Раздел №12. Алгоритмы вторичной обработки (1151974)

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

Текст из файла

12. Алгоритмы вторичной обработкиВ данном разделе будут кратко рассмотрены особенности синтеза иразработки алгоритмов вторичной обработки: алгоритмов оценки координати скорости потребителя и алгоритмов приема и выделения ЦИ.Основные задачи, решаемые на этапе вторичной обработки:1. прием и выделение цифровой информации (символьная истроковая синхронизация; прием, накопление и декодированиекадра оперативной информации (ОИ); прием, накопление идекодирование кадра альманаха);2. расчет параметров движения НКА по данным ОИ;3. решение задачи НВО (определение координат, времени ивектора скорости потребителя);4.

прогноз видимости НКА по данным альманаха;5. сервисные задачи.В рамках настоящей лекции будут затронуты 1 и 3 задачи.12.1. Одношаговый алгоритм вторичной обработкиОдношаговый алгоритм вторичной обработки представляет собойфактически нелинейное безынерционное преобразование для расчетакоординат и времени по наблюдениям псевдодальности и линейноебезынерционное преобразование для расчета вектора скорости и отклонениячастоты ОГ по наблюдениям псевдодоплеровского сдвига частоты.Алгоритм определения координат и времениНа выходе алгоритмов первичной обработки имеется совокупность(вектор) наблюдений (оценок) псеводальностей:⌣ˆ⌣R = ξ R = R ( X, τ ) + nξR ,⌣⌣где R =  R1(12.1)⌣⌣R2 … RN  – вектор псевдодальностей; X = [ XYZ ] ,τ –Tкоординаты и смещение времени НАП относительно системного времени.Сразу отметим одну важный технический нюанс.

Исходные (сырые)оценки псевдодальности, поступающие из ССЗ первичной обработки,являются неоднозначными измерениями с неопределенностью равнуюпериоду дальномерного кода ПСП. Поэтому при работе по сигналам сотносительно короткими кодами (с периодом менее 10 мс) получаемые с⌣ˆвыхода ССЗ оценки R raw нуждаются в разрешении неоднозначности.Подобноеразрешениеосуществляетсяпосленеоднозначностистроковойизмеренийсинхронизациипсевдодальностиидекодированияоцифрованной метки времени. В (12.1) подразумеваются именно такие«однозначные» оценки псевдодальности.Функциональная связь между псевдодальностью и координатами для iго НКА имеет вид:⌣Ri = hi ( X, τ ) = X − Xi + τ ,(12.2)где Xi – координаты i-го НКА.Соответствующая система нелинейных уравнений относительно X и τимеет вид: X − X1 ⌣ˆ  X − X 2 R=+ τ ⋅ 1N ×1 .⋮ X − X N (12.3)В принципе решать систему (12.3) можно различными способами.Однако на практике используют, как правило, метод наименьших квадратов(МНК).

Данный подход является наиболее целесообразным в условияхизбыточных измерений (число измерений псевдодальности больше числаоцениваемыхвеличин)сошибками,описываемымигауссовскимраспределением.Итерационный алгоритм вычисления координат на текущем k-м шагеобработки имеет вид (смотри, например, [5, раздел 6.4.3]):−1λˆ k ,m = λˆ k ,m −1 + ( HT H ) HT ⋅ ∆ξ R ,k ,m−1 ,(12.4)где λ =  XT τ  – четырехмерный вектор оцениваемых пространственныхкоординат и смещения времени;H – матрица направляющих косинусов относительно расширенноговектора четырехмерных координат λ , которая имеет вид: cos α1∂h ( λ )  cos α 2=H= ⋮∂λ Tcos α Ncos β1cos γ 1cos β 2cos γ 2⋮⋮cos β Ncos γ N11,⋮1cos α i , cos β i и cos γ i – направляющие косинусы линии визирования«НАП-НКА» с номером i;∆ξ R ,k ,m−1 – вектор разностей между измеренными в первичной обработке ирассчитанныминаосноветекущей)(оценкикоординатλˆ k ,m −1псевдодальностями:()⌣ˆ∆ξ R ,k ,m−1 = ξ R ,k − h λˆ k ,m−1 = R k − h λˆ k ,m −1 .Скорость сходимости алгоритма (12.4) достаточно высокая: напрактике достаточно 2…3 итераций.

