Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Точность изме ения альностн. Из соотношений (4.!) и (4.2) следует, что при постоянном (на интервале измерения дальности) значении масштабного коэффициента М а„= М он =кяо l(2к), (4.4) т.е. точность фазового РД будет тем выше, чем меньше длина волны Ле, однако при этом, как следует из (4.3)„уменьшается (й„),„н усложняется процедура разрешения многозначности. Таким образом, в фазовых РД существуют противоречивые требования к значению масштабной частоты, так как увеличение гам способствуя повышению точности, ведет к сокращению зоны однозначного отсчета дальности.
Обычно при выборе сзя отдают предпочтение точности, а возникающую многозначность отсчета разрешают с помощью многошкальных (многочастотных) измерителей. Что касается величины о, то ее предельное значение определяется потенциальной точностью измерения фазы (см. табл.
2.2) и равно (о,)„= Ч, где д =Е/Фя — максимальное отношение сигнала к -нз шуму по мощности на входе измерителя фазы. Тогда потенциальная точность фазового РД будет характеризоваться погрешностью хр (ая)„= 2и,)а! Иа На практике погрешность оя> (оя)„, поскольку даже при реализации оптимального измеРителл Фазы возни- Рис. 4З.
Дополни- кают трудности с прел- тельный фазовый варительной узкополос- сдвиг сигнала при ной фильтрацией сигна- Расстройка фильтра ла, особенно необходимой из-за малого значения !) в РСДН. Использование в приемном тракте согласованного фильтра при малой ширине спектра сигналов РСДН, а следовательно, при узкой полосе пропускания цге фильтра, выделяющего сигнал, нестабильность несущей частоты или частоты настройки фильтра гр (рис. 4.3) вызывает из-за большой крутизны фазочастотной характеристики (ФЧХ) дополнительные фазовые сдвиги Л)!).
Эти сдвиги приводят к погрешности ои м 2!г„ lф~, где о„— средне- квадратическое значение нестабильности частоты. Полоса пропускания фильтра определяется из уравнения от = (о„ + сгв„ ) = ш)п, где ое„— флуктуационная погрешность (рис. 4.4). Поэтому полоса пропускания фильтра должна быть шире полосы согласованного фильтра, а результирующая погрешность выше (о )„Рассмотренная особенность ои гмч приводит к тому, что в аппарату- ) 4 чх Сч ре потребителя согласованную ог))ри з фильтрацию сигнала выполняют оси отгс и обычно с помощью специальной и) программы при обработке днскретизированных сигналов ОС.
!ои ОИ П ин ип ействия и о~да ияд и .р. 1 ! дальности в рассматриваемом РД 3 ! ! 1 основано на преобразовании фа- ! си сн зового сдвига Л<р во временной )н! интервал Ы и заполнении этого интервала счетными импульса- 6) ми. В простейшей схеме цифроРнс. 4.5. Структурная схема цифрового '" р "-'" фаз '~ измерителя разности фаз(а) и сигналы (рис. 4.5) опорный сигнал от ге- в характерных ее точках (Е) Рнс. 4.4. Зависимость погрешностей от относительной полосы пропускаиня фильтра (о' = оя,' о„= (оя)) тв нератора масштабной частоты (ГМЧ) и сигнал с выхода приемника (Прм) поступают на формирователи соответственно опорных (ФОИ) и сигнаяьных (ФСИ) импульсов. Опорный импульс (ОИ) открывает электронный ключ (ЭК) и разрешает поступление счетных импульсов с генератора (ГСчИ) на счетчик (Сч).
Сигнальный импульс (СИ) закрывает ЭК и прекращает подачу счетных импульсов на Сч. Число подсчитанных импульсов А> ='уМТ,„(, где Т вЂ” период их следования. С выхода счетчика снимается код, содержащий оценку дальности Л, получаемую в соответствии с выражением Й = сТ,„'>>. Цифровому методу измерения свойственна яогре~ииося>ь Дискрея>из«>1«и Лй .
