www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Радионавигационные системы, спутниковая радионавигация 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Можно также уменьшить рефракционные погрешности путем перехода к разностным измерениям, к работе АП в дифференциальном режиме. При этом ошибки, имеющие квазисистематический характер, частично или полностью компенсируются, но подчеркиваются погрешности случайного характера.

5.5. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ РАДИОЛИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБСЛУЖИВАЕМОГО СЛОЯ

Ранее рассматривался случай приземного расположения П. Рассмотрим теперь, какие особенности сопутствуют энергетическим расчетам навигационных радиолиний для П, расположенных на высоте Н над поверхностью Земли, вплоть до Н gt;Нс.

Как уже отмечалось в sect; 5.3, затухание и рефракционные ошибки, обусловленные поглощением и рефракцией радиоволн в атмосфере Земли, зависят от длины пути, проходимого радиоволной в атмосфере. Этот путь зависит от угла места у, высоты орбиты спутника ~ излучателя радионавигационных сигналов Яс, высотного расположения определяющегося объекта Н и взаимного расположения НИСЗ и П.

На рис. 5.3 указаны возможные области взаимного расположения П и НИСЗ. Участок /-2 соответствует приземному расположению П (ЯпЛ;0) и для него справедливы формулы и соотношения, приведенные в sect; 5.3. Остальные участки, попадающие в зону радиовидимости НИСЗ, соответствуют высотному расположению П.

При высотном расположении П (Я gt;0) возможны как малые, так и большие длины пути, проходимого радиоволнами через атмосферу при одном и том же значении Яп по сравнению с вариантом приземного его расположения. Так, П, находящийся в области /, принимает радиосигналы от НИСЗ, вообще не проходящие через тропосферу и ионосферу Земли, а П, расположенные вдоль лучей А н В, принимают радиосигналы, максимально искаженные ионосферой. Максимальные тропосферные эффекты будут наблюдаться для объектов, расположенных вдоль лучей С и D.

Из-за громоздкости единого формульного описания ослабления радиосигналов и рефракционных поправок при произ-

Рис. 5.3. Возможные области взаимного расположения потребителя и НИСЗ


ВОЛЬНОМ расположении П относительно НИСЗ при Н gt;0 ограничимся частными случаями, соответствующими расположению потребителей выше ионосферы (область /), в тропосфере (область ) и в ионосфере (область III).

Область I: ослабление в атмосфере и рефракционные поправки равны нулю.

Область II: справедливы формулы для ионосферных поправок, приведенные в sect; 5.3, а при расчете эквивалентных длин пути сигнала в атмосфере п, входящих в формулу (5.9), следует принять ri={h, - h )c amp;cy, где /г - характеристическая высота атмосферы, состоящей только из молекул кислорода при расчете эквивалентной длины пути в кислороде, либо только из молекул воды при расчете эквивалентной длины пути в парах воды.

Тропосферные рефракционные поправки при измерении г и г должны быть меньше, чем в случае приземного расположения П. Степень уменьшения поправок зависит от высоты Яп и может быть рассчитана по формулам, приведенным, например, в [46].

Область III: тропосферные эффекты отсутствуют; ионосферные поправки к измерениям дальности и скорости могут быть приближенно определены как разности между поправками, соответствующими приземному расположению П, и ионосферными поправками, соответствующими расположению излучателя на высоте Яп.

Другими величинами, которые зависят от высотного pacnoj-ложения П, являются углы раскрыва передающей фс и приемной фп антенн.

В случае приземного расположения П требуемый угол раскрыва антенны НИСЗ [56]

фос = 2arcsin(--cos7n,i ) + 2 (5.40)

где Yniin - минимальный угол возвышения антенны П, Рс - односторонний запас на стабилизацию антенны НИСЗ.

Минимальный угол возвышения антенны П обычно определяется допустимым уровнем рефракционных атмосферных погрешностей и влиянием отражений от поверхности Земли.

Угол раскрыва антенны П для приземного расположения

фо =180 deg;-27,п + 2рп, (5.41)

где Рп -запас на стабилизацию антенны П.

Угол раскрыва антенны ф связан с коэффициентом усиления G простым соотношением: G, =2(1 -со5ф/2) откуда следует, что увеличение ф ведет к уменьшению О.

При расположении П на высоте Яп над поверхностью Земли простых соотношений типа (5.40) и (5.41) получить не удается, так как в этом случае на выбор углов раскрыва антенн фс и фп влияют допустимое увеличение мощности передающего устройства



НИСЗ, допустимая кратность покрытия, допустимое отношение сигнал-шум на выходе приемника, возможность приема сигналов, прошедших через атмосферу Земли, конструктивные соображения и т. д. Однако предельные (максимальные) значения углов Фс и фп можно найти из геометрического представления по следующим формулам:

: 2arcsin

+ 2рс,

:р з, = 360 deg; + 2р - 2arcsin ,

( lt;з + )

(5.42) (5.43),

В табл. 5.1 приведены значения максимальных углов раскрыва антенн П и НИСЗ в зависимости от высоты обслуживаемого слоя Н. Односторонние запасы на стабилизацию антенн НИСЗ и П равны соответственно 1,5 и 2 deg;.

Увеличение углов фс и ф при высотном расположении П до предельных значений, определяемых формулами (5.42) и (5.43), приводит к уменьшению коэффициентов усиления антенн. Поэтому для сохранения для высотных П такого же отношения сигнал-шум, как и для приземных, необходимо увеличивать мощность передатчика НИСЗ. Если Рос - требуемая мощность излучения для обслуживания приземных П, то мощность излучения для обслуживания высотных П при том же отношении сигнал-шум можно рассчитать по формуле

(5.44)

где Goc, Gc, Goti и G - коэффициенты усиления передающих и приемных антенн при приземном и высотном расположении П;


Таблица 5.1

Углы раскрыва антенн НИСЗ и высотного П

, км

31,0

184.0

1000

35,6

2000

40,4

3000

45,0

О 500 то 1500 2000 2500 нп lt; км

Рис. 5.4. Требуемое увеличение мощности передатчика НИСЗ для обеспечения высотных потребителей: Яс = 20 000 км, 1д = 1,3, /=1600 МГц

Го И Г - максимальные расстояния между НИСЗ и П при приземном и высотном его расположении.

При выводе (5.44) предполагалось, что П расположен выше ионосферы (Я gt;500 км), и из рассмотрения исключались трассы распространения радиоволн через ионосферу.

На рис. 5.4 построены зависимости увеличения мощности передатчика НИСЗ, которое обеспечивает высотному П то же отношение сигнал-шум, что и приземному. Кривая 1 соответствует максимальным углам раскрыва антенн НИСЗ и П (табл. 5.1), кривая 2 - одинаковым коэффициентам усиления антенн П в случаях его приземного и высотного расположения. Из сравнения 1 w 2 следует, что увеличение мощности передатчика НИСЗ существенно зависит от изменения коэффициента усиления антенны П. Поэтому увеличивать ф не всегда целесообразно.

Для более объективного выбора углов раскрыва антенн НИСЗ и П можно воспользоваться одним из следу.юших критериев.

1. Обеспечение заданной вероятности Р?о одновременной взаимной радиовидимости П и не менее чем Лв спутников системы при их общем числе По-

2. Минимум мощности Рс при заданных Р deg; и отношении сигнал-шум на входе приемника вх. ,

3. Минимум мощности Рс при заданных Р deg; и суммарных погрешностях измерения квазидальности Ог, квазискорости а, либо ошибки места а .

Оптимальные задачи формулируются следующим образом. Найти значения Gc, G из условий, соответствующих приведенным критериям:

1) p:; = f,[P,(Gc,G )] const где Pi - вероятность взаимной радиовидимости П и НИСЗ;

2) Рперс = h[ вх, Gc] min, P: =f,[P,(Gc.Gn)] const;

3) Р ерс = [з[а. Gc, GnKmin, P:;=f,[P,(Gc,G )] const,

a a в зависимости от критерия может быть Ог, а или Ом-

Приведенные формулы (5.44) и графики на рис. 5.4 дают решение первой из указанных задач в случае заданного значения РХ соответствующего максимально возможным значениям Пв

и Р,:



ГЛАВА 6

СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ

6.1. МЕТОДЫ УПЛОТНЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ СИГНАЛОВ В СЕТЕВЫХ СРНС

Особенности разделения сигналов в СРНС. Условие одновременной работы нескольких НИСЗ - излучателей сигналов в сетевой пассивной СРНС предъявляет специфические требования к передаче радионавигационных сигналов. В каждой точке околоземного пространства формируется групповой (суммарный) радионавигационный сигнал, представляющий собой сумму сигналов от нескольких НИСЗ. Образование группового сигнала можно рассматривать как операцию уплотнения радиоканала многа- , спутниковой РНС. В приемнике потребителя (П) осуществляется операция, обратная уплотнению: из группового сигнала выделяются сигналы отдельных НИСЗ. Такая операция называется разделением сигналов.

