Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 32
Текст из файла (страница 32)
п. Применение фильтрации Калмана с расширенным вектором состояния для измерения скорости в комплексированной системе АП н ИНС показало, что ССЭ В„=0,02 Гц будет устойчиво работать при погрешности ввода скорости порядка 0,2 м/с. При этом пороговое отношение сигнал-помеха составляет около )О дБГц. Сравнивая это значение с пороговым отношением Рг/г/а=25 дБГц, характерным для некомплексированной системы, можно сделать вывод, что ввод скорости способен повысить помехоустойчивость на !5 дБ.
В ряде случаев дополнительный выигрыш в помехоустойчивости можно получить, используя адаптивную настрой(су параметров следящих систем. К этим параметрам относят: коэффициенты усиления петель и отдельных узлов; постоянные времени корректирующих звеньев; изменение порядка астатизма н т. п. Суть адаптивной настройки заключается в том, что в каждый текущий момент времени оценнваютсн помсхонап обстановка, т.
с. значение отношения сигнал-шум Рс/)та, а также динамические параметры (скорость, ускорение, рывки), на основании чего вычисляются оптимальные или квазиоптимальные значения параметров следящих систем. Существует несколько вариантов практической реализации адаптивной настройки параметров: адаптивная настройка ширины полосы (при постоянном усилении) с помощью полосового ограничители; адаптивная настройка ширины полосы изменением усиления ФАП; применение адаптивной ЧАП.
140 Передача служебной информации в кадре сигналов ССРНС заставляет применять для когерентной демодуляции сигнала квадратурные схемы восстановления несущей, такие как схема Костаса. Если служебную информацию выделять не нужно (она известна потребителю или умышленно исключена из структуры сигнала на частоте (р системы «Навстар»), то сигнал можно отслеживать обычной системой ФАП илн системами, в которых известная информация используется для демодуляции принимаемого сигнала в трактах ПЧ до преддекторных фильтров.
Исследования показали, что здесь выигрыш в помехоустойчивости может достигать 4...6 дБ. ГЛАВА 9 РАЗНОВИДНОСТИ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ РЛ. ОСОБЕННОСТИ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ Сетевые спутниковые РНС предназначены для глобального навигационно-временного обеспечения чрезвычайно широкого круга не только транспортных средств, но и других объектов, нуждающихся в таком обеспечении. Поэтому разнообразие типов АП определяется разнообразием требований, предъявляемых к ней (!86).
Так, АП ССРНС «Навстар» разделяют на два основных класса: военного назначения и гражданского применения. Отличительными особенностями аппаратуры военных потребителей являются: прием и обработка радиосигналов повышенной точности (модулированных кодом Р) в двух частотных диапазонах (, и (» для получения высокой точности навигационно-временных определений и высокой помехозащищенности; применение дополнительных мер помехозащищепности, таких как пространственная селекция адаптивными антенными решетками, оптимальное комплексирование с инерциальными или другими навигационными системами подвижного объекта; малое время до первого отсчета навигационно-временных параметров; высокан надежность.
При этом такис характеристики Л!!, как массогпгшрптпыс, стоимость, оставаясь чрезвычайно существенными, пс выдвигаются на первый план. Для аппаратуры гражданского применения паиболсс важны малые массогабаритные характеристики и низкая стоимость. Отличительной особешюстью этого класса аппаратуры является прием и обработка радиосигналов пониженной точности (модулированных кодом С/А) в одном частотном диапазоне, что ы! определяется, с одной стороны, доступностью этого сигнала для гражданских потребителей, а с другой — меньшими аппаратурными затратами. По сложности схемотехнических решений и объему аппаратных затрат АП разделяют на одноканальную (в том числе мультиплексную), которая в каждый текущий момент времени ведет прием и обработку радиосигнала только одного НИСЗ, и многоканальную, позволяющую одновременно принимать и обрабатывать сигналы нескольких НИСЗ.
Число каналов многоканальной АП в первую очередь определяется динамическими характеристиками потребителя. Так, АП высокодинамичных потребителей, штурмовиков, космических кораблей, стратегических бомбардировщиков и некоторых видов ракет содержит пять каналов приема радиосигналов, при этом четыре канала используются для непрерывного слежения за несущей и задержкой радиосигналов четырех НИСЗ, обеспечивая тем самым непрерывное решение навигационной задачи, а пятый канал используется для поиска, синхронизации н приема информации от новых НИСЗ, обеспечивая непрерывную смену рабочих созвездий, а также длп измерения задержки кода Р на второй рабочей частоте Гь обеспечивая компенсацию погрешностей распространения радиосигналов в ионосфере.
Пример реализации пятиканальной АП рассмотрен в $9.3. Следует отметить, что пятиканальная аппаратура применяется также на таком малодинамичном объекте, как подводная лодка, но это обусловлено требованием малого времени до первого определения координат. Четырехканальная АП находит применение на ракетах разного класса. Необходимость в пятом канале здесь отпадает, так как ввиду относительно малого времени полета смена рабочих созвездий НИСЗ не производится. Двухканальная АП применяется на объектах со средней динамикой, таких как транспортные самолеты, некоторые ракеты, отдельные классы кораблей, самолеты гражданской авиации.
