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

Значение бортового времени, полученное одним из описанных методов, сравнивается с временем НХВ, в результате чего и определяется расхождение шкал и его знак. Поправка к бортовой шкале времени, формируемая в виде кода коррекции, поступает в пункт управления для передачи на НИСЗ. Полезной оказывается также оценка относительного ухода частоты БХВ.

По результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени БХВ и прогнозировать его на определенные интервалы времени. Параметры модели ухода БХВ (например, в виде коэффициентов аппроксимирующего полинома) включаются в состав информационного кадра навигационного сигнала и используются П для повышения точности местоопределения [112] (см. гл. 10).

При недостаточной инструментальной точности коррекции бортовой шкалы может рассчитываться значение дополнительной поправки к бортовой шкале, которая также вносится в кадр навигационного сигнала.

Другой важной стороной использования СРНС является передача сигналов единого времени. Без особых трудностей шкала системы может быть синхронизирована со шкалой системы единого времени (СЕВ). Расхождения шкал, выявляемые в процессе синхронизации, фиксируются как поправка к системному времени. Эта поправка в виде соответствующего кода вносится в состав кадра навигационного сигнала. Потребители в процессе навигационного сеанса определяют системное время, а учитывая указанную поправку, и время в шкале СЕВ.

11.3. КОРРЕКЦИЯ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ

Необходимость в коррекции бортовых шкал времени НИСЗ возникает в нескольких случаях: при первоначальном включении БХВ после вывода НИСЗ на орбиту, при уходе шкалы БХВ относительно шкалы НХВ, превышающем допустимое значение, при переключении резервных блоков БХВ.

Коррекция может выражаться в совмещении временных интервалов бортовой и наземной шкал или в приведении в соответствие их оцифровки. В первом случае операция носит название фазирования БШВ, во втором - коррекции кода БШВ. При фазировании управляющие команды воздействуют на блок делителей БХВ, а при коррекции кода - на блок кодирования (оцифровки) меток времени.

Управление бортовой шкалой времени при фазировании осуществляется двумя способами: установкой в нулевое состояние блока делителей и сдвигом шкалы бортового времени на значение, необходимое для совмещения с наземной шкалой.

При установке БШВ в исходное состояние с наземного пункта управления подается команда, привязанная к laquo;нулевой raquo; метке

времени НХВ. При этом подача команды производится с упреждением на время распространения радиоволн от наземного пункта до НИСЗ. Шкала времени БХВ устанавливается в нулевое достояние независимо от того, какое значение времени было до фазирования. Обычно бортовая шкала переводится в нулевое состояние после вывода НИСЗ на орбиту, включения резервных блоков БХВ или грубых сбоев в отсчете бортового времени. Точность такого способа фазирования определяется аппаратурными погрешностями, точностью расчета времени распространения радиоволн и флуктуационными задержками приемопередающего тракта Земля - НИСЗ.

При фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда изменяет коэффициент деления в блоке делителей БХВ. Время воздействия команды зависит от величины необходимой коррекции, которая закладывается в код этой команды, и таким образом к бортовому времени прибавляется или из него вычитается некоторое значение, определенное по результатам сверки. Этот способ фазирования более точен, так как не зависит от параметров радиолинии и наземной аппаратуры.

Сочетание обоих способов фазирования позволяет оперативно и рационально управлять бортовой шкалой времени НИСЗ и добиваться точности совмещения временных интервалов со шкалой НХВ до десятков наносекунд.

Коррекция кода БШВ производится, когда имеет место расхождение в оцифровке временных интервалов бортовой и наземной шкал времени. Обычно расхождение в оцифровке может быть при начальном включении БХВ, сбоях счетчиков бортового времени и сдвиге шкалы на целое число единиц времени. Команда на коррекцию кода БШВ формируется на наземном пункте и содержит информацию об оцифровке соответствующих временных интервалов наземного хранителя. После приема на борту НИСЗ команда поступает на вход кодирующего устройства БХВ и в соответствии с заложенным кодом производится коррекция состояния счетчиков бортового времени.

11.4. СПОСОБЫ УЧЕТА В НАВИГАЦИОННОМ СЕАНСЕ СМЕЩЕНИЙ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ НИСЗ

В СРНС, управляемых с ограниченной территории, коррекция временных шкал путем непосредственного изменения (сведения) фаз генераторов НИСЗ может производиться лишь периодически. В интервалах времени между сведениями БХВ работают автономно, что приводит к снижению точности синхронизации из-за погрешностей сведения и хранения шкал. Погрешности хранения шкал времени определяются главным образом нестабильностью генератора БХВ и релятивистскими эффектами. Точность синхронизации можно повысить алгоритмическим спо-



собом путем учета систематических смещений щкал времени. При алгоритмической коррекции на время автономной работы БХВ задается модель ухода его щкалы, параметры модели определяются в пункте сверки и передаются потребителю вместе с эфемеридной информацией.

