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

Уточнению подлежат число НИСЗ на каждой орбите и правило оптимального фазирования цепочек НИСЗ из разных орбит.

В качестве критерия целесообразно использовать минимум максимальной погрешности навигационного определения по системе во всей рабочей области. Обоснованием подобного критерия может служить требование высокоточного определения в произвольный момент времени в любой точке околоземного пространства. Упомянутый критерий позволит значительно упростить подход к задаче синтеза, ограничить ее изучением лишь случаев, приводящих к пониженной точности обсервации, и свести к улучшению наиболее неблагоприятных созвездий. Результатом будет обеспечение приемлемой верхней границы погрешностей обсервации во всей рабочей области системы.

Наиболее неблагоприятные созвездия в упомянутом классе допустимых конфигураций наблюдаются в некоторых окрестностях узлов сети НИСЗ в отдельные моменты времени, когда число видимых НИСЗ равно минимально необходимому для решения навигационной задачи их числу (созвездие laquo;2 + 2 raquo;). Этот случай уже был рассмотрен. Была выяснена причина появления больших погрешностей обсервации - близкое к компланарному расположение четырех НИСЗ в определенные моменты времени.

Установленная приближенная зависимость позволяет просто исследовать области пониженной точности. В частности, с ее помощью были установлены большие зоны пониженной точности в системе типа laquo;Таймейшн raquo; {N = 3X7; Т = 8 ч; /г п =10 deg;).

Зоны пониженной точности, небольшие по размерам (~2,5 deg;Х Х2,5 deg;), могут появляться в отдельные моменты времени в системе типа laquo;Навстар raquo; {N = 3X8; Т=\2 ч; h,=\Q deg;). Отмеченный недостаток можно устранить уменьшением hm\n до 7,5 deg; или расширением полосы покрытия цепочки за счет увеличения числа НИСЗ в цепочке либо высоты орбиты. Это позволит исключить реализацию в номинальной системе созвездий типа laquo;2 + 2 raquo;.

В системе yV = 3X9; Т=\2 ч; /imin=10 deg; повсеместно видны три НИСЗ по крайней мере из одной плоскости. Наиболее неблагоприятным будет минимальное созвездие из трех НИСЗ, наблюдаемых из одной плоскости, и из двух, наблюдаемых из другой (рис. 25.8). Оценка точности определения по созвездию такого типа требует более подробного рассмотрения.

Рис. 25.8. Отображение созвездия laquo;3 + 2 raquo; в топоцентрической картинной плоскости, связанной с узлом сети

В том же приближении, что и ранее, объем призмы, построенной на разностньи градиентах, v= gi(g2Xg3)l ~ 0,5jf 1(Я2 -Я) Х Х(з -i) (а!з -2)1- Используя обозначения Xi - а = Л, (2А), имеем

1/~фА72а (25.19)

Приближенная оценка суммы квадратов граней призмы, построенной на обобщенных градиентах для этого случая, такова:

с ~ (2а)

2 4ч

ф1 ( 2 - Х) + ф1 ( Хз - Х) - ф1 ( 2 - h) ( Хз - Х\) +

л(Зф + А)/2- {2ЬЩ

+ а1

Из (25.19) и (25.20) следует приближенное выражение нормированной оценки погрещности обсервации:

.-(SP кГ = = 3(4-). (25.2,)

Рассчитаем порядок этой величины. Пусть Л =40 deg;. Для НИСЗ, имеющих период Т=\2 ч, коэффициент деформации за счет параллакса й~1,31. Поэтому Л~М = 0,92. Положим ф1 = = Л/2 равным наименьшему из возможных значений, которое оно может принять: ф, = 0,46. Тогда из (25.20) получаем

a (SpKp)4,2. (25.22)

Приведенная оценка устанавливает порядок максимальной нор-мйГрованной погрешности обсервации, соответствующей самому неблагоприятному навигационному созвездию НИСЗ. В большинстве же случаев следует ожидать точность, в 2 раза лучшую.

Итак, для обеспечения точности навигационных определений повсеместно во всей сфере обслуживания системы в соответствии с условием (25.21) необходимо и достаточно использовать экстремальную сеть НИСЗ с минимальной кратностью покрытия Kmin =5. Синтезированная таким образом по чисто навигационным соображениям общая структура сети НИСЗ сохраняет свободу выбора двух других параметров - высоты Н орбиты и числа п НИСЗ в цепочке. Для окончательного выбора обоснованных значений этих параметров необходимы специальные исследования, связанные с рассмотрением эволюции структуры системы в течение срока ее существования, обеспечения надежности функционирования, а также выполнения условий высокоточного определения орбит и их прогнозирования.

