Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 41
Текст из файла (страница 41)
(4.7)). В приемнике формирование оценки псевдо дальности (измеренной псевдо дальности) основано на измерении момента приема заданной фазы дальномерного кода и расчете ее запаздывания относительно момента формирования той же фазы дальномерного кода на борту НС, информация о котором извлекается из навигационного сообщения.
Определенная таким образом псевдо дальность отличается от той, которая постулируется формулой (7.1), что обусловлено рядом физических и технических факторов. Отклонения измеренной псевдо дальности от расчетной (7.1) будем называть погрешностями определения псевдо дальности. При распространении сигнала по трассе НС вЂ” потребитель он проходит ионосферу и тропосферу, которые существенно влияют на время распространения сигнала. Возникающие при отклонения измеренной псевдо дальности от расчетной будем обозначать ог„,„с и й~,„с — ионосферная и тропосферная погрешности.
Подробное описание данных погрешностей приведено в и. 7.3. Вращение источника излучения сигнала по орбите с высотой примерно 25тыс. км приводит к ряду релятивистских и гравитационных эффектов, влияющих на определение времени распространения сигнала от НС до потребителя. Погрешности данного типа обозначим как й~, а их краткое обсуждение приведено в п. 7.4. При работе приемника в условиях, отличных от «свободного пространства», на его вход, кроме сигналов НС, могут поступать переотраженные от местных предметов ~а также от подстилающей поверхности) сигналы. Это приводит к смещению измеряемого в преемнике положения максимума корреляционной функции опорного сигала с поступившей смесью входных сигналов, т.е.
к возникновению погрешности в оценке времени приема сигнала, а следовательно, и в оценке псевдо дальности. Данный вид погрешности А„„~с называют погрешностью многолучевого распространения. Анализ эффектов много- лучевого распространения дан в п.7.5. При обработке сигналов в приемнике возникают также погрешности (ошибки) в оценке псевдо дальности, среди которых выделяют два типа: погрешность, связанная с групповой задержкой сигнала в высокочастотном тракте приемника, и погрешность, обусловленная следящими системами за задержкой кода и фазой сигнала. Обозначим погрешности, вносимые приемником, как А„~с. В бортовой аппаратуре в инерционных цепях формирования высокочастотного сигнала возникает групповое его запаздывание, что приводит к отста- 273 Глава 7 где я- — прочие составляющие погрешности определения псевдо дальности, не входящие в описанные выше.
С учетом описанных типов погрешностей для измеренной псевдо дальности (оценка псевдо дальности) можно записать выражение Д=Д+~Д=Д„„( '"~+Д+~Д. (7.3) 7.2. Составляющие погрешности определения псевдо скорости В СРНС псевдо скорость 1'определяется по доплеровскому смещению частоты принятого сигнала.
Доплеровское смещение частоты принимаемого узкополосного сигнала относительно частоты излученного сигнала обусловлено взаимным перемещением источника излучения и приемника сигнала. Если частота излучаемого сигнала ~о, то частота принимаемого сигнала ~„' определяется известным соотношением 17.1] Л =Хо 1+ =.1о 1 (7.4) где Р' — скорость относительного движения вдоль линии НС вЂ” потребитель, положительное значение которой соответствует увеличению расстояния между объектами.
Для доплеровского смещения частоты из ~7.4) получаем 1 ЫД Л =Л-~о =-~о —,' = — '= — —,, (7.5) с Я Я аг где Д вЂ” расстояние между источником излучения и приемником. Полная фаза принимаемого сигнала с частотой (7.4) при 1' = сопя1 р ! Ф о)=ро" )2~г~„й =уз< 2~гд~~<-2~гя, о где ро — начальная фаза. (7.6) 274 ванию момента излучения «заданной» фазы дальномерного кода относительно момента ее формирования в генераторе кода и, соответственно, к отличию реального момента излучения относительно того, которое передается в навигационном сообщении.
Погрешность данного типа обозначим как й,„, Итоговая погрешность определения псевдо дальности определяется как сумма частных составляющих погрешностей и может быть представлена в виде дД =йионС+М опС+Амл С+А г~С+Ап С+(Йап+Е- (7.2) Источники погрешностей и точность НВО При известной частоте А оценку доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала в приемнике можно получить, если сформировать опорное колебание сов~(оо,„+ 2~Д~г) = сов(Ф,„(г)), измерить разность фаз ~~) = п ~~) оп (~) = я) (оол + ~~гХд~ (7.7) и вычислить производную по времени от данной разности 1 сИФ(г) 2л й (7.8) Учитывая (7.7) и (7.8), запишем выражение для оценки скорости, формируемой в приемнике — Я йЬФЯ вЂ” ~(с1Ф„(~) ИФ,„(~) 2~г й 2л ~ й Ж (7.9) Производные а~Ф„(г)/сй и ЫФ,„(г)/й в (7.9) определяют мгновенные частоты 2к/„',(г) и 2л /;„(г) бортового передатчика и опорного генератора приемника.
