10. Угломерная навигационная аппаратура (1151897)

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

Текст из файла

9. Угломерная навигационная аппаратура9.1 Параметры угловой ориентации объектовЗадача определения угловой ориентации некоторого объекта с помощью сигналов СРНС обычно рассматривается в следующей постановке.Пусть с объектом жестко связана прямоугольная система координат,которая далее именуется объектовой (на практике часто в качестве осей этойсистемы рассматриваются строительные оси объекта: X0 – продольная, Y0 –поперечная, Z0 – вверх, см.

рис 9.1. )Рис.9.1Введем в рассмотрение топоцентрическую системы координат (ТЦСК),начало которой совпадает с нулевой точкой объектовой системы координат(ОСК) и движется вместе с ней, однако, в отличие от объектовой системы,оси ТЦСК сохраняют фиксированную ориентацию относительно поверхности Земли: ось Хт направлена на север (по истинному меридиану), ось Yт —вверх по местной вертикали, а ось Zт дополняет систему до правой системыкоординат, т.е. направлена на восток по горизонтали). Тогда пространственное положение объекта относительно Земли однозначно определяется ориентацией осей ОСК относительно осей ТЦСК (см.

рис.9.2.).1Рис 9.2Ориентация ОСК относительно ТЦСК может описываться с помощьюуглов Эйлера или направляющих косинусов. Преимущество описания ориентации с помощью Эйлера состоит в том, что указанные углы независимы имогут рассматриваться по отдельности. Это достоинство окупает некотороеусложнение выражений, описывающих связь между системами координат.Поэтому для описания конечного результата определения пространственнойориентации объекта на практике используются углы Эйлера в ТЦСК: азимут,тангаж, крен.Дадим определения этих углов:– азимут (курс)  – угол между осью XТ и проекцией продольной оси X0на горизонтальную плоскость, проходящую через начало ТЦСК (диапазонзначений: 0  <360; отсчет по часовой стрелке, см.

рис.9.2);– тангаж  – угол между продольной осью X0 и горизонтальной плоскостью, проходящей через начало ТЦСК (диапазон значений 90, положительное направление – «вверх» см. рис. 9.2);2– крен  – угол поворота объекта вокруг продольной оси X0 (диапазонзначений 180, положительное направление – по часовой стрелке, если смотреть из начала ТЦСК вдоль оси X0 , см. рис. 9.3).Рис.9.3Однако с точки зрения удобства промежуточных выкладок предпочтительнее описание с помощью направляющих косинусов. В этом случае ориентация ОСК относительно ТЦСК описывается ортогональной матрицей,элементами которой являются девять значений направляющих косинусов иформулы перехода из одной системы в другую предельно упрощаются. (см.ниже).9.2 Принцип определения угловой ориентации объектов по сигналам СРНСОбщий принцип определения угловой ориентации объекта по сигналамСРНС состоит в следующем.

Пусть по результатам стандартного навигационного сеанса определены геоцентрические координаты нулевой точки ОСКx0 , y0 , z0 , а из эфемеридной информации известны геоцентрические коорди-наты фазового центра антенны i-го НКА xсi , yci , z ci ,. Этой информации достаточно для того, чтобы рассчитать в геоцентрической системе координат(ГЦСК) направляющие косинусы линии визирования i-го НКА из нулевойточки ТЦСК ( линии, соединяющей точки x0 , y0 , z0 и xсi , yci , z ci ):Cх z  z0x ci  x0y  y0; C y  ci; C z  ci.RiRiRi(9.1)где Ri - дальность от объекта до i-го НКА).3Затем необходимо радиотехническим способом (подробнее см. ниже)измерить углы между линией визирования НКА и осями объектовой системы, т.е.

определить значения направляющих косинусов этой линии в объектовой системе. Сопоставляя значений направляющих косинусов линии визирования, рассчитанных в ГЦСК и измеренных в ОСК, можно получитьпредставление об ориентации осей ОСК относительно ГЦСК.Однако определить однозначно все три угла Эйлера ОСК относительно ГЦСК по данным визирования только одного НКА невозможно, поскольку остается еще одна степень свободы: возможность поворота ОСК вокруглинии визирования НКА. Поэтому для однозначного определения углов пространственной ориентации ОСК необходимо провести описанные расчеты иизмерения не менее чем по двум НКА.

