Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 103
Текст из файла (страница 103)
В качестве опорной точки Ов, относительно которой будет рассматриваться вращательное движение объекта, определим точку А, в которой принимаемый навигационный сигнал описывается соотношением (16.23) [31. Заметим, что точка Ов является «воображаемой» точкой и может быть выбрана в любом месте.
В точках 8, С, .0 принимаемые навигационные сигналы описываются выражениями Определение угловой ориентации по сигналам СРНС (16.66) 1~Й,1 =Ч'во 1~(а2,1 = Рс,~ ФРз,1 = Ч~о,1 . Для каждой из этих пар сигналов можно использовать алгоритм оптимальной фильтрации разностей фаз двух сигналов, описанный в и. 16.3. Приведем кратко такой алгоритм применительно, например, к первой паре сигналов ЯА(г) и Яв~~) при приеме одного навигационного сигнала.
Алгоритм слежения за разностью фаз двух сигналов Следящая система за разностью фаз р сигналов включает дискриминатор разности фаз и сглаживающий фильтр. Дискриминатор разности фаз р описывается выражением (16.42), а следящая система за разностью фаз описывается уравнениями (16.47), (16.48). Алгоритм слежения за доплеровской частотой опорной точки Для слежения за доплеровской частотой опорной точки А можно использовать алгоритм слежения, описанный в п. 16.3 для каждой из пар точек А — В, А-С, А-.0. При этом частотный дискриминатор, например, для пары точек А — В будет описываться выражением А в 1 д1„ 1А,~ + 0А,~ + 1в,~ + Ов,~ + дв, ' дв, ' дв„' дв„ д1„д~„д~, „ +сов(2рв~ 1) 1А~ ' +1в„' +ДА~ ' +Яр~ ' + дв, ' дв ' дв„' дв, дДв,~ д1А,~ дДА,~ д1в,~ +Яп(2Рв„,) 1А~ + Дв~ 1в~ ДА„ дв, дв, ' ' дв„дв„ (16.67) Аналогичные выражения записываются для других пар точек с заменой индекса «В» на индексы «С» и «1Э» соответственно.
Линеаризуем каждый из дискриминаторов (16.55) А-В ~ - ~ А-В Ас / '1 Ас АВ / '1 Ао (16.68) 635 где и"„в, п~„~, и"„~ — дискретные БГШ с нулевыми математическими ожиданиями и дисперсионной матрицей М п„п' = Р„ Введем эквивалентные наблюдения у, „=в+й „, у2 ~=в +й, у =в+й~,,~, (16.69) Глава 1б где й"„~ = п~,,~~Я, й" „~ =пА,с~Я, й~„~ = пА п)Ь вЂ” дискретные БГШ с нулевыми математическими ожиданиями и дисперсионной матрицей м~п и'1=0, 1~,* Введем усредненное наблюдение 1 (16.70) !=1 где й „= й~ „~ + й~ „~ + й" „~ — ДБГШ с дисперсией Р„-, которая рассчитывается стандартным образом по известной дисперсионной матрице Р„ Для эквивалентного наблюдения (16.70) и модели изменения доплеровской частоты (16.63), также, как и в п 16.3, для оптимальной оценки ю,~ спра- ведливы уравнения (16.46), (16.47), в которых надо полагать у вместо у ~, о вместо ст, ст вместо о», х=!оз е ~, а матрицы Е, С, Н оп- 2 2 2 лщ и„, » Ч~ ределяются формулами (16.64).
Синтез алгоритма слежения за задержками сигналов, принимаемых в двух точках пространства, с учетом алгоритмов слежения за разностью фаз сигналов Известно ~см. п. 6.3.6.7), что в следящих системах за задержкой дальномерного кода целесообразно использовать поддержку от следящей системы за фазой (или доплеровским смещением частоты) сигнала. Использование такого подхода в рассматриваемой задаче имеет особенность, обусловленную раздельным слежением в точке В за относительной фазой р и доплеровским смещением частоты, обусловленным движением точки В относительно точки А.
