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

Антенна

e j управле-1

ния антенной

усилитель и преоВразода -тель

Данные от и для других систем -О I!

Аналога-цигрро-Вой процессор первичной обработки

Опорный генератор а синтезатор частот


Навигационный процессор

Источник питания

I Пульт уп-1 равления 1 I и инвикаци/А

Бортсеть

Рис. 7.1. Обобщенная структурная схема АП

спецификой ее применения. Так как АП может быть полностью автоматизирована и не нуждается в пульте управления, то на-i личие пульта управления и индикации относится к тем случаям,: когда потребителем выходной информации является непосредственно оператор, как, например, % ранцевом варианте АП. Блок управления антенной используется в тех комплектациях АП, в которых антенна для удовлетворения высоким требованиям помехоустойчивости обладает пространственной селекцией и требует управления. Этот блок позволяет управлять диаграммой направленности антенны, формируя, например, laquo;провалы raquo; диаграммы в направлении на источники помех.

Рассмотрим кратко основные задачи, решаемые функциональными блоками АП,

Антенна улавливает электромагнитные колебания, излучаемые НИСЗ, и направляет их на вход СВЧ усилителя и преобразова,-теля. В зависимости от структуры ССРНС, частотного диапазона, назначения АП и вида потребителя, на котором она устанавливается, могут применяться антенны с различными диаграммами направленности - от слабонаправленной с неизменяемой (или изменяемой) конфигурацией направленности до узконаправленной с шириной лучей в единицы градусов и изменяемым в пространстве направлением. Если использование фазированных антенных решеток (ФАР) для слабонаправленных антенн с изменяемой конфигурацией диаграммы направленности в настоящее время доведено до опытных образцов в АП системы laquo;Навстар raquo;, то применение ФАР для антенн с узкими управляемыми лучами встретило ряд технических трудностей, которые в настоящее время еще не преодолены.

Поскольку в ССРНС laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; используются так называемые laquo;энергетически скрытые raquo; сигналы (т. е. сигналы с очень малым уровнем мощности излучения), радиочастотные усилители АП должны обладать очень высокой чувствительностью. Достаточно сказать, что шумовая температура современных входных радиоусилителей АП диапазона 1,6 ГГц приближается к 300 К-Как правило, радиочастотный преобразователь АП имеет две-три ступени преобразования частоты с усилением до 120...140 дБ, причем в большинстве типов АП независимо от числа ее каналов первый преобразователь частоты всегда один. Число преобразователей второй и третьей ступени зависит от числа каналов АП и ее конкретного схемотехнического решения. Вопросы построения радиоприемников АП и выбора частотно-усилительного плана рассмотрены в [186].

Аналого-цифровой процессор первичной обработки решает задачи: поиска фаз (т. е. задержек) манипулирующих псевдослучайных последовательностей (ПСП); слежения за задержкой ПСП; слежения за фазой и частотой несущих принимаемых радиосигналов; выделения навигационных сообщений. Число каналов поиска, слежения и выделения сообщений равно числу каналов АП. -Ч

Большие научно-техьТические достижения в области создания микропроцессоров, БИС памяти и сверхбольших интегральных микросхем на базовых матричных кристаллах позволяют в настоящее время решать эти задачи, широко используя цифровые методы обработки радиосигналов, в специализированных встраиваемых в АП цифровых процессорах [186].

К задачам, решаемым навигационным процессором, относятся: А выбор рабочего созвездия НИСЗ из числа видимых; расчет данных целеуказания по частоте несущей и задержке манипулирующей ПСП; декодирование навигационных сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации; сглаживание или фильтрация измеряемых навигационных параметров; решение навигационно-временной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта; фильтрация координат; комплексирование с данными автономных навигационных систем объекта; организация обмена информацией как внутри АП, так и с другими системами объекта; контроль работоспособности блоков и АП в целом.

Следует отметить, что в зависимости от типа АП навигационный процессор, реализуемый на микропроцессорах и .микро-ЭВМ, может быть построен как по однопроцессорной, так и по многопроцессорной структуре и выполнять также часть задач первичной обработки.

Кроме перечисленных задач, решение которых обеспечивает основную функцию АП, на навигационный процессор может быть возложено выполнение и ряда сервисных задач потребителя, таких как расчет отклонения от траектории заданного



движения, выработка информации о прохождении поворотных пунктов маршрута (ППМ), решение прямой и обратной геодезических задач, преобразование координат из одной системы координат в другую.

