07. Навигационная аппаратура потребителя (1151892)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

7 НАВИГАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ПОТРЕБИТЕЛЯ7.1. Обобщенная структурная схема АП.Подсистема АП предназначается для приема сигналов от НКА, измерения навигационных параметров, выделения служебной информации(включающей эфемериды и временные поправки) и решения задачи навигационно-временных определений. По измеренным, относительно четырех(или более) НКА, навигационным параметрам - псевдодальности и радиальной псевдоскорости - определяются три пространственные координаты потребителя, три составляющие его скорости и поправки к фазе и частоте егобортового генератора.Современная АП оснащается высокопроизводительными процессорами, позволяющими полностью автоматизировать выполнение всех основных операций, к которым относятся: поиск и обнаружение сигналов выбранного созвездия НКА; слежение за сигналами и измерения РНП;прием и декодирование служебной информации;учет в измеренных РНП различных поправок (релятивистской, тропо-сферной, временной и т.п.); решение основной навигационно-временной задачи;контроль качества НВО и работоспособности аппаратуры; регистрация и индикация результатов НВО.Кроме того, в зависимости от типа и назначения АП на ее вычислительные средства могут возлагаться различные сервисные задачи.

Например, для самолетной аппаратуры к числу сервисных задач относятся: хранение координат промежуточных пунктов маршрутаи промежуточныхаэропортов, расчет и хранение параметров линии заданного пути, расчет ортодромических координат, расчет времени полета и оставшегося расстояниядо очередного промежуточного пункта, его азимута, и т. д.Обобщенная структурная схема АП приведена на рис. 7.1.1АнтеннаБлок управленияантеннойСВЧусилитель ипреобразовательАналого-цифровойпроцессорпервичнойобработкиОпорныйгенератор исинтезаторчастотИсточникпитанияДанные от и для другихсистемНавигационныйпроцессорИнтерфейсПультуправления ииндикацииБортсетьРис. 7.1В состав АП входят следующие функциональные узлы: антенное устройство (антенна, блоки предварительного усилителя иуправления антенной); приемное устройство (блоки преобразования и усиления); процессор первичной обработки, решающий задачи поиска сигналов,навигационных измерений и выделения навигационного сообщения; навигационный процессор, решающий задачу НВО и сервисные задачи; опорный генератор и синтезатор частот; интерфейсные устройства; блок управления и индикации; блок питания.В зависимости от назначения и конструктивного исполнения конкретных моделей АП, в ее составе могут отсутствовать некоторые блоки:управления антенной устройство, питания, управления и индикации.

Обязательными функциональными блоками являются приемное устройство, пер-2вичный и навигационный процессоры. Следует также иметь ввиду, что традиционное разделение вычислительных средств АП на первичный и навигационный процессор используется в основном в методических целях, поскольку в современных образцах АП их функции аппаратно часто реализуются в одном устройстве.Приведенная нарис.7.1 схема АП позволяет проиллюстрироватьобщие принципы обмена информацией между основными элементами АП:процессорами первичной и вторичной обработки, интерфейсом внешнихустройств, и различными потребителями информации.На вход процессора первичной обработки поступают сигналы НКА,принятые антенной, усиленные и преобразованные на промежуточную частоту в соответствующем радиочастотном блоке, а также опорные сигналыот ОГ и (или) синтезатора.

Из блока первичной обработки в блок вторичнойпередаются измеренные значения НП (квазидальности и радиальной квазискорости), отсчет системного времени спутника, а также строки служебной информации.С блока вторичной обработки (навигационного процессора) результаты НВО поступают на интерфейсный блок, с которого информация распределяется на пульт управления, другим бортовыми системами, внешнимпотребителям.Кроме того, навигационный процессор выдает в блок первичной обработки управляющую информацию: номера видимых НКА, прогнозируемые значения РНП, режимы и подрежимы работы, оценку точности целеуказания. В случае использования антенн с управляемым обзором, необходимые сигналы передаются и на блок управления антенной.Пульт (при его наличии) используется для ввода в АП исходной информации, необходимой для организации навигационного сеанса: режимовработы, априорных координат, характерных точек маршрута и т.д.Очевидно, что периодичность обращения к различным блокам ПОсильно различается, причем наиболее часто используются блоки, обеспе3чивающие НВО.

Наряду с этим, с определенной периодичностью проверяется видимость НКА, проводится перезапись эфемерид и выполняются другиепроцедуры. Порядок и периодичность работы различных блоков определяется программой-диспетчером (см. рис.7.2).НачальныеустановкиПроверка необходимостиперезаписи эфемеридВыбор подрежимаСинхронизацияЭфемеридыИзмерениеПодслеживаниеПодслеживаниеРешение НАВЗПовторнеиевыборасозвездияОтображениеинформацииРис. 7.2 Структура программы-диспетчера в АП.Эта программа распределяет блоки алгоритма и их части либо по параллельным ветвям вычислений, либо по одной последовательной ветви.

