Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Это условие выполняется (на уровне оценки) если правильно выбрана оценка значения 1~,; соответствующая значению анализируемой ячейки. По команде блока управления также формируется задержка т; опорного сигнала, в соответствии со значением дпя анализируемой ячейки. Генератор ПСП вырабатывает кодовую последовательность л(à — т,), соответствующую дальномерному коду и сдвинутую на т;, которая затем умножается на опорный сигнал от опорного генератора: л(1 — т,) х сов(сайф. Полученное колебание поступает на умножители каналов формирования синфазной / и квадратурной О составляющих. Сигналы с выходов умножителей поступают на интеграторы со сбросом, интервал интегрирования для которых задается по команде блока ВХОДНОЙ СИГНЗЛ Рис. 2.14.
Упрощенная схема устройства поиска Общие принципы функционирования спутниковых НС Я(1) = АЙ(1 — т) сов[в~1+ д(Г- т)п+ Ч(1)], (2.48) где й(г) — модулирующая последовательность (дальномерный код). Параметр д, несущий в себе навигационное сообщение, представляет собой последовательность нулей и единиц, смена которых происходит строго в определенные моменты времени ~ь такие, что Г~ — ~~,1 = сопв1 — длительность такта навигационного сообщения.
Такие параметры сигнала, как, фаза и соответствующий доплеровский сдвиг меняются непрерывно, тогда как задержка и О меняются дискретно. Дискретность этих параметров определяется длительностью такта соответствующей модулирующей последовательности (дальномерного кода или навигационного сообщения). Поэтому в литературе [2, 16 — 19] задачу фильтрации параметров навигационного сообщения иногда называют задачей оптимальной не- 95 управления задержкой кода. В момент окончания интегрирования напряжение поступает на формирователь квадратуры огибающей Р + СР и далее на пороговое устройство, где и принимается решение об обнаружении или необнаружении сигнала.
Если сигнал обнаружен, то принимается решение о сопровождении (захвате). Поскольку число навигационных спутников ограничено и диапазон возможных значений т и Гд априори известен, количество анализируемых ячеек в некоторых случаях может быть существенно уменьшено. Например, если в памяти приемоиндикатора сохранено точное время последнего навигационного определения, соответствующие данные т, ~~ и альманаха системы, то перед следующим навигационным определением может быть вычислен прогноз того, в каких ячейках искать навигационный сигнал в первую очередь.
И напротив, если происходит первое включение приемоиндикатора ("холодный старт"), или координаты потребителя с момента предыдущего определения значительно изменились, может потребоваться перебор значительного числа ячеек. Но и в этом случае современные приемоиндикаторы пытаются вычислить промежуточный прогноз на основании первых обнаруженных значений и сократить таким образом количество анализируемых ячеек. При поиске сигнала происходит некогерентная обработка принимаемого сигнала.
В режиме фильтрации применяется совместная фильтрация информационных параметров и фазы сигнала (не- информационный параметр). Такой режим называют квазикогерентной обработкой сигнала [16, 171. Обратившись к (2.44), опишем входной сигнал в виде Глава 2 д3КФ вЂ” т) ~КФ вЂ” т+ йсl2) — Л(1- с — йс/2) дт Лт (2.49) где Лт — интервал, равный длительности элементарной посылки.
Канал оценки фазы содержит фазовый дискриминатор, сглаживающий фильтр и генератор сигнала с частотой $0. В данной схеме фазовый дискриминатор состоит из двух перемножителей, среднее напряжение на выходах которых О =0,5яп(дл+~р-~р); О =0,Ып2(Ч- р). (2.50) Фазовый дискриминатор имеет дискриминационную характеристику вида яп2Л~р. 96 прерывно-дискретной фильтрации. Решение этой задачи приводит к построению комплексной системы фильтрации, содержащей дискриминаторы задержки и фазы и сглаживающие фильтры для оценок задержки и фазы. В оптимальной комплексной системе фильтрации оптимальные оценки задержки и фазы взаимосвязаны и формируются после обработки сигналов с выходов дискриминаторов задержки и фазы. Но такая система достаточно сложна в реализации, поэтому на практике оценку задержки формируют по сигналу временного дискриминатора, а оценку фазы — по сигналу фазового.
Устройство, реализующее описанный выше алгоритм, называют следящим измерителем. Упрощенная схема [2) следящего измерителя приведена на рис. 2.15. В схеме использованы следующие обозначения: К = Я,с, и К, = Я„с„— векторы коэффициентов усиления сглаживающих фильтров в каналах оценки задержки и фазы сигнала; й(е) — функция гиперболического тангенса; в~цп( ) — функция сигнатуры. Канал оценки задержки сигнала содержит дискриминатор задержки, сглаживающий фильтр и генератор кодовой последовательности.
