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

три составляющие возмущения относительно невозмущенной орбиты: вдоль орбиты Cue, Cus по геоцентрическому радиусу С(,с, Cps; по боковому уклонению Си, Cis.

Приведенных значений параметров эфемеридной информации оказывается достаточно, чтобы выполнить краткосрочный прогноз с погрешностью в несколько единиц метров в интервале 1 ч, серединой которого служит момент toe, на который рассчитаны эфемериды.

Альманах - эфемеридная информация для расчета поисковых эфемерид ввиду пониженных требований к точности прогноза - включает шесть кеплеровских элементов, перечисленных выше на некоторую эпоху toa и й как наибольшее из возмущений, подлежащих учету.

10.2. МЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ КАДРА СИГНАЛА

Вся служебная информация, необходимая для решения навигационной задачи, передается потребителю в виде сигнала, формой представления которого является его кадр. Прежде чем рассмотреть детально содержание и компоновку кадра современной сетевой СРНС (см. рис. 1.6), дадим аналитическую постановку задачи выбора параметров кадра и приведем основные соображения, лежащие в основе этого выбора.

Под кадром (форматом сигнала) понимается определенная форма представления закодированного сообшения о параметрах, необходимых для решения навигационной задачи на борту П. Содержание и временная структура представления кадра определяются точностными и оперативно-техническими требованиями П, особенностями алгоритмов решения навигационных задач, возможностями аппаратурной реализации этих алгоритмов, а также возможностями информационного и навигационного каналов системы по хранению, преобразованию, передаче, обработке сообшения и измерению навигационных параметров (НП) при учете ограничений на пропускную способность каналов связи и измерений, достоверность принимаемой информации и точность измерения НП.

Из приведенного определения следует, что выбор кадра сам по себе представляется комплексной задачей. Рассмотрим методологию выбора кадра, предварительно введя необходимые для этого понятия и сформулировав обшую постановку задачи.

Пусть V(T,Tu) - объем эфемеридной информации, хранимой в ЗУ НИСЗ, Т-время хранения этой информации (интервал между последовательными ее закладками с наземного командно-измерительного комплекса), а То-интервал оперативной смены передаваемых с НИСЗ данных. Предполагается, что каждый комплект эфемеридых данных (оперативно меняемых) записывается в ЗУ один раз и затем вводился в кадр путем многократного считывания. При этом количество информациИ, передаваемой в интервале Т(1,Ус{Т,Та)=У(Г,Та)Та/Т. Обозначим через Гк период повторения передаваемой с НИСЗ информации, т. е. длительность кадра. Тогда скорость передачи информации по каналу связи n = TVc(T,Tu)-

Значения п, Vc, Г raquo;, Го определяют четыре основных параметра кадра. Условия техническои\ реализации связного канала накладывают определенные ограничения на выборХих значений. Так, из ограничения 9 на объем ЗУ следует,

V,r/ro=V lt;R (10.1)


Разъясним и уточним приведенное определение кадра сигнала и основные описываюшие его параметры. Прежде всего уточним его содержание.

Решение навигационной задачи предполагает предварительное проведение измерений РНП. Для поиска сигналов необходимо знать альманах (каталог эфемерид всех НИСЗ системы). Обозначим через V2 объем содержащейся в нем информации. Он зависит от требуемой точности прогноза поисковой эфемериды 62, имеющейся априорной информации /2(Т2апр), от времени давности альманаха Г2апр, а также от числа N НИСЗ в сети: V2=V2(e2, h, Тгапр, N).

Для решения навигационной задачи П необходимо знать эфемериды каждого НИСЗ рабочего созвездия. Пусть V\ - объем эфемеридной информации, необходимой для расчета положения НИСЗ на момент проведения измерений. Он определяется длительностью краткосрочного прогноза Го, объемом имеющейся априорной информации /((Tianp), требуемой точностью ei расчета эфемерид: Vi = Vi(ei,yi,ro). Временная структура кадра фиксируется заданием периодов повторения передаваемой эфемеридной информации V\ и V2. Обозначим длительности этих интервалов Tki и Гк2 соответственно.