Накаждой из ветвей эти блоки размещаются так, чтобы реализовать требуемуюпериодичность расчетов при условии их максимального уплотнения во времени и соблюдения приоритетности отдельных операций. Основное ядровременной диаграммы реализует программу жесткого типа, однако обычнов ней предусматривается наличие определенных элементов адаптации кусловиям навигационного сеанса.Интерфейс с внешними потребителями в современной АП обычноосуществляется через асинхронный последовательный порт RS232или4RS422. При этом используются различные протоколы обмена: NMEA 0183(в основном в корабельной АП), RINEX (в геодезической АП), ГОСТ1897779, ARINC 429 (для авиационной АП), бинарные (для межмашинного обмена) и ряд других.

Наибольшее распространение получил протокол NMEA,современные версии которого предусматривают передачу потребителю нетолько результатов НВО, но и первичной информации, что позволяет реализовывать режимы относительных и дифференциальных измерений (см.далее).7.2 Оценка параметров вектора состояния потребителя как задачаоптимальной фильтрацииС точки зрения современной теории оптимальной фильтрации решаемая с помощью АП задача оценки вектора состояния потребителя рассматривается в следующей постановкеБудем полагать, что информация, подлежащая обработке, представляет собой выборку xк из сигнала на выходе приемника, который может бытьпредставлен в видеx (t к )  n(t ,  )  a  S (t ,  ) ,где n(t ,  ) - составляющая, обусловленная воздействием помех, ха-рактеризуемых вектором параметров  ;a – дискретный (индикаторный) параметр, ассоциируемый с наличием( a  1) или отсутствием ( a  0 ) сигнала;S (t ,  ) - известная (сигнальная) функция, зависящая от вектора параметров .

Компоненты этого вектора, т.е. параметры сигнала, могут бытьизвестными или неизвестными. В свою очередь, неизвестные параметрымогут быть детерминированными или случайными и рассматриваться какинформативные или мешающие. Информативным мы будем называть параметр, значение которого представляет для наблюдателя самостоятельный5интерес; мешающий параметр такого интереса не представляет. Очевидно,что в зависимости от постановки задачи один и тот же неизвестный параметр сигнала может рассматриваться и как информативный и как мешающий (см.

ниже).В нашем случае сигнальная функцияS (t )  AD (t   ) cos[2 ( f 0  Fд )t   (t   )   ( )],где A – амплитуда сигнала;D(t   ) - ПСП дальномерного кода;Fд - доплеровский сдвиг частоты НКА;(t   ) = 0;1 – последовательность символов навигационной информации; ( ) начальная фаза принятого сигнала относительно фазы опорногогенератора АП.При использовании дальномерных методов измерений информативным параметром является задержка радионавигационного сигнала  , а мешающими - доплеровский сдвиг несущей частоты Fд и начальная фаза сигнала  ( ) . При переходе к радиально-скоростным методам доплеровскийсдвиг становится информативным параметром, однако фаза сигнала остается мешающим параметром.

Наконец, при реализации прецизионных относительных измерений (см. далее), фаза несущей также становится информативным параметром. Параметр (t   ) , с точки зрения всех перечисленныхзадач является мешающим, однако он является информативным с точки зрения задачи декодирования НИ. Аналогично обстоит дело с амплитудой сигнала А: при НВО этот параметр не используется, но при выборе оптимального созвездия и контроле качества навигационных сигналов он являетсяинформативным. Следует также иметь ввиду, что оптимальный (байесовский) алгоритм обработки сигнала с неизвестными параметрами в явном илинеявном виде содержит процедуру оценки этих параметров.6В общем случае оптимальным является алгоритм совместного обна-ружения-оценивания, который состоит в фильтрации вектора  м , т.е. в получении массива текущих значений апостериорной вероятности (А.В.) , соответствующих всем возможным сочетаниям параметров целей.

Такой алгоритм является наилучшим в том смысле, что сохраняет всю информацию,содержащуюся в наблюдаемом сигнале. Однако на практике такой алгоритмреализовать не удается, по крайней мере, на современном уровне вычислительной технике, хотя работы в этом направлении ведутся. Поэтому напрактике используется ряд упрощений оптимального алгоритма, которыебудут рассмотрены ниже.Первое упрощение оптимального алгоритма состоит в его разбиениина ряд этапов, причем для обработки на каждый последующий этап передается только информация, относящаяся к тем областям пространства параметров, где значения АВ, превышают заданный порог.

Очевидно, что такаяселекция, с одной стороны, устраняет значительную часть избыточной информации, с другой – может привести к утере части полезной информации,что необходимо учитывать при выборе значения порога и других параметров алгоритма (см. ниже).В отличие от радиолокации, где принято выделять три этапа: первичную, вторичную и третичную обработку, в спутниковой радионавигациизадачу получения оценок вектора потребителя разбивают на два этапа: первичную и вторичную обработку. При этом на этапе первичной обработкирешаются задачи поиска и обнаружения сигналов, слежения за ними, фильтрации (оценки) РНП сигнала, выделения и декодирования служебной информации. На этапе вторичной обработки с использованием полученных напервом этапе оценок РНП и соответствующих навигационных функций решается задача НВО, т.е. вычисляются оценки вектора состояния потребителя.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций