Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 97
Текст из файла (страница 97)
8. Спутниковые радионавигационные систечы 8.8.3. Радноннтерферометрнческий метод измерения угловых координат Итак, для определения угловой ориентации объекта с использованием сигналов СРНС необходимо в системе координат, жестко связанной с объектом, определить радиотехническим методом углы визирования нескольких 1не менее двух) НКА. Эта задача может быть решена двумя методами: радиопеленгационным и радиоинтерферометрическим.
Радиопеленгационный метод предполагает использование остронаправленной антенны, позволяющей известными амплитудными методами (пеленгация по максимуму сигнала или методом равносигнальной зоны) определить направление на источник сигнала (НКА). Точность данного метода зависит от размера апертуры антенны; в частности, для того чтобы при описанных выше параметрах СРНС ГЛОНАСС и ОРИ обеспечить погрешность определения углов визирования источника сигнала порядка 10 угловых минут, необходима зеркальная антенна или фазированная антенная решетка с апертурой порядка 3 х 3 м.
Очевидно, что разместить антенны с такими размерами на подвижных объектах сложно. Поэтому все современные образцы угломерной АП применяют интерферометрический (фазовый) принцип измерений. В этом случае используется несколько (не менее трех) слабонаправленных и поэтому сравнительно небольших (с линейным размером порядка ) ) антенн, которые располагаются на объекте таким образом, чтобы расстояние (база) между ними было примерно равно размеру апертуры антенны, обеспечивающей ту же точность при амплитудном методе. Как известно, интерферометрический принцип определения направления на источник сигнала основывается на том, что разность фаз сигналов Лдн принимаемых антеннами, разнесенными на расстояние 1, пропорциональна косинусу угла 6; между базой интерферометра и направлением на НКА: 2л А<р, = — 1соз6н (8.17) Таким образом, радионавигационным параметром в данном случае является фазовый сдвиг дер, а навигационным параметром — угол 9.
Принципиальная особенность интерферометрического метода состоит в том, что поскольку интервал однозначного определения фазы равен ( — и, л), измерения разности фаз в интерферометре являются однозначными только при длине базовой линии 1 < 112. В общем случае косинус угла между базой интерферометра и направлением на 1-й НКА и измеряемая интерферометром разность фаз сигнала в разнесенных антеннах связаны соотношением 50б 8.8, Угломерная навигаиионнал аппаратура ),,1 Ад,') созО, = — '~М, + — '), 11. ' 2х), где М, — неизвестное целое число циклов фазы несущей частот 1-го НКА (параметр фазовой неоднозначности); Л<р; — измеренный фазовый сдвиг, 0 < Лд; ~ 2я; 1 — длина базовой линии интерферометра. Вследствие многозначности измерений в интерферометре невозможно точно определить целое число М: — фазовых циклов в полной разности фаз; — длин волн в разности расстояний от 1-го НКА до антенн интерферометра.
Как следствие, результату фазовых измерений будет сопоставлен ансамбль из 2М + 1 значений соз ун из которых лишь одно соответствует истинному. Поэтому процедура устранения (разрешения) неоднозначности фазовых измерений является обязательной составной частью алгоритма функционирования угломерной АП. Важно отметить, что после того, как неоднозначность устранена, она никак не влияет на точность решения задачи собственно угловых измерений, что позволяет рассматривать две эти задачи независимо. Поэтому в настоящем параграфе при рассмотрении алгоритма определения угловой ориентации будем полагать, что неоднозначность фазовых измерений отсутствует или устранена. Методы разрешения неоднозначности фазовых измерений рассмотрены в п.
8.8.4. Учитывая свойства скалярного произведения векторов и тот факт, что разность расстояний от антенн до НКА равна проекции базы на линию визирования НКА, можно записать основное уравнение связи между рассчитанными в ГЦСК направляющими косинусами линии визирования 1-го НКА, измеренным с помощью интерферометра косинусом угла между базой интерферометра и направлением на тот же НКА и искомыми направляющими косинусами базы интерферометра в геоцентрической системе координат: сов 9 — г„1а — С„сов 13„н- Су сов~3» + С, сов ~3,, где 1в — единичный вектор базы интерферометра; совр„, сов~», созР,— направляющие косинусы базы ннтерферометра в ГЦСК; г — единичный вектор линии визирования НКА; С„, С, С, — направляющие косинусы вектора г в геоцентрической системе координат (см, формулу (8.16)), Как уже говорилось, для однозначного определения углов пространственной ориентации объектовой системы необходимо провести измерения не менее чем по двум НКА.
