Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Оперативная НИ используется потребителем в процессе определения собственных координат и вектора скорости. В диапазоне Е~ используемые в настоящее время НКА первой модификации излучают однокомпонентный сигнал, образуемый посредством фазовой манипуляции несущей М-последовательностью ВТ-кода (см. выше), без передачи НИ. На навигационном космическом аппарате второй модифи- 468 8.3. Структура сиен апов и оооби/ений СРНС кации излучаемый в диапазоне Х.г навигационный сигнал 1250 МГц будет так же, как сигнал диапазона 7.п содержать две ортогональных компоненты; М-последовательность с тактовой частотой 511 кГц (СТ-код) и М- последовательность с тактовой частотой 5,11 МГц (ВТ-код). Передача НИ в диапазоне Ц не планируется. 8.3.2. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений СРЯ В отличие от СРНС ГЛОНАСС, в СРНС бРБ используется метод кодового разделения сигналов, излучаемых на общих для всех НКА несущих частотах Ь~ = 1572,42 МГц и Е2 = 1227,6 МГц.
Сигналы на частоте Ь1 модулируются двумя ортогональными (сдвинутыми относительно фазы несущей на 90') ПСП, образованными суммированием по модулю 2 дальномерного кода и информационной последовательности, содержащей навигационное сообщение и другую служебную информацию. Дальномерные коды для каждого НКА являются индивидуальными, причем их структура специально выбрана из условия малого уровня их взаимной корреляции. Основным видом дальномерного кода бРБ является точный код (Р-код), представляющий собой ПСП с тактовой частотой 10,23 МГц и периодом 7 суток; Р-код бРБ предназначен для санкционированного доступа, поэтому ею структура не публикуется.
Для навигационного космического аппарата Блок-11 и его последующих модификаций предусмотрен режим дополнительной защиты точного кода, при котором вместо Р-кода используется так называемый. Р(У)-код, получаемый дополнительным нелинейным преобразованием Р-кода. Несанкционированное использование такого кода при отсутствии ключевой информации практически невозможно, поскольку в настоящее время не существует вычислительных средств, способных расшифровать ею. Для коммерческого несанкционированного использования предоставлен «короткий» С/А-код пониженной точности (от англ, С!еаг Ассов(1(оп), используемый также для синхронизации аппаратуры потребителя, работающей по Р- или Р(У)-кодам.
Код С/А представляет собой код Голда, образуемый из двух 10-разрядных ПСП с образующими полиномами б|(х)=1+х +х'в, бз(х) = 1+х + хз+х~+х'+х + х . Код, соответствующий 1-му НКА, образуется суммированием по щод2 упомянутых ПСП, причем вторая ПСП имеет индивидуальный для данного НКА сдвиг на фиксированное число символов (длительность символа 1 мкс). 469 8.
Спутниковые радионавигационные системы Необходимо отметить, что на протяжении ряда лет С/А-код подвергался дополнительному зашумлению, ограничивающему точность измерений с помощью коммерческой АП (так называемый режим ограниченного доступа Б/А, от англ. Бе!еспие Аца)1а(811!у). Режим Б/А был отключен 1.05.2000 г., однако МО США оставляет за собой право по собственному усмотрению вновь вводить его, чтобы исключить использование коммерческой АП для высокоточных навигационных определений в военных целях. Вспомогательная частота Ь2 модулируется только закрытым Р-кодом. Состав информации, передаваемой в навигационном сообщении ОРБ, сходен с составом НИ ГЛОНАСС: в нем содержится информация об эфемеридах НКА, альманах созвездия НКА, частотно-временные поправки, метки времени, параметры ионосферной модели, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры НКА и др.
Информационная последовательность передается кадрами емкостью 1500 бит и длительностью 30 с. Один кадр делится на субкадры (строки) длительностью б с, содержащие 10 слов по 30 бит каждое. В одном кадре передается 1(25 всего альманаха. Поэтому передача всей информации альманаха занимает 12,5 мин. Этот массив информации объемом 37500 бит называют суперкадрам, 8.4. Методы измерения навигационных параметров 8.4.1. Основные понятия Основным содержанием задачи навигационно-временных определений (НВО) в СРНС является определение вектора состояния потребителя. В качестве компонент этого вектора обычно рассматривают пространственные координаты х, у, х потребителя, временную поправку тв шкалы времени потребителя относительно системной шкалы, а также составляющие вектора скорости х, у, х.
Существенно то, что перечисленные величины не могут быть непосредственно измерены радиотехническими методами. Поэтому в АП СРНС реализован косвенный метод: измеряются некоторые параметры принятого радиосигнала, а именно время его прихода г, фаза р или разность фаз Ьчэ, доплеровский сдвиг частоты гл, которым сопоставляют функционально связанные с ними величины, а именно дальность я до НКА, его радиальнУю скоРость Рн Разность дальностей дЯ до нескольких НКА, Угол визирования ср, угловую скорость Г1, по которым и рассчитываются искомые компоненты вектора состояния. Измеряемые в интересах решения навигационной задачи параметры радиосигнала получили название радионавигационных параметров (РНП), а 470 8.4, Методы измерения навигационных параметров сопоставляемые им параметры вектора состояния потребителя — навигационных параметров (НП).
