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

тельности интервала измерений шумовая погрешность уменьшается, а систематическая растет. Указанный общий подход к выбору оптимальной длительности , мерного интервала остается справедливым и для несимметричного его случая.

Если точность оценивания параметров движения оказывается недостаточной из-за больших систематических погрешностей, то возникают новые задачи о расширении вектора оцениваемых параметров, т. е. выявлении целесообразного состава включаемых в оценку дополнительных параметров, и определении оптимальной стратегии измерений и соответствующего новому вектору состояния оптимального мерного интервала.

12.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМНЫХ КООРДИНАТ В ИНТЕРЕСАХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И ГРУППОВОГО ИХ ВОЖДЕНИЯ

Системы предупреждения столкновений (СПС) подвижных объектов (самолетов, судов и т. п.) служат дополнением к системам управления движением для повышения надежности процесса управления и безопасности движения последних, но они могут существовать и самостоятельно.

Система предупреждения столкновений должна решать задачи: обнаружения в зоне движения объекта потенциально опасных (конфликтующих) объектов, с которыми может произойти столкновение;

определения расстояния наибольшего сближения с конфликтующим объектом, время до возможного столкновения с ним;

определения и рекомендации маневра по предупреждению столкновения;

расчета времени начала и окончания маневра.

Существующие СПС основываются на измерении относительных расстояний от объекта до конфликтующих с ним объектов радиолокационным методом, активным навигационным методом laquo;запрос-ответ raquo; или пассивным методом (при обеспечении участников движения хранителями частоты и времени и средствами их взаимного сведения).

Для предупреждения столкновений летательных аппаратов необходимы еще и данные о высотах конфликтующих объектов, которые закладываются в излучаемые ими сигналы от автономных измерителей высоты.

Для удовлетворительного решения задач СПС погрешности измерения расстояний должны быть достаточно малыми, по крайней мере соизмеримыми с опасными расстояниями сближения конфликтующих объектов. В среднем они могут колебаться от единиц до сотен метров.

При создании СПС за основу могут быть приняты ССРНС, обеспечивающие погрешности определения абсолютных координат с такими же точностями.

Если все участники движения будут излучать связные радиосигналы, содержащие информацию о своих текущих координатах (включая высоту) и составляющих вектора скорости, полученные


по сигналам оптимального для данной зоны созвездия НИСЗ, то каждый из участников движения в том же районе примет эти данные и, сравнивая со своими координатами и параметрами движения, сможет выделить опасные конфликтующие объекты и рассчитать требуемые маневры для предотвращения столкновений.

В силу ограниченности размеров района, в котором для данного объекта возможна конфликтная ситуация, навигационные параметры будут измерены по одному и тому же созвездию НИСЗ. Сравнение измеренных координат и параметров движения позволит определить относительные координаты участников движения, которые будут точнее абсолютных вследствие исключения ряда систематических составляющих погрешностей измерений.

Наличие в составе передаваемой объектами информации кроме данных о координатах еще и данных о составляющих вектора скорости и высоте избавит объект от затрат времени на анализ параметров движения конфликтующих объектов и позволит сразу перейти к анализу относительных составляющих параметров движения и оценке возможности столкновения.

Та же идея сравнения текущих координат участников движения, полученных по сигналам одного и того же созвездия ССРНС, может быть положена и в основу определения относительных координат для объектов, движущихся группой, что обеспечит вождение самолетов строем и судов ордером.

12.5. ВЫСОКОТОЧНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ПРИВЯЗКА

Геодезическая привязка предполагает определение длины базовой линии и ее проекции в выбранной системе координат. Требования к погрешностям этих определений высокие: относительные погрешности должны быть порядка 10~...10~.

Геодезическая привязка не является процедурой высокой оперативности, и для нее могут использоваться протяженные во времени измерения с вовлечением в обработку наблюдений по разным созвездиям НИСЗ. Расчеты могут выполняться в процессе камеральной обработки запомненных результатов измерений.

Применение метода относительных определений позво.лит повысить точность геодезической привязки.

Различают два метода обработки относительных измерений. Первый - определение длины базовой линии и ее составляющих через независимые вычисления геодезических координат оконечных точек по одновременным измерениям навигационных параметров относительно одних тех же НИСЗ. Второй - совместная обработка массивов измеренных навигационных параметров, полученных в обоих пунктах измерений.

