Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 8
Текст из файла (страница 8)
(2.13) где М, — электронная концентрация в единице объема, а 1„„выражается в герцах. Прн падении радиоволны на ионосферу с углом падения !)„> 0' максимальная частота отражаемого сигнала не должна превышать [ь,.Я,, *8. (2.14) Энергия проходящей через ионосферу радиоволны частично расходуется на поддержание колебательного движения свободных электронов с частотой сигнала, Которое нарушается из-за столкновений электронов с нейтральными молекулами газов, присутствующими в ионосфере. Приблизительное значение удельного коэффициента поглощения можно рассчитать по формуле (2.!5) где г, — число столкновений электронов в единицу времени;7 - частота сигнала, Гц.
Из соотношения (2.15) следует, что при заданном значении УД (например, 1О' для слоя Е ионосферы или 1О' для слоя Ц поглощение уменьшается при увеличения несущей частоты сигнала. Особенностью ПРВ, отрицательно влияющей на работу РНУ, является крайняя нестабильность параметров принимаемого сигнала (амплитуды, фазы, времени распространения и поляризации), что связано со случайными изменениями )т', и г„зависящими, главным образом, от интенсивности ионизирующей радиации Солнца. Эта особенность существенно ограничивает область применения ПРВ в радионавигации.
Радиоволны волноводного типа (РВТ). К этому типу относятся радиоволны, распространяющиеся на очень большие расстояния в своеобразном сферическом волноводе, образованном земной поверхностью и нижней областью ионосферы, расположенной на высоте 70 — 90 км. Из соотношений (2.13) н (2.14) следует, что при больших углах падения ()„и значениях Ф„характерных для нижних слоев ь8 и Е ионосферы (Ф, = 10~ — !Оп м з), от этих слоев могут отражаться сигналы, длина волны которых превышает несколько километров. Существенно, что чем больше длина волны, тем ниже граница отражающего радиоволну слоя ионосферы, т.е. тем меныпе «глубина> проникновения волны в ионосферу и меньше потери энергии сигнала, несмотря на значительный удельный коэффициент поглощения т«в отражающей волну области. Потери в отражающей области ионосферы являются главной причиной затухания сигнаяа РВТ, так как потери при отражении от проводящей 36 поверхности Земли практически отсутствуют (для радиоволн диапазонов длинных (ДВ) и сверхдлинных (СДВ) волн почва представляет собой проводник).
Максимальное значение удельного коэффициента поглощения составляет примерно 0,001 дБ/км. Незначительное поглощение и многократное отражение волны от «стенок» сферического волновода позволяют получить дальность действия РНУ на РВТ, доходящую до 10000 км при излучаемой мощности 1О кВт. Сравнительно большая стабильность параметров отражающих слоев ионосферы способствует достаточно высокому постоянству сигнала в точке приема. Сравнение свойств радиоволн различных типов. Возможности использования радиоволн различных типов для навигационных целей иллюстрируются табл.
2.1, из которой следует, что для РНУ наиболее предпочтительны ТВ. Именно поэтому большинство РНУ работает в диапазоне УКВ и обслуживает зону с радиусом, равным дальности прямой видимости л„,. Увеличения дапьности распространения радиоволны до йм > К„, достигают, применяя ПВ и особенно РВТ, которые используются в РНУ дальней навигации, несмотря на высокий уровень помех в этих диапазонах радиоволн. Таблица 2.1 Здесь )!м — дальность распространения радиоволны данного типа. Стабильность условий распространения дает возможность моделирования этих условий и учета особенностей распространения при измерениях навигационных элементов.
2.2. Точность позиционных РНС 2.2.!. Общие сведения Позиционные РНС предсивляют собой наиболее широкий класс систем определения местоположения (МП). Этим объясняется необходимость отдельного рассмотрения их точностиых характеристик. Факторы, влияющие на точность систем счисления пути и обзорно-сравнительных систем, приведены в разделах, посвященных автономным РНС. зт Структура позиционных систем.
В любой позиционной системе (рис. 2.9,а) можно выделить следующие устройства: опорную станцию (ОС), приемное радионавигационное устройство (ПРУ) и вычислитель местоположения (ВМП). Передающая и приемная части системы связаны через среду распространения сигналов (СРС). Наиболее важными сорил. 2.9. Структура позиционной системы (а) ставляющими ПРУ, пара- и ее точиостное поле (б) метры которых существенно влияют на точность местоопределения, являются устройства измерения информативного параметра сигнала (УИПС) и определения геометрического элемента (УОГЭ).