Нестабильность генератора вносит в измерения погрещности как случайного, так и систематического характера. Вид и размер возмущений определяются физическими принципами построения и конструктивными особенностями генератора. Так, возмущения частоты цезиевого стандарта представляют собой белый щум; частоты кварцевых и рубидиевых стандартов кроме случайных возмущений имеют и систематические дрейфы [82, 89, 1.12]. При разработке алгоритма ввода поправок систематические дрейфы могут аппроксимироваться, например, полиномиальными функциями времени; степень полинома определяется интервалом аппроксимации и требуемой точностью представления. Если модель ухода достаточно хорошо описывает реальные процессы, то после учета смещений временной щкалы НИСЗ путем ввода поправок остаточная погрещность синхронизации БХВ определяется двумя факторами: погрешностью знания параметров модели и случайными, непрогнозируемыми возмущениями. Так, математическая модель ухода шкалы БХВ, использующего цезиевый стандарт частоты, может быть представлена на интервале времени менее одних суток в виде

i(0 = Fx(0 + G(0,

x{t) =

6tr{t)

0 1

; F =

0 0

btr{t), bfr{t) - смещение шкалы времени и частоты БХВ; No/2 - спектральная плотность эквивалентного белого шума; h,{t) - белый шум с единичной спектральной плотностью.

Поправка на смещение цезиевого БХВ рассчитывается при этом в соответствии с выражением btr{t) = aor-\-air{t-to), где аог = = 6t(to), air = bf{to). Погрешность вычисления поправки btr{t) оценивается по формуле

q bt,(t) = [ а1(,г{ 4) -f 2raaOr{ k) Oair{ to){t- ) -f al,r{ to){t - o) -f

+ {No/2){t-to)V2, (11.1)

где OaOrito), Oairito), Г - среднеквздратические значения и коэффициент корреляции погрешностей знания коэффициентов аог, air на момент времени о-

Слагаемое (Л/о/2) ( -о) характеризует влияние случайных возмущений частоты генератора на погрешность синхронизации

БХВ. Для других типов хранителей модель ухода шкалы времени может представляться полиномом более высокой степени, например второй [112, 135].

Релятивистские эффекты приводят к дополнительному смещению шкалы БХВ за счет изменения гравитационного потенциала и переменной скорости полета НИСЗ. Смещение, обусловленное этими явлениями, определяется выражением [135]

6tp{t) keJa,sinE{t), (11.2)

где k= -4,443-10~ deg; с-м~; е - эксцентриситет; E{t) - эксцентрическая аномалия; аз- полуось орбиты.

Для упрощения алгоритма П временную поправку бр() можно представить, как и поправку на дрейф б(), в виде полинома. Это позволяет использовать обобщенную полиномиальную модель ухода шкалы времени, учитывающую как дрейф btr{t) БХВ, так и релятивистское смещение бр().

Для орбит с эксцентриситетом менее 0,3 уравнение (11.2) аппроксимируется выражением

б/р(0 ~ flop + а 1 р( - /о) + а2р( - о). +...,

где flop = 6,869 10~ laquo;sin (io); а,р= 1,002-10- cos (io); а2р = =-7,307-10~sin (io). Ограничившись полиномом 2-й степени, можно вычислить поправку б/р(/) с погрешностью не более 1 не на интервале времени 0,65 ч [135].

Рассмотренный способ учета смещения шкалы БХВ НИСЗ используется в сетевой СРНС laquo;Навстар raquo;, где модель ухода шкалы времени НИСЗ описывается полиномом 2-й степени с помощью трех коэффициентов ао, Oi, а2 и времени о, на которое вычислены коэффициенты. Диапазоны изменения этих величин и требуемое число разрядов для их представления даны в табл. 10.2.

Скорректированное значение времени t - ts - bt, где б/ = ао---\-a,{ts - to)-\-a2{ts - tof, ts-время, передаваемое НИСЗ.

Для {t - ts))\ ч такая аппроксимация обеспечивает коррекцию смещения шкалы времени из-за нестабильности БХВ и релятивистских эффектов с погрешностью не более 1 не [135].

Параметры ухода шкалы БХВ передаются на спутник ежесуточно в виде 24 комплектов данных, каждый комплект используется для учета смещений на интервале времени 1 ч.

11.5. СОГЛАСОВАНИЕ ШКАЛ ВРЕМЕНИ СИСТЕМ laquo;ГЛОНАСС raquo; И laquo;НАВСТАР raquo;

В ССРНС laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; в качестве хранителей ШВ используются соответствующие высокостабильные НХВ и в каждой из систем наземный комплекс управления (НКУ) осуществляет синхронизацию шкал БХВ НИСЗ и НХВ. Как отмечалось



в sect; 11.4, модель ухода НИСЗ в системе laquo;Навстар raquo; с достаточной степенью точности на интервале времени до 1 ч описывается полиномом 2-й степени, коэффициенты полинома ао, а\, а2, определяемые средствами НКУ, передаются в кадре сигнала в составе служебной информации и позволяют обеспечить синхронизацию ШВ сети НИСЗ системы.