Примером совместной обработки может служить составление из массива измеренных квазидальностей системы разностных



уравнений для исключения влияния расхождения частот и шкал времени опорных генераторов, относительно которых измеряются квазидальности до созвездия НИСЗ, общего для привязываемых точек.

Можно показать [193], что составление первых разностей квазидальностей исключает расхождение шкал времени объектов и НИСЗ, вторые разности измерений относительно двух НИСЗ исключают расхождение частот опорных генераторов привязываемых объектов и, наконец, третьи разности измерений, проведенных в разнесенные моменты времени, исключают приращения дальности, обусловленные ионосферной и тропосферной рефракциями.

Влияние остаточной эфемеридной погрешности НИСЗ АЛ на погрешность относительных измерений Ad может быть учтена соотношением [193] AddAh/H, где d -длина базовой линии, Н - высота орбиты. Отсюда видно, что при длине базовой линии d = 200 км и Л/г = 1 м следует ожидать М = \ см.

На погрешность относительных определений существенно влияет инструментальная погрешность измерения квазидальности. Необходимо реализовать измерение квазидальности с точностью до разности фаз несущих радионавигационных сигналов.

Моделирование процесса относительных геодезических определений показало, что наибольшее влияние на точность определения базовой линии по квазидальномерным измерениям оказывают нестабильность стандарта частоты и времени, а также оценка ошибок рефракции. При измерениях доплеровского смещения частоты наибольшее влияние на погрешность измерений оказывают шумы приемника и нестабильность опорного генератора.

Аппаратура потребителей для геодезической привязки должна иметь в своем составе: /

высококачественный малошумящий приемник с калибровкой задержки;

измеритель радионавигационных параметров, сопряженный с

ЗУ большой емкости для записи результатов измерений радионавигационных параметров и текущего времени;

вычислительные средства для обработки результатов измерений;

стандарт частоты и хранитель времени, а также средства их сведения;

каналы передачи информации из точки, в которой выполняются измерения, в точку, где. производится совместная обработка информации.

В качестве примера достижимой точности можно упомянуть (см. также гл. 9), что относительные погрешности измерения компонент базовых линий, выполненные геодезической аппаратурой по сигналам ССРНС laquo;Навстар raquo;, имеют порядок 10 ...10~ .

12.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ОБЪЕКТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ

Некоторые потребители наряду со знанием координат и составляющих вектора скорости нуждаются в знании ориентации собственных осей в пространстве. Определение ориентации продольной оси движущегося объекта относительно направления на истинный север сводится к измерению истинного курса, продольной оси относительно горизонта - к измерению дифферента или тангажа, поперечной оси относительно горизонта - к измерению крена. Все эти величины необходимы для морского и воздушного судовождения, некоторые - для топогеодезических работ.

При наличии на объекте гироскопической или магнитной системы приборного курсоуказания измерение истинной ориентации продольной оси по данным ССРНС и сравнение этих результа-татов с данными гирокомпаса или магнитного компаса позволит выявить ошибку системы курсоуказания. Сравнение измеренных с помощью ССРНС курса и вектора скорости позволит вычислить угол сноса объекта в реальных условиях, более точно проложить маршрут движения и проконтролировать его. Трехмерная ориентация в пространстве нужна также КА, ракетным системам, стартовым устройствам ракетных систем.

Для ориентации объекта в пространстве с использованием ССРНС измеряемыми навигационными параметрами являются углы между осями объекта и прямой, соединяющей определенную точку объекта и НИСЗ (рис. 12.1). Координаты спутника и объекта Л известны, следовательно, можно определить ориентацию прямой СА в геоцентрической системе координат, а измеренные углы а, Р и у между осями У а объекта и направлением СА позволят найти положение этих осей в системе координат XYZ. При необходимости можно перейти в иную систему координат.

Известны два радиотехнических метода измерения направлений: радио-пеленгационный и интерферометри-ческий. Радиопеленгация предполагает использование антенной системы с очень узкой, в общем случае веретенообразной, диаграммой направленности, установление слежения по направлению за источником радиосигнала, размещенным на НИСЗ, и измерение углов

Рис. 12.1. Ориентация объекта в пространстве




между осью антенны и осями объекта. Антенна должна представлять собой параболоид или антенную решетку, обеспечивающие диаграмму направленности шириной в единицы градусов, чтобы измерять углы с погрешностями порядка единиц минут.

