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
Анализ треШанай потребителей
Разработка функциональной спецификации | ||
Проентирование | ||
Проектирование аппаратных средств
Проектирование
программного
обеспечения
Конструирование аппаратных средств
Конструирование программ
Объединение аппаратных средств
Объединение
проераммного
обеспечения
Объединение программного обеспечения и аппаратных Средств
Оценка эксплуатационных характеристин аппаратуры
Рис. 22.4. Схема проектирования программного обеспечения
После отладки программное обеспечение тестируется и объединяется с аппаратной частью в единое целое, после чего оцениваются эксплуатационные характеристики аппаратуры.
Один из важных факторов проектирования аппаратуры - наличие четкой и полной документации. Состав документации для полного цикла проектирования может быть представлен в следующем виде:
требования пользователей н функциональные спецификации;
проектная документация системы;
программная документация;
план объединения;
план отладки аппаратных средств;
техническая документация.
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
КОМПЛЕКСНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ССРНС
ГЛАВА 23
задачи и особенности комплексного проектирования ссрнс
23.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Для СРНС характерны сложная структура, информационные и управляющие связи между элементами разных уровней, пространственная разобщенность подсистем и потребителей (П) и т. п. (см. гл. 1). Общие методологические, технические и организационные аспекты проектирования и исследования подобных систем разрабатываются в рамках системотехнического научного направления. Применительно к конкретным системам задачи проектирования могут решаться так, как это сделано в [125, 146].
Не касаясь методологических вопросов, остановимся на основных специфических задачах, возникающих при проектировании СРНС. Их совокупность определяется прежде всего уровнем технических и эксплуатационных требований, предъявляемых к системе. Так, СРНС, наиболее полно отвечающая требованиям разнородных П, должна обеспечивать [117]: высокую точность определения места в единой (всемирной) системе координат (П, которым не нужна высокая точность, должны иметь возможность применения простой аппаратуры или упрощенных методов решения навигационной задачи); глобальность; непрерывность обсерваций при высокой оперативности; неограниченность числа обслуживаемых П (при использовании активного режима работы число П должно соответствовать заданному); уверенный прием навигационных сигналов в условиях естественных и искусственных помех.
Кроме того, бортовая аппаратура потребителя (БАП) должна иметь допустимые габариты и массу и отвечать требованиям условий эксплуатации.
Объем задач, глубина их проработки и решения зависят от степени использования существующих технических средств, научно-технического задела, опыта предшествующих разработок и т. п. Основные научно-технические задачи проектирования ССРНС, их связь между собой и основными характеристиками системы показаны на рис. 23.1. Рассмотрим кратко каждую из них.
основные зада чи
основные характерис-тики
Геодезическое обеспечение
Рис. 23.1. Характеристики ССРНС, определяющие основные \ задачи проектирования
Обеспечение помехозащищенности
Выбор
структуры сети НИСЗ
Эщемеридное обеспечение
Выбор структуры и кадра сигнала
Выбор
диапазона
радиоволн
Выбор метода
измерения
Обеспечение синхронизации шкал времени
1. Обеспечение синхронизации временных шкал сети НИСЗ с необходимой точностью связано с созданием высокостабильных бортовых (БХВ) и наземных (НХВ) хранителей времени и использованием высокоточных средств траекторных измерений. Помимо этого требуется исследовать и учитывать множество других факторов, влияющих на уход временных шкал НИСЗ (температура, магнитное поле, радиация, релятивистские эффекты и пр.).
2. Выбор метода радионавигациднных измерений определяется требуемой точностью измерения РНП, допустимой продолжительностью интервала измерений, характеристиками достижимой стабильности опорных генераторов частоты на НИСЗ и П, приемлемой сложностью алгоритмов решения навигационной задачи и другими факторами.
3. При выборе рабочих частот навигационных радиоканалов необходимо прежде всего руководствоваться требованиями регламента радиосвязи [106], предусматривающего выделение специальных диапазонов радиочастот для навигации. При этом должны учитываться уровень потерь электромагнитной энергии сигнала при распространении радиоволн, в том числе при прохож: дении границ раздела различных сред, и допустимые рефракционные погрешности при измерении РНП. При использовании двухчастотного способа устранения ионосферных погрешностей обе частоты должны находиться в одном диапазоне и обеспечивать требуемый уровень остаточной погрешности.
С другой стороны, выбранный диапазон должен обеспечить создание антенно-фидерных устройств на НИСЗ и П с необходимым коэффициентом усиления при приемлемых габаритных характеристиках. Необходимо учитывать также наличие элементной базы как для передающих устройств НИСЗ, так и для приемоизме-рительных устройств на П.
4. Структура и содержание кадра (формата) навигационного сигнала, как наиболее консервативного параметра системы, должны выбираться особенно тщательно. Навигационный сигнал обесценивает необходимую точность измерения РНП, структурную устойчивость при приеме в условиях естественных и искуствен-ных помех, минимальное время измерения РНП как при приеме сигнала на объекте-потребителе, так и по времени накопления данных (эфемериды, альманах и пр.) для решения навигационной задачи. Кадр сигнала должен содержать минимальной объем информации и в то же время иметь необходимый резерв для его совершенствования без доработок действующего парка аппаратуры П. Распределение информации в кадре должно быть удобным для обработки в ЭВМ БАП. Излучаемая мощность навигационного сигнала при выполнении условий нормального приема должна удовлетворять требованию минимального энергопотребления передающих устройств на НИСЗ.
5. Обеспечение П эфемеридной информацией о координатах и скоростях НИСЗ, прогнозированных на момент измерений, является одной из специфических задач, решаемых при проектировании СРНС. Эта задача распадается на ряд других значительных по сложности и объему задач по созданию командно-измерительных систем необходимой точности, единой (всемирной) системы координат и привязке пунктов КИК к этой системе, разработке схем организации траекторных измерений и способов их обработки и т. д.
Для высокоточного долгосрочного прогнозирования координат НИСЗ важно знать геопотенциал и другие факторы, влияющие на движение НИСЗ. Время устаревания эфемеридной информации до предельно допустимых значений определяет длительность автономной работы НИСЗ без обновления начальных условий, а следовательно, загрузку наземных средств КИК сеансами связи с НИСЗ.
Вид представления эфемеридной информации в кадре сигнала определяет объем запоминающих устройств НИСЗ и, с другой стороны, объем вычислительных процедур на П.
6. Выбор и обоснование структуры сети НИСЗ производятся исходя из заданной пространственной зоны обслуживания, мерности вектора состояния и обеспечения непрерывности навигационных определений при минимальном числе НИСЗ в системе. Высоту орбит НИСЗ выбирают такой, чтобы можно было измерять РНП с требуемой точностью и оперативностью. С другой стороны, высота орбиты должна быть минимальной для уменьшения энергетических затрат на выведение НИСЗ и потерь энергии радиоволн при распространении. Сеть НИСЗ должна обладать необходимой структурной устойчивостью, чтобы на весь период существования системы сохранялись территориально-временные характеристики обслуживания. При этом не исключается активная коррекция положения НИСЗ на орбите.
Структура сети должна также обеспечивать управление НИСЗ и траекторные измерения с участков территории земного шара, где
)асположены пункты командно-измерительного комплекса (КИК).
Чомимо указанных требований имеется еще ряд условий, связанных с использованием существующих носителей, космодромов и пр.
7. Помехозащищенность обеспечивается выбором структуры навигационного сигнала, необходимым энергетическим потенциалом в месте приема, пространственной селекцией сигналов, сведением к минимуму внутрисистемных помех (разделение излучений НИСЗ), использованием нелинейных подавителей помех в приемном тракте аппаратуры П и т. п.
8. Геодезическое обеспечение призвано, как уже говорилось, способствовать точному долгосрочному прогнозированию движения НИСЗ. Кроме того, необходимо обеспечить пересчет координат из геоцентрической системы в любую другую (геодезическую, географическую, ортодромическую и пр.) и обратно без существенных потерь точности. Для решения задачи геодезического обеспечения СРНС могут разрабатываться программы исследований с использованием космических геодезических комплексов и гравиметрических средств.
Помимо перечисленных основных задач при проектировании СРНС решается ряд крупных инженерно-технических задач по разработке, испытанию и изготовлению технических подсистем и комплексов. Прежде всего к ним относится создание НИСЗ как главного элемента СРНС, а также средств КИК с координационно-вычислительным центром (КВЦ), центра управления системой, системы быстродействующих наземных линий связи и т. п. Из анализа основных задач можно заключить, что они требуют, как правило, поиска компромиссных решений, а процесс проектирования СРНС имеет комплексный характер.
23.2. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ССРНС
Процесс создания СРНС, как и любой технической системы, сугубо индивидуален и зависит от целей предпринимаемой разработки и условий, сопровождающих ее создание. Тем не менее ему свойственна общая, разделяемая по времени и существу последовательность производимых работ. Так, в процессе создания системы можно усмотреть следующие этапы [125, 146]: 1) формулирование и обоснование (согласование) технических и эксплуатационных требований (ТЭТ); 2) обоснование технических предложений; 3) разработка эксизного проекта; 4) разработка технического проекта; 5) выпуск рабочей документации и изготовление опытных образцов; 6) проведение натурных испытаний и сдача в эксплуатацию.
Содержа ние работ | Обоснование тэт | Технические предложения | Эскизный Проект | Технический проект, разработка рабочей докумен-таиии | Натурные испитанич | ||
Натурные испытания | сдача в /gxcnnijamauuio | ||||||
Стендовые и заводские испытания | сш -п | ачапо работ нончание раб зловые mo4KL озможте ва | |||||
Конструирование и изготовление изделий | 0 -у ----В | im - оианты | |||||
Испытания макетов узлов и блоков | |||||||
Конструирование и изготовление макетов узлов и блоков | |||||||
Эксперименты, ладо роторные испытано | |||||||
Модепирование на ЭВМ | |||||||
Проектирование а расчет параметров | FaBomu по | ||||||
модернизации |
Рис. 23.2. Этапы и содержание работ по созданию СРНС
Указанные этапы могут частично совмещаться во времени или полностью объединяться (например, этапы 3 и 4, этапы 4 и 5).
Из рис. 23.2 видно, что процесс создания системы является итерационным, причем наиболее общий, комплексный характер имеют первые три этапа, а далее преобладают проектно-конструк-торские работы.
Помимо такой естественной последовательности в процессе создания системы могут вводиться промежуточные этапы. Это может быть связано с поэтапным решением проблемных вопросов, например созданием высокостабильных генераторов [93, 131] или совершенствованием эфемеридного обеспечения, как это было в системе laquo;Транзит raquo; с введением устройства laquo;Дискос raquo; [129].
Можно указать на этапность в развертывании такой многоспутниковой системы, как laquo;Навстар raquo;. Как известно, создание этой системы производится в три этапа. На каждом этапе развития системы решается определенный круг задач (отработка высокостабильных генераторов, всестороннее исследование построения аппаратуры разнородных П, совершенствование НИСЗ и т. д.). И только лишь на третьем, завершающем этапе система доводится до конечных характеристик [124].
Чрезвычайно высокие затраты на создание ССРНС предопределяют ответственность и важность ранних этапов проектирования. Именно на этапах обоснования ТЭТ, технических предложений и эксизного проекта должен быть определен облик системы, ее состав и,структура, основные технические характеристики.
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 |