Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 91
Текст из файла (страница 91)
— у)(у„. — у)+(г,, — г)(г, — г)1/Я/. Поверхности положения представляют собой поверхности тела вращения, фокусами которого являются координаты центров масс /-го и /'-го НКА. Так же, как и для «дальномерных» методов, точность определения составляющих вектора скорости в разностно-радиально-скоростном методе совпадает с точностью определения тех же составляющих в псевдорадиально-скоростном методе. Достоинством разностно-радиально-скоростного метода является его нечувствительность к нестабильностям эталонов частоты и другим неконтролируемым смещениям частоты, а его недостатком — невозможность оценки нестабильности эталонов частоты.
Комбинированные методы. Помимо перечисленных основных методов определения компонент вектора потребителя возможны комбинированные методы, использующие кроме СРНС дополнительные измерители координат, имеющиеся у потребителя. Так, в дальномерном методе при наличии у потребителя измерителя высоты й можно вместо измерений трех дально- 476 В.5.
Навигационная аппаратура потребителя отей до НКА ограничиться измерением двух дальностей. В этом случае система уравнений, описывающая навигационную функцию, будет включать два уравнения вида (8.1), а третье уравнение использует независимые измерения высоты: (Я~ + Ь) г к + у + з, где Яз — радиус Земли. Другой аспект использования комбинированных методов заключается в замене совокупности одновременных измерений на комбинацию одновременных и последовательных измерений или на совокупность только последовательных измерений, например определение координат потребителя разностно-скоростным методом (8.5). В качестве другого примера можно привести псевдодальномерный метод, который можно реализовать, заменив четыре одновременных измерения по четырем НКА на два последовательных измерения по двум НКА или на четыре последовательных измерения до одного НКА.
Аналогичные комбинации возможны и для других методов. 8.5. Навигационная аппаратура потребителя 8.5.1. Обобщенная структурнан схема АП Подсистема АП предназначена для приема сигналов от НКА, измерения навигационных параметров, выделения служебной информации (включающей эфемериды и временные поправки) и решения задачи НВО. По измеренным НП вЂ” псевдодальности и радиальной псевдоскорости — относительно четырех НКА определяются три пространственные координаты потребителя, три составляющие его скорости и поправки к фазе и частоте его бортового генератора.
В состав АП входят антенное устройство (антенна, блоки предварительного усилителя и управления антенной), приемное устройство (блоки преобразования и усиления, поиска сигналов, навигационных измерений н выделения навигационного сообщения, а также блок опорного генератора (ОГ) и синтезатора частот), вычислительное устройство (процессор и блок связей — интерфейс), блок управления и индикации н блок питания.
В зависимости от назначения и конструктивного исполнения конкретных моделей современной АП в ее составе могут отсутствовать антенное устройство, блок питания, блок управления и индикации. Обязательными функциональными блоками являются приемное устройство и навигационный процессор. 477 8, Спутниковые радионавигационные системы Как уже было отмечено (см. 5 8.4), для однозначного решения навигационной задачи необходимо получить оценки РНП по сигналам, как минимум, четырех НКА. В первых образцах АП, использовавших одноканальные приемники, эта задача решалась методом последовательной настройки приемника на соответствующие литерные частоты ГЛОНАСС, либо методом перебора опорных последовательностей дальномерных кодов ОРБ.
Однако оперативность и точность таких измерений не удовлетворяет современным требованиям. Поэтому в настоящее время приемники АП строятся исключительно как многоканальные, причем число параллельных каналов, реализующих процедуру согласованной фильтрации, колеблется от 6-12 в несложных ОРБ-приемниках, до 24 и более в совмещенных (ГЛОНАСС + ОРИ) образцах АП. Современная АП оснащена высокопроизводительными процессорами, позволяющими полностью автоматизировать выполнение всех основных операций: поиска и обнаружения сигналов выбранного созвездия НКА, слежения за сигналами и измерения РНП, приема и декодирования служебной информации„учет в измеренных РНП различных поправок (релятивистской, тропосферной, временной и т.
п.), решения основной навигационно- временной задачи и сопутствующих сервисных задач, контроля навигационных решений, контроля работоспособности аппаратуры, регистрации и индикации результатов решений. Кроме того, в зависимости от типа и назначения АП на ее вычислительные средства могут возлагаться различные сервисные задачи. Например, для самолетной аппаратуры к числу сервисных задач относятся: хранение координат промежуточных пунктов маршрута и промежуточных аэропортов, расчет и хранение параметров линии заданного пути, расчет ортодромических координат (главных и частных), расчет времени полета и оставшегося расстояния до очередного промежуточного пункта, его азимута и т.
д. С позиций современной теории оптимальной фильтрации решаемая в АП задача получения оценки вектора состояния потребителя может рассматриваться в виде единого алгоритма обнаружения — оценивания. Однако для упрощения АП и программного обеспечения задачу получения оценок вектора потребителя разбивают на два этапа обработки 1116, 1171: первичную и вторичную. На этапе первичной обработки решаются задачи поиска и обнаружения сигналов, слежения за ними, фильтрации (оценки) РНП сигнала, приема и декодирования служебной информации.
