ,φ,ППМ , σΣ,ρ,ППМ - суммарный ошибка синхронизации по фазе несущегоколебания и по модулирующему сигналу для структуры с приемо-передающимиσφ ,σρ –модулями;погрешностиформированияпсевдофазовыхипсевдодальномерных измерений, выраженная в метрах; σR – погрешностиизмерения геометрических дальностей между фазовыми центрами антенн.При выборе периода повторной подстройки необходимо учитывать, чтобырасхождение шкалы времени j-го модуля относительно шкалы времени базовогоjмодуля ΔTφ за период подстройки было значительно меньше значения σΣ,φ,ППМ .Такой подход позволяет пренебречь ошибкой синхронизации при определениинавигационных параметров вертолета, вызванной нестабильностью опорногогенератора передатчика j-го модуля.Представленный алгоритм синхронизации иллюстрирован для случаясистемы четырех приемо-передающими модулей на рисунке 2.10.80Рисунок 2.10 – Алгоритм синхронизации для четырех приемо-передающихмодулей: а) Подстройка под сигнал базового модуля; б), в), г) - Работа наизлучение 2-го, 3-го, 4-го модулей и передача результатов измерений в ПУМ;д) Подстройка опорных генераторов передатчиков модулей с учетомуправляющих сигналов ПУМИз рисунка 2.10 следует, что для обеспечения синхронизации приемопередающих модулей необходимо обеспечить следующее:1) Работа каждого модуля на прием и излучение производится в строгоустановленном порядке, в соответствии с принятой очередностью.

Выбираетсябазовый модуль, который задает системную шкалу времени, на рисунке 2.10базовым является первый модуль;2) В моменты приема радиосигнала от базового модуля каждый модульподстраивает опорный генератор под принимаемый сигнал (рисунок 2.6 а);3) В моменты излучения 2-го, 3-го и 4-го модулей каждый модуль производитформирование измерений параметров радиосигналов принимаемых сигналов ипередачу результатов в ПУМ (рисунок 2.6 б, в, г);4) В ПУМ согласно (2.39) и (2.40) производится формирование управляющихсигналов и передача их на каждый модуль, где они учитываются приподстройке опорных генераторов передатчиков (рисунок 2.6 д).81Недостатком предлагаемого метода является необходимость наличия какминимум трех приемо-передающих модулей, однако в рамках проводимой работыданное ограничение не существенно, так как в рассматриваемых системахколичество модулей Na ≥ 4 .2.5.2 Односторонние методы синхронизации с передающими и однимприемным модулямиНедостатком двухстороннего метода синхронизации приемо-передающихмодулей является высокая аппаратурная сложность.

Более простая односторонняясинхронизации передающих устройств навигационных модулей может бытьреализована в случае применения передающих и одного приемного модулей.Обобщенная структурная схема корабельного сегмента в случае реализацииодносторонней синхронизации приводится на рисунке 2.11.Рисунок 2.11 - Обобщенная структурная схема корабельного сегментарадионавигационной системы с передающими и одним приемным модулямиФормированиеуправляющихсигналовдлякаждогопередатчикапроизводится в ПУМ на основе результатов измерения в приемном модулепараметров их радиосигналов и далее поступает в блок управления j-го модуля.Структура сигнала каждого передающего модуля совпадает со структурой82сигнала, описанной в параграфе 2.2 .