Навигационные комплексы Гланасс и Новстар

способами: установкой в нулевое состояние блока делителей и сдвигом шкалы

бортового времени на значение, необходимое для совмещения с наземной

шкалой.

При установке БШВ в исходное состояние с наземного пункта управления

подается команда, привязанная к «нулевой» меткевремени НХВ. При этом подача

команды производится с упреждением на время распространения радиоволн от

наземного пункта до НИСЗ. Шкала времени БХВ устанавливается в нулевое

состояние независимо от того, какое значение времени было до фазирования.

Обычно бортовая шкала переводится в нулевое состояние после вывода НИСЗ на

орбиту, включения резервных блоков БХВ или грубых сбоев в отсчете бортового

времени.

Точность такого способа фазирования определяется аппаратурными

погрешностями, точностью расчета времени распространения радиоволн и

флуктуационными задержками приемопередающего тракта Земля - НИСЗ.

При фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда изменяет

коэффициент деления в блоке делителей БХВ. Время воздействия команды

зависит от величины необходимой коррекции, которая закладывается в код этой

команды, и таким образом к бортовому времени прибавляется или из него

вычитается некоторое значение, определенное по результатам сверки. Этот

способ фазирования более точен, так как не зависит от параметров радиолинии

и наземной аппаратуры.

Сочетание обоих способов фазирования позволяет оперативно и рационально

управлять бортовой шкалой времени НИСЗ и добиваться точности совмещения

временных интервалов со шкалой НХВ до десятков наносекунд.

1.5.3. Коррекция кода БШВ

Коррекция кода БШВ производится, когда имеет место расхождение в

оцифровке временных интервалов бортовой и наземной шкал времени. Обычно

расхождение в оцифровке может быть при начальном включении БХВ, сбоях

счетчиков бортового времени и сдвиге шкалы на целое число единиц времени.

Команда на коррекцию кода БШВ формируется на наземном пункте и содержит

информацию об оцифровке соответствующих временных интервалов наземного

хранителя. После приема на борту НИСЗ команда поступает на вход кодирующего

устройства БХВ и в соответствии с заложенным кодом производится коррекция

состояния счётчиков бортового времени.

1.6. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ СВЕРКИ ШВ УДАЛЕННЫХ ПУНКТОВ ПО ВЫБОРКЕ ОДНОВРЕМЕННЫХ

ПСЕВДОДАЛЬНОМЕРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Основными источниками погрешностей сверки ШВ по сигналам ССРНС являются:

1. погрешности знания векторов состояния НИСЗ, которые обусловлены

погрешностями эфемеридного и частотно-временного обеспечения НИСЗ,

2. погрешности измерения времени прихода радионавигационных сигналов,

которые складываются из погрешностей калибровки,

3. шумовых и динамических погрешностей измерителя РНП, погрешностей из-за

условия распространения радиоволн и прочих составляющих,

4. погрешности знания векторов состояния синхронизируемых пунктов, которые

в рассматриваемом случае определяются погрешностями задания координат

пунктов.

При анализе точности сверки ШВ по сигналам ССРНС необходимо учитывать

корреляцию погрешностей определения поправок к ШВ различных пунктов,

вызванную воздействием одних и тех же возмущающих факторов. Для этого

необходимо знать коэффициенты корреляции различных составляющих погрешности

для каждого из пунктов и коэффициенты взаимной корреляции для различных

пунктов. Точно знать эти коэффициенты практически невозможно, поэтому при

оценке точности приходится задаваться теми или иными гипотезами

относительно их значений. Целесообразно рассмотреть крайние случаи, когда

коэффициенты корреляции погрешностей знания векторов состояния НИСЗ и

погрешностей измерителя (кроме погрешностей калибровки) радионавигационных

параметров равны либо нулю (независимые погрешности), либо единице

(систематические погрешности). При этом учитывается, что коэффициент

корреляции погрешностей калибровки для каждого измерителя равен единице, а

коэффициент взаимной корреляции для различных измерителей нулю.

