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

случайные последовательности. Сигналы формируются из колебаний, создаваемых опорными генераторами с относительной нестабильностью 10 за сутки. Такими же опорными генераторами снабжены потребители системы. Станции системы могут работать без взаимной привязки колебаний. Потребитель системы в точке с известными координатами измеряет начальные фазы сигналов, излучаемых каждой станцией, относительно шкалы своего опорного генератора, запоминает их и далее в движении использует результаты измерения дальностей для вычисления собственных координат. Координаты начальной точки определяются по СРНС laquo;Навстар raquo; (или по дифференциальной СРНС laquo;Навстар raquo;).

Координаты потребителя, измеренные СРНС, можно использовать также для привязки и корректировки в пути инерциальных и автономных навигационных средств.

Второе направление комплексирования связано с созданием комбинированных систем, в которых спутники и наземные станции образуют единую сеть опорных радионавигационных точек. Такие комбинированные системы позволяют расширить рабочие зоны существующих наземных систем и оптимизировать их геометрию. Точностные характеристики одного из возможных вариантов подобного совместного использования двух наземных станций и одного стационарного НИСЗ анализируются в sect; 26.2.

Третьим направлением комплексирования является совместная обработка результатов навигационных измерений, выполненных датчиками СРНС и другой навигационной системы. Датчики работают независимо и не влияют друг на друга. Комплексирование осуществляется на уровне вторичной обработки информации.

Один из возможных вариантов построения такой аппаратуры состоит в объединении данных о скорости П, измеряемой по сигналам НРНС, и данных о месте, получаемых по СРНС. Это направление комплексной обработки отражено в sect; 26.3 на примере навигационных определений судна по данным низкоорбит-ной СРНС laquo;Транзит raquo; и НРНС laquo;Омега raquo;.

Четвертое направление комплексирования - создание измерителей радионавигационных параметров, использующих информацию от других радионавигационных средств в процессе первичной ее обработки. Имеется в виду, в частности, введение в контур системы слежения за задержкой сигнала (см. гл. 8) данных об относительной скорости П - НИСЗ, формируемых на основании данных об эфемеридах НИСЗ, координатах и векторе скорости потребителя, полученных от инерциальной (ИНС) или от другой навигационной системы, что позволяет сузить полосу пропускания измерительной системы и увеличить ее помехозащищенность. Этот способ был упомянут в sect; 8.6 и рассматривается в sect; 26.4.

Перечисленные направления комплексирования основаны на совместной обработке навигационной информации, полученной от комплексируемых систем, и поэтому их следует отнести к категории информационных.

Существует еще одно направление комплексирования - функционально-техническое. Подразумевается создание аппаратуры, в которой одни и те же антенны, радиоканалы, устройства обработки сигналов, средства отображения используются в интересах разных радиотехнических систем. Примером такого комплексирования является проект создания системы ICNIA (Integreated Communication Navigation Identification Avionics), которая на борту самолета объединяет системы связи, спутниковой и наземной навигации и опознавания [196]. Трудности создания ее определяются в основном конструкторско-технологическими вопросами, рассмотрение которых представляет собой отдельную проблему.

26.2. КОМБИНИРОВАННАЯ РАЗНОСТНО-ДАЛЬНОМЕРНАЯ РНС, СОСТОЯЩАЯ ИЗ НАЗЕМНЫХ СТАНЦИЙ И СТАЦИОНАРНОГО НИСЗ

Для построения комбинированной навигационной системы, в которой наземные станции и НИСЗ образуют единую сеть опорных РНТ, можно использовать НИСЗ с любым периодом обращения. Однако наибольший интерес представляют стационарные НИСЗ, включение которых в состав системы позволит для определения координат места П по результатам измерения РНП рассчитывать на применение и в комбинированной системе так же, как и в наземной, навигационных карт с заранее нанесенными линиями положения.