Оперативно-технические параметры, описывающие требования П, могут быть охарактеризованы временем обсервации Тобс и временем сеанса Тс. Первое определяется временем т поиска и измерения РНП, временем х1\ приема и рас-кодировки эфемеридной информации V\, а также временем решения навигационной задачи т з(Л i):To6c = t --Тк?--Тнз(41). Здесь подчеркнута зависимость времени решения т з от алгоритма А, оперативного прогнозирования эфемеридной информации. Продолжительность сеанса Тс определяется полным завершением запланированных в сеансе операций: Тс = Таыб-Ьт111--Тпр(Л2), где Твыб - время решения задач выбора нового рабочего созвездия НИСЗ; тЛ-время, затрачиваемое на прием и раскодировку долговременной информации V2, содержащейся в кадре; Тпр(Л2) - время прогнозирования навигационной обстановки, движения всех НИСЗ системы на момент следующего сеанса. В последнем обозначении специально подчеркнута зависимость этой величины от алгоритма А2 прогнозирования.

Общий объем закладываемой на борт НИСЗ информации

V = r,V,/ro, + r2V2/7-o2,

где Ti - интервалы закладки эфемеридной информации объема V/, а Го, - периоды ее обновления (/=1, 2). Уточненная подобным образом зависимость для объема эфемеридной информации, хранящейся в ЗУ на борту НИСЗ, должна быть подставлена в формулу (10.1), отражающую техническое ограничение.

Обратимся к уточнению следующего важного ограничения на выбор параметров кадра, обусловленного реализацией совмещенного навигационно-связно-го канала при удовлетворении заданных технических требований его функционирования. Речь идет о скорости п передачи информации при обеспечении заданной достоверности ее приема, а также одновременном выполнении требований к точности измерения РНП. Очевидно, laquo;= Vi/Tki--V2/rK2, где V, и Гк,- упомянутые информационные и временные параметры кадра.

Существенные ограничения энергетики навигационно-информационного канала приводят к ограничению его пропускной способности: пп. Это требует.



в свою очередь, передачи минимально возможных объемов Vi и Vq. Однако требование максимально возможной длительности Ггапр использования априорной информации в виде альманаха V2, вытекающее из удобства эксплуатации, делает малоэффективным уменьшение объема V, за счет применения априорной информации /i(7ianp) из-за ее быстрого старения. Объем же V2 выбирается минимальным с учетом максимально возможного использования априорной информации /2(72апр). Дальнейшее сокрашение скорости передачи возможно лишь за счет увеличения временных параметров кадра Т, и Гв2. Допустимые ограничения времен обсервации т бс и сеанса тс определяют их предельные значения.

Остаюшиеся неопределенными периоды обновления То, и Г02 эфемеридной информации Vt и V2 выбираются путем компромисса между ограничением объема ЗУ НИСЗ и простотой алгоритма экстраполяции эфемерид на борту П. Условие сохранения содержания V2 в течение всего периода ее закладки позволяет положить То2 = Т.

Итак, основные условия, ограничиваюшие выбор параметров кадра, можно представить в виде ограничений объема 9 ЗУ НИСЗ, скорости передачи информации по каналу связи п, времени обсервации т бс и длительности навигационного сеанса Тс:

7-,V,/7-oi + 7-2V2/7-o2 lt;i7, (10.2)

Vi/7-k, + V2/7-k2 lt;A, (10.3)

г. 5 + Tj? + т ДЛ,) lt; i, (10.4)

х +т:;? + т з(Л,) lt;т , (10.5)

Последние два условия диктуются требованиями П. Ясно, что т;? gt;Гк, Тк1 gt;7к2. Выбор алгоритмов А, н А2 прогнозирования эфемерид, сушественным образом влияющих на значения т з и т р, в значительной степени определяется объемами V, и V2 информации, передаваемой в кадре, а также возможностями их программной реализации. Сложный характер этих зависимостей обсуждается в sect; 10.3.

