Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1151865), страница 105
Текст из файла (страница 105)
4 Положим теперь, что на входе приемника действует шумовая полосовая помеха с мощностью Р„в полосе частот навигационного сигнала. Введем отношение помеха/сигнал а„~, — — Р„(Р, и положим 17„~,= 38 дБ и положим среднюю динамику изменения разности фаз р . На рис. 16.11, 16.12 приведены реализации ошибок слежения за р и в, в этом случае.
4О Д' , 3О о в В 2о Т й 1О о8 .10 -20 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 Время, с а) 400 Я 300 Ь 200 е 100 0 $ е -100 о Л -200 9 О -300 0 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 Время, с б) Рис. 16.11. Реализации ошибок слежения за р и а7 при воздействии преднамеренных помех Из данных рисунков следует, что СКО оценки р и в„составляют соответственно е = 35 градуса, ег = 120 Гц. 640 Определение угловой ориента1/ии по сигналам СРНС При дальнейшем увеличении а„/, наблюдается срыв слежения за р . Таким образом, помехоустойчивость синтезированного алгоритма обработки составляет 38 дБ. Анализ помехоустойчивости обычной НАП, у которой полоса пропускания ССФ равна 20 Гц, составляет 28 дБ (результат получен на той же математической модели) (см.
также п. 8.7). Таким образом, повышение помехоустойчивости в синтезированном алгоритме составляет 10 дБ. При высокой динамике изменения разности фаз помехоустойчивость синтезированной системы снижается до 35 дБ, а выигрыш по помехоустойчивости по сравнению с обычной НАП составляет 8 дБ. Литература 16.1.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. Оценивание углов ориентации объекта с использованием спутниковых радионавигационных систем// Радиотехнические тетради, № 37, 2008, с. 53-56. 16.2. Перов А.И., Корогодин И.В. Оптимальное оценивание угла прихода сигнала с неизвестной начальной фазой двумя разнесенными приемниками// Радиотехнические тетради, №37, 2008, с. 57-61. 16.3. Перов А.И., Корогодин И.В. Комбинированная когерентно-некогерентная система определения углов ориентации объекта по сигналам спутниковых радионавигационных систем// Радиотехника, 2009. № 7, с. 33-40. 641 Глава 1 7 Глава17 ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Одним из перспективных направлений развития навигационных комплексов является создание интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем (ИСНС), в которых совместно обрабатываются сигналы инерциальной навигационной системы (ИНС) и НАП СРНС.
Основной целью интеграции ИНС и НАП СРНС является объединение измерителей, функционирующих на различных физических принципах, в единый комплекс, обладающий более высокими характеристиками точности, помехоустойчивости, непрерывности и надежности по сравнению с отдельными измерителями. Повышение эффективности в ИСНС обусловлено тем, что ИНС и СРНС являются взаимно дополняющими 117.1, 2.8, 6.111, что отражено в табл.
17.1. Таблица 17.1. Характеристики ИНС и СРНС Ха акте истика СРНС ИНС Нет Автономность Необходимость начальной выставки и калиб овки Нет Да Относительно высокий Характер ошибок Малый уровень шумовой составляющей, нестационарный п оцесс уровень шумов, стацио- нарный процесс Возможность отсутствия навигационных оп еделений Да Нет Низкий (1...10 Гц) Темп выдачи данных Высокий 10...1000 Гц Возможность резер- ви ования Неэффективно Эффективно 642 При совместной обработке сигналов ИНС и НАП СРНС в ИСНС сохраняются достоинства каждой из подсистем и в значительной степени снижается влияние их недостатков. Преимуществами интегрированной ИСНС по сравнению с автономными измерителями являются 117.1, 2.8, 6.11]: повышение надежности; Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы снижение стоимости за счет снижения требований к инерциальным датчикам; более высокая степень резервирования; высокая точность определения координат, составляющих вектора скорости, углов ориентации и угловой скорости; обеспечение непрерывности высокоточных навигационных определений; высокий темп выдачи данных.
17.1. Принципы построения интегрированных инерциально-спутниковых навигационных систем Максимального выигрыша от интеграции навигационных измерителей можно достичь, решив соответствующую задачу синтеза, что позволяет найти оптимальную структуру и характеристики ИСНС. Теоретическим базисом такого синтеза является теория оптимальной фильтрации ~1.6, 5.1, 5.21, в которой данное направление получило название комплексной фильтрации 1комплексирование измерителей). В наиболее общем виде задача синтеза комплексной системы фильтрации может быть сформулирована следующим образом.
Пусть Մ— вектор состояния в момент времени г„, подлежащий оцениванию (фильтрации) и включающий координаты потребителя, составляющие его вектора скорости и ускорения, углы ориентации и соответствующие угловые скорости, заданные, например, в инерциальной системе координат. Инерциальный датчик (ИНС) измеряет некоторые компоненты вектора состояния Х (обычно это составляющие векторов ускорения и угловой скорости), поэтому можно записать (17.1) где Ь вЂ” векторная функция соответствующей структуры; т~ — вектор погрешностей измерений.
На вход НАП СРНС поступают радиосигналы Я,.(Х,г), у = 1,У от всех видимых НС у(г) = ~ 5, (Х,г)+ п(г), которые в НАП СРНС подвергаются усилению, фильтрации и аналогоцифровому преобразованию (см. гл. 13). В результате имеем отсчеты спутниковых наблюдений в моменты времени г„,, =г~, +П~, ~ =1,п, где Т, шаг дискретизации, 643 Глава 17 УСРНС (1/с — 1,1) ~~1 (Х>с — 1Л>~>с — 1,т')+ гкгс-1,1> где пь 1, — внутренний шум НАП.
