Власов И.Б. ГНСС (studmaket) (1151932), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Ïðèíöèï îïðåäåëåíèÿ óãëîâîé îðèåíòàöèè îáúåêòîâïî ñèãíàëàì ÑÐÍÑÎáùèé ïðèíöèï îïðåäåëåíèÿ óãëîâîé îðèåíòàöèè îáúåêòà ïîñèãíàëàì ÑÐÍÑ ñîñòîèò â ñëåäóþùåì. Ïóñòü ïî ðåçóëüòàòàì ñòàíäàðòíîãî íàâèãàöèîííîãî ñåàíñà îïðåäåëåíû ãåîöåíòðè÷åñêèå êîîðäèíàòû x0, y0, z0 íóëåâîé òî÷êè ÎÑÊ, à èç ýôåìåðèäíîé èíôîðìàöèè èçâåñòíû ãåîöåíòðè÷åñêèå êîîðäèíàòû ôàçîâîãî öåíòðà àíòåííû i-ãî ÍÊÀ xci, yci, zci. Ýòîé èíôîðìàöèè äîñòàòî÷íî äëÿ òîãî,÷òîáû ðàññ÷èòàòü â ãåîöåíòðè÷åñêîé ñèñòåìå êîîðäèíàò (ÃÖÑÊ)íàïðàâëÿþùèå êîñèíóñû ëèíèè âèçèðîâàíèÿ i-ãî ÍÊÀ èç íóëåâîéòî÷êè ÒÖÑÊ, ò.
å. ëèíèè, ñîåäèíÿþùåé òî÷êè x0, y0, z0 è xci, yci, zci:Cõ =xci − x0;RiCy =yci − y0;RiCz =zci − z0.Ri(8.1)ãäå Ri äàëüíîñòü îò îáúåêòà äî i-ãî ÍÊÀ.Çàòåì íåîáõîäèìî ðàäèîòåõíè÷åñêèì ñïîñîáîì èçìåðèòü óãëûìåæäó ëèíèåé âèçèðîâàíèÿ ÍÊÀ è îñÿìè ÎÑÊ, ò. å. îïðåäåëèòüçíà÷åíèÿ íàïðàâëÿþùèõ êîñèíóñîâ ýòîé ëèíèè â îáúåêòîâîé ñèñòåìå. Ñîïîñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ íàïðàâëÿþùèõ êîñèíóñîâ ëèíèè âèçèðîâàíèÿ, ðàññ÷èòàííûõ â ÃÖÑÊ è èçìåðåííûõ â ÎÑÊ, ìîæíî ïîëó÷èòü ïðåäñòàâëåíèå îá îðèåíòàöèè îñåé ÎÑÊ îòíîñèòåëüíî ÃÖÑÊ.Îäíàêî îïðåäåëèòü îäíîçíà÷íî âñå òðè óãëà Ýéëåðà ÎÑÊ îòíîñèòåëüíî ÃÖÑÊ ïî äàííûì âèçèðîâàíèÿ òîëüêî îäíîãî ÍÊÀ íåâîçìîæíî, ïîñêîëüêó îñòàåòñÿ åùå îäíà ñòåïåíü ñâîáîäû: âîçìîæíîñòüïîâîðîòà ÎÑÊ âîêðóã ëèíèè âèçèðîâàíèÿ ÍÊÀ.
Ïîýòîìó äëÿ îäíîçíà÷íîãî îïðåäåëåíèÿ óãëîâ ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè ÎÑÊ íåîáõîäèìî ïðîâåñòè îïèñàííûå ðàñ÷åòû è èçìåðåíèÿ íå ìåíåå ÷åìïî äâóì ÍÊÀ. Çíà÷åíèÿ íàïðàâëÿþùèõ êîñèíóñîâ äâóõ íåêîëëèíåàðíûõ âåêòîðîâ (ëèíèé âèçèðîâàíèÿ ÍÊÀ), ðàññ÷èòàííûå ïî ðå112çóëüòàòàì íàâèãàöèîííîãî ñåàíñà â ÃÖÑÊ è èçìåðåííûå ðàäèîòåõíè÷åñêèì ìåòîäîì â ÎÑÊ, ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿþò óãëû ìåæäó îñÿìè ÎÑÊ è ÃÖÑÊ.