Аналогичные приведенным численные исследования были выполнены и для другого созвездия, состоящего из трех НИСЗ на одной орбите и одного наиболее удаленного от плоскости этой орбиты НИСЗ из другой, т. е. созвездия типа laquo;3+1 raquo;. На



1 Z 3 4 Sti

Рис. 25.9. Отображение эволюции созвездия НИСЗ типа laquo;3+1 raquo;

4,5 4

J t-

.ч Эксперимент

0 12 3k N

Рис. 25.10. Изменение точностных характеристик созвездия laquo;3+1 raquo; при его эволюции

рис. 25.9 показана эволюция такого созвездия. Представлена начальная его конфигурация. Цифрами показаны последовательные позиции, занимаемые при движении КА. Рисунок 25.10 отражает происходящие при этом изменения точности обсервации. Теоретическая зависимость точности обсервации, описываемая формулой (25.21), от геометрических параметров созвездия позволяет объяснить и оценить изменение точностных характеристик рабочего созвездия.

25.6. СРАВНЕНИЕ ССРНС laquo;ГЛОНАСС raquo; И laquo;НАВСТАР raquo;

Изложенный минимаксный подход к баллистическому проектированию ССРНС обеспечивает гарантированный минимум максимальной погрешности навигационных определений во всей области использования ССРНС в течение всего времени ее функционирования. Критерий минимальности общего числа орбит приводит, как было показано, к трехорбитальной схеме баллистического построения принятой в ССРНС laquo;Глонасс raquo;.

Проектирование баллистической структуры ССРНС по критерию минимума общего числа НИСЗ при соблюдении требования минимума их числа на одной орбите, определяемого условием группового выведения, приводит к другой баллистической конфигурации - ССРНС laquo;Навстар raquo;. Приведем без вывода ее геометрические характеристики. Число орбит 6. Орбиты НИСЗ круговые, с периодом Г=12 ч. Угол наклона к плоскости экватора г = 55 deg;. На каждой орбите равномерно распределены по три КА. Разнос восходящих узлов орбнт равномерный, Дй = 60 deg;. Относительная фазировка НИСЗ в каждой плоскости такова, что в момент прохождения НИСЗ в каждой из плоскостей через экватор в соседней к востоку плоскости ближайший НИСЗ опережает последний к северу на 40 deg;.

При анализе точностных характеристик ССРНС широко используется математическое моделирование расчета интегральных характеристик распределения точности, определяющих вероятность того, что погрешность обсервации не превышает некоторого заданного значения при случайном расположении потребителя и случайном времени проведения навигационного сеанса.


Рис. 25.11. Интегральные распределения вероятностей погрешностей навигационного определения по системе laquo;Глонасс raquo; (а) и laquo;Навстар raquo; (б) в зависимости от числа Л НИСЗ в используемом созвездии

На рис. 25.11 приведены такие зависимости, рассчитанные в предположении равновероятного нахождения П в любой точке поверхности земного шара при равномерном распределении навигационных сеансов в пределах суток по оптимальному в смысле определения точности созвездию, состоящему из Л НИСЗ (Л gt;4). Наименьший угол места НИСЗ в обоих случаях был принят равным

В табл. 25.1 приведены средние значения полного геометрического фактора

ГФ = а~-\/ЗрКд; ( , нормы погрешностей оценки четырехмерного пространственно-временного определения и его отдельных компонент; ГФп - плановых коор-

Таблица 25.1

Сравнение систем laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; по вероятностным и точностным характеристикам созвездий

Тип ССРНС

Характе-

Состав созвездия (Л)

ристика

laquo;Глонасс raquo;

. 1

0,91

0,85

0,58

(24 НИСЗ)

1,41

1,26

1,15

1,03

0,95

0,89

1,75

1,70

1,61

1,60

1,55

1,13

1,03

1,03

0,95

0,93

0,91

2,67

2,42

2,26

2,12

2,07

1,99

laquo;Навстар raquo;

0,95

0,94

0,83

0,38

0,05

(18 НИСЗ)

1,57

1,32

1,16

0,99

0,84

2,80

2,48

2,40

1,60

1,40

1,59

1,44

1,36

0,83

0,67

3,39

2,96

2,81

2,04

1,76

Расчеты выполнены канд. техн. наук В. С. Авдеевым.