Антенны с приемлемыми геометрическими размерами (диаметр раскрыва от метра до нескольких десятков сантиметров) могут работать в диапазоне 10... 15 ГГц. Направленная антенна представляет собой сложную и громоздкую систему, и на многих объектах, особенно КА и ЛА, такие устройства разместить невозможно. Однако имеется опыт создания и эксплуатации подобных систем (радиосекстанов, работающих по радиоизлучению Солнца) для морских объектов.

Интерферометрический метод определения направления состоит в том, что разнесенные на некоторое расстояние (базу) две ненаправленные или слабо направленные антенны принимают сигнал от одного источника. Измерительное устройство оценивает разность хода сигнала до антенн.

Падающая на антенны волна считается плоской в силу удаленности источника сигнала от антенны, как показано на рис. 12.2, где d - база, Э - угол прихода волны.

Разность хода Ar laquo;dcos0 raquo;dsina.

Если а=ГякО,0003 рад; d = 2 м, то Дг = 0,6 мм.

При длине волны радиосигнала 200 мм разность фаз, соответствующая разности хода 0,6 мм, составит

\- . 360 0,6 360

= Г,08.

Таким образом, для оценки ориентации базы с погрещностью около Г необходимо обеспечить погрещность измерения разности фаз около 1 deg;. Все величины находятся в пределах, освоенных современной техникой.


Рис. 12.2. Диаграмма, иллюстрирующая интерферометрический метод определения ориентации базы по сигналам НИСЗ

Рис. 12.3. Диаграмма, иллюстрирующая определение ориентации базы в двумерном пространстве



Разность хода определяет положение базовой линии относительно оси НИСЗ - центр базовой линии, но не в пространстве. Для оценки ориентации базовой линии в двумерном пространстве необходимо измерить разность хода относительно второго НИСЗ КА. На рис. 12.3 показаны величины, определяющие ориентацию базы в двумерном пространстве; С, и Сг - соответственно НИСЗ1 и НИСЗ2, АВ - базовая линия с центром D, если она лежит в плоскости C1C2D, или проекция базовой линии на эту плоскость.

Рассмотрим случай, когда ЛВ = й и лежит в плоскости C1C2D, а эта плоскость, в свою очередь, совпадает с плоскостью О X Y. Обозначения остальных величин ясны из рисунка.

Расстояние от С до антенн А и В

-\- R\ - dR, cose

--FCOSO,

Полагая 1 {d/2R,f, получаем \ - cosO,; + А

Разлагая в ряд и оставляя члены ряда не выше второго, имеем

cose,.

1 - -A-cosQ,--L-cose

8 i?f 1 d

cose,-- cos

i = iB-M = rfcose,. Аналогично Аг2 = Г2в -г2а =dcose2. Найдем разность

Дг, - Аг2 = d (cose, - cosOj), (12.1)

но laquo;1 = 01 -Ф; laquo;2 = 02 -Ф и, подставив эти соотношения в (12.1), имеем

( ? + созФ - 2 , Е, cosФ -f El - El = О, (12.2)

где i =cosai -cosa2, E2 = sina2 -sinai, Ез = (Дг1 - ДГ2)/d.

Углы ai и laquo;2 находятся по известным координатам НИСЗ и центра базы D. Длина базы d считается известной. Разности Дг1 и Дг2 измеряются:

Здесь п - число целых длин волн, укладывающихся иа трассе НИСЗ - точка ); ф - фаза колебания, принятого соответствующей антенной от соответствующего НИСЗ. Решая уравнение (12.2), находим значение Ф.

Угол Ф характеризует положение базы в двухмерном пространстве. Для определения положения базы в трехмерном пространстве необходимо использовать измерения относительно трех НИСЗ.

Для определения положения трех осей объекта в пространстве достаточно двух неколлинеарных баз и трех НИСЗ. Две неколлинеарные базы могут иметь одну общую антенну, и тогда вместо четырех антенн понадобится три.



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