Çàòåì óãëû îðèåíòàöèè, íàéäåííûå â ÃÖÑÊ, ìîæíî ïåðåñ÷èòàòü â ÒÖÑÊ è â íåé îïðåäåëèòü èíòåðåñóþùèå íàñ óãëûîðèåíòàöèè îáúåêòà: àçèìóò, êðåí è òàíãàæ.8.3. Ðàäèîèíòåðôåðîìåòðè÷åñêèé ìåòîäèçìåðåíèÿ óãëîâûõ êîîðäèíàòÊàê áûëî ïîêàçàíî âûøå, äëÿ îïðåäåëåíèÿ óãëîâîé îðèåíòàöèèîáúåêòà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñèãíàëîâ ÑÐÍÑ íåîáõîäèìî â ÎÑÊ îïðåäåëèòü ðàäèîòåõíè÷åñêèì ìåòîäîì óãëû âèçèðîâàíèÿ íåñêîëüêèõ(íå ìåíåå äâóõ) ÍÊÀ. Ýòà çàäà÷à ìîæåò áûòü ðåøåíà äâóìÿ ìåòîäàìè: ðàäèîïåëåíãàöèîííûì è ðàäèîèíòåðôåðîìåòðè÷åñêèì.Ðàäèîïåëåíãàöèîííûé ìåòîä ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå îñòðîíàïðàâëåííîé àíòåííû, ïîçâîëÿþùåé èçâåñòíûìè àìïëèòóäíûìè ìåòîäàìè (ïåëåíãàöèÿ ïî ìàêñèìóìó ñèãíàëà èëè ìåòîäîì ðàâíîñèãíàëüíîé çîíû) îïðåäåëèòü íàïðàâëåíèå íà èñòî÷íèê ñèãíàëà(ÍÊÀ). Åñòåñòâåííî, ÷òî òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ýòèì ìåòîäîì çàâèñèò îò ðàçìåðà àïåðòóðû àíòåííû.  ÷àñòíîñòè, äëÿ òîãî ÷òîáû ïðèîïèñàííûõ âûøå ïàðàìåòðàõ ÑÐÍÑ ÃËÎÍÀÑÑ è GPS îáåñïå÷èòüïîãðåøíîñòü îïðåäåëåíèÿ óãëîâ âèçèðîâàíèÿ èñòî÷íèêà ñèãíàëàïîðÿäêà 10 óãëîâûõ ìèíóò íåîáõîäèìà çåðêàëüíàÿ àíòåííà èëè ÔÀÐñ àïåðòóðîé ïîðÿäêà 3×3 ì.
Î÷åâèäíî, ÷òî ðàçìåñòèòü àíòåííîå ïîëîòíî ñ òàêèìè ðàçìåðàìè íà ïîäâèæíîì îáúåêòå îáû÷íî ñëîæíî,à èíîãäà è íåâîçìîæíî.Ïîýòîìó âñå ñîâðåìåííûå îáðàçöû óãëîìåðíîé ÀÏ ïðèìåíÿþòèíòåðôåðîìåòðè÷åñêèé (ôàçîâûé) ïðèíöèï èçìåðåíèé.  ýòîì ñëó÷àå èñïîëüçóåòñÿ íåñêîëüêî (íåìåíåå òðåõ) ñëàáîíàïðàâëåííûõè ïîýòîìó ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøèõ (ñ ëèíåéíûì ðàçìåðîì ïîðÿäêà λ) àíòåíí, êîòîðûå ðàñïîëàãàþòñÿ íà îáúåêòå òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ðàññòîÿíèå (áàçà)ìåæäó íèìè áûëî ïðèìåðíîðàâíî ðàçìåðó àïåðòóðû àíòåííû, îáåñïå÷èâàþùåé òó æå òî÷íîñòü ïðè àìïëèòóäíîì ìåòîäå.Êàê èçâåñòíî, èíòåðôåðîìåò- Ðèñ.