Так как каждый генератор гармонического колебания обладает вполне определенной нестабильностью частоты, можно записать выражения 1. Я=1~+1' 1-Я=у~+1'. (7.10) где /„', и Ą— отклонения частот излучаемого сигнала и опорного колебания приемника от номинальных значений.
таким образом, при определении радиальной скорости в соответствии с (7.9) возникает смещение в оценке скорости Г= Л(Ą— Д,), обусловленное расхождением частот опорных генераторов НС и потребителя, т.е. фактически определяется не скорость, а псевдо скорость Г = к" + Г . Можно показать (см. и. 4.6), что Г = 4~'/й = сй'/й, где г' — расхождение между БШВ и ШВП, 275 описанное в предыдущем разделе.
Приведенные выше определения доплеровского смещения частоты и псевдо скорости соответствуют распространению сигнала в свободном пространстве. Реально сигнал, излученный с НС, проходит слой ионосферы и тропосферы, поэтому необходимо учесть эффекты, возникающие при распространении сигнала в реальных средах. Ионосфера влияет не только на задержку огибающей сигнала, но и на задержку его фазы. Более подробно эти эффекты будут обсуждены в п. 7.3.
Здесь же лишь констатируем итоговый результат, который гласит: дополнительная задержка фазы, обусловленная влиянием ионосферы, в первом приближении совпадает с аналогичной задержкой огибающей й„,„, но имеет обратный знак. Глава 7 Однако, поскольку изменение задержки ог„,„(г) во времени очень медленное, производная ЫА„,„/ат' очень незначительная, что обусловливает слабое влияние ионосферы на определение псевдо скорости. Аналогичная ситуация имеет место при анализе влияния тропосферы на определение псевдо скорости, поэтому им также пренебрегают. Релятивистские и гравитационные эффекты оказывают влияние на точность определения псевдо скорости, что учитывается соответствующей погрешностью Я~ „.
В приемнике оценка доплеровского смещения частоты принятого сигнала формируется следящей системой за фазой (или частотой), что приводит к определенной ошибке, которую обозначим о ~,' „. В результате оценка псевдо скорости [измеренная псевдо скорость) может быть записана в виде ~ р + ~ + ~эргэ +~~Хдпр + ~~проч (7.11) где Я~„~„— прочие составляющие погрешности определения псевдо скоро- сти, не входящие в описанные выше.
7.3. Влияние среды распространения на параметры сигнала При определении псевдо дальности и псевдо скорости в и. 7.1, 7.2 полагалось, что электромагнитные волны (сигнал) распространяются со скоростью света. Это соответствует их распространению в вакууме. Реально сигнал распространяется в земной атмосфере, характеристики которой отличны от вакуума, что необходимо учитывать при анализе псевдо дальности и псевдо скорости. Основными электрическими параметрами среды, в которой распространяются электромагнитные волны, являются [7.2, 7.3~: е — относительная диэлектрическая проницаемость; й — относительная магнитная проницаемость; о.
— удельная проводимость. Если электрические параметры среды зависят от частоты, то среда распространения называется диспергирующей, в противном случае — недиспергирую и~ей. В атмосфере выделяют несколько слоев, отличающихся физическими свойствами [7.2, 7.3]. Нижний слой, простирающийся от поверхности Земли до высоты около 10 км, называют тропосферой. Слой атмосферы от 60 до 1000 км называют ионосферой. Тропосфера является недиспергирующей средой, а ионосфера — диспергирующей.
276 Источники погрешностей и точность НоО При распространении плоской монохроматической электромагнитной волны в однородной изотропной среде изменение ее фазы описывается соотношением [7.Ц р=оя — К г, где г — радиус-вектор из начала координат в рассматриваемую точку пространства; К = к 1Π— волновой вектор, модуль которого равен к = ш/~ф, где ~ — фазовая скорость, а единичный вектор 1 определяет направление распространения волны, т.е.
перпендикулярен фронту волны. Модуль волнового вектора к определяет изменение фазы на единице длины пути. Фазовая скорость ~ф характеризует скорость перемещения волнового фронта. В вакууме ~ = с, в реальной среде ~ф ~ с. Так как электрические параметры недиспергирующей среды не зависят от частоты, фазовая скорость электромагнитных волн, имеющих различные частоты одинакова. Поэтому сигнал, представляющий собой совокупность электромагнитных волн с различными частотами, распространяется в такой среде как единое целое (группа волн) с единой скоростью. В диспергирующей среде фазовая скорость различных составляющих сигнала различна, что приводит к изменениям распространения сигнала как группы волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