Один канал АП этого типа используется для последовательного во времени приема и обработки радиосигналов четырех НИСЗ рабочего созвездия, а второй канал так же, как и пятый канал в пятиканальной АП,— для обновления рабочего созвездия и измерений на частоте ~ь Одноканальная АП используется на объектах с низкой динамикой, таких как танки, средства топопривязки, носители ранцев, самолеты гражданской авиации, морские суда, неподвижные объекты геодезии, картографии. Характерной особенностью одноканальной АП является последовательный по времени прием сигналов НИСЗ. Пример реализации одноканальной АП рассмотрен в $ 9.2. В зависимости от продолжительности времени приема сигналов от НИСЗ различают одноканальную АП последовательного прне- 142 ма, когда продолжительность приема сигналов каждого НИСЗ составляет 0,2...2 с, и мультиплексную АП, где продолжительность приема сигнала каждого НИСЗ не превышает единиц миллисекунд.
В последнем случае продолжительность приема значительно меньше постоянной времени следящих измерителей АП, что позволяет организовать фактически непрерывное слежение за несколькими НИСЗ и одновременное измерение их радионавигационных параметров. Благодаря цифровой обработке сигналов и программной реализации следящих измерителей увеличение аппаратурных затрат в мультнплексиой АП оказывается незначительным по сравнению с одноканальной АП последовательного приема.
Следует отметить, что вследствие мультиплексирования средний энергетический потенциал радиолииии АП вЂ” НИСЗ снижается (при слежении за сигналами четырех НИСЗ минимум на 6 дБ), что приводит к снижению помехоустойчивости мультиплексной АП. Пример реализации мультиплексной АП рассмотрен в $ 9.4.
Совершенствование технологии разработки и изготовления СБИС позволяет резко уменьшить массогабаритные характеристики и стоимость АП. Министерство обороны США субсидировало ряд программ, ставящих целью разработку мини-аппаратуры, и в настоящее время созданы опытные образцы одноканальной аппаратуры объемом 100 см' и массой около 400 г 1200, 201~. Несмотря на разнообразие требований, предъявляемых к АП различного типа, можно сформировать общие тенденции развития АП, проявляемые при их реализации.
Первой из них является все большее применение цифровых методов обработки радиосигналов, реализация алгоритмов обработки информации в программируемых микропроцессорах и микроЭВМ, повышение степени интеграции применяемых аналоговых и цифровых микросхем. Вторая состоит в применении передовых технологий при создании компонентов АП, таких как арсенид-галлиевая технология твердотельных СВЧ микросхем в сочетании с технологией фильтров на поверхностных акустических волнах, заказные аналоговые н цифровые БИС.
Третья тенденция заключастся в применении дифференциального режима для повышения точности АП квк носппого, так и гражданского назначения. Разновидности дифференциального режима и их особенности рассмотрены в гл. 20. кх. одноканальная лпплвлтувл потвввнтвлвн Носимая АП системы «Навстар». Анализ структурных схем одноканальной аппаратуры различных потребителей показывает почти полную их идентичность. Различие заключается в конструктивном исполнении, в применении элементной базы той или иной степени интеграции. Потому, полагая наиболее типичной для одноканальной АП ранцевую, рассмотрим вариант АП системы «Навстар» разработки фирмы «Коллинз», который размещается в носимом блоке массой 6,5 кг, содержащем сменную литиевую батарею питания, антенну и пульт управления и индикации.
Конструкция позволяет переносить АП за спиной или устанавливать в автомобиле, а также на других наземных транспортных средствах. Аналогичная ранцевая АП системы «Глонасс» )Т)29 была разработана в Российском институте радионавигации и времени (РИРВ), находящемся в Санкт-Петербурге (СПб). Структурная схема представлена на рнс. 9.! [)86). Вся схемотехника аппаратуры размещена на пяти печатных платах размером !50Х250 мм; плата радиоприемника, включающая СВЧ коммутатор сигналов /, и /р диапазонов, СВЧ усилитель с преобразователем частоты, синтезаторы частоты, усилитель промежуточной частоты; плата коррелятора, содержащая собственно коррелятор„генераторы кодов Р и С/А, цифровой генератор несущей, аналого-цифровой преобразователь и предпроцессор с выходом на магистраль навигационного процессора; плата навигационного процессора, на которой размещены процессор в виде микроЭВМ САР5-7, контроллер прерываний и таймер; плата памяти, содержащая ОЗУ, ПЗУ программ, ЗУ сменных констант (репрограммируемое ЗУ), ЗУ контрольных задач и детектор ядерных событий; плата интерфейса с блоком питания, содержащая интерфейсы пульта управления и индикации, внешней регистрирующей аппаратуры, внешних датчиков, устройства встроенного контроля, устройства управления антенной.
В аппаратуре использована цифровая реализация схем поиска радиосигналов по несущей и задержке кодов С/А и Р, схем слежения за несущей и задержкой кода, схемы выделения служебной информации. Предпроцессор накапливает АЦП-квадратурные выборки! и Я в течение 20 мс; для отслеживания фазы несущей формирует арктангенснтю дискриминационную характеристику; вычисляет сигнал!'+ С! для определения отношения сигнал.щум. Алгоритмы слежения, поиска, выделения информации н формирования измеренных значений квазидальности и квазискорости реализованы программно в навигационном процессоре вместе с программным обеспечением вторичной обработки. С выхода навигационного процессора по его магистрали в устройство первичной обработки выдаются все цифровые данные для настройки радиоприемника н коррелятора. Ил ! % ь ьЬ ь ьь ! ! ц ! ! ььь »ьсс !$ь ~ь ~ььь$~ ььь ь ььЭ~ ьЬ,ь »шь , у ! 3 ьь ь с 3., ьь Ф Д ФФ сь 33 ь О О Ю Ю О О О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