Последнее устройство рассчитывает дальность, угловые координаты и другие геометрические элементы И; характеризующие МП, используя измеренный информативный параметр сигнала ч. Для определения разнородных элементов й'требуются различные ПРУ, данные которых обьединяются в ВМП, где решается геометрическая задача вычисления МП по пересечению поверхностей или линий положения. Источники погрешностей местоопределении. Каждый из элементов системы влияет на ее точность, внося свою среднюю квадратическую погрешность (СКП) и,.
Искажения сигнала в среде распространения СРС учитываются погрешностью п,р При нахождении местоположения приходится принимать во внимание форму поверхностей (или линий) положения и геометрические особенности взаимного расположения объекта и опорных станций, вводя коэффициент Г, называемый геометрическим фактором и связывающий — СКП определения МП с а,„— СКП изме ния )г'. о„„= Го,, (2.1б) С учетом сказанного ал„может быть найдена только при анализе точностного поля системы (рис.
2.9,б) и независимости погрешностей, вносимых всеми элементами системы: о„,= Г ~М'(о~ +а' +о„'„,)+и, ~+о',„„, где М вЂ” масштабный коэффициент или коэффициент пересчета результатов измерения ч в значения йг. зв Погрешности и н п„ч могут быль сведены к приемлемому минимуму при тщательном конструировании опорной станции и аппаратуры объекта, а составлявшая п„зависит от рабочей частоты системы, типа ее антенн, характера окружающих опорную станцию н объект предметов и ряда подобных специфических факторов. Поэтому остановимся на наиболее общих причинах снижения точности определения местоположения. 2.2.2. Точность определении геометрического элемента, характеризующего иолоисение объекта В большинстве РНС связь определяемого геометрического элемента 1г'(координат объекта нли зависящих от ннх величин) с измеряемым параметром сигнала ч может быть описана уравнением 1г' = Мч, (2.17) которое является исходным при нахождении погрешности определения 1г'.
Действительно, беря полный дифференциал (2.17) и переходя к конечным п н ащенням, можно получить (2.18) — + ш м ч где ЬМ и Ьч имеют смысл текущих значений погрешностей, обусловленных соответственно нестабильностью масштабного коэффициента н недостаточной точностью измерительного устройства. Возводя обе части выражения (2.18) в квадрат н усредняя полученный результат в предположении независимости погрешностей ЬМ н Ьч, получаем основное уравнение, связывающее СКП погрешности пн определения элемента В' с дисперсиями о „и о „,обусловленными ука- з з заннь (2.19) Из уравнения следуют два направления уменьшения погрешности пн н в итоге повышения точности местоопределения. Первое связано с уменьшением погрешности и„, которая тем меньше, чем вьппе стабильность масштабного коэффициента.
Поэтому прн проектировании РНУ обычно принимают меры по стабилизации масштабного коэффициента (нли учитывают, если это возможно, его нестабильность). При выполнении условия М = сопзг уравнение погрешностей (2.19) принимает вид он=Ми„. Нижняя граница о„, достижимая при оптимальном построении измерителя ч, задается потенциальной точностью. Неоптнмальность схемы измерителя информативного параметра сигнала приводит к росту погрешности по сравнению с потенциальной.
Поэтому второй способ повышения точности местоопределения сводится к уменьшению масштабного коэффициента М. Этот путь позволяет получить практически приемлемое значение пи при заданном или возможном на данном уровне развития техники значении а„. Соотношения для флуктуационных погрешностей (а,)„, характеризующих потенциальную точность измерения информативных параметров сигнала о, приведены в табл. 2.2. Там же указано при определении каких навигационных элементов И'этот вид о наиболее широко используется в современных РНУ (в процентах от общего числа типов РНУ). В табл. 2.2 приняты следующие обозначения: Процент РВУ, т — время задержки сигна- использующих данный (а„)„ Вид т вил и' ла; Ц К, ~р — амплитуда, частота н фаза сигнала; гг, л в р'„ О, Р'„— дальность, угловая т 28 17 О ~гхаг„~д~ координата (а или 0) и ра- диальная скорость объек- У О 22 О гг(дд та; ь) — ОТНОШЕНИЕ МОЩНО- сти сигнала к мощности гО дд) шума приемного тракта О [д~ ' при оптимальном постро- ении последнего; ЛГ,„и Т,„— среднеквадратические ширина спектра и длительность сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