Значения направляющих косинусовдвух неколлинеарных векторов (линий визирования НКА), рассчитанные порезультатам навигационного сеанса в ГЦСК и измеренные радиотехническим методом в ОСК, полностью определяют углы между осями ОСК иГЦСК.Затем углы ориентации, найденные в ГЦСК, можно пересчитать вТЦСК и в ней определить интересующие нас углы ориентации объекта: азимут, крен и тангаж.8.8.3 Радиоинтерферометрический метод измерения угловых координатИтак, для определения угловой ориентации объекта с использованиемсигналов СРНС необходимо в ОСК определить радиотехническим методомуглы визирования нескольких (не менее двух) НКА. Эта задача может бытьрешена двумя методами: радиопеленгационным и радиоинтерферометрическим.Радиопеленгационный метод предполагает использование остронаправленной антенны, позволяющей известными амплитудными методами(пеленгация по максимуму сигнала или методом равносигнальной зоны)определить направление на источник сигнала (НКА).

Точность данного ме4тода зависит от размера апертуры антенны, в частности, для того чтобы приописанных выше параметрах СРНС ГЛОНАСС и GPS обеспечить погрешность определения углов визирования источника сигнала порядка 10 угловыхминут необходима зеркальная антенна или ФАР с апертурой порядка 3х3 м.Очевидно, что разместить антенну с такими размерами на подвижном объекте сложно, а иногда и невозможно.Поэтому все современные образцы угломерной АП используют интерферометрический (фазовый) принцип измерений. В этом случае используетсянесколько (не менее трех) слабонаправленных и поэтому сравнительно небольших – с линейным размером порядка  – антенн, которые располагаютсяна объекте таким образом, чтобы расстояние (база) между ними было примерно равно размеру апертуры антенны, обеспечивающей ту же точность приамплитудном методе.Как известно, интерферометрический принцип определения направления на источник сигнала основывается на том, что разность фаз сигналов  ,принимаемых антеннами, разнесенными на расстояние l , пропорциональнакосинусу угла  между базой интерферометра и направлением на НКА.Рис.

9.45Таким образом, радионавигационным параметром в данном случае является фазовый сдвиг  2 r, а навигационным параметром – угол  .Навигационная функция для однозначных фазовых измерений имеет вид 2 l  cos  .(9.2 )где  - измеренный фазовый сдвиг, лежащий в пределах 0    2 ;l - длина базовой линии интерферометра.Принципиальная особенность интерферометрического метода состоитв том,что поскольку интервал однозначного определения фазы равен(  ... ), измерения разности фаз в интерферометре являются однозначнымитолько при длине базовой линии l   / 2 . В общем случае косинус угла между базой интерферометра и направлением на i-ый НКА и измеряемая интерферометром разность фаз сигнала в разнесенных антеннах связаны соотношениемcos  i гдеi  i Мi  ,l 2  iМ i -параметр фазовой неоднозначности (см.

выше);Как следствие, результату фазовых измерений будет сопоставлен ансамбль из 2 М i +1 значений cos  i , из которых лишь одно соответствует истинному.Поэтому процедура устранения (разрешения) неоднозначности фазовых измерений является обязательной составной частью алгоритма функционирования угломерной АП. Для решения этой задачи могут использоватьсярассмотренные выше разностные методы и методы основанные на избыточных измерениях ( см. раздел 8). Кроме того, неоднозначность фазовых измерений может устраняться за счет дополнительных измерений, полученныхпри перемещении элементов интерферометра в процессе калибровки, либо засчет приема сигналов НКА на двух частотах, либо многошкальным (нониусным) методом, т.е.

за счет использования дополнительных антенн, расстояние между которыми меньше половины длины волны. Возможно такжепривлечение данных от источников, использующих другие физические6принципы определения угловой ориентации, например – гироскопическихили магнитных компасов.Важно отметить, что процедура устранения неоднозначности никак невлияет на структуру и характеристики процедуры собственно угловых измерений, что позволяет рассматривать их независимо. Поэтому в данном разделе при рассмотрении алгоритма определения угловой ориентации мы будемполагать, что используемые фазовые измерения приведены к однозначномуинтервалу.Основное уравнение связи между направляющими косинусами линиивизирования i-го НКА, рассчитанными в ГЦСК, измеренным с помощью интерферометра косинусом угла между его базой и линией визирования того жеНКА, и искомыми направляющими косинусами базы интерферометра в геоцентрической системе координат имеет вид :cos   ro  l o  C х cos  x  C y cos  y  C z cos  zгде l 0 - единичный вектор базы интерферометра;cos x ; cos y , ; cos z - направляющие косинусы базы интерферометрав ГЦСК;r0 - единичный вектор линии визирования НКА,C х ; C y ; C z - направляющие косинусы вектора r0 в ГЦСК (см.

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