Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигационные системы (1994) (1151783), страница 11
Текст из файла (страница 11)
|отся стробирующие импульсы, повторяющиеся через каждый Т,,, На втором этапе производится обнаружение первого импульса ведущей ОС с использованием показанных на рис. 6.13 особенностей ее сигнала. При этом стробирующий импульс совмещается с первым импульсом ИИМ и форми- максимальному числу ОС в цепочке. Избыточное число данных позволяет уточнить полученные результаты и выбрать те ОС, сигналы которых обеспечивают требуемое отношение сигнал-шум я наименьшее значение геометрического фактора. 6.1.4. ОПТИМАЛЬНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ В АППАРАТУРЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ РСДН Аппаратура потребителей РСДН в основном предназначена для пол чения навигационных данных (координат объекта) в резуль ультате цифровой обработки сигналов ОС. Эта задача ус- осоложняется из-за из-за малой мощности принимаемых сигналов бенно на предельных дальностях от ОС, составляющих тысячи километров, а также из-за высокого уровня помех в диапазонах километровых и мириаметровых волн.
В таких условиях для оптимальной оценки навигационных данных применяют так называемый ф мый фильтр Калмана-алгоритм, обеспечивающий наилучшую в смысле минимума СКП несмещенную оценку. Принцип построения фильтра Калмана. Для реализации на 3ВМ оптимальной фильтрации необходимо составить модели объекта МО ~рис. 6.16,а) и измерений на основе априорной информации о характере движения объекта и о законе преоб- х(А1А) =х(А ~ А — 1)+К (А) ~~(А) — Н (й) х(А ~ й — 1)3; (6.12) х(й ~й — 1)=Фф! А — 1)х(А — 1 !А — 1), (6.13) ем. В модели объекта для формирования вектора ~ф 1) н -.,'.,:... рассчитывается ковариационная матрица, диагональные элех(Й) используется задержка на Л~ .
Считается что вхо щ„.,'.:.."-.,'.':-: Менты которой представляют собой дисперсии погрешностей Эти модели записывают в дискретной форме. Для этого интер вал наблюдений 10... 1 разбивают на Й отрезков длитель ностью Мд, где И вЂ” интервал дискретизации, который дол жен быть меньше интервала корреляции навигационных дан ных, но достаточен для выполнения в ЗВМ операций по и их оценке.
Модель объекта. Движение объекта описывается уравнени ем состояния где х(А) и х(й — 1) — векторы состояния объекта (например, его коордиинаты) в момент времени АМ и (А — 1) М„, имеющие размер (пХ1), соответствующий числу п оцениваемых навигационных данных; Ф (Й ~ Й вЂ” 1) — переходная матрица размером (иХ и), определяемая динамическими свойствами объекта; Г(й ~ Й вЂ” 1) — прогнозирующая матрица коэффициентов размером (и Х У), а ы (Уг — 1) — вектор формирующих белых шумов размером (1Х1) с нулевым математическим ожидани- Оптимизация обработки навигационных данных. На ис. 6.16„б показана структура оптимального измерителя ОИ, представляющего собой фильтр Калмана.
Этот фильтр, используя известные модели формирования сигнала ~, восстанавливает вектор состояния в дискретном времени. Обычно входя~щие в (6.10) и (6.11) матрицы известны лишь приближенно, Поэтому и оценка фильтра не является полностью оптимальБой. Алгоритм фильтр а описывается ур авнениям и где хф ~ й — 1) — экстраполированная оценка х(А) на А-м интервале, полученная по совокупности результатов измерений г(1), я(2),..., я(Й вЂ” 1); К(Й) — коэффициент передачи, вычисляемый в ВКП по известным из теории калмановской фильтрации формулам.
Следует отметить, что при определении К(А) ™% 1~~а~ Рис. 6.18. Зависимость погрешностей от относительной полосы пропускания фильтра Рис. 6.17. Дополнительный фазовый сдвиг сигнала при расстройке филь- тра о~ о, 2 ? с+ ~+ Ю ,9 (6. И) требителя ЛТ. Соответствующий фильтр Калмана имеет три входа (т=3 по числу ОС) и три выхода (~, Х, ЛТ). В дально- мерной и разностно-дальномерной РСДН достаточно оценки двух координат ~ и Х.
При проведении измерений по двум парам ОС (т=2) соответствующие фильтры имеют два входа и два выхода. При проектировании оптимальной аппаратуры потребителя следует иметь в виду, что запись входящих в уравн ких систем (см. и. 6.1.2) в дальномернои системе СКП опрепеления геометрического элемента Й" примерно равна 60 м, а разностно-дальномерной — 30 м. Однако в реальных услови иях погрешности определения линии положения возрастают до 1... 2 и 0,1... 0,3 км соответственно (меньшие значения Отмечаются в дневное. а большие — в ночное время).