В (17.1), (17.2) для простоты полагаем, что измерения ИНС и входные сигналы НАП СРНС синхронизированы. Задавая динамику изменения вектора Х во времени, задачу синтеза комплексной системы фильтрации можно сформулировать как получение наилучшей оценки Х„(например, в смысле минимума дисперсии ошибки фильтрации) при совместной обработке наблюдений (17.1) и (17.2). В результате синтеза получается схема оптимальной ИСНС, приведенная нарис. 17.1. иснс; Рис. 17.1.
Схема оптимальной ИСНС (первый вариант) На рис. 17.1 в блоке НАП СРНС отображены только антенна, радиочастотный блок и АЦП, а интегрированная система обработки является общие для НАП и ИНС. В теории оптимальной фильтрации показано [5.1, 5.21, что при определенных условиях вместо наблюдений (17.2) можно использовать достаточную статистику: Укорр>с = ~~~' УСРНС (1/с — 11)~(~/с — 11>1/с-14) > (17.3) >=1 гпе К)Х>,,гк,) = Ю, (Хг,,гг,.) ... о, )Х>,,г,.)) — вектор опорных сигналов.
Выражение (17.3) есть не что иное, как векторный коррелятор. При таком представлении эквивалентных наблюдений в НАП СРНС схема оптимальной ИСНС принимает вид, приведенный на рис. 17.2. 644 Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы В данной схеме в блок НАП СРНС, кроме антенны, радиочастотного блока и АЦП, входит многомерный коррелятор, а комплексный фильтр является общим для НАП и ИНС. иснс ' Рис. 17.2.
Схема оптимальной ИСНС (второй вариант) Если в схеме рис. 17.2 в комплексный фильтр не подавать сигналы с ИНС, то оставшаяся часть схемы (антенна, радиочастотный блок, АЦП, многомерный коррелятор и комплексный фильтр) есть ни что иное, как навигационный приемник с одноэтапной обработкой сигналов (см. п. 6.5). Следовательно, можно сказать, что схема рис. 17.2 (и эквивалентная ей схема рис.
17.1) реализует комплексирование ИНС и НАП СРНС с одноэтапной обработкой сигналов. Описанный принцип построения комплексной системы фильтрации, основанный на обработке исходных сигналов (17.1) и (17.2) (или эквивалентных сигналов (17.3)) в отечественной литературе 15.21 называют комплексированием по входам (входным сигналам). Иногда схему комплексирования рис. 17.2 называют глубокоинтегрированной, так как в ней уровень совместной обработки сигналов СРНС и ИНС неразделим настолько, что нельзя выделить раздельных каналов обработки сигналов СРНС и ИНС с формированием соответствующих оценок координат потребителя.
Разработанные на основе данного подхода ИСНС обладают характеристиками точности и помехоустойчивости, близкими к потенциальным 117.2 — 17.5). Реализация алгоритма комплексирования по схеме рис. 17.2 достаточно сложна, так как требует отказа от классического построения навигационного приемника, основанного на двухэтапной обработке сигналов. Чтобы сохранить традиционную структуру НАП и дополнить ее интегрированием с ИНС, были разработаны упрощенные алгоритмы комплексирования. На рис. 17.3 приведена обобщенная схема НАП СРНС с двухэтапной обработкой сигналов.
645 Глава 17 ', Псовичнаа обработка сигналов Рис. 17.3. Схема НАП с двухэтапной обработкой рые обозначим как унп~. Для таких эквивалентных наблюдений можно запи- сать выражения урнп,~ =1(Х~)+прин,~ (17.4) (17.5) Унп,~ = ВХ~ + пнп,~ где прнп „, п„п~ — погрешности оценивания радионавигационных и навига- ционных параметров. Если при синтезе комплексного алгоритма фильтрации использовать наблюдения ИНС (17.1) и эквивалентные наблюдения СРНС (17.4), то в результате получается схема ИСНС, приведенная на рис. 17.4.
Рис. 17.4. Схема ИСНС с комплексированием по выходам оценок РНП 646 В приемнике с двухэтапной обработкой сигналов в качестве эквивалентных наблюдений НАП СРНС, которые используются для синтеза алгоритма комплексной обработки, могут быть взяты оценки радионавигационных параметров сигнала (задержки, доплеровского смещения частоты), которые на рис. 17.3 обозначены как урнп ~, или оценки навигационных параметров Х~, кото- Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы Другая схема комплексирования (рис.
17.5) получается, если в качестве эквивалентных наблюдений СРНС использовать (17.5). В схемах рис. 17.4, 17.5 формируется три типа оценок: Хинс ~ — оценки, формируемые только ИНС; Хиснс~ — оценки, формируемые интегрированной системой ИСНС; ХнАп~ — оценки, формируемые НАП СРНС, комплексированной с ИНС (в НАП вводятся оценки Хиснс ~ ).
Отметим, что состав вектора ХнАп~ отличается от состава векторов Хиснс„и Хинс„, так как в не- го не входят углы ориентации и соответствующие угловые скорости. Рис. 17.5. Схема ИСНС с комплексированием по выходам оценок НП Характерной особенностью схем рис. 17.4, 17.5 является то, что в блоки первичной обработки НАП СРНС вводятся оценки Хиснс „, сформированные в комплексном фильтре ИСНС. Такое комплексирование позволяет сузить полосы пропускания следящих систем (ССЗ, ССФ и ССЧ), что приводит к повышению помехоустойчивости НАП СРНС. Данный тип комплексирования иногда называют комплексированием на первичном уровне. Описанный и реализованный в схемах рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
