Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Как следует из формулы (1!.1), (1!.2) Таким образом, вычисление интеграла от допплеровской частоты в пределах [г,; 1,! фиксирует разность дальностей л(), до ИСЗ в последовательные моменты времени й и 1„т.е. дает значение навигационного параметра в разностно-дальномерной РНС с опорными станциями, координаты которых определяются положением ИСЗ в эти моменты времени. Фиксированное значение Ьт), соответствует поверхности положения в виде гиперболоида, а его пересечение с поверхностью Земли дает линию положения (Л П! ) (см. рис. 1! . 3). Произведя интегрирование Р„(1) в течение интервала времени [ГВ Г,[ и пересчитав результат в разность расстояний (11.3) получим вторую поверхность положения и соответственно ЛП2.
Положение наблюдателя характеризуется точкой пересечения ли- О АР~ Рис. 11.3. Интегрально-допплеровский метод местоопределения 470 ний положения (ЛП1 и ЛП2). Возникающая при этом неоднозначность решения навигационной задачи устраняется, как и в наземных РНС, с помощью априорных данных о координатах потребителя.
Рассмотренный метод нахождения координат называется интегральным допплеровским. Искомые координаты рассчитывают с помощью бортового вычислителя. Как и в наземных беззапросных РНС, в спутниковых РНС основным условием является точная привязка результатов измерения РНП к единой шкале времени. Для этого в аппаратуру потребителя вводят высокостабильный эталон частоты, обеспечивающий формирование бортовой шкалы времени, коррекцию которой осуществляют с помощью специальных меток времени в принимаемом радиосигнале.
Кроме того, для вычисления текущих пространственных координат ИСЗ на борту потребителя необходимо иметь эфемеридную информацию, т. е. предвычисленные значения координат и вектора скорости ИСЗ. Эфемеридную информацию в форме параметров орбиты ИСЗ либо его геоцентрических координат передают с борта ИСЗ с помощью модуляции (фазовой или частотной) непрерывной несущей, используемой для интегральных допплеровских измерений. Приведенные соображения о возможности применения в СРНС интегрального допплеровского метода носят общий характер и не учитывают ряда важных факторов, влияющих на качественные показатели системы.
Для того чтобы составить представление о влиянии этих факторов (интервалов времени между навигационными сеансами, параметров движения потребителя и др.) на точность определения местоположения потребителя, рассмотрим низкоорбитную СРНС «Транзит», В состав этой СРНС входят пять или шесть ИСЗ, наземный комплекс контроля и парк бортовой аппаратуры потребителей. ИСЗ расположены на круговых полярных орбитах высотой около 1 100 км и имеют период обращения около 107 мин. При таких параметрах орбит каждый ИСЗ может находиться в зоне радиовидимости потребителя, радиус которой достигает 2 000 км, от ! 0 до ! 6 мин. Учитывая, что период передачи навигационной информации (эфемеридная информация, метки времени, служебная инФормация) равен 2 мин, а время нахождения ИСЗ в зоне радиовидимости 10...
16 мин, за один пролет ИСЗ можно получить несколько поверхностей положения. Например, если Ы = б — й = 2 мин, что соответствует расстоянию между положениями спутника в точках ! „2, 3, ... около 960 км, то число поверхностей положения будет 5... 8, тогда как минимальное достаточное для местоопределения число 3. Избыточное число образованных поверхностей положения может быть использовано для статистического сглаживания получаемых оценок координат. Кроме сглаживания избыточная информация позволяет 471 измерить не только координаты: географическую широту и долготу, но и расхождение между шкалами времени потребителя и ИСЗ. В рассматриваемой системе применяют два высокочастотных сигнала: основной (400 МГц) и вспомогательный (! 50 МГц), что дает возможность произвести компенсацию ошибки, обусловленной ионосферной рефракцией при допплеровских измерениях.
Передачу навигационной информации осуществляют путем фазовой модуляции обеих несущих двоичными посылками +60', что сохраняет постоянный уровень несущего колебания и обеспечивает устойчивую работу канала фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) вне зависимости от передаваемой последовательности информационных посылок. При движении потребителя точность местоопределения зависит от точности оценки скорости объекта. Это объясняется тем, что для нахождения координат потребителя как точки пересечения нескольких поверхностей положения, соответствующих различным моментам времени, необходимо линии положения привести к одному моменту времени. Точное решение этой задачи возможно лишь при известных параметрах движения потребителя в интервалах между оценками РНП.