Начальным значением для алгоритма(12.4) служат какие-либо априорные координаты приемника.Еслиизвестнаковариационнаяматрицаошибокфильтрациипседодальностей Dn ,ξR = M {nξR ⋅ nTξR } (например, из схемы ССЗ или СОС), тоалгоритм (12.4) будет иметь вид:−1λˆ k ,m = λˆ k ,m −1 + ( HT Dn−1,ξR H ) HT Dn−1,ξR ⋅ ∆ξ R ,k ,m−1 .(12.5)Алгоритм вычисления координат (12.4) является частным случаемалгоритма (12.5),когда измерения псевдодальностей некоррелированные иравноточные (имеют одинаковые дисперсии).Алгоритм вычисления вектора скорости будет иметь более простойвид. Связано это с тем, что при известных координатах приемника связьпседодоплеровского сдвига частоты (или псевдорадиальной скорости) ивектора скорости и смещения частоты линейная:⌣( X − Xi ) ( V − Vi ) + f ,Vr ,i =X − XiTгде V = [VXVY(12.6)VZ ] , f – вектор скорости приемника и смещение частотыОГ; Vi – вектор скорости НКА.Система уравнений относительно V и f будет иметь вид: ( X − Xi )T ( V − V1 ) X − X1TX − Xi ) ( V − V2 ) (⌣ˆ + f ⋅ 1N ×1 .Vr = X − X2⋮T ( X − Xi ) ( V − VN ) X − XN(12.7)В общем случае СЛАУ (12.7) будет, как и в случае вычислениякоординат избыточной (число уравнений будет больше числа оцениваемыхпараметров).12.2.

Фильтрационный алгоритм вторичной обработкиФильтрационные алгоритмы вторичной обработки основаны наиспользовании приближенных методов нелинейной фильтрации. Какправило, на практике используют алгоритм РФК относительно векторасостояния λ =  XTVT τf  (можно усложнить алгоритм и расширить ВСкомпонентами вектора ускорения: λ =  XTVTAT τf  ).Модели наблюдений (измерения псевдодальности и псевдорадиальнойскорости) будет иметь вид:⌣ˆ⌣R = ξ R = R ( X, τ ) + nξR ;⌣ˆ⌣Vr = ξ V = Vr ( V, f ) + n ξV .(12.8)Сделаем одно важное замечание. Шумы (ошибки оценок РНП)наблюдений n ξR и n ξV являются коррелированными (это видно из того, чтоковариационная матрица ошибок оценок РНП в схемах слежения не являетсячисто диагональной).

Поэтому для того чтобы рассматривать более простую(и привычную) задачу фильтрации на фоне некоррелированных шумовоценки РНП из первичной обработки берут с меньшим темпом (в 50…100раз). К тому же получать оценки координат и вектора скорости с темпомизмерения РНП (100 Гц…1 кГц) на практике нет необходимости (достаточнотемпа 1…20 Гц).Априорная модель динамики ВС в непрерывном времени может бытьзадана как:ɺ = V,XɺV = n V ,τɺ = f , fɺ = nf(12.9)где n V и n f – формирующие шумы в модели вектора скорости и частоты.ВекторформирующихшумоввnVмоделискоростиимеетковариационную матрицу вида:N n ,V NVx= M {n V ⋅ nTV } =  0 0Собственносам0NVy0алгоритм0 0 .NVz РФК(12.10)(вданномслучаегруппирования наблюдений) относительно вектора λ =  XTужебезVT τf будет иметь вид:λˆ k = F ⋅ λˆ k −1 + Dλ ,k(∂h F ⋅ λˆ k −1(∂λ ∂h F ⋅ λˆ k −1−1−1ɶDλ ,k = Dλ , k + λ Tkɶ = F ⋅ D ⋅ FT + DDλ ,kλ , k −1n ,λ⌣ R ( X, τ ) где h ( λ ) =  ⌣.VV,f() r))TT((Dn−1,0 ⋅ ξ k − h F ⋅ λˆ k −1( ∂h F ⋅ λˆ k −1−1 Dn ,0 λ Tk)) ,(12.11)) ,(12.12)Матрица экстраполяции F определяется из модели динамики внепрерывном времени (12.10).12.3.