= сТ,.„которая тем меньше, чем выше частота следования счетных импульсов. Следует иметь в виду, что повышение точности при более высоких частотах следования импульсов требует увеличения быстродействия н емкости устройств счета. 4.2. Фазонаи дальномерная РСДН Рассмотрим принцип действия фазовой дальномерной РСДН на примере стандартной системы «Ошека». Аналогичные отечественные системы «Маршрут» и «Альфа» отличаются главным образом числом и размещением опорных станций, а также меньшей дальностью действия. Система «Отека» разрабатывалась как разностно-дальномерная.
Однако успехи в области создания высокостабильных бортовых эталонов частоты позвояиян реализовать в системе «Ошеяа» дальномерный (квазцдаяьномерный) режим, обеспечивающий, как отмечалось выше, более высокую точность (меньший геометрический фактор). При переходе в дальномерный режим не требуется замена опорных станций системы, необходима только модернизация АП и увеличение стабняьностн ее опорного генератора. Рассматриваемая пассивная фазовая дальномерная РСДН (ФД РСДН) работала в диапазоне сверхдлинных волн и позволяла получить практически глобальную зону действия, в предеяах которой точность определения местоположения потребителя на поверхности Земли составляла несколько километров.
(Зона действия системы «Маршрут» охватывает около 60 'Ъ поверхности Земли. Точность этой системы соответствует о ~ 5 км на удалении около 13 000 км от ОС). Опорные станции ФД РСДН. Близкая к глобальной зона действия достигается применением восьми ОС, расположенных в разных районах земного шара на побережье и островах мирового океана, (рис. 4.6), что дало возможность потребителям получать навигационную информацию в тех областях, где отсутствовали другие средства навигации, а также способствовало увеличению дальности действия ОС.
Отечественная РСДН «Маршрут» имеет в своем составе одну ведушую и три ведомые опорные станции на территории России. Опорные станции на рис. 4.6 обозначены во кружкамии. Все ОС работают на одинаковых несущих частотах. Синхронная работа ОС обеспечивается цезиевыми стандартами частоты (Ь7' = !О ...10 и).
Шкала времени системы периодически корректируется по шкапе Всемирного координируемого времени (1)ТС). Рис, 4.6. Расположение ОС радионавигационной системы «Опгейа»[10] Дальность действия ОС составляет 9-10 тыс. км. Антенны наземных ОС достигают высоты более 400м и излучают мощность около ! ОкВт (при мощности передатчика 150кВт). Навигационные сигналы системы «Ошейа» (рис. 4.7) излучаются ОС в строго определенной последовательности и содержат по восемь импульсных посылок со средней длительностью т, = 1 с.
Сигналы одной и той же частоты излучаются ОС поочередно. Защитные интервалы (0,2 с) введены для предотвращения интерференции сигналов в точке приама н для защиты от воздействия переходных процессов при переключении ОС на излучение сигнала другой частоты, а также для снижения требований к точности коммутации сигналов ОС в аппаратуре потребителя до 0,1с. Цикл передачи сигналов Т„= 10 с.
Начало цикла привязано к шкале Всемирного координированного времени. Опознавание ОС производится по порядку чередования частот заполнения импульсных посылок и по специальным частотам, выделенным для данной ОС (11,8-13 кГц) и заполняющим «пустые» интервалы на рис. 4.7. 31 Рис. 4.7. Частотно-временная диаграмма сигналов (а), излучаемых опорными станциями А,В,С,О,Е,Р,О,Н стандартной системы «Омская, и времеиная диаграмма синилов (6), излучаемых опорными станциями иа частоте!0,2 кГц Каждая из ОС в известный момент времени начинает передачу сигналов на частотах 10,2; 11,3 и ! 3,6 кГц.