Например, при погрешности измерения скорости объекта до = 0,5 м/с погрешность местоопределения составляет 500 м, в то время как погрешность местоопределения неподвижного объекта приблизительно равна 50 м. Кроме того, в рассматриваемых СРНС невозможно непрерывно осуществлять местоопределение потребителей из-за наличия длительных перерывов между обсервациями (прохождениями спутниками зоны радиовидимости). Средний интервал времени между обсервациями зависит от географической широты потребителя и колеблется от 35 мин в приполярных районах до 90 мин вблизи экватора.
Уменьшение этого интервала путем увеличения числа спутников в данных системах невозможно, так как все ИСЗ излучают сигналы на одних и тех же частотах, При нахождении в зоне радиовидимости нескольких спутников возникают взаимные помехи, что нарушает работоспособность систем. Таким образом, существующие низкоорбитные СРНС обладают, по крайней мере, двумя серьезными недостатками: малой точностью определения координат высокодинамичных объектов и большим интервалом времени между обсервациями. 11.2. Спутниковые радионавигационные системы второго поколения Несоответствие СРНС первого поколения требованиям высокоточного непрерывного навигационного обеспечения привело к разработке нового, второго, поколения С РНС. Характерными осо- 472 бенностями СРНС второго поколения являются применение средневысотных (среднеорбитных) ИСЗ и использование для навигационных определений сигналов нескольких одновременно находящихся в зоне радиовидимости ИСЗ.
В состав СРНС входят подсистема ИСЗ, подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс) и подсистема аппаратуры потребителей. В состав космической подсистемы входят 18...24 ИСЗ, размешенных равномерно в нескольких орбитальных плоскостях. Высота орбит ИСЗ около 20000 км, период обращения 12 ч.
На рис. 11.4 в качестве примера показано размещение навигационных ИСЗ системы ГЛОНАСС при полном развертывании. В зоне радиовидимости потребителя в любой момент может находиться до 1! — 12 ИСЗ, что обеспечивает возможность непрерывного определения трех координат (долгота, широта, высота). Временные шкалы всех ИСЗ согласованы между собой и синхронизируются системой единого времени. Подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс) осуществляет слежение за ИСЗ и обеспечивает спутники информацией, необходимой для формирования радионавигационных сигналов и навигационных ссюбщений.
Навигационная аппаратура потребителей (подсистема аппаратуры потребителей) производит выбор рабочего созвездия ИСЗ, поиск и слежение за сигналами, обработку измеряемых РНП и эфемеридной информации для определения координат и составляющих скорости потребителей. В рассматриваемой СРНС ИСЗ излучают двоичный фазоманипулированный сигнал, код которого является индивидуальной принадлежностью каждого ИСЗ. Это позволяет всем ИСЗ работать на общей несущей частоте, не создавая заметных внутрисистемных помех.
Измеряемыми радионавигационными параметрами служат время запаздывания и допплеровское смещение частоты принимаемого радионавигационного сигнала относительно его образца, формируемого на борту потребителя. Фазоманипулированный сигнал, имеющий базу Е,Т„= ! 000 (Е, — эффективная ширина спектра; ҄— период кода), излучается на несущеи частоте Т= 1,5 ГГц, обеспечивая высокую точность измерения обоих параметров. Время запаздывания принятого сигнала относительно шкалы времени потребителя включает в себя начальное расхождение шкал времени потребителя и Рис. ! !.4. Пример размещения ИСЗ ГЛОНАСС при полном развертывании 473 ИСЗ и задержку распространения сигнала на трассе ИСЗ вЂ” потребитель.
Если фазы опорных генераторов потребителя и ИСЗ совпадают (расхождение шкал времени равно нулю), то измеряемое время запаздывания пропорционально дальности между ИСЗ и потребителем. В противном случае оно пропорционально квази- дальности (псевдодальности) и для оценки координат необходимо использовать квазидальномерные или разностно-дальномерные измерения подобно тому, как это делается в наземных РНС. Измерение времени запаздывания принимаемого сигнала производится на основе корреляционного метода. Формируемая в приемнике копия сигнала ИСЗ перемножается с принятым сигналом, образуя после интегрирования корреляционную функцию.
Выходной сигнал коррелятора достигает максимального значения, пропорционального числу элементов кода, когда формируемая копия (образец) совпадает по времени и частоте с принимаемым сигналом. Получаемый максимум функции корреляции пропорционален времени интегрирования в корреляторе. Выбором достаточно большого времени интегрирования достигается высокая точность измерения. Поиск максимума функции корреляции на плоскости время— частота тем надежнее, чем меньше уровень боковых лепестков. В связи с тем, что сигналом является двоичная фазоманипулированная последовательность большой длины (лГ = ! 000), уровень боковых лепестков сравнительно мал и они практически не влияют на надежность поиска.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
