Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 15
Текст из файла (страница 15)
По существу, при вычислении разностей могут использоваться и псевдо скорости Д,, так как при таком вычитании компенсируется неизвестное смещение Д,' (в предположении, что это смещение одинаковое для различных спутников). Поверхности положения представляют собой поверхности тела вращения, фокусами которых являются координаты центров масс 1-го и7'-го НС. Как и для «дальномерных» методов, точность определения составляющих вектора скорости в разностно-радиально-скоростном методе совпадает с точностью определения тех же составляющих в псевдо радиально-скоростном методе (см. гл.
6). Достоинством разностно-радиально-скоростного метода является его нечувствительность к нестабильностям эталонов частоты и другим неконтролируемым смещениям частоты, а его недостатком — невозможность оценки нестабильности эталонов частоты. 4.8. Комбинированные методы Помимо перечисленных основных методов определения компонент вектора состояния потребителя П возможны комбинированные методы, использующие кроме СРНС дополнительные измерители координат, имеющиеся у потребителя.
Так, в дальномерном методе при наличии у потребителя измерителя высоты О можно вместо измерений трех дальностей до НС ограничиться измерением двух дальностей. В этом случае навигационная функция будет включать два уравнения вида (4.1), а третье необходимое уравнение дает измеритель высоты: ®+О) =х +у~+г~. Другой вариант использования комбинированных методов заключается в замене совокупности одновременных измерений на комбинацию одновремен- 76 Методы решения навигаиионных задач ных и последовательных измерений или на совокупность только последовательных измерений, например, определение координат потребителя радиально- скоростным методом (4.4).
В качестве другого примера можно привести псевдодальномерный метод, который можно реализовать, заменив четыре одновременных измерения по четырем НС на два последовательных измерения по двум НС или на четыре последовательных измерений до одного НС. Аналогичные комбинации возможны и для других методов. 4.9. Определение ориентации с помощью СРНС До сих пор рассматривалась классическая задача определения координат и вектора скорости потребителя. С развитием СРНС и совершенствованием методов и аппаратуры приема и извлечения информации из радиосигналов возникают потребности и возможности решения более сложных задач.
Одной из таких задач является определение ориентации потребителя (летательного аппарата, морского судна или иного протяженного объекта). Решение этой задачи может заключаться в следующем. В двух точках потребителя (двух точках палубы корабля) А и В, расположенных на расстоянии Ы одна от другой (рис.4.4), устанавливают два приемника сигналов СРНС. Пространственная ориентация линии АВ относительно системы координат, связанной с потребителем (связанной системы координат, например, корабельной) известна.
У НС1(х1,уия1 Рис. 4.4. Схема определения ориентации Ориентация линии АВ определяется направляющими косинусами совр, =(хь — х,)/а', созе' =(уь — у,)/Ы, совр, =(гь — г,)/Ы, 77 Глава 4 фиксирующими положение вектора АВ относительно геоцентрической системы координат ОХИ Пусть приемники, расположенные в точках А и В, измеряют дальности и Дь, до навигационного спутника НС| с известными координатами (х1,у,,г,) .
Рассмотрим угол у, (см. рис. 4.3), для которого с учетом соотноше- НИЯ а «Да,, а~«ДЬ1 МОЖНО ЗаПИСатЬ СОяу, = (Ą— ДЬ,)/а'. (4.22) С другой стороны, угол у, — это угол между векторами АВ и АНСь Следовательно, косинус этого угла можно выразить через направляющие косинусы этих векторов (4.81 соотношением (4.23) СОЗ У, = Р„СОЗР, + Рх, СОЗ УХу + И„СОЗ Р,, где ф„,, р„, р„— направляющие косинусы вектора АНСО которые могут быть определены в приемнике сигналов, находящемся в точке А. Уравнение (4.23) содержит три неизвестных величины — направляющие косинУсы соилах„соилу, созР,. ДлЯ их опРеделениЯ необходимо иметь тРи таких (независимых) уравнения, которые можно получить, например, проведя в точках А и В аналогичные измерения еще по двум НС и записав соотношения, аналогичные (4.22): СОБУ2 = (Да2 — ДЬ2)/С2, СОВ УЗ = (ДаЗ вЂ” ДЬЗ)/а' (4.24) и аналогичные (4.23): СОЯ у2 = Ф,2 СОЯ Рх +,а 2 СОЯ ~уу +,и,2 СОВ Чх,, СОЗ УЗ РхЗ СОЗ Рх + РуЗ СОЗ Ру + РхЗ СОЗ Рх ' (4.25) СоотношениФ (4.22 — (4.25) позволяют составить систему трех уравнений: ( Да1 ДМ )/а ~ах~ СОЯ ~хх + фу1 СОВ Чху + ~х1 СОЯ ~/хх (>~а2 ДЬ2 )~а Ьхх2 СОЯ Рх + Ру2 СОЯ~/I, + Ьхх2 СОЯ~/lх ~ (ДаЗ ДЬЗ)/~ Ьхх3 СОа1/lх + ~Иу3 СОЯ~I + РхЗ СОЯ'хlх (4.26) и решить ее, определив направляющие косинусы и пространственную ориентацию линии АВ и, соответственно, потребителя.