Поправка к ШВ j-го пункта, координаты которого неизвестны, определяется

по результатам измерений задержек [pic] принимаемых сигналов НИСЗ

относительно ШВ этого пункта решением линеаризованной системы уравнении

невязок квазидальностей [pic]и (с - скорость света) :

[pic] (1.3)

где: Сji - матрица наблюдений,

( gj - вектор оцениваемых параметров (прямоугольные геоцентрические

координаты пункта ипоправка к ШВ),

( gi - вектор погрешностей состояния НИСЗ (погрешности временного и

эфемеридного обеспечения в орбитальной системе координат),

Аj - оператор преобразования из орбитальной в геоцентрическую систему

координат,

(j - погрешность калибровки приемоизмерительного тракта,

( ji - погрешности измерителя РНП.

Включение координат j-го пункта в вектор оцениваемых параметров позволяет

в общем случае решить навигационно-временную задачу, т.е. определить

координаты и поправки к ШВ пункта.

Смещение шкалы g-го пункта, работающего по тому же созвездию НИСЗ, что и

j-й пункт, определяется аналогично. Сдвиг шкалы j-го пункта относительно

шкалы g-го пункта ((tjg) вычисляется по формуле:

[pic] (1.4)

При оценке точности взаимной синхронизации двух пунктов j и g будем счи-

тать, что по измерениям [pic] и [pic], методом наименьших квадратов

определяется суммарный вектор [pic], причём погрешности измерений РНП

распределены по гауссовскому закону. Если весовая матрица есть [pic][pic],

где [pic]-дисперсия погрешностей измерителя, I - единичная матрица размером

[2n x 2n], то можно показать, что корреляционная матрица погрешностей

суммарного вектора примет вид

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic] (1.5)

где

[pic]

[pic] - корреляционные матрицы погрешностей априорного знания векторов

состояния пунктов и НИСЗ;

r - коэффициент корреляции погрешностей измерителя;

rS - коэффициент корреляции погрешностей априорного знания векторов

состояния НИСЗ;

[pic] - дисперсия погрешностей калибровки измерителя РНП.

Если представить выражение в виде

[pic] (1.6)

где N = (0001000 – 1), то среднеквадратическую погрешность определения

сдвига шкалы времени j-го пункта относительно шкалы g-го пункта можно

вычислить по формуле

[pic] (1.7)

Для анализа точностных характеристик целесообразно выразить через

соответствующие геометрические факторы:

[pic] (1.8)

где:

[pic] – геометрические факторы, характеризующие влияние погрешностей

измерителей, калибровки и априорного знания векторов

состояния НИСЗ на точность определения сдвига ШВ j-го

пункта относительно ШВ g-го пункта;

( k:(l:(m:(( t – отношение составляющих погрешностей эфемеридного

(направленные по радиус-вектору k, вдоль орбиты I, по

бинормали m, как показано на рис. 4) и временного

обеспечения НИСЗ.

Можно показать, что если ШВ сверяются по разным созвездиям и погрешности

измерений на j-м пункте не коррелированы с погрешностями измерений g-го

пункта (независимая сверка), то [pic] равна сумме дисперсий определения

поправок на каждом из пунктов. Если же измерение на пунктах производится

одновременно и по одному и тому же созвездию, то часть погрешностей взаимно

компенсируется подобно тому, как это имеет место при работе по РНС в

дифференциальном режиме .

Диапазоны изменения геометрических факторов при относительной сверке ШВ

двух пунктов, разнесенных примерно на 2600 км, по данным ССРНС «Навстар»

представлены в табл. 2.