Кроме .гого, точность место определения зависит от взаимного расположения потребителя и опорных радиостанций (геометрический фактор). Основные источники погрешностей фазовых РСДН. Точность фазовых РСДН анализируется с помощью основного уравнения Й~' — 1с(2л~,) '~ср,, где Ц~' — расстояние или разность расстояний в зависимости от типа РСДН. Преобразование этого уравнения (см..п. 3,2.2) ~приводит к соотношению где о„а; и о,— средние квадратические отклонения скорости распространения радиоволн с, несущей частоты ~о и ср~. Погрешность а, зависит от уровня помех, динамических параметров потребителя и стабильности ФЧХ приемного тракта. Выражение (6.14)' справедливо при независимости возмущающих Рис. 6.19.
Расположение элементов дифференНиальной РСДН Влияние нестабильностц '. эталонных генераторов. Расхо~... дение частот Л~ генераторов Эр опорной станции и ОГ аппарат,. ры потребителя (см. рис. 6.4) приводят к погрешности ау, кото. рая подлежит учету в дально. мерных РСДН. Примем, что относительная взаимо. ная нестабильность частот этих гене. раторов равна Я„=ЛЯ . Пусть оба ге. нератора синхронизированы в момент О, Тогда за время работы Тр раз.
ность фаз генераторов составит ~р,,— =2пЛ~Т„, что приведет к погрешности ЛЯ=М(р,. =Ц~сТр — сЬТ. Зададимся ЛЯ~10 м и Тр — — 1 ч. Тогда требуе-. мая относительная долговременная нестабильность частоты генераторов, формирующих шкалы времени системы и потребителя, будет 9 (10-". Такая стабильность достижима только с помощью атомных стандартов частоты:. (эталонов времени). Применение дифференциальных систем для повышения точ- ~емли (НИСЗ) . Спутниковые РНС обеспечивают непрерыв,1ое и практически мгновенное определение местоположения и ск корости потребителя в подавляющем большинстве районов зе емного шара (глобальные системы) с точностью, на порядок РР ,превышающей точность РСДН. Для работы СРНС выделены ~густоты в диапазоне дециметровых волн, близкие к оптималь~цм с точки зрения минимального поглощения сигнала при ~аспространении и размеров антенн, используемых для перепа ачи и,приема.
Функции опорных станций в СРНС выполняют НИСЗ. ~ Возможны как активные с активным ответом, так и пассивнце СРНС~~ Большинство СРНС представляют собой много- Позиционные пассивные системы, имеющие неограниченную пропускную способность, Особенности определения местоположения потребителя в СРНС. Из -возможных методов местоопределения в СРНС наиболее употребителен дальномерный метод, преимущества которого рассмотрены в п 61.1. Измерен я в дальномерн'й (квазидальномерной) системе описываются уравнениями (6.1) ': и (6.2) „которые справедливы при точной синхронизации шкал времени на всех НИСЗ. В дальномерной системе погрешность шкалы времени НИСЗ 1входит в погрешность измерений. Для ~7одсистема потребителей состоит из аппаратуры, установлен нной на космических кораблях, самолетах, вертолетах и дру-- нх объектах и позволяющей найти местоположение и другие Гнх унт нтересующие потребителя навигационные элементы.
6.2.2. СИГНАЛЫ СРНС -рых - -рический фа~тор минимален. Расчеты показывают,-.::::;-':.':;;",=::= налы, манипулированные по фазе псевдослучайным дальномерчто при созвездии из 24 НИСЗ геометрический фактор 1 ~при -,-':,"".;,: ным кодом (псевдошумовые сигналы ПщС), при которых пол~~р~д~л~нии трех коордннат с вероятностью 0,99 не превыша-:.';:.:,:, .::„-.ностью используется малая (порядка сотен ватт) мощность система «Качйаг» и европейская система «Ма~за1». Струк ры этих систем определяются указанными особенностями кту ',:.'- имеют много общего.
Состав СРНС. Основные компоненты СРНС вЂ” подсист те~ НИСЗ, наземный командно-измерительный комплекс (КИК) „":.: подсистема потребителей, Иодсистеиа НИСЗ содержит такое число спутников котором в любой точке земного шара в зоне видимости потре. бителя наблюдаются не менее четырех спутников. Одна из наи более подходящих конфигураций созвездия НИСЗ для СР11С содержит от 18 до 24 спутников, размещенных равномерно нескольких круговых орбитах, смещенных на равные интерва лы по,долготе. Высота орбит около 20000 км, а время обра1це ния спутника примерно 12 ч. Большая высота орбит кроме рас ширения зоны видимости НИСЗ способствует уменьшению воз мущающего:влияния атмосферы на параметры орбиты и повы шению точности долгосрочного прогноза эфемерид. При тако~ .:... созвездии в зоне видимости потребителя всегда находятся не менее шести спутников, что позволяет выбрать те из них, для ко Я аппаратуре потребителей СРНС обрабатываются два сигна ала спутников: навигационный, служащий для измерительных ~елей, и сигнал, несущий служебную информацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