Кроме того, поскольку с помощью одного вектора невозможно задать все три угла пространственной ориентации, необ- 507 8. Сн»тникоеые радионаеиеаиионные системы ходимо жестко связать с объектом по крайней мере два неколлинеарных вектора, т. е. использовать антенную систему нз двух интерферометров.
Та- ким образом, система уравнений, определяющая параметры угловой ориен- тации объекта, будет иметь вид С, соь13„, +С сов~3», +С, соь13,, ысоь9а, С„ соь)3, +С сов~3„ + С, соь13, — соь9, ~8.18) сов~ ~3„+сов~~3 +совью, =1 и выражением для угла у между базами интерферометров (угол Т определя- ется конструкцией антенной системы и считается известным): сов~3, сов~3, +соь13», соь13» +соь13, соь13 Решая систему (8.18) известными методами, можно однозначно определить ориентацию баз интерферометров в геоцентрической системе координат. Поскольку положение этих баз в обьектовой системе координат жестко определено, становится возможным найти ориентацию объектовой системы в геоцентрической системе координат.
Далее, используя полученные по результатам навигационного сеанса географические координаты объекта (широту В и долготу Х), при помощи известной матрицы преобразования координат из ГЦСК в ТЦСК: х, -ьпВсоьй япВяпХ соьВ х, у, = соьВсоь1 совВяпВ япВ у„, — ял Е соь1 0 можно рассчитать направляющие косинусы осей хы у„г, объектовой систе- мы координат, а затем определить углы Эйлера (азимут, крен и тангаж) с помощью следующих выражений: соь13, „ а = агс18 совр, „ 508 Данная система для 1 = 1, 2 содержит четыре уравнения с шестью неизвестными — направляющими косинусами баз интерферометров в геоцентрической системе координат.
Чтобы найти однозначные решения, эту систему дополняют известным уравнением связи между направляющими косинусами вектора В.В. Угломерная навигационная аппаратура сов)3 „ сов 13 сов(3 0 = агс18 — агс18 сов|3, сов|3, — сов)3„„сов|3, сов|3», (В данных выражениях считается, что ось х, объектовой системы координат направлена вдоль строительной оси объекта, ось у, — вверх, а ось г, — поперек строительной оси.) 8.8.4. Методы разрешения фазовой неоднозначности при ннтерферометрических измерениях в спутниковой навигации Методы разрешения неоднозначности фазовых измерений в угломерной АП основаны на использовании дополнительной информации, получаемой либо благодаря избыточности числа НКА в рабочем созвездии и их перемещению в процессе наблюдений, либо с помощью относительного перемещения элементов интерферометра в процессе калибровки, либо путем приема сигналов НКА на двух частотах, либо многошкальным (нониусным) методом, т.
е. при использовании дополнительных антенн, расстояние между которыми меньше половины длины волны. Возможно также привлечение данных, получаемых от источников, использующих другие физические принципы определения угловой ориентации, например гироскопических или магнитных компасов. В связи с быстрым ростом мощности вычислительных средств АП предпочтение отдают вычислительным методам, использующим процедуры оптимизации поиска решений в пространстве целых чисел, которые обеспечивают эффективное решение проблемы разрешения неоднозначности при относительно простой аппаратной реализации антенных устройств и приемников. При использовании этих методов неизвестные значения параметра фазовой неоднозначности рассматриваются как дискретные случайные переменные с конечным числом реализаций.
В программной части должна быть реализована система параллельных фильтров Калмана, где каждый фильтр моделирует отдельную реализацию неизвестного параметра. Для принятия решения о том, какая реализация истинная, могут использоваться известные статистические методы: максимального правдоподобия, наименьших квадратов и др. На основе этих методов специально для разрешения неоднозначности в спутниковых навигационных приемниках разработан !ашба-метод 1121, 1221, в котором использованы эффективные процедуры декорреляции фазовых измерений и сокращения области поиска, что позволяет значительно уменьшить объем вычислений.
509 8. Спутниковые радионавигационные системы Заметим, что полная разность фаз сигналов, принимаемых антеннами интерферометра, зависит не только от их взаимного расположения (геометрии антенной системы), но и от ряда других факторов: неидентичности геометрических и электрических длин фидеров, неопределенности положения фазовых центров антенн, задержек в аппаратуре, систематических погрешностей фазометров АП и т.
п. Неопределенность этих параметров усложняет процедуру разрешения неоднозначности и понижает итоговую точность угловых измерений. Устранить указанную неопределенность можно с помощью дополнительных измерений по избыточным спутникам и решения системы уравнений более высокого порядка, чем (8.18). Такая процедура калибровки антенно-фидерной системы обычно входит в пакет программного обеспечения угломерной АП, при этом возможны два варианта ее проведения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
