Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 12
Текст из файла (страница 12)
ая Системная шкала времени на спутнике формируется с помощью бортовых цезиевых стандартов частоты, долговременная относительная нестабильность частоты которых порядка 1О ". В каждом сеансе связи спутника с КИК (примерно один раз за 12 ч) ШВС приводится в соответствие с шкалой Всемирного координированного времени.
Наземный коман о- ме ите ьны к плекс ИК предназначен для управления полетом и работой бортовой аппаратуры всех НИСЗ системы и для снабжения их информацией, необходимой для выполнения высокоточных и надежных навигационных измерений. Командно-измерительный комплекс выполняет следующие операции: определение орбит НИСЗ; вычисление расхождения бортовых шкал времени НИСЗ со шкалой системного времени; предсказание эфемерид каждого НИСЗ и уходов бортового времени; формирование массива служебной информации и закладка его в память соответствующего спутника, а также телеметрический контроль работы систем спутников и диагностика их состояния.
В наземный КИК системы «ГЛОНАССв входят Центр управления системой и сеть станций управления и слежения, которые размещены в различных пунктах на территории России (рис. 3.7). Рис. 3.7. Командно-измерительный комплекс спутниковой навигационной системы «ГЛОНАССь[10) Определение координат спутников и их производных осуществляет Баллистический центр системы по данным, поступающим с наземных запросных командно-измерительных станций (КИС), радиолокаторы которых работатот в режиме кзапрос-отает» и определяют дальность до НИСЗ с точностью до двух-трех метров. Кроме того, параметры орбит спутников измеряются по навигационным сигналам НИСЗ на рабочих 66 частотах системы.
Погрешность прогнозирования эфемерид спутников не превышает нескольких метров. Частотно-временное обеспечение систеыы осуществляется с помощью центрального синхронизатора, в котором в качестве хранителей системного времени применяют водородные стандарты частоты с долговременной относительной нестабильностью частоты порядка 1О Для определения и введения поправок к шкале времени НИСЗ используют измерения сдвига по времени сигнала спутника беззапросной измерительной станцией (БИС) и запросной измерительной станцией(ЗИС).
Результаты измерения сдвига времени, полученные БИС и ЗИС, служат в Баллистическом центре для расчета поправок синхронизации бортовой шкалы времени с шкалой времени системы, Подсистема пот ебителей состоит из аппаратуры, установленной на космических кораблях, самолетах, вертолетах и других объектах, и позволяет найти свое местоположение и другие интересующие потребителя навигационные элементы. 3.3. Сигналы СРНС Требования и сигналам.
Рассмотрим требования к тем сигналам НИСЗ, которые излучаются спутниками системы и обрабатываются в аппаратуре потребителя в целях определения местоположения (координат) и вектора скорости последнего. Эти требования вытекают из назначения и особенностей СРНС, а также обусловлены тем, что СРНС не только должна обеспечивать навигационной информацией гражданских потребителей, но и служить оборонным целям. Отсюда дополнительные, более высокие требования к точности системы и мерам оберпечения недоступности сигналов несанкционированным потребителям, что ведет к усложнению системы. Кроме того, следует учитывать малую мощность передатчиков НИСЗ (обычно не превышающую 10-50 Вт) н чрезвычайно большую протяженность радиолинии «спутник — потребитель», примерно равную 20000 км, а следовательно, и уменьшение плотности мощности сигнала при распространении радиоволны, превышающее 180 дБ.
Существенным является и желание минимизировать количество несущих частот излучаемых сигналов. Таким образом, навигационный сигнал спутника должен быть энергоемким (иметь максимальное значение произведения мощности сигнала на его длительность), допускать одновременньве высокоточные измерения дальности и скорости, позволять проводить опознавание спутника, содержать как дальномерную, так и служебную информацию и обеспечивать достаточные потехоустойчввость и криптостойкость. Общие свойства сигналов. Как следует из теории сигналов, высокую точность как по дальности, так и по скорости при обработке од- ного и того же сигнала можно получить только в том случае, если этот сигнал имеет широкий спектр, характеризуемый так называемой среднеквадратической частотой, и большую среднеквадратическую длительность, т.е.
относится к классу сложных сигналов. Из числа последних в СРНС наиболее употребительны непрерывные сигналы, манипулированные по фазе псевдослучайным дальномерным кодом (псевдо- шумовые сигналы ПШС), при которых полностью используется малая (менее 50 Вт) мощность передатчика НИСЗ, значение которой трудно увеличить из-за ограниченных энергетических ресурсов спутника.
Дальномерные коды представляют собой М-последовательности или коды максимальной длины (максимального периода), которые формируются с помощью рекуррентых соотношений, что упрощает реализацию генераторов кодов (обычно это регистры сдвига с обратными связями). В спутниковых РНС особое значение имеют хорошие корреляционные свойства М-последовательностей: узкий основной пик двумерной корреляционной функции (ЦКФ), ширина которого по оси задержек равна кт„, а по оси частот — Йг„, где т„ -длительность элемента кода (рис.