Операция уплотнения - разделения сигналов характерна для многоканальных радиолиний систем передачи информации [109], в которых уплотняющее устройство, как правило, входит в передающее устройство. Поэтому в таких системах можно применять как линейные, так и нелинейные способы уплотнения, а соответственно-и разделения каналов.

Существенным отличием в возможностях уплотнения --разделения сигналов сетевых СРНС является отсутствие специального уплотняющего устройства, параметры которого можно было бы выбирать тем или иным способом. Сигналы отдельных спутников объединяются во всех точках околоземного про- странства путем суперпо шции, т. е. операция уплотнения в принципе только линейна. Кроме того, она однозначна. Поэтому, рассматривая операцию разделения сигналов от различных НИСЗ, осуществляющую отображение пространства группового сигнала в .; пространство уплотняемых сигналов, на основе теории линейных* преобразований [98] можно сделать вывод о том, что в пассивных СРНС операция разделения сигналов также линейна.

К линейным методам разделения относятся такие, при которых разделение сигналов выполняется линейными устройствами с постоянными или переменными параметрами. Известно [109], что . для линейного разделения каналов при линейном уплотнении необходимым и достаточным условием является линейная независимость канальных сигналов, а следовательно, их ортогональность, поскольку систему линейно независимых функций линейным преобразованием всегда можно сделать ортогональной.

Известные способы линейного разделения сигналов основываются на использовании следующих видов селекции: пространственной, временной, частотной, структурной (разделение по форме сигналов).

Пространственная селекция. Предполагает разделение излучений от различных НИСЗ с помощью остронаправленных антенн (с щириной луча в единицы и доли градуса), устанавливаемых на П. Размещение остронаправленных антенн на движущихся объектах не всегда возможно, и, следовательно, способ пространственной селекции в сетевой пассивной СРНС, рассчитанной на щирокий класс П, неприемлем. Однако его с успехом можно использовать в НЦН, причем применение остронаправленных антенн на НЦН позволяет кроме селекции излучений спутников существенно повысить энергетический потенциал радиолинии.

Временная селекция. Обеспечивается неперекрывающимися между собой во времени импульсами, при этом форма сигналов от различных НИСЗ и их спектры могут полностью совпадать.

Излучению каждого НИСЗ при временном разделении отводится определенное временное окно, отделяющееся от предыдущего защитным интервалом

Гз = Л(р -f -f Адп -f А(д

(6.1)

обусловленным разницей во времени распространения радиосигналов А(р от НИСЗ до наиболее удаленного и до ближайшего П, погрешностью синхронизации А(с излучений НИСЗ в системе и изменением времени прохождения радиосигналов от НИСЗ до П вследствие движения П и НИСЗ А/дс (за цикл излучения всех НИСЗ Т.).

Цикл излучения всех laquo;о НИСЗ системы Т.. при временном разделении излучений составляет

Tj =no(T -f Тз),

(6.2)

где Г - длительность излучения каждого НИСЗ.

Значение Т- (6.2) определяет минимальный дискрет место-определения и при Г ~1 с для ССРНС типа laquo;Навстар raquo; (по = 24) будет достаточно большим (Ту gt;24 с), что неприемлемо для высокоточных определений местоположения скоростных (маневренных) П. Его можно снизить, если сигнал от каждого НИСЗ передавать несколькими более короткими импульсами длительности т в определенной очередности, со своими защитными интервалами, однако число введенных защитных интервалов увеличится в Гв/ти раз, что нерационально.

Частотная селекция. Ортогональность сигналов различных НИСЗ достигается за счет разнесения их частот. Сигналы всех НИСЗ могут передаваться одновременно и иметь одинаковую временную структуру. Прием таких сигналов на определяющемся объекте требует в общем случае Л-канальной аппаратуры.

Полоса частот Я, необходимая для всей системы при частотном разделении, отсчитываемая любым из способов (по уровню



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67