Иногда задачу упрощают„используя уравнение связи соя р, +сов кх +сов р, -1 2 г 2 78 вместо одного из уравнений в (4.26), т.е., используя сигналы только от двух на- вигационных спутников. Методы решения навигационных задач Для решения задачи высокоточного определения ориентации потребителя вместо дальномерных измерений можно использовать фазовые измерения в точках А и В или относительные фазовые измерения в данных точках.
Так как разность фаз сигналов, принимаемых в точках А и В, Ля =2~ (Д., — Д„)/.1, 14.27) то, измерив такие разности по сигналам трех НС зз2 ~г(да2 До2)/ ~ Агрз Ядаз Доз)/~ т соотношения (4.2б) для определения ориентации потребителя можно предста- вить в виде Ыр,л./(2/гй) = р„созе, +/ау, соар,, +/а„совр,, 1=1,3. (4.28) Однако следует отметить, что для использования (4.27), (4.28) необходимо решить проблему неоднозначности фазовых измерений.
Более подробно данная проблема описана в гл. 1б. Литература 4.1.Шкирятов В. В. Радионавигационные системы и устройства. — М.: Радио и связь, 1984. 4.2. Гришин Ю. П., Ипатов В. П., Казаринов Ю. М и др. Радиотехнические системы/ Под ред. Ю. М Казаринова. — М.: Высшая школа, 1990. 4.3. Ярлыков М С. Статистическая теория радионавигации. — М.: Радио и связь, 1985. 4.4. Ярлыков М С., Болдин В. А., Богачев А. С.
Авиационные радионавигационные устройства и системы. — М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1980. 4.5.Пестряков В. Б., Кузеков В. Д. Радиотехнические системы. — М.: Радио и связь, 1985. 4.6. Виницкий А. С. Автономные радиосистемы. — М.: Радио и связь, 1986. 4.7. Теоретические основы радиолокации/ Под ред. В. Е. Дулевича. — М.: Сов. радио, 1978. 4.8. Корн Г'., Корн Т. Справочник по математике. — М.: Наука, 1968.
Глава 5 Глава 5 РАДИОСИГНАЛЫ И НАВИГАЦИОННЫЕ СООБЩЕНИЯ В СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ 5.1. Требования, предъявляемые к сигналам в СРНС В СРНС осуществляется непрерывное излучение сигналов со всех находящихся в эксплуатации НС. При этом на вход приемника потребителя поступают сигналы от всех видимых НС. Для решения задачи навигационных определений принимаемые сигналы должны иметь такую структуру, чтобы их можно было разделить и достаточно точно измерить параметры радиосигнала (задержку, доплеровское смещение частоты, фазу). Отсюда вытекают два основных требования, предъявляемых к радиосигналам: возможность их эффективного разделения в приемнике; обеспечение высокой точности измерения параметров сигнала.
Первое требование реализуется за счет использования того или иного метода разделения сигналов ~5.1 — 5.3~: частотного, временного, кодового и др. Наилучшее разделение и сигналов достигается при использовании ортогональных сигналов. В этом случае при условии точной синхронизации сигналов методы временного, частотного и кодового разделения эквивалентны.
В современных СРНС используются два метода разделения сигналов: в СРНС ГЛОНАСС вЂ” частотное, в СРНС бРБ, байео — кодовое. При частотном разделении сигналов, каждому из них отводится своя полоса частот, а спектр сигнала должен быть достаточно компактным (в идеале— строго полосовым). Так как реализация строго полосовых сигналов практически невозможна, реальные сигналы имеют частично перекрывающиеся спектры, что определяет их неортогональность и взаимное влияние сигналов друг на друга при их приеме и обработке, т.е. приводит к внутрисистемным помехам. Уровень внутрисистемных помех в СРНС ГЛОНАСС оценивается на уровне 54 дБ (5.4).
При кодовом разделении каждый сигнал излучается на одной и той же частоте и модулируется своим индивидуальным кодом, причем используемые коды должны быть по возможности ортогональны между собой. Неортогональность кодов приводит к ошибкам при разделении сигналов (внутрисистемные помехи). В СРНС ОРБ в качестве таких кодов (для сигналов стандартной точности) используются коды Голда, для которых уровень внутрисистемных помех оценивается величиной 21,6 дБ [5.4~. Основные навигационные параметры, определяемые в СРНС, — дальность и скорость движения потребителя. Соответствующими им радионавигацион- 80 Радиосигналы и навигаиионные сообщения в СРНС ными параметрами (параметрами радиосигнала) являются задержка т сигнала и доплеровское смещение частоты ~,. Поэтому для высокоточного определения координат и параметров движения потребителя необходимо обеспечить высокую точность измерения т и ~,' сигнала.
Из статистической теории оценивания параметров сигнала ~5.1,5.21 известно, что минимальные среднеквадратические ошибки ст„~тт оценки задержки Л и доплеровского смещения частоты при приеме сигнала в(~) с известной начальной фазой на фоне некоррелированного гауссовского шума с односторонней спектральной плотностью Уо при раздельном их измерении определяются соотношениями и, = ~),~2дм~); ггт — — 1Чэ)2да)г где а = Е/Жо — отношение сигнал/шум; (5.1) р = )я')г)М энергия сигнала та время наблюдения р; о т )!2 1 Г 2 2 а = — ~(2тг) в (~) й — эффективная длительность сигнала; Е о 1!2 — эффективная ширина спектра сигнала; т р(/ ) = )г)г)е ' ' й — спеятральная плотность сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