Организацию последовательности вычислений и обмен информацией между функциональными блоками АП выполняют управляющие программы-диспетчеры, построенные с использованием иерархии сигналов прерываний, вырабатываемых в АП. При разработке этих программ, как и всего математического обеспечения в целом, учитываются требования к точности и надежности навигационно-временных определений, а также возможности используемых вычислительных средств. Содержание математического обеспечения рассматривается в гл. 13-15 и 22.

Для выбора рабочего созвездия НИСЗ и расчета априорных данных о навигационных параметрах, вводимых в устройства поиска и слежения, необходимо располагать текущими или априорными значениями параметров движения объекта, текущим временем и данными о параметрах движения НИСЗ. Последние представляют собой содержание альманаха. Данные альманаха извлекаются из репрограммируемой памяти навигационного процессора, где они хранятся после первоначального ввода вручную оператором с пульта управления и индикации. Другой путь ввода данных альманаха состоит в приеме альманаха первоначально от какого-либо первого НИСЗ, сигнал которого находится вслепую без целеуказаний. В этом случае на .поиск сигнала первого НИСЗ и на прием альманаха могут потребоваться десятки минут. Имеющийся в АП альманах обновляется автоматически при приеме сигналов по достижении им определенного laquo;возраста raquo;, порядка нескольких дней, но, как правило, не более одного месяца.

Априорные данные о координатах объекта и текущем времени вводятся либо оператором с пульта управления и индикации, либо автоматически от автономных средств навигации объекта. Причем применение в АП гостированных каналов цифрового обмена позволяет использовать данные практически от всей, номенклатуры автономных средств, устанавливаемых в настоящее время на подвижных объектах, включая инерциальные навигационные системы, измерители скорости, датчики крена, барометрические высотомеры, системы воздушных сигналов, датчики пройденного пути, лаги и т. п.

Важными элементами АП являются опорный генератор и синтезатор частот, к которым предъявляются достаточно высокие требования стабильности частоты (10долговременная и 10**... ...10~ кратковременная) и чистоты спектров синтезируемых сигналов.

7.2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ В АП

Работа АП в реальном масштабе времени характеризуется чрезвычайной насыщенностью обмена потоками информации между основными блоками структурной схемы АП на рис. 7.1. Все ] процессы обработки сигналов и информации в АП условно принято разделять на две основные категории: первичную и вторичную [обработки.

Под первичной (ПО) понимают обработку принимаемых i радиосигналов, конечным продуктом которой являются измеренные значения навигационных параметров радиосигналов, т. е. квазидальности и радиальной квазискорости, и выделенные биты i и слова служебного информационного сообщения, содержащегося в радиосигнале.

Под вторичной обработкой (ВТО) понимают процесс преобразования выходной информации ПО в значения координат и параметров движения объекта (в результате решения навигационно-временной задачи), а также вспомогательные процессы: обратное преобразование априорных и оценочных значений координат и параметров движения в квазидальности и квазискорости, короткий прогноз ( laquo;размножение raquo;) эфемерид НИСЗ, выбор рабочих созвездий НИСЗ, решение сервисных задач и т. п.

Обмен информацией в АП происходит между аппаратными и программными блоками ПО и ВТО, между ВТО и автономными навигационными средствами и другими бортовыми средствами и системами объекта, между оператором и ВТО. Номенклатура циркулирующих потоков информации в АП иллюстрируется рис. 7.2 [186].

От НИСЗ с помощью радиосигнала в ПО поступает входная информация в виде кодовых последовательностей (в АП системы


коды-ф и Л альманах, Эфемериды, время, поправки

№ НИСЗ. пелеу-казания,ретны

Пульт I

управления и ,

индикации I------j

IНоордина - I

ти, ско - I

I рость, да- . I та, время, \ППМ, серди-\ \сные дач - \

уЕЬШ---1---------

нвазидаль -

Ъординаты, скорость дата, время, ППМ, сервионые данные

Автономные навигационные и другие системы обьекта

ность, квазискорость, служебная информация, время

Рис. 7.2. Информационные потоки в бортовой АП



laquo;Навстар raquo; коды С/Л и Я) и служебной информации, передаваемой кадром радиосигнала (альманах, эфемериды, метки времени, временные и частотные поправки, служебные слова и т. п.).

Из блоков ПО в блоки ВТО передаются измеренные значения квазидальности и радиальной квазискорости, метки шкал времени НИСЗ, кадр служебной информации, сигналы прерываний, данные встроенного контроля, характеристики работоспособности узлов и блоков ПО, характеристики помеховой обстановки.

