Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 76
Текст из файла (страница 76)
На борту НИСЗ по измеренным таким обратом дальностям до НС определяются собственные координаты, с учетом их значений корректируются ШВ. Полученные данные передаются в составе навигационного сообщения. Аппаратура Л обеспечивает прием навигационных сигналов, измерение псевдодальностей до четырех НИСЗ, выделение навигационного сообщения и по полученным данным — определение своего местоположения. Рациональный выбор навигационного сигнала и навигационного сообщения обеспечивает возможность создания простой н дешевой БАП, которая позволит определить местоположение с погрешностью в несколько десятков метров и принимать сигналы, передаваемые оперативными службами различных систем, в том числе поиска и спасения терпнщих бедствие.
Система «Геостар», предложенная как региональная для США, предназначена для высокоточных определегшй местоположения объектов и двустороннего обмена короткими сообщениями квк между ними, так и с центрамн их управления. Система объединяет три стационарных НИСЗ и центральную наземную станцию гЦнсБ Для обеспечении глобальности системы в ее сос~ав должны входить шесть стационарных НИСЗ, несколько доно тнительиых НИСЗ лля обслуживания полярных районов и три НС. Центральная НС через один из НИСЗ посылает запросный сигнал, который принимается БАП, находящейся в режиме ожидания.
На принятый запрос БАП передает ответный сигнал, в который входит сигнал опознавания н сообщение, включающее данные о высоте при наличии высотомера. Этот сигнал ретранслируетсн через два или три НИСЗ на ЦНС. По временным задержкам принятых сигналов относительно запросного ЦНС измеряет дальности до потребителя и с использованием данных о высоте определяет положение объекта. Йаиные о положение потребителя и предназначенные ему сообщения передаются ЦНС через НИСЗ.
Все основные вычислительные работы в системе выполняет ЭВМ ЦНС, что позволяет значительно упростить аппаратуру НИСЗ и особенно БАП. Проекты «Мобнлсат» и «Скэйлннк» представляют собой региональные системы, сходные по принципу построения н функционировании с системои «Геостар». ГЛАВА 24 СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ СЕТИ НИСЗ ИЗ УСЛОВИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ КРАТНОСТИ ПОКРЫТИЯ 14Л. ЭТАПЫ ВЫВОРА СТРУКТУРЫ СЕТИ ИИСЭ При проектировании ССРНС, как было показано в гл. 23, требуется оценивать ее качества по многим критериям. Поэтому рациональное решение этой задачи требует поэтапного подхода.
Далее будут подробно рассмотрены два этапа проектирования— уточнение структуры сети по критериям, вытекающим из ее навигационного использования: кратности покрытия и точности местоопределения. Совокупность важнейших навигационных требований к ССРНС можно свести к двум: сфера обслуживания должна совпадать с шаровым слоем, охватывающим поверхность земного шара до заданной высоты; любой потребитель (П) в сфере обслуживания должен иметь возможность мгновенно определкть с погрешностями, не превосходящими заданные, место, скорость и время.
Для пассивного способа измерений отсюда следует необходимое условие — в области обслуживания в каждой точке в любой момент должно быть видно не менее четырех НИСЗ. Естественным критерием при этом может служить требование минимума общего числа НИСЗ в системе. Поэтому на 1-м этапе целесообразно выбрать сеть НИСЗ в соответствии с обеспечением требования 4-кратности покрытия. На 2-м этапе структуру сети НИСЗ надо выбирать по критерию точности оценок определяемых параметров прн дополнительном ограничении в виде условия соблюдения заданной минимальной кратности покрытия в сфере обслуживания ССРНС.
Класс допустимых пространственных конфигураций сети НИСЗ, являющийся исходным для выбора по указанным навигационным критериям, должен быть синтезирован на основе критериев н ограничений, вытекающих нз технико-экономических и эксплуатационных аспектов создания и использования ССРНС. В соответствии с этим в качестве исходного класса допустимых конфигураций сети НИСЗ принимается система на и круговых орбитах по п НИСЗ на каждой.
Кроме того, считается, что орбиты имеют одинаковый наклон к плоскости земного экватора и равномерно разнесены но восход)пцнм узлам.!!ослсдпнс своиства могут быть обоснованы по критерию относительной стабильности конфигурации сети в течение заданного интервала времени. Наконец, диапазон допустимых высот орбит должен содержать минимально возможную высоту. Оптимальный выбор высоты орбиты должен быть произведен по критерию точности ее определения средствами командно-измерительного комплекса. 24.2. ЗОНА РАДИОВИДИМОСТИ, ПОЛОСА ПОКРЫТИЯ И ОВЛАСТЬ ПЕРЕКРЬ1ТИЯ Для описания области радиовидимости НИСЗ удобно воспользоваться ортодромической системой координат.
За большой круг ортодромии следует выбрать проекцию орбиты на неподвижную сферу радиуса, равного радиусу земного шара. Если принять за начало отсчета подспутниковую точку, то положение П будет определяться смещением Х вдоль ортодромии, боковым уклонением сс и высотой 0 иад неподвижной сферой. Во введенной системе координат условие радиовидимости НИСЗ запишется как (24. 1) созХ сова > соз0, где 0 — сферический угол зоны радиовидимости, который определяется конструктивными, геометрическими либо функциональными ограничениями, а именно: шириной диаграммы направленности антенны НИСЗ, ограничением радиовидимости вследствие затенения Землей, минимально допустимым возвышением 6,„ НИСЗ над горизонтом определяющегося объекта.
Оценки кратности покрытия зонами радиовидимости НИСЗ используют понятие полосы покрытия и области перекрытия различной кратности. Рассмотрим подробнее структуру навигационного поля, создаваемого цепочкой НИСЗ, размещенных на одной орбите. Прежде всего рассмотрим влияние сферического радиуса 0 зоны радиовидимости на расположение областей перекрытия различной кратности. На рис. 24.! показана качественная картина изменения кратности перекрытий в полосе, порождаемой навигационным полем цепочки НИСЗ.
Наиболее общим случаем, представляющим практический интерес, является рассмотрение полосы, реализующей в отдельных областях максимум четырехкратное перекрытие. Введем некоторые определения, позволяющие описать свойства полосы. Назовем узлом полосы точки пересечения границ областей радиовидимости НИСЗ, принадлежащих цепочке. Положение узлов полосы, очевидно, определяется числом НИСЗ и сферическим радиусом 0 области радиовидимости.
Для приведенной выше полосы возможны такие случаи образования узлов: псрссечсиие зоп радиовидимости НИСЗ, разделенных двумя, одной зонами, д д Рис. 24.1. Расиределеиие областей различной кратности иереярмтия зои радиооидииости одной цепочки (л =9, Т= 12 ч) 341 и пересечение соседних зон. Определим образующиеся при этом узлы соответственно как узлы третьего, второго и первого порядков. Отметим очевидный нз рис. 24.1 факт: ортодромические долготы узлов нечетного порядка суть среднее арифметическое долгот соседних НИСЗ, ортодромическая долгота узлов четного порядка совпадает с долготой соответствующего НИСЗ цепочки.
Получающийся в пересечении зон радиовидимости сферический двуугольник характеризуется такими параметрами, как полувысота е и полуширина у. Эти параметры связаны с параметром сферического радиуса О и углом между двумя рассматриваемыми НИСЗ р так: созе = (созО)/(совр/2); у = Π— р/2. (24.2) Пусть б — угол между двумя соседними НИСЗ, тогда упомянутые случаи соответствуют таким вариантам изменения угла р: О = !Л, 1 = 1,2 3. (24.3) Введем далее понятие полосы К-кратного покрытия. Для краткости назовем ее К-полосой. Это сферическая полоса, полуширина которой равна 44 при р=(й — 1)ц. Другими словами, ширина этой полосы равна длине сферического двуугольника 2вм ограничивающего область, в которой максимальная кратность покрытия равна К.
Очевидно, минимальная кратность покрытия в К-полосе равна К вЂ” 1. Поэтому для более полной характеристики следует ввести также понятие дефекта К-полосы. Определим его как область К-полосы, в которой кратность перекрытия равна К вЂ” !. Затем введем понятие локальной оси дефекта, понимая под ней одну из нескольких осей симметрии. При этом характеристику дефекта полосы выразим в угловой мере глубнны ее дефекта: ч» = сх — в4ч н в~ = О. Это, очевидно, разность ортодромических широт узлов (й — !)-й и К-й кратности. При а4+~ — — О будет у4=44 н К полоса вырождается: верхний н нижний узлы (К вЂ” 1)-й кратности совпадают. Одновременно у*~, =О.
Дальнейшее вырождение полосы возникнет, например, при соответствующем уменьшении О, что приводит к ее разрыву: у44.~(0. При этом ширина области дефекта на экваторе полосы равна соответственно !Т4+~!. 24.2. ДОСТАТОЧНЫЕ УСЛОВИЯ ОПТИМАЛЬНОСТИ СЕТИ НИСЗ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ЗАДАННУЮ МИНИМАЛЬНУЮ КРАТНОСТЬ ПОКРЫТИЯ Использование введенных понятий полосы покрытия и области перекрытия цепочки позволяет сформулировать достаточные условия оптимальности сети НИСЗ при минимальной кратности покрытия, равной заданной, Критерием оптимальности здесь служит минимум числа НИСЗ в сети.
342 Приведем вначале эвристические соображения решения задачи синтеза, а затем их обоснуем. Обеспечение минимального числа НИСЗ в цепочке приводит к необходимости увеличения ширины ее полосы. Однако на сфере обслуживания при и „, )О и сколь угодно большой высоте НИСЗ остаются непокрытыми этой полосой два сферических сегмента. Выбор второй полосы позволяет прн подходящей ее ширине обеспечить нх покрытие. Но при этом обязательно образуются области, перекрываемые полосами дважды. Если плоскости цепочек ортогональны, то плошадь этих областей будет, очевидно, минимальна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