10.3. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭФЕМЕРИД НИСЗ

прогноза оперативной эфемеридной информации на моменты измерений и обработки измерений). Под вторым - совокупность алгоритмов, период повторения которых определяется завершением выполнения всех операций по подготовке и проведению сеанса. Это - алгоритм приема и раскодировки альманаха, прогноза поисковых эфемерид для выбора нового рабочего созвездия НИСЗ, самого выбора и т. д.

Всю совокупность упорядоченных во времени программ алгоритмов, описывающих операции по подготовке и проведению сеанса навигационных определений, будем называть навигационной временной диаграммой работы комплекса программных и аппаратурных средств, или сокращенно временной диаграммой. Параметры алгоритмов, зависящие от принятого метода расчетов (точность расчетов, интервалы работы алгоритмов, время их памяти и др.), существенно зависят от возможностей их реализации во временной диаграмме на конкретной ЭВМ П, поэтому они должны выбираться путем компромисса между точностными требованиями, предъявляемыми к алгоритмам, требуемыми особенностями их работы (время памяти и т. д.), с одной стороны, и возможностями реализации как временной диаграммы, так и космического канала передачи служебной информации - с другой. Рассмотрим этот вопрос подробнее, введя основные понятия, связывающие параметры алгоритма с затратами ресурсов ЭВМ на его программную реализацию.

В общем случае, например, алгоритм А, моделирующий информационный процесс Y прогнозирования эфемерид НИСЗ, зависит от формы F представления данных (вид переменных, система координат); выбранного метода М (численного, аналитического); объема Уапр имеющейся априорной информации; объема Vk принимаемой эфемеридной информации:

A, = A,{Y,F,MJ, f,V,), 1=1,2.

Путем выбора конкретного информационного процесса: определенного вида прогноза движения НИСЗ (оперативного или поискового), конкретной формы представления (в координатах или элементах), конкретного метода, фиксируется определенный класс алгоритмов:

При обосновании методологии выбора кадра сигнала отмечалось, что содержание, форма и объем заключенной в нем информации определяются, в частности, общими точностными требованиями, особенностями алгоритмов решения задач прогнозирования НИСЗ и возможностями реализации этих алгоритмов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Вся совокупность навигационных алгоритмов может быть представлена в некоторой упорядоченной во времени последовательности их выполнения (специально об алгоритмах см. гл. 14 и 15). Одно из главных условий реализации алгоритмов связано с существенным Ограничением времени их отработки на * ЭВМ. Условно все алгоритмы можезбить на два класса: реализуемые в навигационном цикле и в цикле сеанса.

Под первым здесь понимается совокупность алгоритмов, повторяемых с периодом выдачи уточняемых координат (прежде всего сюда войдут алгоритмы /

где е, - требуемая точность; Т - интервал работы алгоритма; Р - параметры выбранного метода, подлежащие дальнейшему уточнению.

Реализация рабочего алгоритма требует определенных затрат вычислительных ресурсов: памяти, времени счета и разрядности. Затраты памяти на запоминание начальной информации V a, складываются из объема запоминаемой априорной информации /апр в виде констант, необходимых для функционирования алгоритма, начальных условий, а также дополнительной эфемеридной информации Vk, некоторого объема V p для запоминания промежуточных вычислений в виде узлов интерполяции и т. д. в зависимости от выбранного класса алгоритмов;

чач - нaч ( anpк IIp gt; 6,



Кроме того, реализация алгоритма в виде программы требует определенных затрат памяти Кпрг, зависящих от алгоритма Л, объема используемой априорной информации Vanp, и необходимых средств S математического обеспечения:

V(.l.np,S,e,7-).

Наконец, определенный объем памяти V.ux отводится для запоминания результатов вычислений. Он зависит от требующегося интервала запоминания результатов вычисления Г и дискрета расчетов АГ :

VBb,x=VB laquo;x(,r ,Ar ,E).

Пусть Я - разрядность ЭВМ, необходимая для выполнения расчетов с требуемой точностью е. Она существенно зависит от имеющейся априорной информации Капр на момент вычисления алгоритма; Я = Я(е.,Л, Vanp). Обозначим т - время реакции программы, т. е. время единичного расчета по полному алгоритму на конкретной ЭВМ потребителя. Оно зависит от быстродействия р ЭВМ, алгоритма А, разрядности Я, с которой ведется счет, имеющегося математического обеспечения S:

т = т(р,Л,Я,5).

