Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 48
Текст из файла (страница 48)
и помощью этой системы шшсспо более !700 человек, находившихся на апприйпых судах и самолетах, оснащенных специальными радиобуями. Успех применения этой системы основан на том, что для определения местоположения аварийного объекта привлекаются спутниковые радиально-скоростные измерения, как в СРНС «Цикада» или «Транзит», обеспечивающие точность порядка 1 км, а для передачи аварийного сообщения используется спутниковый ретранслятор.
В ре- 211 зультате сокращается как время оповещения о бедствии, так и время поиска аварийного объекта спасателями в районе бедствия. Так, время оповещения сокращается по сравнению с ранее имевшими место ситуациями а среднем на 40 ч и составляет в среднем 3 ч. Время поиска, которое ранее могло превышать сутки, теперь не больше 4 ч. Однако принципы построения низкоорбитных СРНС таковы, что на дальнейшее сокращение времени, затрачиваемого на оповещение о бедствии и поиск, рассчитывать уже нельзя.
В то же время очевидно, что каждый лишний час пребывания людей, терпящих бедствие, без помощи приносит новые человеческие жертвы. Новые возможности открываются при базировании системы обнаружения терпящих бедствие на среднеорбнтальных ИСЗ, когда над радиогоризонтом наблюдателя в любой момент находятся несколько ИСЗ. Если на навигационных ИСЗ ССРНС «Глонасс» установить ретрансляторы аварийных сообщений, то можно существенно улучшить характеристики системы «Коспас— Сарсат». Во-первых, за счет практически мгновенной доставки аварийного сообщения на наземные пункты приема информации значительно уменьшится время оповещения о бедствии, вовторых, возможность определения координат аварийного объекта с точностью до нескольких десятков метров приведет соответственно к сокращению поиска.
А это решительно повлияет на успешность проводимых работ и на эффективность помощи бедствующим людям. При использовании пассивного псевдодальномерного метода портативная аппаратура потребителя системы «Глонасс» н «Навстар» в любой момент будет фиксировать координаты подвижного объекта (самолета, корабля, подвижных исследовательских или туристских групп). Не представляет трудностей при зарожденни аварийной ситуации ввести автоматически эти координаты в аварийное сообщение, которое немедленно будет доставлено в наземные пункты приема информации.
Возможно и конструктивное объединение аварийного радиобуя с аппаратурой потребителя ССРНС. Отметим, что в АП систем «Глонасс» и «Навстар» измеряется также радиальная псевдоскорость, несущая информацию о составляющей скорости объекта. Если потерпевшие бедствие находятся и вынужденном дрейфе, то доплеровские измерении позволят уточнить составляющие скорости их движения для передачи в аварийном сооб~цснии с цслью ускорения процессов поиска и спасания. Таким образом, одной из дополнительных областей применения сетевых СРНС «Глонасс» и «Навстар» является использование их аппаратуры в несколько дооборудованном виде для точного целеуказания при поиске и обнаружении терпящих бедствие. РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ОСНОВЫ НАВИГАЦИОННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ССРНС ГЛАВА !3 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ 1зл. задача сиитвзл ллговитмл идвигщиоииых опввдвпвиии Навигационный алгоритм представляет вычислительную процедуру решения собственно навигационной задачи, а также ряда вспомогательных задач (подготовительных, сопутствующих, сервисных).
К числу подготовительных и сопутствующих решений относится: выбор рабочего созвездия, организация поиска сигналов, прием н декодирование служебной информации, передаваемой с НИСЗ, предварительная обработка результатов измерения радионавигационных параметров (РНП), экстраполяция координат и составляющих скорости полета НИСЗ, Остановимся кратко на синтезе алгоритма решения собственно навигационной задачи. Фактическое состояние потребителя (П) в общем случае описывается весьма большим числом параметров, что делает практически невозможным точное определение его состояния. Решение навигационной задачи позволяет дать лишь оценку состояния П, описываемого математической моделью с конечным числом параметров. Выбор математической модели П зависит от физических процессов, протекающих в навигационных системах, и определяется существом решаемых задач.
При решении прикладных задач один и тот же П может описываться различными моделями. Однако любая модель должна задаваться конечным числом параметров„совокупность которых характеризует вектор состояния П: й(!)= (!д1(!)МС) —, д (()(!, где гл — размерность этого вектора (размерность модели П). Увеличение размерности модели позволяет более полно представить ролльный п)ищссс и получить н рндс случаев более высокие точности навигационных определений, однако при этом усложннстся алгоритм обработки измерений.
В качестве основной формы записи динамических моделей П можно использовать систему диффсрснциальпых уравнений ш-го порядка Ч(1)=Р(1, ц, в), где к — т-мерный вектор случайных возмущений П. Связь между измеряемыми навигационными параметрами (НП) Я„(Г) и вектором п(~) дается навигационной функ- зш цией (см. гл. 2). Учет характеристик канала измерения требует задания модели этого канала К.,(1) = 1(;(1, и, Яь вб), где Я; — вектор состояния 1-го НИСЗ, мч — вектор погрешностей измерений. Совокупность результатов измерений образует вектор измерений К(1)=[(й:~(1), ..., Кь(1)[! или выборку измерений объема и. Задача оценки вектора состояния П сводится к отысканию алгоритма вида й~(1)=в[((„(1), Я(1) ), который позволяет по выборке измерений К„(1) оценить вектор й(1). Минимальна необходимый объем выборки равен размерности вектора оцениваемых параметров (л = т), при этом алгоритм решения навигационной задачи сводится к решению нелинейной системы совместных уравнений (см.
$3.!). Для повышения точности навигационных определений за счет фильтрации случайных погрешностей измерений применяют статистические методы обработки, основанные на использовании выборки избыточного объема (л ) т), и отыскания такого значения оценки й*(1), которое наилучшим (оптимальным) образом согласуется с результатами измерений. Смысл оптимальности получаемых оценок определяет критерий качества.
Процесс навигационных определений можно оптимизировать по различным критериям, используя соответствующие методы статистического оценнвания. Среди них наиболее распространены метод наименьших квадратов, максимального правдоподобия, максимальной апостериориой плотности вероятности, минимаксный и др. Выбор критерия качества в значительной мере зависит от полноты априорной информации об условиях проведения навигационных определений, а именно от степени знания структуры и параметров определяющегося П, статистических характеристик случайных возмущений, действующих на П, статистических характеристик погрешностей намерений радионавигационных параметров.
Таким образом, для синтеза алгоритма решения задачи оценивания необходимо задать пространство вектора состояния П, математическую модель динамики П, математическую модель канала измерения, критерий качества. Постановка задачи должна удовлетворять определенной совокупности условий [(32[, а именно математические модели динамики П и каналов измерения должны быть достаточно близки к реальным процессам (условие адекватности математических моделей), мси<лу множествами оцениваемых и измеряемых параметрои должно существовать взаимно- однозначное соответствие (условие наблюдаемости), критерий качества решения задачи должен обеспечить получение оптимальных в некотором смысле оценок с заданными предельными свойствами по объему выборки (условие состоятельности полу. чаемых оценок). Принимаемые допущения справедливы только длн определенных условий.
Поэтому по мере увеличения объема выборки обрабатываемых измерений все большее влияние на точности 2!4 оценки вектора состояния могут оказывать отличия принятых моделей от реальных процессов (немоделируемые погрешности). Поэтому при разработке алгоритмов решения навигационной задачи необходимо особое внимание уделять исследованию асимптотическнх свойств оценок, получаемых при стремлении объема выборки к бесконечности. !ЗЛЬ МОДЕЛЬ НАВИГАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЯ В радиотехнических системах навигационная информация содержится в характеристиках сигнала, зависящих от взаимного положения и относительного движения П и опорных радионавигационных точек.
В ССРНС наиболее распространены дальномерный и доплеровский методы навигационных определений, основанные на пассивном измерении времени распространения и доплеровского сдвига частоты сигнала (см. гл. 1). Для измерении времени распространения сигналов и доплеровского смещения частоты в пассивных СРНС на борту НИСЗ н иа борту П необходимы высокостабильные хранители времени и частоты. Для НИСЗ и объектов с несинхронизированными генераторами результатами измерения времени распространения и доплеровского смещения частоты являются квазидальиости и радиальные квазискорости (дальность нли радиальная скорость плюс неизвестная величина, обусловленная расхождением фаз или частот генераторов П и НИСЗ). Ряд квазидальномерных измерений можно преобразовать путем вычитания в разностнодальномерные либо непосредственно использовать длн решения навигационной задачи. Прн обработке результатов квазидальномерных и квазидоп.
леровских измерений для уменьшения влияния погрешностей синхронизации на точность можно воспользоваться методом расширения вектора оцениваемых параметров 152, 71), в частности включить в него дополнительные неизвестные, характеризующие погрешности синхронизации. Увеличение числа оцениваемых параметров, естественно, приводит к усложнению алгоритма обработки результатов измерений, поэтому обычно ограничиваются дополнительным включением только разностей фаз и разностей чистот генераторов, Если системное время ССРНС увязано с государственной или рсгяопальной СЕВ, то обработки рсзультптоп квазидальномерных или квазидальномерно-доплеровских изме. рений позволяет решить также и временную задачу — определить поправки к.бортовому хранителю времени (БХВ) [70).
Вектор пространственно-временного состояния П характеризуется, таким образом, восемью параметрами: тремя координатами, тремя составляющими скорости, а также разностями фаз и частот генераторов П и НИСЗ. Примем в качестве исходной прямоугольную геоцентрическую 2!5 связанную систему координат ОХИ. Тогда уравнения модели каналов измерения дальности и скорости изменения дальности можно представить в виде г„;=г;+бг,+в„, гм =-;-[(«„— х) (х„— х) +(у„— у) (у„— у) +(г„— г) (ги — г)] + + бг~ + в;„ где о=((хн — «)'+(ун — у)'+(г„— г)') ц' — истинное значение дальности от П до ~-го НИСЗ; х, у, г, х, у, г, х„, у„, г„, х„, у,ь гн— прямоугольные координаты н составляющие скорости объекта и (-го НИСЗ; бг, бг~ — поправки к дальности и радиальной скорости иэ-за расхождения фаз и частот генераторов П и НИСЗ; в„, вл — погрешности измерения радионавигационных параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