[pic]

Рисунок 4 Геометрия сверки ШВ по одному НИСЗ

Таблица 2. Диапазоны изменения геометрических факторов

|Геометрические |Априорная информация |

|факторы |при известных координатах|при неизвестных |

| |пунктов |координатах пунктов |

|Г(0 |0,5...0,7 |1,5...3,7 |

|Г(1 |0 |0 |

|Г( |(2 |(2 |

|Г0 |0,13...0,20 |0,5...1,3 |

|Г1 |0,11...0,33 |0,4...1,3 |

Анализ приведенных в таблице результатов показывает, что значения

геометрических факторов Г(0, Г0, Г1 при сверке ШВ пунктов с известными

координатами в 3...5 раз меньше, чем при сверке ШВ пунктов с неизвестными

координатами. Коэффициент корреляции погрешностей знания векторов состояния

НИСЗ практически не сказывается на точности относительной сверки ШВ

пунктов. Выигрыш в точности зависит от соотношения систематических и

независимых составляющих погрешности временных определений.

Отличительной особенностью сверки ШВ пунктов с известными координатами

является возможность работы лишь по одному НИСЗ. Выражение для [pic] при

этом существенно упрощается.

Если ось ОХ геоцентрической системы координат развернуть так, чтобы она

проходила через НИСЗ, а ось ОУ совпадала с плоскостью орбит, то при n = 1

примет вид

[pic] (1.9)

где

cos (, cos (, cos ( - направляющие косинусы координатных углов с пункта

на НИСЗ.

Вклад отдельных составляющих погрешностей эфемерид в погрешность сверки

ШВ пунктов зависит от взаимного расположения НИСЗ и синхронизируемых

пунктов. Если НИСЗ равноудален от пунктов (симметричное расположение

пунктов), то погрешность эфемеридного обеспечения по высоте не влияет на

точность сверки. Аналогично при симметричном расположении пунктов

относительно плоскости орбиты компенсируется составляющая погрешности

эфемерид вдоль орбиты, а при симметричном расположении пунктов по одну

сторону от орбиты компенсируется бинормальная составляющая погрешностей

эфемерид. Таким образом, за счет правильного (симметричного) выбора НИСЗ

при относительном способе сверки ШВ можно компенсировать две составляющие

эфемеридной погрешности, включая высотную.

1.7. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ СВЕРКИ ШВ ПУНКТА С ИЗВЕСТНЫМИ КООРДИНАТАМИ ПО

ДАННЫМ ПСЕВДОДАЛЬНОМЕРНЫХ И РАДИАЛЬНЫХ ПСЕВДОСКОРОСТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Сверка ШВ по данным ССРНС сводится к оценке расхождений ШВ и частот

хранителей времени пункта и НИСЗ по результатам псевдодальномерных и

псевдодальномерно-псевдодоплеровских (радиальных псевдоскоростных)

измерений. Временную задачу можно решать по выборке либо фиксированного,

либо нарастающего объема измерений. Рассмотрим влияние лишь случайных

погрешностей измерителя РНП на точность временных определений,

характеризующих потенциальную точность сверки ШВ пункта с известными

координатами.

Характер случайных погрешностей измерения РНП зависит от построения

аппаратуры, и в частности от числа каналов измерителя. Если число каналов

равно числу НИСЗ, используемых для решения временной задачи, и в каждом

канале ведется непрерывное слежение за сигналами одного НИСЗ, то

погрешности двух результатов соседних измерении значении доплеровскои

частоты коррелированы с коэффициентом корреляции, равным -0,5. Однако если

измерение РНП для компенсации влияния ионосферы производится на двух

частотах путем периодического переключения каналов с несущей частоты f1 на

частоту f2, то даже в многоканальной аппаратуре погрешности доплеровских

измерений становятся некоррелированными.

Для решения временной задачи по нескольким НИСЗ можно использовать и

одноканальную аппаратуру; при этом радионавигационные сигналы различных КА

обрабатываются последовательно во времени и погрешности доплеровских

измерений оказываются также некоррелированными.

Так как дальномерные и доплеровские измерения независимые, то выражение

для корреляционной матрицы погрешностей частотно-временных определений,

обусловленной погрешностями дальномерно-доплеровских измерений, можно

представить в виде:

[pic] (1.10)

где Сr Сr: - матрицы соответственно дальномерных и доплеровских

наблюдений размерностью [n x 2],

Wr, