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

Индикация а региаррация результатрб решении

Решение сердиснш задач

Выбор рабочего созвездия

Расчет целеуказания для поиска

Оценка точности навигационных определении

Диспетчер

Решение навигационно-временной задачи

Прием и декодирование СИ

Съё/ГрёзулШтой азнеЪеиии и ах преёдарательная обработка

Контроль работоспособности ВАП

Расчет коорОи-1 нат и состав-1 ляюи1их скорости НИСЗ ча маненты\ т РНП

изнерении

Рис. 22.1 чения

Взаимодействие ДИСПЕТЧЕРА с блоками программного обеспе-

ближайшего интервала времени. В качестве исходных данных используется информация о всех спутниках из альманаха, а также о местоположении (априорном) потребителя и текущем времени. Альманах при этом может вводиться в память ЭВМ автоматически из внешнего запоминающего устройства или вручную оператором с пульта. Текущие параметры движения спутников находятся путем пересчета данных альманаха на текущий момент времени. В результате выбираются наивыгоднейшие четыре основных спутника и несколько запасных.

При прогнозе радионавигационного параметра вычисляются ожидаемые (прогнозируемые) значения РНП по имеющимся (априорным) координатам потребителя и по прогнозируемому положению навигационного спутника. Решение задачи подготавливает целеуказания (ЦУ) для поиска сигнала, причем в зависимости от точности ЦУ поиск может проводиться либо последовательно сначала по коду С/А, а затем по коду Р, либо сразу по коду Р.

При приеме и декодировании служебной информации обеспечивается помехоустойчивый прием, обработка и перемасштабирование служебной информации (СИ), а также дальнейшая передача ее в соответствующие массивы памяти ЭВМ. При приеме СИ можно сформировать альманах и выделить эфемериды (а также поправки, передаваемые в кадре) обрабатываемого спутника по любой компоненте радиосигнала. Использование кода CfA или Р определяется содержанием признака, вводимого диспетчером ВТО.

Краткосрочный прогноз эфемерид предназначен для расчета предельно точных значений координат и составляющих вектора скорости соответствующего спутника на моменты измерений. Исходными для решения этой задачи являются данные о номере спутника и заданном моменте времени, а также извлеченные из

СИ координаты и составляющие скорости данного спутника (эфемериды) на ближайший узловой момент времени.

Формирование массива измерений проводится в темпе съема результатов измерений псевдодальности и радиальной псевдоскорости (или приращения дальности) с соответствующих цепей слежения за параметрами радиосигнала. При этом измеренные значения корректируются сообразно переданным в кадре сигнала частотным поправкам и поправкам к бортовой шкале времени спутника, а также исправляются на приобретенные в процессе распространения радиосигнала сдвиги информативных параметров.

Для решения навигационно-временной задачи используются исходные данные в виде измеренных радионавигационных параметров (уточненных с использованием поправок, извлекаемых из СИ, и алгоритмов учета ионосферной и тропосферной рефракций), результатов краткосрочного прогноза эфемерид, данных от автономной навигационной системы (АНС), а также соответствующих управляющих логических и временных признаков. По существу, НАВЗ может распадаться на несколько самостоятельных задач. Например, когда АП используется совместно с АНС, корректируя результаты счисления пути на основе данных от АНС, задача радионавигационных определений решается независимо от задачи счисления, но результаты радиоопределений используются затем в задаче коррекции счисления.

При решении сервисных задач вычисляется совокупность навигационных величин для визуальной индикации на дисплей по указанию оператора. Содержание визуальной информации определяется назначением АП и зависит от особенностей использования носителя. Исходными данными для решения сервисной задачи являются пространственные координаты, составляющие вектора скорости, фиксируемые в преимущественной системе координат, поправка к бортовой шкале времени, а также координаты поворотных пунктов маршрута (ППМ). В результате решения этой задачи выдаются различные (в зависимости от необходимости) данные: вертикальная составляющая скорости, путевая скорость, путевой угол, азимут на ППМ, расстояние до ППМ и время полета до него, боковое уклонение от заданной трассы полета и т. п.

Обращение к рис. 22.1 показывает, что диспетчер ВТО управляет также решением задачи оценки точности определений, которая помогает оператору оценивать качество навигационно-временного обеспечения. Наряду с этим диспетчер обеспечивает ввод исходных данных, индикацию регистрируемых данных, а также организует контроль за работоспособностью соответствующей части АП.



22.4. УПРАВЛЯЮЩИЙ АЛГОРИТМ

Управляющий алгоритм (диспетчер) обеспечивает совместное функционирование ПО и ВТО, включая в определенной последовательности те или иные задачи обработки, регулируя обмен информацией между ПО, ВТО и взаимодействующими системами и устанавливая сообразно сложившейся обстановке подрежимы работы.

Представление о функциях управляющего алгоритма дает его обобщенная схема на рис. 22.2.

Блок laquo;Начальные установки raquo; предназначается для организации начального пуска рабочего режима и включается однократно при установке АП в даииый режим. Диспетчер обращается к этому блоку для установки нужных признаков и массивов информации, а также для проверки полноты ввода начальных данных, в том числе альманаха. Если в результате анализа готовности обнаружилась недостаточность исходных данных, дальнейшая программа не отрабатывается.

Следует обратить внимание на одну особенность временной организации решения различных задач. Те задачи, которые решаются оперативно в каждом навигационном цикле, отрабатываются сосредоточенно во времени и с наименьшей его затратой. В то же время ряд задач, результаты которых используются не в каждом навигационном цикле, могут решаться распределенно во времени, по частям, занимая в каждом навигационном цикле его небольшие свободные участки. Первые задачи условно относят к оперативным, вторые - к фоновым.

Если в результате проверки полноты ввода начальных данных обнаружилась готовность АП к работе, диспетчер включает решение задачи выбора рабочего созвездия (с пересчетом альманаха на данный момент времени). Поскольку в дальнейшем это решение может производиться одновременно с установившимся режимом навигационных определений, эта задача решается распределенно во времени, как фоновая. Решение завершается формированием массива данных о рабочих спутниках.

Следующий блок предназначен для проверки необходимости перезаписи эфемерид, поскольку комплекты эфемеридных данных рассчитываются на не-

Начальные установки

Проверка необходимости перезаписи эфемерид

Выбор подрежима

Синхронизация

Эфемериды

Повспе-живание

Подсле-тивание

Измерение

Решение НАВЗ

Повторение

выбора созвездия

отображение информации

Рис. 22.2. Алгоритм, управляющий подрежимами

которые узловые моменты времени и закладываются в кадр привязанными к этим моментам, так что содержание их сменяется при наступлении очередных узловых моментов. В ССРНС laquo;Глоиасс raquo; эфемеридная информация оперативно обновляется каждые 30 мин. В моменты, кратные получасу, в кадре произойдет смена эфемерид и некоторой служебной информации. Значит, и в АП надлежит заменить ранее принятые эфемериды используемых спутников. В блоке laquo;Проверка необходимости перезаписи эфемерид raquo; анализируется текущее время, фиксируются моменты, кратные интервалу обновления, и устанавливаются признаки обновления эфемерид, в результате чего в процессе ПО из кадра каждого используемого спутника будут выделены новые эфемеридные массивы.

Блок laquo;Выбор подрежима raquo; аиализирует состояние ПО и по результатам этого анализа устанавливает один из подрежимов: laquo;Синхронизация raquo;, laquo;Эфемериды raquo;, laquo;Измерение raquo;. Первый используется в том случае, если не все включенные в рабочее созвездие спутники засинхронизированы. Прн этом проводится поиск и захват сигнала спутника, после чего он регистрируется как laquo;засинхронизированный raquo;. Затем ПО переводится в подрежим laquo;Эфемериды raquo;, если только не проводилась синхронизация временно потерянного спутника, эфемериды которого уже имеются.

На подрежим laquo;Эфемериды raquo; диспетчер выводит ПО в двух случаях; после синхронизации каждого нового спутника, привлекаемого к навигационной работе, и при наступлении очередного узлового момента смены эфемеридной информации. Во втором случае перезаписывается эфемеридная информация по всей группе используемых спутников. С завершением обновления эфемерид ПО, как правило, переводится в подрежим измерений. Если же за это время какой-то спутник оказался потерянным, для возобновления режима слежения за его сигналом диспетчер включает вновь подрежим синхронизации.

В подрежиме laquo;Измерения raquo; проводятся навигационные определения. Сначала анализируется число засинхроиизнрованных спутников. При полном их наборе решается НАВЗ, при недостатке диспетчер возвращает подрежим laquo;Синхронизация raquo;. В зависимости от класса и назначения АП переход к решению НАВЗ происходит при наличии трех или четырех засинхроиизнрованных спутников.

Решение НАВЗ, как указывалось в sect; 22.3, может содержать только радионавигационные определения или (при использовании АНС) наряду с радионавигационными определениями также счисление и коррекцию координат.

Для одноканальной аппаратуры характерна последовательная циклическая обработка сигналов четырех спутников. В установившемся подрежиме laquo;Измерения raquo; следящие системы сохраняют сопровождение сигналов каждого из спутников. Однако в более продолжительных подрежимах, laquo;Синхронизация raquo; и laquo;Эфемериды raquo;, возникает опасность потери слежения за сигналами. Для предотвращения срыва синхронизации в этих подрежимах может применяться процедура laquo;Подслеживание raquo;, состоящая в том, что после окончания работы с каждым последующим спутником проводится подслеживание всех ранее синхронизированных сигналов.

Поскольку со временем у выбранного оптимального рабочего созвездия геометрический фактор начинает расти, возникает необходимость смены рабочего созвездия. Блок laquo;Повторение выбора созвездия raquo; анализирует качество рабочего созвездия и при необходимости повторяет решение задачи.



Блок laquo;Отображение информации raquo; обеспечивает выдачу на дисплей той информации, которая для установленного режима использования АП должна высвечиваться.

Приоритетность выполнения отдельных операций устанавливается адресными прерываниями, которые имеют несколько временных уровней.

22.5. ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА АЛГОРИТМА

Структура МО БАП, представленная на рис. 22.1, включает типовой набор блоков, обеспечивающих процесс навигационных определений и решения сервисных задач. В принципе возможна такая схема вычислений, когда на каждом измерительном цикле включаются в работу все блоки алгоритмов. Однако далеко не все бортовые вычислители располагают требуемыми для этого возможностями, да и нет необходимости в задействовании всех блоков при каждом навигационном определении. Ввиду этого отдельные блоки МО вводятся диспетчером в действие с различной периодичностью, причем расчеты по алгоритмам этих блоков могут выполняться как последовательно во времени, так и параллельно. Функционирование алгоритма во времени задается его временной диаграммой.

На временной диаграмме указывается последовательность выполнения операций: ввода исходных данных; приема и обработки служебной информации различных категорий; выбора рабочего созвездия; набора измерений; расчета координат и скорости НИСЗ на моменты измерений; решения навигационно-временной задачи и сервисных задач; контроля работоспособности и оценки точности. Наряду с этим временная диаграмма распределяет блоки алгоритма и их части либо по параллельным ветвям вычислений, либо по одной последовательной ветви. На каждой ветви блоки алгоритма и их части размещаются так, чтобы

реализовать требуемую периодич- ность расчетов при условии наи-

-t,cym. большего уплотнения временной оси

J] П

П ,

h п п

t,MUH

п п п п п

f, с

д) * с п п п п п

и соблюдения приоритета отдельных вычислений.

Представление о принципе формирования временной диаграммы дает рис. 22.3, где в стилизованном виде показаны частные временные диаграммы, отражающие требуемую периодичность отработки наиболее важных блоков алгоритма: альманаха (а), оперативных эфемерид (б), выбора рабочего созвездия (в).

Рис. 22.3. Частные временные диаграммы

обработки измерений (г), расчета координат и скоростей НИСЗ [д) и решения навигационно-временной задачи {е).

Переносом частных временных диаграмм на общую временную ось при учете технических характеристик вычислителя (число процессоров, разрядность, быстродействие, объем памяти), а также заданных приоритетов отработки блоков компонуют временную диаграмму алгоритма в целом.

Основной вариант временной диаграммы представляет собой программу жесткого типа. Однако диспетчер должен располагать возможностями гибкого оценивания содержания перерабатываемой информации и способностью адаптировать временную диаграмму к конкретным условиям навигационного сеанса.

22.6. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Проектирование навигационной АП начинается с определения набора требований и построения функциональных спецификаций, вытекающих из требований пользователей. В требованиях указывается, что потребители хотят получить от аппаратуры. Системные спецификации определяют функции, которые может выполнить аппаратура. Они включают, в частности, описание форматов как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие ее действиями. Таким образом, функциональные спецификации уточняют, насколько проектируемая аппаратура соответствует предъявляемым требованиям.

Следующим шагом является проектирование аппаратуры на основании функциональных спецификаций. Для аппаратуры, содержащей вычислитель, требуются как программные, так и аппаратные средства. Цикл проектирования аппаратуры, содержащей программное обеспечение и аппаратные средства, показан на рис. 22.4.

Разработку программного обеспечения целесообразно начинать на языке проектирования, который подобен естественному языку, и только затем - преобразовывать язык проектирования в язык программирования вычислителя.

Одним из основных факторов повышения надежности и снижения сложности программного обеспечения является применение методологии системного проектирования. Эта методология кроме применения языка проектирования предполагает использование методов нисходящего и модульного проектирования [172, 183]. Метод нисходящего проектирования состоит в разбиении программного обеспечения на функциональные модули, а модулей - на процедуры. Использование этого метода приводит кпостроению функционально-модульной структурной схемы программного обеспечения. Определение уровня модуля в структурной схеме подчиняется двум правилам: любая процедура может быть вызвана лишь процедурой, принадлежащей более высокому уровню, либо процедурой из того же самого модуля.

Разработка программного обеспечения с использованием модульной структуры облегчает написание программы, ее отладку, тестирование и модификацию. Основными недостатками модульного принципа являются дополнительные время расчетов и память вычислителя.



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