динат AR , ГФ, - высоты ДЛв и ГФ, - времени t при работе по оптимальному созвездию, состоящему из Л НИСЗ для квазидальномерного метода измерения. Усреднение проводилось для наземного потребителя по всей поверхности земного щара с шагом Дф = Д gt;1= 10 deg; в пределах суток с дискретом ДГ=10 . Величина Р - вероятность появления рабочего созвездия из НИСЗ. Из приведенных результатов моделирования видно, что при РО.5 точностные характеристики обеих систем почти идентичны. Различия проявляются при пониженной точности в системе laquo;Навстар raquo;, что имеет место даже и при избыточных (Л = 5) созвездиях.

С увеличением числа НИСЗ в созвездии значение нормы погрешности уменьшается. Поэтому с точки зрения повышения точности следовало бы использовать все видимые НИСЗ, однако, как показывают расчеты, этот выигрыш совершенно незначителен по сравнению с требуемыми для этого затратами вычислительных ресурсов (времени и памяти).

Выполненное моделирование позволяет уточнить также пределы изменения нормы погрешностей для баллистических конфигураций ССРНС laquo;Навстар raquo; и laquo;Глонасс raquo;.

ГЛАВА 26

ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРНС

с ДРУГИМИ РАДИОНАВИГАЦИОННЫМИ

и АВТОНОМНЫМИ НАВИГАЦИОННЫМИ СРЕДСТВАМИ

26.1. ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ВОЗМОЖНОСТИ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПУТНИКОВЫХ РНС и ДРУГИХ НАВИГАЦИОННЫХ СРЕДСТВ

Комплексирование - совместное применение различных по виду и способу формирования физических полей для выработки с помощью разнородных датчиков новой по качеству навигационной информации. Комплексирование может обеспечить:

повыщение точностных характеристик комплексированной аппаратуры по сравнению с точностными характеристиками ее составляющих;

повыщение помехоустойчивости и надежности работы комплек-сируемой аппаратуры;

непрерывность определения координат при нарушениях однородности или непрерывности навигационных полей;

улучшение динамических характеристик измерителей;

сокращение времени вы.хода аппаратуры в рабочий режим.

В распоряжении сегоднящнего потребителя навигационной информации наряду с СРНС имеется значительное количество навигационных средств.

В эксплуатации находятся НРНС дальнего действия - им-пульсно-фазовые и фазовые РНС laquo;Декка raquo;, laquo;Лоран-С raquo; и laquo;Чайка raquo;, laquo;Омега raquo;; развиваются наземные системы типа laquo;Геолок raquo; с широкополосным навигационным сигналом. Подвижные потребители широко используют инерциальные навигационные системы платформенного и бесплатформенного типа, гиро- и магнитные компасы, датчики воздушной скорости, датчики пройденного пути, лаги, барометрические и радиотехнические высотомеры, доплеровские измерители скорости и другие средства.

Как НРНС, так и упомянутые навигационные средства могут использоваться в комплексе с СРНС.

Первое направление комплексировании связано с устранением с помощью СРНС систематических погрешностей НРНС и начальной привязки инерциальных и автономных средств. Применительно к НРНС речь идет о дифференциальном режиме, позволяющем уменьшить систематические погрешности, главным образом зависящие от условий распространения радиоволн и в некоторых случаях - от погрещности взаимной синхронизации наземных станций.

В зоне действия НРНС в точке с известными координатами размещается опорный пункт дифференциальной подсистемы (ОПДПС). Этот пункт принимает сигналы НРНС, измеряет радионавигационные параметры, сравнивает их с эталонными значениями, вычисляет поправки и по линии связи передает их в рабочую зону подсистемы потребителям для учета в приемоиндикаторах. Погрешность определения координат ОПДПС является одной из основных при оценке точности дифференциального режима.

Поэтому целесообразно для привязки ОПДПС по координатам применить высокоточную СРНС.

Потребители, снабженные бортовой аппаратурой СРНС и НРНС, могут реализовать квазидифферёнциальный (иначе именуемый автодифференциальный) режим работы, заключающийся в том, что в некоторой точке определяются координаты потребителя по высокоточной СРНС, а по НРНС одновременно измеряются навигационные параметры и вычисляются поправки в этой точке на условия распространения радиоволн для НРНС. Далее потребитель может пользоваться этими поправками на некотором удалении от места обсервации в течение некоторого времени, пока поправки не состарятся. Координаты потребителя, измеренные СРНС, могут также быть исходными для работы НРНС в даль-номерном режиме. Примером может служить совместное использование СРНС laquo;Навстар raquo; (или дифференциальной СРНС laquo;Навстар raquo;, см. гл. 20) с НРНС laquo;Геолок raquo; [180]. Система laquo;Геолок raquo; состоит из нескольких (двух и более) станций, излучающих в диапазоне частот 1,6...2,3 МГц шумоподобные навигационные сигналы, представляющие собой фазоманипулированные псевдо-



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