8.3. Ñõåìà èíòåðôåðîìåòðè÷åðè÷åñêèé ïðèíöèï îïðåäåëåíèÿñêèõ èçìåðåíèé113íàïðàâëåíèÿ íà èñòî÷íèê ñèãíàëà îñíîâûâàåòñÿ íà òîì, ÷òî ðàçíîñòü ôàç ñèãíàëîâ ∆ϕ, ïðèíèìàåìûõ àíòåííàìè, ðàçíåñåííûìè íàðàññòîÿíèå l, ïðîïîðöèîíàëüíà êîñèíóñó óãëà β ìåæäó áàçîé èíòåðôåðîìåòðà è íàïðàâëåíèåì íà ÍÊÀ (ñì. ðèñ. 8.3).Òàêèì îáðàçîì, ðàäèîíàâèãàöèîííûì ïàðàìåòðîì â äàííîì ñëó2π ∆r÷àå ÿâëÿåòñÿ ôàçîâûé ñäâèã ∆ϕ =, à íàâèãàöèîííûì ïàðàλìåòðîì óãîë β. Íàâèãàöèîííàÿ ôóíêöèÿ äëÿ îäíîçíà÷íûõ ôàçîâûõ èçìåðåíèé èìååò âèä2π(8.2)l cos β,λãäå ∆ϕ èçìåðåííûé ôàçîâûé ñäâèã, ëåæàùèé â ïðåäåëàõ 0 ≤ ∆ϕ ≤ 2π;l äëèíà áàçîâîé ëèíèè èíòåðôåðîìåòðà.Ïðèíöèïèàëüíàÿ îñîáåííîñòü èíòåðôåðîìåòðè÷åñêîãî ìåòîäàñîñòîèò â òîì, ÷òî ïîñêîëüêó èíòåðâàë îäíîçíà÷íîãî îïðåäåëåíèÿôàçû ðàâåí (π, π), èçìåðåíèÿ ðàçíîñòè ôàç â èíòåðôåðîìåòðå ÿâëÿþòñÿ îäíîçíà÷íûìè òîëüêî ïðè äëèíå áàçîâîé ëèíèè l ≤ λ/2.
 îáùåì ñëó÷àå êîñèíóñ óãëà ìåæäó áàçîé èíòåðôåðîìåòðà è íàïðàâëåíèåì íà i-é ÍÊÀ è èçìåðÿåìàÿ èíòåðôåðîìåòðîì ðàçíîñòü ôàç ñèãíàëà â ðàçíåñåííûõ àíòåííàõ ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì∆ϕ =cos βi =λil∆ϕi Ìi + .π2iÇäåñü Mi ïàðàìåòð ôàçîâîé íåîäíîçíà÷íîñòè, ò. å. öåëîå ÷èñëîäëèí âîëí â ðàçíîñòè ðàññòîÿíèé îò j-ãî ÍÊÀ äî àíòåíí ÀÏ,M i = ]∆r λ[ .Êàê ñëåäñòâèå, ðåçóëüòàòó ôàçîâûõ èçìåðåíèé áóäåò ñîïîñòàâëåí àíñàìáëü èç 2Mi + 1 çíà÷åíèé cosβi, èç êîòîðûõ ëèøü îäíî ñîîòâåòñòâóåò èñòèííîìó. Ïîýòîìó îáÿçàòåëüíîé ñîñòàâíîé ÷àñòüþàëãîðèòìà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ óãëîìåðíîé ÀÏ ÿâëÿåòñÿ ïðîöåäóðàóñòðàíåíèÿ (ðàçðåøåíèÿ) íåîäíîçíà÷íîñòè ôàçîâûõ èçìåðåíèé.Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ðàçëè÷íûå ìåòîäû: ðàçíîñòíûå; îñíîâàííûå íà äîïîëíèòåëüíûõ (ñ òî÷êè çðåíèÿ«ñòàíäàðòíîé» íàâèãàöèîííîé çàäà÷è èçáûòî÷íûõ) èçìåðåíèÿõ;ìíîãîøêàëüíûå (íîíèóñíûå), îñíîâàííûå íà ðåçóëüòàòàõ äâóõ÷àñòîòíûõ èçìåðåíèé èëè íà èñïîëüçîâàíèè äîïîëíèòåëüíûõ àíòåíí,ðàññòîÿíèå ìåæäó êîòîðûìè ìåíüøå ïîëîâèíû äëèíû âîëíû (ïîäðîáíåå ñì.
