10. Угломерная навигационная аппаратура (1151897), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

форму-лу (9.1)).Как уже говорилось, для однозначного определения углов пространственной ориентации ОСК необходимо провести измерения не менее чем подвум НКА. Кроме того, поскольку с помощью одного вектора невозможнозадать все три угла пространственной ориентации, необходимо жестко связать с объектом, по меньшей мере, два неколлинеарных вектора, т.е. использовать антенную систему из двух интерферометров.

Таким образом, системауравнений, определяющая параметры угловой ориентации объекта, будетиметь видC х i cos  x 1  C y i cos  y 1  C zi cos  z 1  cos  i 1C х i cos  x 2  C yi cos  y 2  C zi cos  z 2  cos  i 2 .(9.3)7Данная система для i=1, 2 содержит четыре уравнения с шестью неизвестными - направляющими косинусами баз интерферометров в ГЦСК.

Чтобы найти однозначные решения, эту систему дополняют известным уравнением связи между направляющими косинусами вектора:cos 2  x  cos 2  y  cos 2  z  1 ,а также выражением, связывающим искомые направляющие косинусы с величиной угла  между базами интерферометров ( эта величина определяется конструкцией антенной системы и считается известной) :cos  x 1 cos  x 2  cos  y cos  y  cos  z 1 cos  z 2  cos  .12Решая известными методами систему (9.3), дополненную указаннымиуравнениями связи, можно однозначно определить ориентацию баз интерферометров в ГЦСК. Поскольку положение этих баз относительно ОСК определяется конструкцией антенной системы и считается известным, становитсявозможным найти ориентацию ОСК в ГЦСК.Далее, используя полученные по результатам навигационного сеансагеографические координаты объекта (широту B и долготу L) при помощи известной матрицы преобразования координат: X Т    sin B  cos L sin B  sin L cos B   X Г Y    cos B  cos L cos B  sin L sin B   Y  Т    Г  Z Т    sin Lcos L0   Z Г можно пересчитать направляющие косинусы осей объектовой системы координат из ГЦСК в ТЦСК, а затем определить углы Эйлера (азимут  , крен  итангаж  ) с помощью следующих выражений:  arctg  arctg  arctgcos  ZT X 0cos  X T X 0,cos  YT X 0cos2  X T X 0  cos2  ZT X 0cos  YT Y0cos  X T Y0 cos  ZT X 0  cos  X T X 0 cos  ZT Y0, arctgcos  YT Y0cos  YT Z 0.89.3 Факторы, ограничивающие точность угломерной АП СРНСТеоретически, как следует из формулы (9.2), при фиксированной величине угла  , величина фазового сдвига  (угловая чувствительность интерферометра) неограниченно возрастает с увеличением базы l.

Соответственно, возрастает и точность измерений угла  . На практике точность угломерной АП определяется рядом факторов, поэтому ее зависимость отдлины базы имеет более сложный характер. В частности, существеннымиявляются нарушения фазовой структуры сигнала, возникающие в случаях,когда в сигнал в точке приема представляет собой суперпозицию колебаний,приходящих непосредственно с НКА, и колебаний, переотраженных близлежащими объектами (многолучевое распространение). Кроме того, на точность измерений влияет зависимость положения фазового центра приемныхантенн от угла падения и частоты сигнала (последняя проявляется при работе по сигналам СРНС ГЛОНАСС, использующей частотное разделение), атакже аппаратно-алгоритмический шум фазометрического тракта приемника, который зависит от качества аппаратуры, особенностей динамики объектаи способов ее учета в используемых алгоритмах сглаживания.

Оценочныезначения указанных и некоторых других составляющих погрешности измерения углов при длине базы интерферометра порядка 2 м приведены в табл.9.1 .Таблица 9.1Типичные значения составляющих погрешности измерения углов посигналам СРНС.Источник погрешностиСКО, угл. мин.1. Шумовая погрешность фазометра (при полосе дискриминатора, соответствующей ускорению 2g)1…102. Изменение положения фазового центра0,5…53. Многолучевое распространение0,5…54. Погрешность вычисления координат НКА и потреби-менее 0,0159теля5. Ионосферная и тропосферная рефракцияменее 0,015Следует подчеркнуть, что интерферометрический метод по своей сути является дифференциальным, поэтому атмосферная погрешность, обусловленная неопределенностью задержки сигналов в атмосфере, не влияет наточность угловых измерений, поскольку при размерах базы в пределах стаметров она оказывается полностью коррелированна для всех антенн.Результаты отечественных и зарубежных исследований позволяютсделать вывод, что зависимость флуктуационной составляющей погрешностиугловых измерений от базы достаточно близка к теоретической (линейной)при длине базы в пределах 10 м.

