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

Формирователь

KWD[sff,x raquo;;]N-;

Рис. 7.5. Структурная схема нелинейного квазиоптимального фильтра в матричном изображении /

где S - известная, как правило, нелинейная скалярная функция, определяемая моделью полезного сигнала вида (7.1), п( lt;)- белый гауссовский шум с известной спектральной плотностью мошности Ло-

Уравнение оптимальной (в гауссовском приближении) оценки вектора состояния Х*(/) и приближенной ковариационной матрицы ошибок К() фильтрации принимают соответственно вид

li= A[x(0,il + К(0/;, Х(г ) = Х ,

(7.17)

= [ А (X, 0] (О + ( (О D [ А (Х-, г)] + N. + К (О f; К (О, (7.18) К (о) = Ро - априорная вероятность вектора состояния в момент времени L В уравнениях (7.17), (7.18)

dx, dF

- вектор-столбец,

квадратная матрица.

dx, dx

l{t)s(\,t)--s(\,t)

(7.19) (7.20) (7.21)

Nb = G(OUG(0, и - матрица интенсивности формирующих белых шумов процесса \(t).

Для дальнейшего улучшения алгоритмов, полученных в результате решения задач оптимальной нелинейной фильтрации, при инженерных расчетах дополнительно упрощают выражения (7.17) и (7.18), применяя употребляемые в рассматриваемой теории методы малого параметра и методы временного усреднения.

Метод малого параметра состоит в том, что в (7.18) флуктуационные члены, содержащие шум n(t), предполагаются малыми, что дает возможность их

отбросить. Это позволяет находить матрицу К(0 заранее, считая, что в (7.17) она входит как известная.

Уравнения (7.17) и (7.18) определяют состояние фильтра как в переходном, так и в установившемся режимах работы. При этом фильтр даже прн нрименении метода малого параметра является нестационарным. Однако во многих случаях для практических расчетов достаточно синтезировать систему, осуществляющую фильтрацию только в установившемся режиме. Это позволяет реализовать метод временного усреднения, суть которого заключается в том, что в уравнении (7.18) коэффициенты / (0 матрицы K{t) заменяют средними значениями й,., (полагая, что они флуктуируют незначительно) и одновременно переходят к средним значениям производных от функции F(t). В результате такого допущения уравнение (7.18) сводится к алгебраическому, так как К==0, что позволяет в ряде случаев формулы ошибок фильтрации получить в явном виде.

Практическое применение столь хорошо развитого математического аппарата марковской теории оптимальной нелинейной фильтрации в совокупности с указанными методами и рядом дополнительных упрощающих предположений позволяет синтезировать реализуемые инженерные структуры приемников сложных

Демодулятор

I Сброс

th h

ОСДП

I Сдрос

ки/2

I Сброс

W(f)

р-( I

. гпсп

1

Рис. 7.6. Схема приемника некогерентных ФМ ПСП радиосигналов



ФМ радиосигналов. В качестве иллюстрации результата синтезирования по изложенной методике (не приводя подробных промежуточных выкладок, которые можно найти в [151]) на рис. 7.6 приведена функциональная схема приемника некогерентных фазо-манипулированных ПСП радиосигналов, широко используемая в АП [186].

При синтезе этого приемника дополнительно к изложенному предполагалось, что наряду с оценкой фазы и частоты несущей и задержки ПСП приемник должен выделять информационные символы й служебного сообщения Dp, или Dd радиосигнала (7.1), которые передаются дополнительной инверсной ФМ ПСП модуляцией сегментов ПСП. Схема на рис. 7.6 содержит устройство фазовой автоподстройки частоты ФАП и схему слежения за задержкой ССЗ, охваченные обратной связью по дискретному пара- метру ОСДП, осуществляемой через блок с передаточной тангенциальной функцией th, а также демодулятор информационных символов 6. Интеграторы с временем интегрирования, равным длительности Ти символов в в кольцах ФАП, ССЗ и коррелятора-демодулятора, возвращаются в нулевое состояние дешифратором ДШ ПСП, формирующим импульсы сброса в (начале) конце 1 периода или сегмента ПСП, который выбирается равным Ти-

Гармоническое колебание, вырабатываемое управляемым генератором (УГ) ФАП, является опорным для выделения комплексной огибающей ФМ ПСП сигнала. По этой огибающей, зависящей от задержки Тз((). осуществляется работа ССЗ, в которой другой УГ выполняет функции тактовой синхронизации генератора ПСП (ГПСП).

Структуры фильтров ФАП и ССЗ с передаточными функциями /(ф(0 и Ki(0 соответственно определяются структурой моделей фазы несущей и задержки сигнала и в общем случае имеют перекрестные связи, изображенные штриховыми линиями.

Вопросы цифровой реализации приемника подобного типа и анализа его характеристик, лишь затронутые в [164], более подробно рассматриваются в гл. 8.

ГЛАВА 8

УСТРОЙСТВА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОНАВИГАЦИОННОГО СИГНАЛА

8.1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОИСКА РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

Следящий измеритель навигационного параметра (НП) может выполнять свои функции только тогда, когда на его входе имеется навигационный сигнал. Чтобы ввести измеритель в режим слежения, необходимо задать такие начальные условия, которые обеспечат попадание сигнала в апертуру дискриминатора измери-

теля и удержание сигнала в апертуре в течение переходного процесса в измерителе. Для реализации этой задачи в аппаратуре предусматривается схема поиска навигационного сигнала.

Навигационный сигнал характеризуется несколькими параметрами, поиск же сигнала обычно осуществляется по параметрам, которые несут полезную информацию, например по частоте несущих колебаний и задержке огибающей сигнала.

Представление о возможных пределах изменения дальности и скорости в СРНС дает рис. 7.4. Однако нет необходимости вести поиск сигнала по всему интервалу возможных в системе значений НП, на основе априорных данных можно оценить ожидаемое значение координат П и по ним конечную область возможных значений НП. Так, если П имеет точную эфемеридную информацию, знает с высокой точностью время системы и располагает априорными значениями погрешностей собственных координат, он может рассчитать диапазон поиска принимаемого сигнала по частоте.

Частный случай, когда с ошибкой известно только расстояние П от плоскости орбиты, иллюстрирует рис. 8.1, на котором показано изменение доплеровского смещения частоты для наблюдателя, находящегося на удалениях Sti и St2 от плоскости орбиты.

Если априорно известно, что расстояние П от плоскости орбиты лежит в пределах Sti...St2, а поиск необходимо начать в момент t[, то интервал поиска по частоте должен составить Рд1...Гд2. При расчете, разумеется, необходимо учесть возможные уходы частоты опорного генератора П и радиальную составляющую скорости изменения дальности, обусловленную движением П. Подобным образом можно рассчитать область поиска при априорно заданных ошибках системного времени или координат П вдоль орбиты НИСЗ и т. д.

Вся область поиска может быть разбита на элементарные ячейки, размер которых определится требуемой точностью оценки параметров сигнала. При этом для поиска сигнала по дальности


о 12 3

т-2щ-1щ

SrI gt;Sr2

Рис. 8.1. Диаграмма определения интервала поиска по частоте

Рис. 8.2. Условное изображение двумерной области поиска параметров радиосигнала: m, = 7i,/AT, mj = F /Af



размер элементарной ячейки задает ширина характеристики временного дискриминатора, а для поиска по частоте - полоса захвата ФАПЧ.

Поиск сигнала в заданной области состоит из двух процедур: сканирования и обнаружения [128]. Под сканированием пони- . мается осмотр в определенной последовательности элементарных ячеек области поиска с помощью устройства обнаружения, под обнаружением - анализ принимаемых радиосигналов на соответствие их параметров параметрам конкретной элементарной ячейки области поиска и принятие решения о наличии сигнала при выполнении установленного решающего правила.

8.2. СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПОИСКА РАДИОСИГНАЛОВ НИСЗ

Для обеспечения режима слежения в приемнике АП, структурная схема которого была рассмотрена в гл. 7, необходимо произвести первоначальную оценку радионавигационных параметров радиосигналов с точностью, определяемой областью захвата . ФАП и ССЗ. Как правило, область захвата оказывается значи- i тельно меньше имеющейся области априорной неопределенности значений частоты и задержки радиосигнала. Это вызывает необходимость поиска параметров радиосигналов.