Соответствующие функциональные зависимости между ними получили название навигационных функций. Очевидно, что вектор состояния потребителя может быть полностью определен, если его размерность не превышает числа независимых измерений РНП. В спутниковых радионавигационных системах ГЛОНАСС и ОРЯ используются, в основном, дальномерный и радиально-скоростной методы измерений (см. далее). В этом случае радионавигационными параметрами являются время т распространения (задержка) сигнала на трассе НКА— потребитель и доплеровское смещение частоты Рл. Соответствующая им дальность НКА — потребитель Я и радиальная скорость потребителя относительно НКА о, являются навигационными параметрами, а связывающие их навигационные функции в данном случае имеют вид Я = ст, о, = РдХ.
В общем случае вид навигационных функций определяется многими факторами: видом НП, параметрами движения НКА и потребителя, выбранной системой координат и т. д. Геометрическое место точек пространства с одинаковым значением навигационного параметра называют поверхностью положения. Пересечение двух поверхностей положения определяет линию положения, т. е. геометрическое место точек, соответствующих двум разным значениям навигационных параметров.
Местоположение потребителя определяется координатами точки пересечения трех поверхностей положения нли двух линий положения. Если в силу неоднозначности измерений линии положения пересекаются более чем в одной точке, то необходимо использовать дополнительную поверхность положения или априорную информацию, позволяющую отделить истинное положение от ложньзх.
8.4.2. Методы определения координат по сигналам НКА Дальномерный метод. Наиболее простой дальномерный метод навигационных определений основан на измерениях дальности Яз между 1-м НКА и потребителем. В этом методе навигационным параметром является дальность Яь а поверхностью положения — сфера радиуса Яз с центром, расположенным в центре масс 1-го НКА. Уравнение сферы имеет вид (8.1) 1 <)< и. Здесь хы, у„, г„— известные в момент измерения координаты з'-го НКА 1с учетом его перемещения за время распространения сигнала); х, у, г — координаты потребителя.
471 8. Спутниковые радионавигационные системы Я,. = (хы -х) +(уы -у) +(гы — г) +от„, 2 2 2 (8.2) 472 Местоположение потребителя, т. е. координаты х, у, г, определяют как координаты точки пересечения трех поверхностей положения, другими словами, трех сфер (см. рис.
8.7). Поэтому для реализации дальномерного метода необходимо измерить дальности (8.1) до трех НКА, т. е. 1 = 1, 2, 3. Таким образом, для дальномерного метода навигационная функция представРис. 8.7. Поверхности положения лля ляет собой систему из трех уравнедальномерного метода ний вида (8.1). Ввиду нелинейности такой системы уравнений возникает проблема неоднозначности определения координат потребителя, устраняемая с помощью известной потребителю дополнительной информации (априорные координаты потребителя, его радиальная скорость и т. д.).
В выражении (8.1) неявно подразумевается, что все входящие в него величины относятся к одному н тому же моменту времени. Однако координаты НКА привязаны к бортовой ШВ, а потребитель измеряет задержку сигнала и определяет свои координаты в своей ШВ. Если шкалы времени НКА и потребителя идеально синхронизированы, то проблем не возникает. При наличии расхождения те шкал времени возникает смещение ЬЯ = ст„ измеренной дальности относительно истинной и точность определения местоположения потребителя падает, поэтому недостатком метода является необходимость очень точной привязки шкал времени НКА и потребителя. Уменьшить влияние этого фактора можно, установив у потребителя высоко- стабильный эталон времени (частоты) и периодически проводя его калибровку по бортовой ШВ.
Однако применение в АП дорогостоящих высоко- стабильных эталонов времени экономически не оправдано, а проблема создания относительно дешевых высокостабильных эталонов времени (частоты) в настоящее время не решена, поэтому более широко применяют псевдодальномерный метод. 17севдодальномерный метод. Под псевдодальностью от йго НКА до потребителя понимают измеренную дальность Р, этого НКА, отличаюшуюся от истинной дальности я~ на неизвестную, но постоянную за время определения навигационных параметров величину ЬЯ.
Таким образом, псевдо- дальность до 1-го НКА можно описать формулой 8.4. Методы измерения навигаиионныя параметров Рис. 8.8. Принцип псевдодальномериых измерений при определении положения на плоскости где т„— смещение временной шкалы потребителя относительно системного времени. В псевдодальномерных методах, основанных на измерениях псевдо- дальностей„ в качестве навигационного параметра выступает Я,. Поверхностью положения по-прежнему является сфера с центром в точке центра масс НКА, но радиус этой сферы отличается на неизвестную величину Ы (см. рис.
8.8). Измерение псевдодальностей до трех НКА приводит к системе трех уравнений с четырьмя неизвестными х, у, г, Ы. В решении этой системы уравнений возникает неопределенный параметр Ы, и для устранения возникшей неопределенности необходимо провести дополнительное измерение, т. е. измерить псевдодальность до четвертого спутника. Полученная таким образом система четырех уравнений имеет точное решение, и, следовательно, местоположение потребителя при измерениях псевдодальностей определяется как точка пересечения четырех поверхностей положения. Именно необходимость нахождения в зоне видимости четырех НКА в значительной степени определяет структуру и параметры орбитальной группировки НКА.
Псевдодальномерный метод не накладывает жестких ограничений на значение погрешности ЬЯ = ст„(погрешности временной шкалы) и позволяет одновременно с определением местоположения вычислять отклонение шкалы времени потребителя. 473 8. Спутниковые радионавигационные аистины Разностно-дальномерный метод. Метод основан на измерении разности дальностей от потребителя до одного или нескольких НКА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