Сигнал, принимаемый в точке А, описывается (16.23), для которого за- 1 Г держка т„определяется выражением т = — — ~в„(1)Й, а для производной ~с о задержки по времени имеем Ы' А а~„(1) Ж (16.71) 636 Данное уравнение является стандартным при описании задержки сигнала, используемом при синтезе соответствующих следящих систем, поэтому алгоритм оптимального оценивания задержки сигнала в точке А описывается, например, (6.177). Определение угловой ориентации по сигналам СРНС Для сигнала, принимаемого в точке В, с учетом представления сигнала в форме (16.65), задержка гв определяется выражением 1 гв — — — ~в, (г) Й вЂ” рв, а для производной получаем асс о с~х а1 (~) с~а и (О) (1) (16.72) + й ю, а1 а'с Уравнение (17) описывает динамику изменения гв и должно учитываться при синтезе следящей системы за задержкой гв . Один из возможных вариантов синтеза заключается в том, что в (16.72) вместо истинных значений в, и в используются их оценочные значения м, юв и й~, которые формируются в следящей системе за фазой 1р и в аналогичной Рв ' системе слежения за доплеровским смещением частоты в, (см.
предыдущий раздел). Погрешности измерений ш„и и учитываются в (16.72) введением дополнительного формирующего шума ~, . Поэтому, модель изменения гв в тВ ' дискретном времени может быть записана в виде Т ~ ", =", — ' —.~ ., — ., ) ~;,' (16.73) е где и (», „) = О~ . При синтезе следящей системы за задержкой Й„1, и в „полагаются из- вестными процессами. С учетом (16.73) следящая система за задержкой гв описывается соотно- шениями к.
т~ Гвд Гв,~ + г,~адт,1с т ГЯ,К ГВ,/с-1 + 1,ад,lс акр,1с ) ' в* с (16.74) К,,1 — — Х2, ~Я~, ~ о„ / 2 Д-1 Р— 1+52 / 2 ~г~ О +О (16.75) крутизна дискриминационной характеристики дискриминатора задержки; а„ вЂ” дисперсия шума эквивалентных наблюдений задержки сигнала. 637 где ид, — процесс на выходе дискриминатора задержки сигнала, для которого можно использовать одно из известных представлений (см. п.
П6.5); Я„,— Глава 1б Аналогичные следящие системы за задержками сигналов необходимо использовать в приемниках, находящихся в точках С и й. Суммируя приведенные выше результаты, структурная схема навигационного приемника для устройства определения углов ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем может быть представлена в виде, п 169 УА ~~ ую(С Рис. 16.9.
Схема навигационного приемника для устройства определения углов ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем На рис. 16.9 обозначено: БК вЂ” блок корреляторов, ВД вЂ” временной дискриминатор, ФД вЂ” дискриминатор разности, фаз, ЧД вЂ” частотный дискриминатор, СФ вЂ” сглаживающий фильтр. 638 Определение угловой ориентации по сигналам СРНС Оценка эффективности синтезированных алгоритмов проводилась на математической модели навигационного приемника, созданной в среде имитационного моделирования Мат1аЬ. Условия моделирования: длина базовой линии 1 = 2 м; модель движения НП вЂ” по спирали с одновременным вращением вокруг оси со скоростью 10 градусов в секунду; отношение сигнал/шум а,~ — — Р,(Н = 40 дБГц; полоса пропускания следящей системы за разностью фаз — 2 Гц; полоса пропускания следящей системы за доплеровским смещением частоты — 10 Гц; На рис.
16.10 а), б) приведены реализации ошибок слежения за разностью фаз 1и на одной базовой линии и доплеровским смещением частоты о„в от- сутствие преднамеренных помех. р. 4 ВЗ $ й 20 4 6 6 7 8 9 10 Время, с 1 2 3 а) 40 -20 Рис. 16.10 преднамеренных помех 639 о' Зо о 3 о " 20 Й 10 я $ оа .10 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 Время, с б) Реализации ошибок слежения за р и а7 в отсутствие Глава 16 Среднеквадратическая ошибка слежения за разностью фаз равна с„= 2.5 градуса, а доплеровским смещением частоты кг = 10 Гц.