В зависимости от места, занимаемого г-й программой во временной диаграмме (в навигационном цикле или цикле сеанса), для ее реализации будут представляться различные вычислительные ресурсы ЭВМ в виде отводимого объема памяти Vi и машинного времени счета х , raquo;. Эти ресурсы ограничивают возможности программной реализации алгоритма прогнозирования эфемерид. Очевидно, в самом общем случае их можно представить в виде

К а,(А) + р.(-)+=. laquo; lt;17.-зе ,

При одновременном ограничении разрядности

Я(Л,хЯ.

(10.6) (10.7)

(10.8)

Подчеркнем, что ресурсы машинного времени т,эвм в значительной степени зависят от временных параметров кадра Гк1 и Гк2:т,э,м = т-9вм(7к,), ( = 1,2.

Система неравенств (10.2) - (10.8) является аналитическим оформлением постановки задачи о выборе элементов кадра. ПоследЬвательность расчетов по выбору параметров кадра будет зависеть от конкретной совокупности заданных технических требований и априорно назначенных исходных величин. Выбор реальных алгоритмов прогноза требует, естественно, специальных обоснований и здесь не обсуждается. ч

10.4. АЛГОРИТМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НИСЗ

Как было указано в sect; 1,5, в качестве орбиты НИСЗ первого этапа системы laquo;Навстар raquo;, обеспечивающего появление всех НИСЗ ежедневно над определенной территорией, используется наклонная синхронная 12-часовая орбита. Трасса таких орбит в соответствии со свойством синхронности повторяется на поверхности Земли каждые звездные сутки. Нфминальный период орбиты составляет 7=11, 9661, что соответствует значению большой полуоси орбиты а = 26560, 123 км. Угол наклонения орбиты / = 63 deg;, а номинальный эксцентриситет е lt;0,005 (в пределе е = 0,015). Идеальной моделью орбиты для навигационного ИСЗ служит круговая орбита. Главным фактором, приводящим к самым значительным отклонениям реальной орбиты от ее идеальной модели, является эксцентриситет. Действительно, для эксцентриситета е gt; 0,005 изменения геоцентрического радиуса-вектора кепле-ровской невозмущенной орбиты лежат в пределах от г, = = а(1-е) = 26427,322 км до г = а(1-fe) gt; 26692,924 км. Это изменение составляет 265,602 км, что значительно превышает все прочие возмущающие воздействия на интервале, равном периоду обращения.

Истинное движение НИСЗ по орбите может заметно отличаться от кеплеровского за счет возмущений, основными из которых являются: нецентральность гравитационного поля Земли, гравитационное влияние Луны и Солнца, световое давление, геодинамические явления, воздействие внутренних сил. Если перечисленные воздействия не учитываются, то высокоточное определение параметров орбиты и ее прогнозирование становятся невозможными.

Начиная с высот около 20 ООО км, возмущения от притяжения Луны и Солнца превышают аномалии силы тяжести, а с высот более 50 000 км превосходят все остальные гравитационные возмущения.

В табл. 10.1 приведены значения ускорений, действующих на НИСЗ типа laquo;Навстар raquo; [135]. За короткий интервал времени эти ускорения для оценки их воздействия на эфемериды могут считаться линейно меняющимися. В этой же таблице приведены максимальные возмущения для интервала времени в 1 ч (периоды этих возмущений не менее нескольких часов). Из таблицы следует, что вторая зональная гармоника дает основную возмущающую силу. Г1ериод этих возмущений равен половине периода обращения НИСЗ: Г2 = 5,98305. Эти возмущения порождают также вековые уходы в элементах (со и й) орбиты. Следующими по порядку преобладающими силами будут гравитационные возмущения от Луны и Солнца. Они приблизительно постоянны в короткие интервалы времени. В моменты противостояния Луны эти возмущения имеют резко выраженный максимум.



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