Пусть П, геоцентрическая высота которого известна, измеряет две разности расстояний до трех РНТ, две из которых - наземные станции А, В, а третья - НИСЗ S. Трасса сигнала от наземной станции до приподнятого над Землей П следует криволинейно вдоль земной поверхности до точки, из которой виден П (точка сопряжения), а затем по прямой. Трасса распространения сигнала от НИСЗ до П представляет собой прямую линию. Вектор местоположения П при сделанных выше предположениях определяется из следующих соотношений:

Дг,, = /?з а, + Iq а - /?з а- - 1я - в, Агсд. = Iq - s - /?з а laquo;. laquo; - Iq - в, ро = Iql,

(26.1)

где /?з - радиус Земли; а, в - векторы положения точек сопряжения станций А, В; а,, ад,д - центральные углы между точками сопряжения А, В и соответствующими станциями А, В\ s - вектор положения НИСЗ.



Точность определения координат места в такой системе зависит от погрешностей измерения РНП бЛг , ЬАгзв , от погрешностей априорного знания положения опорных РНТ 6А, бВ, 6S и геоцентрической высоты бро и от расположения П относительно наземных станций и НИСЗ. Решение линеаризованной системы уравнений (26.1) для составляющих погрешности места в проекциях на оси топоцентрической системы координат имеет вид

6q= c-6R + c~ Аб9, где 6q = 6qx 6q 6q \, 6R = бАглв бЛг,

(26.2)

sB6f:, б9= 6A6B6S,

- Слв

- Сро-

- Cab а Cab

0 n

As Cs

в As

gt;

0 -

A (г = , S, S) - операторы преобразования погрешностей априорного знания координат РНТ в топоцентрическую систему координат.

Если векторы 6R и 69 - случайные величины, распределенные по многомерному закону с нулевыми математическими ожиданиями и матрицами моментов второго порядка W и Ке, то точность системы полностью характеризуется корреляционной матрицей

К, = с W(c~) + с~ АКа аЧсГ.

(26.3)

Уравнение (26.3) дано в общей форме записи, пригодной для оценки точности разностно-дальномерного метода навигационных определений при наличии трех наземных станций, трех спутниковых и их комбинаций. При этом А, В, S в наземном варианте - векторы положения точек сопряжения, в спутниковом - векторы положения НИСЗ.

Оценим влияние погрешностей знания координат НИСЗ, которые характеризуются среднеквадратическими погрешностями по высоте Ог, вдоль орбиты (51 и перпендикулярно плоскости орбиты От, на точность определения координат места П:

(26.4)

в комбинированной системе. Из (26.3) следует, что погрешность оценки координат места зависит от значения и направления вектора погрешности координат НИСЗ. Минимальная среднеквадратическая погрешность OMmin -О имсст мссто, ссли вектор погрешности знания координат ИСЗ 6S перпендикулярен вектору (q-S), при этом точность определения координат места практически не зависит от погрешности местоположения НИСЗ. Следует отметить, что этот вывод основан на выражении (26.3), которое представляет собой линеаризованную зависимость и справедливо при достаточно малых погрешностях знания координат НИСЗ Ojlq -S. Максимальная погрешность определения места П может быть получена из (26.3), если положить 6S/6S = plusmn;(q-S)/q-S. При этом Омх = Гэах , где Тэтах - эквивалентный геометрический фактор, характеризующий максимальное влияние погрешностей знания координат НИСЗ на точность определения места П. Линии равных значений Ттах ДЛЯ комбинированной системы, состоящей из двух сверхдлинноволновых наземных станций А, В и стационарного НИСЗ S, показаны на рис. 26.1. Здесь и в дальнейшем при построении рабочих зон системы предполагается, что сигналы наземных станций принимаются на удалениях от 1000 до 10 000 км. Сигналы НИСЗ принимаются в зоне, ограниченной линией прямой видимости при угле возвышения 5 deg;.

Если погрешность знания координат НИСЗ совпадает с одним из направлений по высоте, вдоль орбиты или перпендикулярно плоскости орбиты, то выражение для среднеквадратическои погрешности определения координат места запишем в виде 0 = = Гэ,а,-, i = z, I, т.

Значение мало отличается от r,, так как в рабочей зоне системы (q -S)/q -S б5г/б5г laquo; 1.

Таким образом, из трех составляющих, характеризующих точность знания координат НИСЗ, наибольшее влияние на точность определения координат места П оказывают погрешности НИСЗ по высоте.


Рис. 26.1. Линии равных значений геометрического фактора (ГФ) -,mai комбинированной РНС

Рис. 26.2. Линии равных значений ГФ комбинированной РНС




lt;

Рис. 26.3. Линии равных значений Рис. 26.4. Линии равных значений ГФ ГФ Tpj, комбинированной РНС Гд, наземной РНС

Для оценки влияния погрешностей измерения разности дальностей и погрешности знания геоцентрической высоты П на точность навигационных определений положим в выражении (26i3)

соответственно огАВ i,rSB = Оы СТро = 0 или Од.лв =CTa,sB =0,

тогда формула (26.4) без учета погрешностей НИСЗ запишется в виде

Ом

где Гд, и Гр ГФ, характеризующие влияние погрешностей измерения РНп и геоцентрической высоты потребителя на точность определения места (рис. 26.2, 26.3).

Для выявления выигрыша от комбинирования НРНТ с НИСЗ полезно сравнить полученные результаты со случаем, когда все три РНТ принадлежат НРНС. Например, сравним точностные характеристики наземной системы, состоящей из трех станций А\ В, D, и комбинированной из двух станций А\ В и стационарного НИСЗ S. Точность наземной системы практически зависит только от погрешностей измерения РНП. Линии равных значений ГФ наземной системы представлены на рис. 26.4. Анализ точностных характеристик систем по рис. 26.1- 26.4 позволяет сделать вывод, что при хорошем эфемеридном обеспечении использование орбитальной станции позволяет приземным потребителям улучшить точность навигационных определений на главном направлении системы приблизительно в два раза и расширить площадь рабочей зоны в два-три раза.

Приведенные результаты свидетельствуют, что один из вариантов увеличения точности и расширения рабочих областей НРНС может быть включение стационарных НИСЗ в состав системы наземных станций.

26.3. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СРНС И ФАЗОВОЙ СДВ РНС

Особого внимания заслуживает создание аппаратуры для комплексной обработки данных низкоорбитальной СРНС типа laquo;Транзит raquo; (NNSS) и наземной фазовой РНС laquo;Омега raquo; - глобальной гиперболической системы, работающей в диапазоне сверхдлинных волн (СДВ). Основным недостатком наземной системы является относительно низкая точность навигационных определений, обусловленная погрешностями за счет распространения радиоволн. Такие погрешности имеют сравнительно большую постоянную составляющую и незначительные кратковременные вариации.

Один из самых простых способов совместного использования этих РНС состоит в независимой обработке результатов измерений по каждой из систем и периодической коррекции фазового отсчета путем ввода поправок на распространение радиоволн по результатам навигационных определений более точной РНС- спутниковой. В интервалах времени, когда невозможно проводить определения по СРНС, задача решается по результатам измерений от наземной фазовой РНС, скорректированным на значение найденных поправок. Наивысшая точность определения координат П соответствует точностным характеристикам СРНС, однако из-за изменений условий распространения радиоволн точность навигационных определений будет со временем падать.

Более перспективным направлением совместного использования наземных и спутниковых РНС является построение аппаратуры, в которой обработка результатов измерений производится комплексно. Рассмотрим более подробно один из вариантов решения навигационной задачи с использованием фильтра Калмана, в котором объединяется информация о скорости корабля, полученная по наземной СДВ РНС, и информация о месте, определяемом по СРНС [145].

Обработка результатов измерений реализуется на основании известных уравнений (см. sect; 15.1):

qi= Ф, 1 q* i, K,oi = Ф.-i K,(,-i) Ф1-1 + Vi i, К,= К,шС,(С,К,о,С- +W,) ,

к . = (I - к Q) К,о,( I - к,- с) + к W,. кг

применительно к рассматриваемой задаче в вектор определяемых параметров включены координаты К ф, составляющие скорости по долготе и широте их, и разность частот генераторов НИСЗ и mf:



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