ðàçä. 10). Âîçìîæíî òàêæå «ïðèâëå÷åíèå» äàííûõ îòèñòî÷íèêîâ, èñïîëüçóþùèõ äðóãèå ôèçè÷åñêèå ïðèíöèïû îïðåäå114ëåíèÿ óãëîâîé îðèåíòàöèè, íàïðèìåð ãèðîñêîïè÷åñêèõ èëè ìàãíèòíûõ êîìïàñîâ.Âàæíî, ÷òî ïðîöåäóðà óñòðàíåíèÿ íåîäíîçíà÷íîñòè íèêàê íå âëèÿåò íà ñòðóêòóðó è õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåäóðû ñîáñòâåííî óãëîâûõèçìåðåíèé, ÷òî ïîçâîëÿåò ðàññìàòðèâàòü èõ íåçàâèñèìî. Ïîýòîìó âäàííîì ðàçäåëå ïðè ðàññìîòðåíèè àëãîðèòìà îïðåäåëåíèÿ óãëîâîéîðèåíòàöèè áóäåì ïîëàãàòü, ÷òî èñïîëüçóåìûå ôàçîâûå èçìåðåíèÿïðèâåäåíû ê îäíîçíà÷íîìó èíòåðâàëó.Îñíîâíîå óðàâíåíèå ñâÿçè ìåæäó íàïðàâëÿþùèìè êîñèíóñàìèëèíèè âèçèðîâàíèÿ i-ãî ÍÊÀ, ðàññ÷èòàííûìè â ÃÖÑÊ, èçìåðåííûì ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà êîñèíóñîì óãëà ìåæäó åãî áàçîéè ëèíèåé âèçèðîâàíèÿ òîãî æå ÍÊÀ, è èñêîìûìè íàïðàâëÿþùèìèêîñèíóñàìè áàçû èíòåðôåðîìåòðà â ÃÖÑÊ:cos θ = r0 l0 = C õ cos β x + C y cos β y + C z cos β z ,ãäå l0 åäèíè÷íûé âåêòîð áàçû èíòåðôåðîìåòðà; cosβx, cosβy, cosβz íàïðàâëÿþùèå êîñèíóñû áàçû èíòåðôåðîìåòðà â ÃÖÑÊ; r0 åäèíè÷íûé âåêòîð ëèíèè âèçèðîâàíèÿ ÍÊÀ; Ñx, Cy, Cz íàïðàâëÿþùèå êîñèíóñû âåêòîðà r0 â ÃÖÑÊ (ñì.
ôîðìóëó (8.1)).Êàê óæå ãîâîðèëîñü, äëÿ îäíîçíà÷íîãî îïðåäåëåíèÿ óãëîâ ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè ÎÑÊ íåîáõîäèìî ïðîâåñòè èçìåðåíèÿíå ìåíåå ÷åì ïî äâóì ÍÊÀ. Êðîìå òîãî, ïîñêîëüêó ñ ïîìîùüþ îäíîãî âåêòîðà íåâîçìîæíî çàäàòü âñå òðè óãëà ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè, íåîáõîäèìî æåñòêî ñâÿçàòü ñ îáúåêòîì, ïî ìåíüøåé ìåðå,äâà íåêîëëèíåàðíûõ âåêòîðà, ò. å.
èñïîëüçîâàòü àíòåííóþ ñèñòåìó èçäâóõ èíòåðôåðîìåòðîâ. Òàêèì îáðàçîì, ñèñòåìà óðàâíåíèé, îïðåäåëÿþùàÿ ïàðàìåòðû óãëîâîé îðèåíòàöèè îáúåêòà, áóäåò èìåòü âèäCõi cos β x1 + C yi cos β y1 + C zi cos β z1 = cos θi1;Cõi cos β x 2 + C yi cos β y 2 + C zi cos β z 2 = cos θi 2 .(8.3)Cèñòåìà (8.3) äëÿ i = 1, 2 ñîäåðæèò ÷åòûðå óðàâíåíèÿ ñ øåñòüþíåèçâåñòíûìè íàïðàâëÿþùèìè êîñèíóñàìè áàç èíòåðôåðîìåòðîââ ÃÖÑÊ. ×òîáû íàéòè îäíîçíà÷íûå ðåøåíèÿ, ýòó ñèñòåìó äîïîëíÿþò èçâåñòíûì óðàâíåíèåì ñâÿçè ìåæäó íàïðàâëÿþùèìè êîñèíóñàìè âåêòîðàcos 2 β x + cos 2 β y + cos 2 β z = 1è âûðàæåíèåì äëÿ óãëà γ ìåæäó áàçàìè èíòåðôåðîìåòðîâ ( ýòà âåëè÷èíà îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé àíòåííîé ñèñòåìû è ñ÷èòàåòñÿèçâåñòíîé)cos β x1 cos β x 2 + cos β y1 cos β y 2 + cos β z1 cos β z 2 = cos γ.115Ðåøàÿ èçâåñòíûìè ìåòîäàìè ñèñòåìó (8.3), äîïîëíåííóþ óêàçàííûìè óðàâíåíèÿìè ñâÿçè, ìîæíî îäíîçíà÷íî îïðåäåëèòü îðèåíòàöèþ áàç èíòåðôåðîìåòðîâ â ÃÖÑÊ.
