3. Методы НВО, используемые в ГНСС (1151913), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Поэтому в ГНСС доплеровские методыприменяются только для определения составляющих скорости потребителя, адля получения информации о координатах {x, y, z} используется один изописанных выше вариантов дальномерных методов.3.2.1 Радиально-скоростной методМетод основан на измерении трех радиальных скоростей vri = Riперемещения потребителя относительно трех НКА. Физической основой этогометода является зависимость радиальной скорости точки относительно НКА откоординат и вектора скорости НКА. Дифференцируя уравнение (3.1) повремени, получаемRi  [( xÍ ÊÀi  x )( xÍ ÊÀi  x )  ( yÍ ÊÀi  y )( y Í ÊÀi  y )  ( zÍ ÊÀi  z )( zÍ ÊÀi  z )] / Ri .(3.3)Здесь компоненты {( xÍ ÊÀi  x ), ( y Í ÊÀi  y ), ( zÍ ÊÀi  z)} характеризуют векторотносительной скорости; Ri — дальность до i-го НКА.Из соотношения (3.3) следует, что для определения вектора скоростипотребителя необходимо для трех НКА (i = 1, 2, 3) знать:компоненты вектора координат НКА {xÍ ÊÀi , yÍ ÊÀi , zÍ ÊÀi };компоненты вектора их скорости {xÍ ÊÀi , y Í ÊÀi , zÍ ÊÀi };координаты потребителя {x, y, z}.Координаты НКА и их производные известны из эфемериднойинформации.

Для получения информации о координатах{x, y, z} ,как былосказано, используется один из описанных выше вариантов дальномерныхметодов, чаще всего – псевдодальномерный.Важно отметить, что радиально-скоростной метод, так же, как идальномерный, предполагает наличие в АП высокостабильного опорногогенератора, поскольку любая нестабильность частоты этого генератораприводиткнеконтролируемомучастоты,а,следовательно,кизменениюдоплеровскогодополнительнымошибкамсмещенияизмерениясоставляющих скорости потребителя. Поэтому на практике применяютсямодификации этого метода, описанные ниже.3.2.2 Псевдорадиально - скоростной метод.Псевдорадиально - скоростной (псевдодоплеровский) метод позволяетопределять вектор скорости потребителя в присутствии неизвестногосмещения частоты сигнала, обусловленного, например, нестабильностьюопорного генератора АП.

При наличии такого смещения выражение длярадиальной скорости можно представить в виде двух слагаемых:Rˆi  Ri   Ri  [( xÍ ÊÀi  x)( xÍ ÊÀi  x )  ( yÍ ÊÀi  y )( y Í ÊÀi  y )  ( zÍ ÊÀi  z )( zÍ ÊÀi  z)] / Ri  Ri .-где  Ri  FÄi -поправкакскорости,(3.5)обусловленнаясдвигомизмеренной доплеровской частоты сигнала относительно истинной.Так же, как и в псевдодальномерном методе, считается, что этапоправка на интервале измерения неизменна и одинакова для всех НКА.Вектор скорости{x, y , z}и поправкаRi определяетсяпутем измеренияпо четырем НКА и решения системы четырех уравнений вида (3.5), для чегонеобходимо знать дальности Ri и координаты {x, y, z} потребителя.

Как ужеговорилось, эта информация может быть получена из псевдодальномерныхизмерений (3.2).3.2.3 Разностный радиально- скоростной метод.Подходы, лежащие в основе данного метода полностью аналогичнырассмотренным в п. 3.1.3. Предполагается, что неизвестное смещение  Riодинаково для всех НКА. При этом для трехмерных измерений необходимоопределить радиальные скорости относительно четырех НКА и вычислитьтри независимые разности Rij  Ri  R j , а затем решить относительно величинRˆij . систему изтрех независимых видаRij  [( xÍ ÊÀi  x)( xÍ ÊÀi  x )  ( yÍ ÊÀi  y )( y Í ÊÀi  y )  ( zÍ ÊÀi  z )( zÍ ÊÀi  z )] / Ri  [( xÍ ÊÀ j  x)( xÍ ÊÀ j  x )  ( yÍ ÊÀ j  y )( y Í ÊÀ j  y )  ( zÍ ÊÀ j  z )( zÍ ÊÀ j  z )] / R j .(3.6)Поскольку разности Rij . не зависят от смещения R , для их расчетаiмогут использоваться и величины псевдорадиальной скорости Rˆi .Так же, как и для дальномерных методов, точность определениясоставляющих вектора скорости в разностном радиально-скоростном методесовпадает с точностью определения тех же составляющих в псевдорадиально-скоростном методе.Достоинством разностного радиально-скоростного метода является егонечувствительность к нестабильностям эталонов и другим неконтролируемымсмещениям частоты, а его недостатком – невозможность непосредственнойоценки величины нестабильности ШВП.3.3.