Блоки ВТО выдают в блоки ПО команды управления и предписания как для начала работы ПО, так и в течение всех последующих этапов работы. Эта информация содержит номера НИСЗ рабочего созвездия, номера запасных НИСЗ, сигналы которых необходимо принимать, данные целеуказаний в виде прогнозируемых значений квазидальности, радиальной квазискорости, фазы ПСП, режимы и подрежимы работы.

После обработки принятой информации путем решения соответствующих задач выходная информация ВТО выдается на пульт индикации и в системы объекта, являющиеся непосредственными потребителями информации АП. Так, на самолете это пилотажно-навигационный комплекс, в котором по данным АП ССРНС производится коррекция автономных навигационных систем, в частности инерциальных. Информация, воспроизводимая на пульте управления и индикации, анализируется и используется штурманом.

Состав выдаваемой из АП информации может представлять широкую номенклатуру данных и определяется конкретным типом объекта. Так, для гражданской самолетной АП типовым набором выходных данных считается: дата и текущее время, плановые географические координаты (широта и долгота), ортодромические координаты, составляющие вектора скорости в плане и по высоте, путевая скорость и путевой угол, дальность до очередного ППМ, время прибытия в очередной ППМ, оставшееся время полета.

7.3. ИЗМЕРЯЕМЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Сложный ФМ радиосигнал, излучаемый НИСЗ (см. гл. 4), в точке приема приобретает вид

s{ / - т,) = Лр[ Л( / - т,) ф Dp,( t - т,)] cos[( (0,- + Аш ) (i - т,) + + + Ас[ С,( t-T) ф D41 - т,)] sin[( (0, + Аш ) (i - т,) ,

(7.1)

где Ар и Ас - амплитуды сигналов соответственно Р и С/А в точке приема; Pi{t - Ti) и Gi{t - Ti) -дальномерные коды ПСП соответственно сигналов Р и С/Л г-го НИСЗ; Dpi{t - Ti) и Da{t - Ti) -потоки информационных сообщений г-го НИСЗ; со,

и Aciidi - несущая частота и доплеровский сдвиг частоты несущей i-ro НИСЗ; г)/- начальная фаза несущей/-го НИСЗ; т, - задержка распространения радиосигнала г-го НИСЗ.

Измеряемыми радионавигационными параметрами радиосигнала (7.1) являются т, и Atodi, причем измерения проводятся относительно ШВ хранителя времени АП и действительного значения частоты опорного генератора АП. С учетом этого измеряемые радионавигационные параметры можно представить выражениями

го,(0

т, [t) = - + т (/) - Tin + Атр (/) + б, (7.2)

AcD, (/) +Ас0р(О + б, - (7.3)

где rit) - геометрическая дальность потребитель - г-й НИСЗ; Xn{t) - неизвестный временной сдвиг ШВ хранителя времени АП относительно системного времени; т/ - временной гдвиг ШВ хранителя времени г-го НИСЗ относительно системного времени; lSxp[i) - погрешности, возникающие в канале распространения радиосигнала; бх, - погрешности измерительного устройства задержки; vit) - скорость движения г-го НИСЗ относительно потребителя; AcD, (/) - сдвиг действительного значения частоты опорного генератора АП относительно номинала частоты опорного генератора г-го НИСЗ; АсаД) - частотные сдвиги несущей, возникающиев канале распространения; б - погрешности измерительного устройства частоты АП; с - скорость света.

В (7.2) и (7.3) значения т/ , Атр, Аыр, с известны либо из альманаха, либо из расчета. Поэтому оцениваемыми навигационными параметрами являются квазидальность гш{1) = ГаЦ)-{--CTn{t) и радиальная квазискорость

Vt{t)C

Навигационные параметры изменяются непрерывно во времени вследствие взаимного перемещения НИСЗ и потребителя, поэтому roi(0 i Ут(0 можно представить в зависимости от координат НИСЗ и П. Квазидальность

(7.4)

где х,(/), yi{ti), 2,{/i) и х (/2), Уп{(2), 2 (/2) - прямоугольные гринвичские координаты соответственно г-го НИСЗ в момент излучения ti и объекта в момент времени приема радиосигнала ti, причем Ti{t) = t2-t[ - roi{t)/c-j-Tn(t). Из рис. 7.3 видно, что за время



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