Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Навнга ионньгй п о ессо НП выполняет следующие основные функции; выбор рабочего созвездия НИСЗ; выбор кодов или несущих частот сигналов спутников рабочего созвездия; декодирование служебной информации (альманах, эфемериды); решение навигационной задачи (определение координат и вектора скорости); организация обмена информацией с другими системами и между составляющими АП. На НП часто возлагают и выполнение сервисных задач (расчет отклонений от заданной траектории двюкения потребителя, расчет времени прибытия в пункт назначения и т.п.). Опо ный гене ато ОГ является эталоном частоты для АП и представляет собой стабилизированный кварцем генератор, вырабатывающий сигнал с частотой, близкой к основной тактовой частоте г» СРНС, которая составляет 10,23 МГц («ОРИ») и 5,0 МГц («ГЛОНАСС») или на гармониках этих частот.
Генератор обладает относительной долговременной стабильностью бУ = 1О ' и кратковременной стабильносп ю около 10' ". Варианты построении АП. В зависимости от сложности различают одноканальную (в том числе мультиплексную) АП, которая в каждый текущий момент ведет прием и обработку сигнала только одного спутника, н многоканальную АП, работающую одновременно по нескольким НИСЗ.
с~~~ ш р ° й р 3.13 последовательно во времени обрабатывает сигналы четырех спутников затрачивая на измерение дальности 0,2-2,0 с. Аппаратура используется на объектах с низкой динамикой. Вариант одноканальной АП вЂ” мультнплекснал АП позволяет практически одновременно осуществлять слежение за несколькими НИСЗ. В такой АП применяется временное уплотнение сигналов этих спутников, при котором продолжительность приема сигнала каждого НИСЗ не превышает нескольких миллисекунд. Это время значительно меньше постоянной времени следящих измерителей АП, что позволяет организовать фактически непрерывное слежение за несколькими спутниками. Благодаря цифровой обработке сигналов и программной реализации следящих измерителей, рассматриваемая АП оказывается не на много сложнее обычной одноканальной.
Однако из-за мультиплексирования энергетический потенциал всей системы снижается при слежении за сигналами четырех спутников более чем на бдБ, что приводит к уменьшению помехоустойчивости АП. Многоканальная АП применяется в первую очередь на высокоманевренных объектах (самолеты-истребители,штурмовики и др.) и содержит обычно пять процессоров первичной обработки сигналов (каналов). Четыре канала служат для слежения за выбранными спутниками рабо- чего созвездия, а пятый канал— для поиска и организации слежения за новым НИСЗ, появляющимся в зоне приема потребителя при его движении, илн для обработки сигналов одного из спутников на частоте Ц в целях компенсации погрешности ионосферной рефракции.
Недостатком многоканальной АП являетРнс. 3.15. Корабельная АП ОР-80 ся большая сложность и жесткие фирмы«РУК!Л40»[[8) требования к идентичности параметров каналов. На рис. 3.!5 показана корабельная АП с восьмиканальным приемником, путепрокладчиком и шестидюймовым жидкокристаллическим индикатором, работающая по сигналам НИСЗ глобальной спутниковой навигационной системы «ОРБ». 3.5. Точность СРНС Основные источники погрешностей. Суммарная погрешность СРНС зависит от того, насколько точно известно местоположение спутников в момент измерения; от непостоянства скорости распространения радиоволн; нестабильности бортовых эталонов времени; числа используемых для определения дальности спутников (избыточная информация позволяет повысить точность); уровня помех и от других факторов.
Неточность ин о ма ии о местоположении сп тннков. Координаты спутников передаются в виде эфемерид бортовой аппаратурой НИСЗ по данным, периодически получаемым от КИК. Современный уровень техники позволяет смоделировать факторы, возмущающие движение спутника по орбите (прецессионное движение оси Земли, давление солнечного света и др.), с очень высокой точностью. Поэтому погрешности, вызываемые перечисленными причинами, не превышают нескольких метров.
Такого же порядка погрешность, обусловленная неточностью модели земного шара и измерения высоты потребителя. Изменение око ости а п ос анения а иоволн в ионос е е и тйопосфейе приводит к погрешности измерения (погрешность рефракции). Знание природы этих погрешностей позволяет с помощью коррекции снизить их значение до нескольких метров. Остаточная погрешность является следствием приближенности расчетных формул и неточности сведений о параметрах атмосферы. Погрешность определения дальности Л)г„вызываемая рефракцией в тропосфере, зависит от зенитного угла О„т.е, угла между местной вертикалью в точке определения местоположения и направлением на спутник, и от закона изменения ко- 70 эффициента преломления и(Н) с высотой Н над поверхностью Земли.
Значение тропосферной погрешности (в метрах) дается алгоритмом и, Ьл, =зесО, ~Н(Н)г7Н, и„ где Ф(Н) = (и(Н) — !110' — индекс рефракции; Н„и Н, — высоты точек, где находится потребитель и верхняя граница тропосферы. Погрешность Ь11, компенсируется расчетными поправками, вычисляемыми для средних параметров тропосферы (остаточная СКП тропосферной погрешности порядка 0,1 Ьй,). Резкое увеличение Ь!т, с ростом О, ограничивает использование НИСЗ, видимых под малыми (менее 5') углами возвышения. Погрешность рефракции в ноно- айи м сфере зависит от концентрации электро- йертикаяь нов в ионосфере Н„ зенитного угла О„ высоты НИСЗ Н, и частоты сигналау: 0~ ИСЗ Лг„= Ч (Н„О„Н, )д'.