Другие методы НВО в ГНССРассмотренные выше методы получения оценок ВС потребителя наоснове одномоментных измерений соответствующих РНП ориентированы,преждевсего,применениянаНВОявляетсявысокодинамичныхвозможностьобъектов. Условиемодновременногоихнаблюдениянеобходимого числа НКА (в большинстве случаев – не менее четырех).Однако в определенных ситуациях возникает необходимость НВО приограниченном (менее четырех НКА) составе рабочего созвездия, при этомперемещениепотребителязавремяизмерениядопустимосчитатьпренебрежимо малым. В таких случаях, возможна замена одновременныхизмерения по четырем НКА на два последовательных измерения по двумНКА или на четыре последовательных измерений по одному НКА, которыезатем, с учетом высокой стабильности БСУ, могут быть приведены к одномумоменту времени.Еще один аспект расширения возможностей и повышения качестваНВО связан с использованием имеющейся в распоряжении потребителяинформации, полученной от других источников.Так, при наличии у потребителя измерителя высоты h можно вместоизмеренийчетырехпсевдодальностей,псевдодальностейограничитьсяизмерениемтрехпри этом навигационная функция будет включать триуравнения вида (3.1), а четвертое уравнение составляется по результатамизмерения высотомера: ( RÇ  h)2  x 2  y 2  z 2 , где Rз — радиус ЗемлиКомплексирование спутниковой радионавигационной аппаратуры сдатчиками информации, использующими другие физические принципы,является одним из перспективных направлений развития средств навигации.

Внастоящее время большое внимание уделяется навигационной аппаратуре,построенной по принципу комплексирования аппаратуры спутниковой иинерциальной навигации.Как уже говорилось (см. раздел 1), до появления ГНСС наиболеесовершеннымисредстваминавигациииопределенияпространственнойориентации мобильных объектов самых различных классов — от самолетов доподводных лодок — являлись гироскопические и инерциальные навигационныесистемы (ИНС). Ряд несомненных достоинств таких систем, в частности, ихавтономность (независимость искусственных полей, см. раздел 1.3), определяетцелесообразность их дальнейшего развития и применения совместно с АПГНСС.Приэтомдостигаетсянетолькорезервированиеисточниковинформации; не менее важно, что комплексирование АП ГНСС и ИНСпозволяет значительно уменьшить итоговую погрешность измерений, посколькуфизическая природа и корреляционные свойства погрешностей для этих системсущественно различаются.Действительно, погрешности ИНС в основном связаны с внешнимимагнитнымиигравитационнымивозмущениями,механическимихарактеристиками чувствительного элемента, потерями на трение и т.

д. Какследствие, высокочастотная составляющая этих погрешностей невелика посравнениюссоответствующимипогрешностямиГНСС.Однакоинфранизкочастотная составляющих погрешностей ИНС (дрейф) с увеличениемвремени наблюдения нарастает, что обусловлено самим принципом измерений,основанном на двукратном интегрировании ускорения. Постоянная ошибкаускорения при этом преобразуется в нарастающую ошибку скорости, приводит кнеобходимости систематической юстировки (переустановки) системы.Напротив, погрешности НВО ГНСС характеризуются относительно болеевысоким уровнем высокочастотного шума, однако этот шум имеет нулевоесреднее и эффект накопления низкочастотной составляющей погрешностей в АПГНСС практически отсутствует.Таким образом, совместная обработка результатов измерений ИНС и АПГНССпозволяетреализоватьвысокоточную«бездрейфовую»системунавигации и пространственной ориентации объектов, в которой мгновеннаяпогрешность почти полностью определяется ИНС, а долговременная — АПГНСС.

Такая инерциально-спутниковая навигационная система (ИСНС)обладает рядом существенных достоинств по сравнению с ИНС и ГНСС поотдельности: высокой точностью определения координат, компонент вектораскорости,угловойнавигационныхориентацииопределений;иугловойповышеннымскорости;темпомнепрерывностьювыдачиданных;повышенной надежностью. Отметим, что комплексирование ИНС с АП ГНССпозволяет существенно снизить требования к долговременной погрешностиИНС, следовательно, и ее стоимость, которая в значительной степениопределяется именно величиной дрейфа.В зависимости от организации алгоритмов совместной фильтрацииизмерений ИНС и ГНСС выделяют следующие схемы комплексирования [2]:глубокоинтегрированную (deep integrated), тесносвязанную (tightly coupled),слабосвязанную (loosely coupled) и разомкнутую (uncoupled).Сравнительные достоинстваприведены в таблице.инедостаткиперечисленныхсхемИСНСТип ИCНCРазомкнутыйСлабосвязанныйТесносвязанныйГлубокоинтегрированныйТаблицаОсновные особенностиОграниченность ошибок оценок координат искорости, наличие информации об ориентации иугловой скорости, минимальные изменения ваппаратуреВсе перечисленные качества разомкнутой системыплюс возможность выставки и калибровки ИНС вполете.

Возможность использования в АП ГНССоценок, полученных в ИНС, для сужения областипоиска по задержке и частотеБолее высокая по сравнению со слабосвязаннойИСНС помехоустойчивостьТочность и помехоустойчивость, близкие коптимальным. Высокие вычислительные затраты,необходимость существенных изменений в схеме АПГНСС.

Характеристики

Список файлов лекций