3.7), а коэффициент к зависит от уровня отсчета этих параметров; малый уровень боковых лепестков ДКФ, равный 1/йи где Лг,— число элементов кода в одном периоде кода Т: )ч",= Т„~т„, и практическая ортогональность (отсутствие корреляции сигналов с разными М-последовательностями). Рис. 3.8. Основные параметры дальпогверного када СРНС (л = ЛГэ) М-последовательности формируют с использованием так называемых образующих нолинамов вида Р(х) = 1 + х' + х' + ...
+ х, (3.6) где т < 34 — «память» кода, равная числу ячеек в регистре сдвига и определяющая основные параметры кода. Показатель степени, т.е. верхний индекс х, указывает на наличие гаго слагаемого этого многочлена (физически это означает отсутствие обратной связи в регистре сдвига при х' = О). Многочлену Р(х) соответствует код — периодическая последовательность символов (элементов): Р(т) = 1 Э а,т' Э а,т' Ю ... 9 а т (3 Л где а — одноразрядные числа (1 или О), знак назначает сложение по модулю 2, а т„для упрощения записи заменен на т.
$7 Коэффициенты а рассчитывают по рекуррентному правилу: а.=а~тт,чзазт дчз...®а т (3.8) Период повторения последовательности (кода) определяется соотношением Т =т„(2 — 1). Рассмотренный принцип формирования кода можно пояснить следующим примером. Допустим, что заданный уровень боковых лепестков ДКФ достигается при т = 4. По имеющимся в литературе по ПШС таблицам (12] выбираем формирующий полипом Р(х) =1 + х + х', что соответствует следующим значениям а в (3.7): а, = а4 = 1 и аз = аз = О. Для формирования кода необходим регистр сдвига, содержащий гл = 4 ячеек задержки (триггеров).
Примем произвольно, что в исходном положении первый триггер находится в состоянии к!», а остальные — в состоянии «0», что соответствует двоичной форме 1000. Выбранное состояние триггеров регистра соответствует начальному блоку кода, т.е. четырем первым коэффициентам а: а, = 1, а = аз = а4= О. С учетом полученных значений г и а перепишем соотношение (3.8) в виде а, =а,, Эа, „, тогда аз =аз Юа, =О%1=1, а =а, Юа =1ЭО=! и т д, до7' = 15. После числа элементов У, = 2"' — 1, соответствующего периоду повторения кода, последовательность повторяется. Двоичная форма полученного кода — 100011110101100.
Отметим, что период повторения кода определяет дальность, измеряемую однозначно: )1„, < сТ (при Т = 1 мс л„< 300 км), а длительность элемента кода т„влияет на точность дальнометрии, которая тем выше, чем меньше т„. Напомним, что под многозначностью понимают такое явление, когда одному и тому же результату измерения г„(см. рис. 3.1) соответствуют два или больше значения измеряемой величины гл. Из рис. 3.1 следует, что многозначность возникает при гк > Т„= Т . Для исюпочения многозначности используют, например, многошкальный метод измерения, когда на первом этапе измеряемую величину (в данном случае Я) определяют с помощью грубой системы, например, системы счисления пути, которой рассматриваемое явление не свойственно и погрешность которой в несколько раз меньше (й„),„= сТ„„ Предусматриваются два дальномерных кода: грубый (ГК) для гражданских и точный (ТК) для военных потребителей навигационной информации соответственно, а также код служебной информации (КСИ).
Сформированные коды служат для бинарной фазовой манипуляции несущей частоты, когда единице или нулю элемента кода соответствует фаза сигнала, равная 0 или 180' (или 90 и 270'). В целях экономии частотного диапазона каждый НИСЗ излучает навигационные сигналы только на двух частотах, значения которых лежат вблизи 1600 и 1250 МГц. Согласно существующей практике эти частоты обозначают Е1 и Ез (по наименованию соответствующего поддиапазона частот).
На основной частоте бв Е~ одновременно излучаются ГК, ТК и КСИ. Сигнал на частоте Е~ достаточен дяя обеспечения навигационной информацией гракданских (несанкционированных) потребителей. Частота Ц вводится для использования при двухчас.готном методе коррекции погрешностей, вызываемых рефракцией радиоволн в ионосфере. Сигнал на частоте Ез содержит только ТК и КСИ и потому доступен лишь некоторым потребителям, которые имеют право требовать от системы предельной точности. Для разделения передаваемых на одной несущей частоте грубого и точного кодов применяют ортогональную фазовую манипуляцию, когда ГК передается при фазной манипуляции (О и 180'), а ТК при фазовой манипуляции (90 и 270').
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