Ïîñêîëüêó ïîëîæåíèå ýòèõáàç îòíîñèòåëüíî ÎÑÊ îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé àíòåííîé ñèñòåìû è ñ÷èòàåòñÿ èçâåñòíûì, ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì íàéòè îðèåíòàöèþ ÎÑÊ â ÃÖÑÊ.Äàëåå, èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå ïî ðåçóëüòàòàì íàâèãàöèîííîãî ñåàíñà ãåîãðàôè÷åñêèå êîîðäèíàòû îáúåêòà (øèðîòó B è äîëãîòó L)ïðè ïîìîùè èçâåñòíîé ìàòðèöû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò xò − sin B cos L sin B sin L cos B xã yò = cos B cos L cos B sin L sin B ⋅ yã z − sin Lcos L0 zã ò ìîæíî ïåðåñ÷èòàòü íàïðàâëÿþùèå êîñèíóñû îñåé îáúåêòîâîé ñèñòåìû êîîðäèíàò èç ÃÖÑÊ â ÒÖÑÊ, à çàòåì îïðåäåëèòü óãëû Ýéëåðà(àçèìóò α, êðåí θ è òàíãàæ ψ) ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùèõ âûðàæåíèé:α = arctgψ = arctgθ = arctgcos β zò x0cos β xò x0;cos β yò x0cos 2 βxò x0+ cos 2 β;zò x0cos β yò y0cos β xò y0 cos β z ò x0 − cos β xò x cos β z ò y00= arctgcos β yò y0cos β yò z0.8.4.
Äîñòèæèìàÿ òî÷íîñòü óãëîâûõ èçìåðåíèé â ÀÏ ÃÍÑÑÒåîðåòè÷åñêè, êàê ñëåäóåò èç ôîðìóëû (8.2), ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè óãëà β ôàçîâûé ñäâèã ∆ϕ (óãëîâàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòüèíòåðôåðîìåòðà) íåîãðàíè÷åííî âîçðàñòàåò ïðîïîðöèîíàëüíî óâåëè÷åíèþ áàçû l. Ñîîòâåòñòâåííî, âîçðàñòàåò è òî÷íîñòü èçìåðåíèéóãëà β. Íà ïðàêòèêå òî÷íîñòü óãëîìåðíîé ÀÏ îïðåäåëÿåòñÿ ðÿäîìôàêòîðîâ, ïîýòîìó åå çàâèñèìîñòü îò äëèíû áàçû èìååò áîëåå ñëîæíûé õàðàêòåð.
 ÷àñòíîñòè, ñóùåñòâåííûìè ÿâëÿþòñÿ íàðóøåíèÿôàçîâîé ñòðóêòóðû ñèãíàëà, âîçíèêàþùèå â ñëó÷àÿõ ìíîãîëó÷åâîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, êîãäà ñèãíàë â òî÷êå ïðèåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóïåðïîçèöèþ êîëåáàíèé, ïðèõîäÿùèõ íåïîñðåäñòâåííî ñ ÍÊÀ,è îòðàæåííûõ áëèçëåæàùèìè îáúåêòàìè. Êðîìå òîãî, íà òî÷íîñòü116èçìåðåíèé âëèÿåò çàâèñèìîñòü ïîëîæåíèÿ ôàçîâîãî öåíòðà ïðèåìíûõ àíòåíí îò óãëà ïàäåíèÿ è ÷àñòîòû ñèãíàëà (ïîñëåäíÿÿ ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ðàáîòå ïî ñèãíàëàì ÃËÎÍÀÑÑ, èñïîëüçóþùåé ÷àñòîòíîåðàçäåëåíèå), à òàêæå àïïàðàòíî-àëãîðèòìè÷åñêèé øóì ôàçîìåòðè÷åñêîãî òðàêòà ïðèåìíèêà, êîòîðûé çàâèñèò îò êà÷åñòâà àïïàðàòóðû, îñîáåííîñòåé äèíàìèêè îáúåêòà è ñïîñîáîâ åå ó÷åòà â èñïîëüçóåìûõ àëãîðèòìàõ ñãëàæèâàíèÿ.Ðåçóëüòàòû îòå÷åñòâåííûõ è çàðóáåæíûõ èññëåäîâàíèé ïîçâîëÿþò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî çàâèñèìîñòü ôëóêòóàöèîííîé ñîñòàâëÿþùåé ïîãðåøíîñòè óãëîâûõ èçìåðåíèé îò áàçû äîñòàòî÷íî áëèçêà êòåîðåòè÷åñêîé (ëèíåéíîé) ïðè äëèíå áàçû â ïðåäåëàõ 10 ì:Äëèíà áàçîâîé ëèíèè, ì .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