!2 Кроме того, Л)7„зависит от рас- ЛЛ стояния 11„которое радиоволна проходит в ионосфере (рис. 3.16). Радикальным 4 способом учета данной погрешности яв- ляется работа СРНС на двух различных 0 500 1000 1500 йи, км частотах. Измерения на частотах 7! и Я одной и той же дальности позволяют ис- Рис. ЗЛ6. Зависимость ключить (или определить) неизвестную погрешности рефракции функцию ц~(Н„О„У,) и ввести поправку в в ионосфейе от дальности измерения (см.
п. 2.2.2). и зенитного угла ополнительным источником пег ешностей пассивных даяьио- гйЫЮ~ " "" уь бильность частоты бортового генератора потребителя. В последние годы разработаны рубидиевые стандарты частоты, имеющие приемлемые для потребителя массогабаритные характеристики (см. табл. 3.1). Оценка точности СРНС. Моделирование и экспериментальная проверка показывают, что при использовании точного кода СКП имеют следующие предельные значения (в метрах): неточность прогноза параметров НИСЗ .................,................................... 3,5 неполный учет иоиосферной задержки ...................................................... 2,3 неполный учет тропссферной задержки .....................................,..............
2,0 многолучевой характер распространения ......................,........................... 1,2 погрешность бортовою оборудования 1,5 При этом эквивалентная общая погрешность измерения дальности— около б м, а результирующая погрешность местоопределения — пример- 71 но 16 м (при геометрическом факторе, равном 2,6). Средняя квадратическая погрешность измерения составляющих скорости — около 0,1 м/с, а времени — порядка 0,1 мкс. Таким образом, относительная СКП измерения дальности в СРНС елттт„м=З 10 соизмерима с предельной погрешностью дальнометрии, что достигается использованием в СРНС последних достижений в области выбора и обработки сигналов. При стандартном (грубом) коде точность системы значительно хуже, чем прн точном коде. Так, прн определении координат в горизонтальной плоскости погрешности составляют 1ООм (2п для системы ОРЗ) и 60м (Зп для системы ГЛОНАСС), а в вертикальной плоскости соответственно 150 и 75 м.
3.6. Дифференциальный режим СРНС Дифференциальным называют такой режим СРНС, при котором достигается более высокая точность СРНС при стандартном (грубом) коде введением поправок в результаты навигационных измерений, выполняемых аппаратурой потребителей. Поправки вырабатывает специальная наземная контрольная станция (КС), координаты которой известны с геодезической точностью. Контрольные станции устанавливаются в тех районах, где требуется повышенная точность навигационного обслуживания гражданских потребителей (например, в районах крупных аэроузлов).
Контрольные станции совместно с АП образуют так называемую дифференциальную подсистему (ДПС) спутниковой системы. Для работы ДПС требуется, чтобы КС и потребитель (П) (рис 3.17) осуществляли слежение за одними и теми же спутниками С. На КС ус- танавливается точная аппаратура сч а с-л потребителей (ТАП). Измерено ные с помощью ТАП двиньте (коордннаты КС, дальности до спутников и др.) в формировате- Т ле корректирующей информации (ФКИ) сравниваются с известГт!Рл) еки Гтлп1 ными координатами (или дальностями), на основе чего вычисРис.3.! 7. Структура лиффсрсштиально» ляются соответствующие по- правки, которые включаются в подсистемы СРНС: С вЂ” НИСЗ состав корректирующей информации (КИ). Передатчик (Прд) н специальная радиолиния КС-П служат для передачи КИ потребителю (П), где она используется для ввода поправок в навигационное решение, доводя точность последнего до 2-3 и.
72 Методы дифференциальных определений заключаются в определении вектора состояния потребителя по результатам приема н обработки сигналов СРНС в двух разнесенных точках рабочей зоны ДПС. Одна из этих точек — место расположения потребителя, координаты которого уточняются, а вторая — КС с известными координатами. Дифференциальные методы основаны на исключении сильно коррелированных погрешностей, сказывающихся одновременно как на АП, так и на КС (эфемеридные погрешности, уход шкалы времени на НИСЗ, влияние тропосферы и ионосферы). Эффективность коррекции зависит от того, насколько одинаковыми будут эти погрешности на КС и в точке расположения потребителя в моменты, когда потребитель производит навигационные измерения, т.е. от степени пространственной и временной корреляции этих погрешностей. Очевидно, что размеры рабочей зоны ДПС ограничены таким удалением от КС, при котором корреляция погрешностей КС и АП имеет достаточно высокое значение (несколько сотен километров).
В зависимости от характера корректируемой в АП информации различают .иепзод коррекции координат потребителя и метод коррекции навигационных элаиентое, определяемых в АП. Мета ко ек и коо инат. При реализации этого метода поправки представляют собой разности истинных и измеренных координат КС. Поправки включаются в состав КИ и передаются потребителю, уточняющему по ним свои координаты; Алгоритм этого метода имеет вид Лх = х -х; х„= х„+Ах, где хмх„— векторы оценок координат КС и потребителя; хе — вектор априори известных координат; Лх — вектор поправок; х„— вектор уточненных координат потребителя. Структурная схема, поясняющая метод коррекции координат, приведена на рнс 3.!8. Антенна А-2 КИ принимает сигнал КС, который после приемника корректирующей инфор- А-2 ~,», мации (ПКИ) поступает на демодулятор 1ДМ), выделяющий вектор Лх.
ПКИ Вектор Лх используется в блоке коррекции координат (КК) для уточне- Рис. 3.18. СтРУктУРнаа схема, ния навигационного решения х„, по- иллюсгРнРУюшал метод коРРекцни координат лучаемого от штатной аппаратуры потребителя (АП), осуществляющей слежение за грубым кодом СРНС. Метод коррекции координат прост в реализации и не требует вмешательства в штатную АП. Однако этому методу свойственен существенный недостаток — сокращение рабочей зоны ДПС (рабочей зоны КС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