В условиях вероятностной постановки задача синтеза оптимальных алгоритмов и реализующих их устройств поиска решается методами статистической теории принятия решений. Актуальность этой задачи вызвала поток публикаций теоретического и прикладного характера. Приведем здесь лишь основные предпо- t сылки для анализа задачи поиска применительно к АП, следуя , [105, 128, 151, 170, 176].

При поиске с помощью операций обнаружения и распозна- j вания сигналов производится оценка средней текущей частоты спектра и задержки огибающей. Вся двумерная частотно-вре- менная область поиска (рис. 8.2) с интервалами неопределенности по задержке Г и частоте f разбивается на rrirf элементарных - f участков со сторонами, равными интервалам корреляции по частоте А/=1/2ГА/з и времени Дт=1/2РДтз, меньшими областей захвата систем слежения по частоте Д/з и задержке Дтз. Это позволяет рассматривать поиск как задачу обнаружения одного из гПт/ квазиортогональных сигналов Sik{t), число которых mri = F T /AfAT.

Практически значение rrijj для АП может меняться в зависимости от условий, режимов и типов АП в пределах от нескольких единиц до 10 deg;. Для достижения минимального времени поиска, определяемого выражением

rnmin gt;l0g2 т,;/1,44(Р,/Л/о),

(8.1)

где Pc/No - отношение мощности сигнала к спектральной плотности мондности шума, требуется пг/ корреляторов со временем интегрирования Tnin , что практически реализовать невозможно. Поэтому число корреляторов (каналов поиска) на практике уменьшают вплоть до одного в обмен на увеличение времени поиска.

Анализ размерности области неопределенности для АП показывает, что время поиска может меняться от десятков миллисекунд до десятков минут. Например, в условиях полной априорной неопределенности для неподвижной АП систем laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; число элементарных участков поиска по задержке равно удвоенному числу символов ПСП кода С/А, т. е. 1022 или 2046 соответственно, число элементарных участков поиска по частоте равно отношению максимального доплеровского сдвига (5 кГц) к полосе захвата частотной автоподстройки (1 кГц), т. е. достигает 5. При времени наблюдения одного элементарного участка 10 мс время поиска составит 1...2 мин.

Оптимизация алгоритмов поиска, как правило, производится по критерию минимума среднего времени поиска при заданной вероятности обнаружения или по критерию максимальной вероятности обнаружения при заданном времени поиска. При этом оптимизация включает в себя оптимизацию порядка обзора области поиска, а также оптимизацию алгоритмов обработки выборок наблюдаемой смеси сигнала и шума.

По типу процедуры поиска, основанной на полноте априорных данных, различают слепой поиск, поиск с анализом промежуточных результатов и поиск с целеуказанием, к При слепом поиске, характерном для АП, в которой отсутст-ff вует информация об альманахах системы, обзор элементарных участков области неопределенности осуществляют путем регулярного или случайного сканирования. Оценка времени такого поиска для АП была приведена ранее. Поиск с анализом промежуточных результатов для АП предусматривает многоэтапные процедуры анализа и принятия решения на каждом этапе. Этот вид поиска позволяет за счет повышения апостериорной вероятности на каждом этапе получить выигрыш во времени поиска. При поиске с целеуказанием используется информация о наиболее вероятных значениях параметров сигнала, что сокращает область и время поиска. Последний вид поиска характерен для одно-канальной АП, осуществляющей последовательный во времени прием сигналов НИСЗ рабочего созвездия. В установившемся режиме, когда потребитель достаточно точно знает свои координаты и время, расчет данных целеуказаний позволяет свести время поиска сигналов новых НИСЗ к минимуму.

В устройстве поиска (рис. 8.3) обнаружитель корреляционного или фильтрационного типа производит анализ поступающей на его вход смеси сигналов от НИСЗ и шума. Схема управления



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