Частотау; = 10,2 кГц служит для точного определения местоположения (Х~ 29,5 км). На разностных частотах Ьг", = 13,6 — 10,2 = 3,4 кГц; Лгз = 11,3 — 10,2 = 1,1кГц; ЛРз = 13,6 — 11,3 = 2,1 кГц можно устранить многозначность отсчета (Ы1 = 88 км, ззл.з и 273 км, ЬХз = 143 км). Для этого обычно используют сигналы на частотах ЛР', и ЛР'з. Раз ешение многозначности. Измерение дальности иа основной частотеХюь как правило, сопровождается неоднозначностью отсчета, когда показания измерителя фазы <р„и реальная разность фаз (!ир связаны соотношением ао = 2лл+ <р„. (4.5) Определение числа и в ФД РСДН основано на многошкальном методе, при котором формируется грубая шкала на разностной частоте и используется однозначная, но не очень точная информация о местоположении от системы счисления координат потребителя.
Система счисления находит положение точки П на рис. 4.8,а с СКП а,. Положение точки П в зоне неопределенности системы счисления, равной иа„уточняется по результатам измерений фазы на разностной частоте ЬРз~ = уз -7ь глеб~ и рз — близкие друг другу частоты опорных станций. Если измерить фазы навигационных сигналов с частотами у~ и6 и образовать разность Ь<р1 и Лайза, то дгрз1 — Л(рз — сир ~ = 2к(рз -Яй!с = (2яАР за/с)1! = (2я/Хз 1)!!. 82 Формирование Л<рз~ равносильно измерению фазы на низкой частоте ЬКз = ЛРгь на которой интервал однозначного измерения фазы Я и = 2 и = = сиз~ ', а СКП измерения окц «о, . Входящее в (4.5) неизвестное число о определяется как о = ))2,Х„'[, где К, — дальность, найденная по системе счисления пути.
лп Для сопряжения шкалы, формируемой системой счисле- л ния, с более точной шкалой (рис. 2оь гК,о,. 4.8,6), организованной на частоте в) ЬРгь т.е. для предотвращения потерн информации о дальности К (о ~ ло числе 2.м) при переходе на более л эо точную (но неоднозначную) шка- - яо 2К1ояо лу, необходимо выполнить оче- 2о1 видное условие о) К,о,. <)п =с/ЬГм, (4.6) / ъ где Кз — коэффициент запаса. Лп /2о е в и Для расчета Кз нужно задать допустимую вероятность ошибочного считывания дальности (сбоя) Рне. 4.8. Диаграммы измерения дальности потребителя на грубой (а), вероятность правильного отсчета средней (б) и точной (в) шкалах Я при смене шкап.
При гауссовском распределении погрешностей ~ сб 1 Ф(Кэ) (4.7) где Ф(х) — интеграл вероятности. Расчет по формуле (4.7) показывает, что для обеспечения Р,в = !О -1О коэффициент запаса должен лежать в пределах 4,4-5,3. По найденному коэффициенту Кз можно, используя (4.6), найти значение разностной частоты ЛКзь Затем дальность уточняют по точной шкале (рис. 4.7,в) формируемой на несущей частоте. При этом, условие сопряжения шкал (4.6) принимает вид Кззп < Х, = с/(,, где Л, = Им, — интервал однозначного измерения дальности на частоте уь Если это условие не выполняется, то используется промежуточная шкала на разностной частоте ЬГп =/; - уь где гз — дополнительная несущая частота Ос ф < гэ < у;).
Структурная схема аппаратуры потребителя ФД РСДН. В аппаратуре потребителя (рис. 4.9) поочередно принимаемые навигационные сигналы ОС поступают с антенно-фидерного устройства (АФУ) на три идентичных, но настроенных на разные частоты канала К! — КЗ (на схеме раскрыт только канал К1). 83 После усиления в УРЧ, амплитудного ограничения и узкополосной фильтрации навигационный сигнал подается на измеритель фаз (ИФ), где его фаза сравнивается с фазой опорного сигнала, вырабатываемого опорным генератором (ОГ), который служит для получения всех частот и синхроситналов, необходимых для работы аппаратуры потребителя, и строится на основе рубидиевого стандарта частоты (в квази-дальномерной аппаратуре может использоваться генератор с кварцевой стаби- Рис. 4та Структурная схема аппаратуры истребителя системы «Оаэейая Рве. 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