Прием и декодирование кадра цифровой информацииКак правило, в приемнике прием и декодирование кадра ЦИосуществляется в несколько этапов:1. символьная (тактовая) синхронизация (определение символьнойзадержки);2. строковая (подкадровая) синхронизация;3. прием и накопление кадра оперативной информации;4. прием и накопление кадра альманаха;5. декодирование кадра оперативной информации;6. декодирование кадра альманаха.В некоторых случаях совмещают задачи символьной и строковойсинхронизации,т.е.осуществляютсразустроковую(подкадровую)синхронизацию, минуя стадию символьной синхронизации.Символьная (тактовая) синхронизация заключается в определениитактовой (символьной) задержки: положение границы перехода междусимволами ЦИ в шкале времени приемника с учетом того, что на этапеслежения известна задержка сигнала с точностью до периода дальномерногокода ПСП.

Для ускорения процедуры символьной синхронизации иповышения вероятности правильного определения тактовой задержки всигналы вводят оверлейные коды (модуляция внутри символа ЦИ). Дляразличных сигналов разных ГНСС алгоритмы тактовой синхронизации неимеют каких-либо особенностей.Некоторые отличия и особенности возникают при строковой (илиподкадровой) синхронизации, алгоритмы которой могут достаточно сильноотличаться в зависимости от структуры строки или кадра ЦИ. Например, всуществующих сигналах ГЛОНАСС с частотным разделением для строковойсинхронизациивконцекаждой2-хсекунднойстрокипередаетсясинхронизирующая последовательность из 30 символов по 10 мс (т.н. меткавремени; не путать с оцифрованной меткой времени).

Последовательноститакойдлинывпринципедостаточнодляправильнойстроковойсинхронизации (с вероятностью очень близкой к 1). Кроме того, особенностьструктуры сигнала ГЛОНАСС такова, что такая последовательностьсимволов по 10 мс ни в какой другой части строки встретиться не может(что также значительно повышает вероятность правильной строковойсинхронизации).При подкадровой синхронизации по сигналам GPS L1 C/A ситуациядругая.

В начале каждого подкадра передается известная преамбула из 8символов, которая в принципе может использоваться для подкадровойсинхронизации. Однако, как показывает, практика проверка даже трехподряд идущих преамбул через заданное число символов (длина подкадраGPS 300 символов) не гарантирует высокой вероятности правильногоопределения начала подкадра (причина в том, что такие же символыуказанной преамбулы в принципе могут встретиться в любой другой частиподкадра).

Для повышения достоверности процедуры синхронизациижелательно использовать дополнительную известную информацию оструктурекадра.Например,достаточноэффективнымявляетсяиспользование того факта, что во втором слове каждого подкадра передаетсяоцифрованная метка времени (ОМВ) (счетчик времени внутри недели GPS).Проверка приращения значения ОМВ в двух соседних подкадрах такжеможет служить дополнительным признаком правильной синхронизации.Таким образом, при строковой синхронизации целесообразно, а внекоторыхслучаяхнеобходимоиспользоватьинформации о структуре строки или подкадра.максимумизвестной.

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