Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 93
Текст из файла (страница 93)
В связи с тем, что для определения координат необходимо иметь сведения о местоположении ИСЗ на каждый момент времени, в рассматриваемой СРНС, как и в СРНС первого поколения, на борту потребителя следует располагать эфемеридной информацией. Для этого на борту ИСЗ дальномерный фазоманипулированный радионавигационный сигнал подвергается дополнительной бинарной фазовой манипуляции в соответствии с информационным сообщением, представленным последовательностью нулей и единиц.
Требуемая скорость передачи информации (эфемериды, поправки на распространение радиоволн и др.) невелика (около 50 бит/с), поэтому длительность одного информационного символа составляет приблизительно 20 мс, в то время как период дальномерного кода — около 1000 мкс, что практически исключает влияние передаваемого сообщения на качество измерения псевдодальностей на борту потребителя. Таким образом, выделяемый на борту потребителя информационный сигнал несет сведения о параметрах движения ИСЗ, а дальномерный радионавигационный сигнал — сведения о параметрах движения потребителя относительно ИСЗ.
Для составления навигационных уравнений удобно использовать систему декартовых координат (рис. 115) с началом в центре Земли (геоцентрическую прямоугольную систе- 474 Рис. 11.5. Система координат при решении навигационной задачи му координат). Обозначив через хисз уисз ~исз и х„, у„, ~„координаты ИСЗ и потребителя соответственно, квадрат расстояния между ними представим как О2 = (хисз — х„)2 + (уисз — у„)2 + (~исз — г„)2.
(11.4) Если бы шкалы времени ИСЗ и потребителя были точно совмещены, то для нахожления координат достаточно было бы измерить три РНП (Он Оь О, — расстояния до трех ИСЗ), составить систему из трех уравнений вида (!!.4) и найти из нее три неизвестные координаты: х„, у„, ~„. При наличии расхождения шкал времени цг = сопвг измеренная квазидальность включает в себя величину слг, позтому система уравнений принимает вид (О, + сЛГ)' = (х„с„— х„)' + (Уисз, — У„)з + (~исзг — ~д)~, (1!.5) где индекс !соответствует номеру ИСЗ.
Для расчета х„, у„, е„и гзГ требуется измерить четыре РНП О; + сЛг (1 = 1, 2, 3, 4) и решить систему из четырех уравнений (11.5). Полученная система уравнений может быть использована для определения координат как при дальномерных, так и при квази- дальномерных измерениях. В первом случае дг = 0 и для решения задачи можно ограничиться лишь тремя уравнениями (1= 1, 2, 3). При квазидальномерных измерениях шкалы времени потребителя и ИСЗ не совмещены, но дг неизменно в процессе навигационного сеанса. Поэтому для решения задачи необходимо провести дополнительное, четвертое, измерение (О4 + сдг), дополнив таким образом число уравнений до четырех. Заметим, что система уравнений„составленная по формуле (11.5), может быть преобразована к виду 475 д))л =[(хисз, — ~,)~+(у„, — у„)~ 1(~исз1 ~п) '~ (Уисз 3 Уп) +(~исз1 ~п) 3 ~ (1 ! 6) где Л0в — измеренная разность дальностей до двух ИСЗ (1-го и первого); 1 = 2, 3, 4.
Выражение (11.6) состоит из трех уравнений и позволяет найти координаты х„у., г, по результатам разностно-дальномерных измерений. Возвращаясь к решению навигационной задачи при квазидальномерных измерениях, укажем на возможность оценки составляющих вектора скорости потребителя по результатам измерений разности частот принятого сигнала и бортового опорного генератора. Для этого вновь обратимся к системе уравнений, записанных по формуле (11.5).
Переход от измерения дальностей (квазидальностей) к измерению скоростей (квазискоростей) позволяет с помощью дифференцирования по времени уравнений (11.5) вычислить значения составляющих вектора скорости потребителя х,'„ у„', ~„'. Прежде чем перейти к формальной записи новой системы уравнений целесообразно рассмотреть влияние изменения величины Ь! в процессе измерений на погрешности определения координат и скорости потребителя.
При высокой стабильности опорных генераторов и достаточно высокой точности установки их номинальных частот изменение дг за время навигационного сеанса невелико и при нахождении координат потребителя им можно пренебречь. При измерении же скорости зависимость д!от времени существенно влияет на погрешность измерения. Для количественной оценки этого влияния рассмотрим характерный для СРНС пример. Пусть несущая частота сигнала/= 109 Гц. Относительное расхождение номиналов частот опорных генераторов потребителя и ИСЗ равно 10 ", что соответствует абсолютному расхождению 0,1 Гц.
В этом случае шкалы времени потребителя и ИСЗ перемещаются друг относительно друга на 1 нс за 1 с, что соответствует изменению дальности со скоростью 0,3 м/с. Если время, затрачиваемое на измерение дальности (квазидальности), равно 1 с, то пренебрежение изменением Лг приведет к погрешности 0,3 м, что намного меньше погрешностей, обусловленных другими причинами (изменчивость условий распространения радиоволн, инструментальные ошибки, влияние помех и др.). Если же измеряемым параметром является скорость, то при тех же условиях погрешность измерения радиальной скорости составит 0,3 м/с, что существенно превышает допустимую погрешность измерения скорости.
С учетом изложенного после дифференцирования выражения (11.5) получим: 476 (0 + сдгНР ч 60) = (хисзп — хпНхисз ~ — хп)+ +(Уисз~ У Нуйсз, — Уп)+(2исзю апН2йсз! — Е ) (11.7) или 0, ~-60 =(Рг ьс«г) '((хисз, — хпНхисз! — хп) е +(Уисзг У Нуйсзг У )+(йисзг — л Нййсзг — й )! где 60' — поправка радиальной скорости за счет расхождения частот опорных генераторов потребителя и ИСЗ; ! = 1, 2, 3, 4. Имея в виду, что хп, уп, ~„и дг определены на первом этапе решения навигационной задачи (при решении системы уравнений (!!.5)), хйсз/ уйсз/ диез транслированы на борт потребителя информационным сообщением, а сумма Р; + 60' измерена потребителем с помощью сравнения частот принятых сигналов с частотой опорного генератора, получаем систему из четырех уравнений с неизвестными х,'„у,'и г.„' и 60'.
Решение этой системы позволяет найти значения составляющих вектора скорости потребителя и поправку на сдвиг частоты его опорного генератора относительно частоты генератора ИСЗ. 11.3. Принципы построения аппаратуры потребителей спутниковой радионавигационной системы второго поколения (лР8 Основные задачи, решаемые аппаратурой потребителя. К числу потребителей СРНС второго поколения относятся наземные объекты (подвижные и неподвижные), ЛА (высокодинамичные и низкодинамичные) и др. В зависимости от типа потребителя требования к точностным характеристикам, числу измеряемых координат и составляющих скорости, допустимому времени вхождения в синхронизм, массогабаритным показателям и стоимости аппаратуры потребителя колеблются в широких пределах.
Для наземных и морских объектов достаточно ограничиться измерением двух координат и двух составляющих скорости. Для ЛА число измеряемых координат и составляющих скорости возрастает до трех. Поэтому номенклатура модификаций бортовой аппаратуры весьма обширна. При рассмотрении задач, решаемых аппаратурой потребителя, и принципов ее построения будем ориентироваться на технические характеристики системы ОРЯ. С борта каждого ИСЗ системы О РЯ непрерывно излучаются два взаимно когерентных фазоманипулированных колебания на несущих частотах 1 575,42 и ! 227,6 М Гц.
Использование двух несущих 477 частот преследует те же цели, что и в СРНС Транзит», а именно; возможность вычисления и учета поправок на распространение радиоволн в ионосфере. В системе ОРБ применяютдвадальномерных сигнала: сигнал высокой точности (ВТ) и сигнал пониженной точности (ПТ). Сигнал ВТ формируется манипуляцией фазы несущей частоты (1575,42 МГц) на +90', а сигнал ПТ вЂ” манипуляцией той же несущей на 0 и 180'.
Ортогональность (квадратура) сигналов ВТ и ПТ обеспечивает возможность их полного разделения на борту потребителя. На частоте 1 227,6 М Гц излучается только ВТ сигнал. Поэтому устранение ионосферной рефракционной погрешности возможно только для потребителей, располагающих аппаратурой обработки ВТ сигнала. Для простоты изложения сосредоточим внимание лишь на сигнале ПТ. Сигнал ПТ, излучаемый 1-м ИСЗ на частоте ); = 1 575,42 МГц, можно представить в виде (1 1.8) з,(г) = Хб';(г),0,(е)з!п2п40 где Х6(Г) — дальномерный код в виде двоичной фазоманипулированной последовательности (длительность символа дальномерного кода Тв = ! мкс); 0(г) — код данных (информационное сообщение), принимающий значения +1 при скорости передачи 50 бит/с (длительность символа кода данных равна 20 мс).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