На этапе вторичной обработки с использованием полученных на первом этапе оценок РНП и соответствующих навигационных функций решается задача НВО, т. е. вычисляются оценки вектора состояния потребителя. В состав программного обеспечения вторичной обработки входят и блоки управления первичной 478 8.5. Навигационная аппаратура потребителя обработкой, а также блоки для ввода и вывода необходимой информации и для решения сервисных задач.
8.5.2. Структура информационного обмена между злементамн АП На рис. 8.9 приведена обобщенная схема обмена информацией между основными элементами АП: процессорами первичной и вторичной обработки, интерфейсом внешних устройств — и различными потребителями информации. На вход процессора первичной обработки поступают сигналы НКА, принятые антенной, усиленные и преобразованные на промежуточную частоту в соответствующем радиочастотном блоке, а также сигналы от опорного генератора и (или) синтезатора. Из блока первичной обработки в блок вторичной передаются измеренные значения НП (квазидальности и радиальной квазискоростн), отсчет системного времени спутника, а также строки служебной информации. С блока вторичной обработки (навигационного процессора) результаты НВО поступают на интерфейсный блок, с которого информация распределяется на пульт управления, другим бортовым системам, внешним потребителям.
Кроме того, навигационный процессор выдает в блок первичной обработки управлякпцую информацию; номера видимых НКА, прогнозируемые значения РНП, режимы и подрежимы работы, оценку точности целеуказания. В случае использования антенн с управляемым обзором необходимые сигналы передаются и на блок управления антенной. Данные от (ляя) Бортееть Рис. 8.9. Структурная схема АП 479 8.
Спутниковые радионавигационные систаиы Пульт (при его наличии) используется для ввода в АП исходной информации, необходимой для организации навигационного сеанса: режимов работы, априорных координат, характерных точек маршрута и т. д. Очевидно, что периодичности обращений к различным программам сильно различаются и наиболее часто используются блоки программ, обеспечиваюшие НВО. Кроме того, с определенной периодичностью проверяется видимость НКА, проводится перезапись эфемерид и выполняются другие процедуры.
Порядок и периодичность работы различных блоков определяется программой-диспетчером. Временная диаграмма программы диспетчера (см. рис. 8.10) распределяет блоки алгоритма и их части либо по параллельным ветвям вычислений, либо по одной последовательной ветви. На каждой из ветвей эти блоки размешаются так, чтобы реализовать требуемую периодичность расчетов при условии их максимального уплотнения по времени и соблюдения приоритетности отдельных операций. Основное ядро временной диаграммы реализует программу жесткого типа, однако обычно в ней предусматривается наличие определенных элементов адаптации к условиям навигационного сеанса. Интерфейс с внешними потребителями обычно осуществляется через асинхронный последовательный порт КЯ232 или КБ422. При этом используются различные протоколы обмена: 1ЧМЕА 0183 (в корабельной АП), Рис.
8.10. Алгоритм управления подрежимами в АП 480 8.5. Навигационная аппаратура потребителя КЛЕХ (в геодезической АП), ГОСТ18977-79, АИНС 429 (для авиационной АП), бинарные (для межмашинного обмена) и ряд других. Наибольшее рас пространение получил протокол ХМЕА, современные версии которого предусматривают передачу потребителю не только результатов НВО, но и первичной информации, что позволяет реализовывать режимы относительных и дифференциальных измерений. 8.5.3.
Принципы и устройства первичной обработки навигационной информации Отношение сигнал — шум на входе приемника АП при ширине спектра СТ-кода сигнала ГЛОНАСС (С/А-кода сигнала ОРБ) порядка 1 МГц имеет величину порядка — 150...— 160 дБ. В то же время для получения удовлетворительных точностей оценок РНП необходимо, чтобы отношение сигнал— шум для одного измерения имело порядок 6...10 дБ, что достигается согласованной фильтрацией.
Согласованная фильтрация в АП реализуется сверткой на корреляторе принимаемого сигнала с эталонной ПСП дальномерного кода, иными словами, путем вычисления их взаимно корреляционной функции (ВКФ). При этом, для того чтобы такая процедура фильтрации действительно была близка к оптимальной (согласованной), необходимо, чтобы сдвиг по времени между началом опорной и выделяемой ПСП не превышал половины длительности т, элементарного символа (бита) дальномерного кода. Поскольку задержка т принятого сигнала является одним из измеряемых РНП (см. выше), она априори неизвестна и может рассматриваться как случайная величина, равномерно распределенная в интервале 0 ~ т < №„где Ж вЂ” число символов дальномерного кода.
Аналогичная априорная неопределенность существует относительно второго РНП вЂ” доплеровского сдвига несущей частоты принятого сигнала. Эквивалентная ширина полосы пропускания систем фазовой авто- подстройки частоты (ФАПЧ), обеспечивающих в АП слежение за сигналом, имеет порядок 1 Гц, в то время как априорный диапазон значений доплеровского сдвига гд для наземных потребителей имеет, как уже указывалось, порядок ~5 кГц, а для низкоорбитальных космических объектов — до ~40 кГц. Таким образом, для того чтобы следящие системы АП обеспечили измерения РНП с требуемой точностью, необходимо в начале каждого навигационного сеанса, а также в случае «срывов» слежения, выполнить процедуру поиска сигнала в пространстве неизвестных параметров (задержки и частоты), в ходе которой осуществляется грубая, но достаточная для дальнейшего захвата следящими фильтрами оценка этих параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