Система laquo;Навстар raquo; предйазначена не только для навигационных определений, но и для временных. При этом под временным определением понимается оценка поправки к шкале времени потребителя относительно некой универсальной шкалы. В качестве последней в системе laquo;Навстар raquo; принята шкала Морской обсерватории США - UTCusNo Дополнительно НКУ решает задачу синхронизации шкалы НХВ системы laquo;Навстар raquo; и шкалы UTCusno Кроме того, для обеспечения временных определений в составе служебной информации (СИ) передаются два коэффициента До, Al, позволяющие потребителям определять время в шкале

Аналогичный способ синхронизации ШВ БХВ используется и в системе laquo;Глонасс raquo;. Отличие заключается в следующем: уход ШВ БХВ на интервале времени 0,5 ч описывается полиномом первой степени (коэффициенты ао, а,), в качестве универсальной ШВ используется шкала СЕВ, поправка к системной LUB относительно шкалы СЕВ передается в виде коэффициента Ло.

Формирование ШВ в системах laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; схематично показано на рис. 11.1.

Принятая идеология синхронизации ШВ БХВ в системах laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; позволяет достаточно просто обеспечить взаимную синхронизацию ШВ НИСЗ этих систем. Простейший вариант решения этой задачи заключается в следующем. К НХВ системы laquo;Глонасс raquo; подключается навигационно-времен-ная аппаратура системы laquo;Навстар raquo; (или универсальная аппаратура), по сигналам НИСЗ системы laquo;Навстар raquo; решается временная задача и определяется расхождение системных ШВ. Расхождение в виде соответствующих коэффициентов закладывается на борт НИСЗ и передается в составе СИ. Аналогичный способ можно использовать и в НХВ системы laquo;Навстар raquo;, где временная задача будет решаться аппаратурой laquo;Глонасс raquo;

ШВ НИСЗ

ао.а,

ШВ систему

ШВ сев

J, Глонасс

ШВ НИСЗ

ШВ системы

Навстар

ШВ UTCuSNO

Рйс. 11.1. Схемы формирования шкал системного времени ССРНС laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo;

по сигналам ее НИСЗ. Более высокую точность сведения ШВ систем можно обеспечить при синхронизации НХВ в дифференциальном режиме. Методы синхронизации удаленных НХВ описываются в гл. 17.

11.6. СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ СЕТИ НИСЗ НА ОСНОВЕ ВЗАИМНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Основным источником погрешностей навигационно-временных определений по данным ССРНС являются погрешности частотно-временного и эфемеридного обеспечения НИСЗ. В настоящее время в ССРНС laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; требуемые точностные характеристики обеспечивает КИК, который на основании измерений, проводимых наземной аппаратурой, решает задачу определения и прогнозирования на заданный интервал времени эфемерид НИСЗ и частотно-временных поправок к его БХВ. Полученные значения параметров закладываются на борт НИСЗ и передаются П в составе СИ.

Точность определения параметров НИСЗ таким неавтономным способом зависит от точностных характеристик наземных измерителей РНП, от точностных характеристик бортового и наземного ХВ и от степени соответствия моделей, используемых для прогнозирования движения НИСЗ и ухода шкалы БХВ, реальным процессам. Такой способ формирования эфемеридной и временной информации позволяет обеспечить высокие точностные характеристики системы за счет статистической обработки большого объема информации и использования сложных математических моделей и алгоритмов прогнозирования состояния НИСЗ, ориентированных на универсальные ЭВМ. Однако при данном способе решения задачи погрешность синхронизации БХВ НИСЗ является функцией времени и именно эта величина в первую очередь определяет время автономной работы системы, т. е. интервал времени, в течение которого характеристики системы поддерживаются точными без помощи КИК.

Повышение точности частотно-временного и эфемеридного обеспечения НИСЗ и увеличение интервала автономного функционирования системы весьма актуальны. Один из возможных способов автономного решения этой задачи основывается на использовании текущей информации, полученной путем взаимных измерений НИСЗ-НИСЗ [197].

Суть метода заключается в следующем. Каждый НИСЗ в течение отведенного интервала времени излучает измерительный сигнал, который остальные НИСЗ созвездия (находящиеся в зоне радиовидимости излучающего НИСЗ) используют для измерения квазидальности до них. Измеряемый каждым НИСЗ параметр включает разность показаний БХВ спутников и время распространения сигналов между ними. Каждый НИСЗ за достаточно



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