В таблице 9.2 приведен пример такой зависимости для АП TANS Vector (см. ниже) [124].Таблица 9.2Зависимость погрешности угловых измерений от длины базовой линии интерферометраДлина базовой линии, мСКО единичного измерения, (угл. мин.)(частота измерений 10Гц.)0,530…351,013…152,08…104,04…58,02…3Дальнейшее увеличение базы при классической схеме, когда сигналывсех антенн передаются по кабелям в общий приемник, по-видимому, нецелесообразно из-за увеличения влияния таких факторов, как многолучевоераспространение, потери в кабелях, нестабильность их электрической длиныи т.п.

Более рациональным в этом случае является метод "третьих разностей"(см. раздел 8), когда каждая антенна снабжается своим комплектом АП, в10которой определяются вторые разности фаз сигналов, принимаемых от всехспутников, а затем в центральном процессоре вычисляются третьи разностифаз, что позволяет устранить ошибку от расхождения опорных генераторовприемников. В литературе приводятся данные о том, что в ходе экспериментов на гидрографическом судне при максимальной длине базы порядка 30 мСКО угловых измерений по методу "третьих разностей" составило несколько десятков угловых секунд. Тот же порядок погрешностей получен в ходеиспытаний построенной по классической схеме АП 3DF фирмы Ashtech(США) на самолете, где длина базы составляла 40м .По-видимому, величина погрешности порядка 30 угловых секунд является предельно достижимой для угломерной аппаратуры, построенной порассмотренному выше принципу.8.8.6 Особенности реализации угломерной АПНиже рассмотрены два примера серийной угломерной АП, реализующей рассмотренные принципы измерения пространственной ориентации объектов.Аппаратура TANS VectorАП TANS Vector, разработанная фирмой Trimble (США) в начале 90-хгг., представляет собой шестиканальный четырехантенный интерферометр,работающий по сигналам C/A- кода СРНС GPS [125].Структурная схема приемника TANS Vector приведена на рис.

9.511АУ1Навигационный процессорМультиплексорАУ2Процессор первичнойобработки первого каналаМикропроцессор68НС000128 кБОЗУАУ3512 кБППЗУРадиочастотныйпреобразовательс АЦПАУМСигнальнаяшинаБлок питанияСпециальный процессор для решения задачориентацииСпециальный процессор для решения задачмаршрутной навигацииМодуль универсального интерфейсаКанал АКанал ВRS-4229,6 Кбит/сRS-42238,4 Кбит/сШина междупроцессорнойсвязиРис.

9.5 Структурная схема угломерной АП TANS Vector12Как следует из рисунков, каждая из четырех антенн интерферометра:master (ведущая) и три slave (ведомых) поочередно (с частотой 1 кГц) подключается с помощью мультиплексора ко входу приемника. Сигнал с выхода мультиплексора после переноса на видеочастоту и аналогоцифрового преобразования проходит на процессор первичной обработки.В аппаратуре TАNS Vector использован косвенный метод измеренияразности фаз, состоящий в следующем. При подключении к входу мультиплексора ведущей антенны в процессоре первичной обработки через демультиплексор и фильтр канала слежения за фазой замыкается кольцо обратной связи. При этом на выходе коррелятора формируется сигнал рассогласования, пропорциональный разности фаз сигналов на выходах ведущейантенны и опорного синтезатора.

Сигнал рассогласования является управляющим для подстройки синтезатора, который таким образом запоминаетфазу сигнала, принимаемого ведущей антенной во время ее подключенияко входу приемника.При подключении других антенн система работает как измерительразностей фаз, сравнивая фазу принимаемого сигнала и фазу опорногосигнала с выхода синтезатора.Отказ от прямого измерения разности фаз сигналов ведущей и ведомых антенн снижает точность фазовых измерений как за счет нестабильности частоты синтезатора, так и за счет ошибок слежения.

Однако такое решение позволяет упростить схему и устранить ошибки, связанные с различием фазовых характеристик трактов усиления ВЧ.Дальнейшая обработка, включая выделение служебной информации,вычисление координат спутников, решение навигационных задач определения положения, скорости и ориентации объекта выполняется двумя блоками: навигационным процессором и специальным процессором определения ориентации (Attitude Processor).13Режим первоначальной калибровки, основанный на учете собственного движения НКА, при полном отсутствии априорной информации об абсолютном и относительном расположении антенн в пространстве занимает8…10 часов.Если потребителю известны приближенные значения углов азимута,крена, тангажа и координат, а также конфигурация антенного поля и длинафидеров, то они могут быть введены в АП, что уменьшает мерность пространства возможных решений и, как следствие, ускоряет калибровку.После проведения калибровки, недостающие параметры конфигурации системы запоминаются и в дальнейшем используются для составленияуравнений связи при разрешении неоднозначности.

Характеристики

Список файлов лекций