4 Положим теперь, что на входе приемника действует шумовая полосовая помеха с мощностью Р„в полосе частот навигационного сигнала. Введем отношение помеха/сигнал а„~, — — Р„(Р, и положим 17„~,= 38 дБ и положим среднюю динамику изменения разности фаз р . На рис. 16.11, 16.12 приведены реализации ошибок слежения за р и в, в этом случае.
4О Д' , 3О о в В 2о Т й 1О о8 .10 -20 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 Время, с а) 400 Я 300 Ь 200 е 100 0 $ е -100 о Л -200 9 О -300 0 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 Время, с б) Рис. 16.11. Реализации ошибок слежения за р и а7 при воздействии преднамеренных помех Из данных рисунков следует, что СКО оценки р и в„составляют соответственно е = 35 градуса, ег = 120 Гц. 640 Определение угловой ориента1/ии по сигналам СРНС При дальнейшем увеличении а„/, наблюдается срыв слежения за р . Таким образом, помехоустойчивость синтезированного алгоритма обработки составляет 38 дБ. Анализ помехоустойчивости обычной НАП, у которой полоса пропускания ССФ равна 20 Гц, составляет 28 дБ (результат получен на той же математической модели) (см. также п. 8.7). Таким образом, повышение помехоустойчивости в синтезированном алгоритме составляет 10 дБ.
При высокой динамике изменения разности фаз помехоустойчивость синтезированной системы снижается до 35 дБ, а выигрыш по помехоустойчивости по сравнению с обычной НАП составляет 8 дБ. Литература 16.1. Перов А.И., Шатилов А.Ю. Оценивание углов ориентации объекта с использованием спутниковых радионавигационных систем// Радиотехнические тетради, № 37, 2008, с.
53-56. 16.2. Перов А.И., Корогодин И.В. Оптимальное оценивание угла прихода сигнала с неизвестной начальной фазой двумя разнесенными приемниками// Радиотехнические тетради, №37, 2008, с. 57-61. 16.3. Перов А.И., Корогодин И.В. Комбинированная когерентно-некогерентная система определения углов ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем// Радиотехника, 2009. № 7, с. 33-40. 641 Глава 1 7 Глава17 ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Одним из перспективных направлений развития навигационных комплексов является создание интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем (ИСНС), в которых совместно обрабатываются сигналы инерциальной навигационной системы (ИНС) и НАП СРНС. Основной целью интеграции ИНС и НАП СРНС является объединение измерителей, функционирующих на различных физических принципах, в единый комплекс, обладающий более высокими характеристиками точности, помехоустойчивости, непрерывности и надежности по сравнению с отдельными измерителями.
Повышение эффективности в ИСНС обусловлено тем, что ИНС и СРНС являются взаимно дополняющими 117.1, 2.8, 6.111, что отражено в табл. 17.1. Таблица 17.1. Характеристики ИНС и СРНС Ха акте истика СРНС ИНС Нет Автономность Необходимость начальной выставки и калиб овки Нет Да Относительно высокий Характер ошибок Малый уровень шумовой составляющей, нестационарный п оцесс уровень шумов, стацио- нарный процесс Возможность отсутствия навигационных оп еделений Да Нет Низкий (1...10 Гц) Темп выдачи данных Высокий 10...1000 Гц Возможность резер- ви ования Неэффективно Эффективно 642 При совместной обработке сигналов ИНС и НАП СРНС в ИСНС сохраняются достоинства каждой из подсистем и в значительной степени снижается влияние их недостатков.
Преимуществами интегрированной ИСНС по сравнению с автономными измерителями являются 117.1, 2.8, 6.11]: повышение надежности; Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы снижение стоимости за счет снижения требований к инерциальным датчикам; более высокая степень резервирования; высокая точность определения координат, составляющих вектора скорости, углов ориентации и угловой скорости; обеспечение непрерывности высокоточных навигационных определений; высокий темп выдачи данных. 17.1. Принципы построения интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем Максимального выигрыша от интеграции навигационных измерителей можно достичь, решив соответствующую задачу синтеза, что позволяет найти оптимальную структуру и характеристики ИСНС. Теоретическим базисом такого синтеза является теория оптимальной фильтрации ~1.6, 5.1, 5.21, в которой данное направление получило название комплексной фильтрации 1комплексирование измерителей).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