На выходе дискриминатора задержки формируется напряжение, пропорциональное разности (рассогласованию) между истинным значением т и его оценочным значением. Генератор кода вырабатывает два сигнала: кодовую последовательность, сдвинутую на время, равное оценке задержки сигнала, и последовательность д~ф — т)/дт. Вторая последовательность может быть сформирована в виде конечной разности двух сдвинутых исходных кодовых последовательностей: Общие принципы функционирования спутниковых НС 1 1 ! у Канал оценки фазы сигнала Рассматриваемая схема фильтрации устойчиво работает при захвате сигнала каналом оценки фазы и вхождении в синхронизм.
Полоса захвата системы фазовой автоподстройки составляет приблизительно 50 Гц, тогда как неопределенность оценки несущей частоты после окончания процедуры поиска может достигать 500 Гц. Поэтому в системе предусматривается реализация режима автоматической подстройки частоты (АПЧ). Автоматическая подстройка частоты формируется на основе частотного дискриминатора, выходное напряжение которого пропорционально разности И между несущей частотой принимаемого 97 Рис. 2.15. Упрощенная схема следящего измерителя 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 В 1 3 В Э В В В В И л ° Х;,' В В В Глава 2 АУ Рис. 2.16.
Характеристика частотного дискриминатора 2 Ц~г = ве(2тсМТ) кЛ1Т (2.51) Вид характеристики частотного дискриминатора изображен на рис. 2.16. Начальная ошибка должна лежать в пределах ее главного лепестка: Ц < 1/2Т. Принимая максимальное значение И= 500 Гц, получаем требуемое время интегрирования Т = 1мс. 2.11. Алгоритмы вторичной обработки Как было сказано выше (5.2.8), для нахождения полного вектора потребителя необходимо измерить задержку и доплеровское смещение относительно четырех спутников.
Для нахождения координат в СНС обычно используются псевдодальномерные методы; для нахождения составляющих скорости — псевдорадиальноскоростной метод. сигнала и частотой опорного генератора. Частотный дискриминатор может быть реализован вычислительными методами, на основании обработки сигналов!(г) и ОЯ (13. Частотный дискриминатор имеет характеристику, описываемую выражением Общие принципы функционирования спутниковых НС У= Нх+ Ч (2.52) где и — вектор ошибок измерения Суть метода наименьших квадратов состоит в нахождении такой оценки параметров х, при которой минимальна квадратичная форма в = (У вЂ” Нх)т(У вЂ” с2 — Нх). (2.53) Дифференцируем е по х и приравниваем нулю полученную производную: дв — = — 2Н (У вЂ” Нх1 =О. дх '~х=х- Находим решение данного уравнения, полагая, что матрица (Н Н) невырожденная: х=(НтН~ Н"У.
(2.54) Показано (21), что решение (2.54) является необходимым и достаточным условием минимума квадратичной формы (2.53). 99 При решении нелинейных уравнений вида (2.16) применяются как прямые, так и игперационные алгоритмы. Прямые алгоритмы используют для начального определения вектора потребителя при значительной исходной неопределенности координат, что дает практически точное решение системы из г уравнений с ~ неизвестными [2]. Итерационные алгоритмы чаще применяются для уточнения априорно известных координат потребителя (отыскания поправок).
Условием применимости итерационного алгоритма является равенство числа определяемых параметров числу измерений. Иными словами, необходимо измерить псевдодальности до четырех спутников. На практике, причем в большинстве случаев, потребитель может получить результаты более, чем четырех измерений. Логично будет предположить, что большее число измерений можно использовать для повышения точности. Возникает потребность в алгоритме обработки избыточных измерений. В (21) показано, что такой алгоритм может быть реализован при решении задачи оценивания по методу наименьших квадратов.
Пусть мы имеем вектор результатов измерений У размерностью И, который линейно зависит от вектора оцениваемых параметров х размерностью и. Для избыточных измерений и > й. Глава 2 д0~(х ) дх (2.55) Соответственно, выражение (2.52) приобретает вид т д0"(х,) х+ т). дх Используя решение (2.54) навигационной задачи по методу наименьших квадратов и возвращаясь к исходным обозначениям, по- лучаем х = (Н Н ) Н У = (Н~Н) Н~ (Π— О«х~)+ Нх ) = = х, «-(Н'Н) 'Н'(О-О)х,)) (2.56) Если число измерений равно числу измеряемых параметров, а матрица Н невырожденная, то уравнение (2.56) может быть преобразовано к виду х=х««-Н '(О-О)х«)).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
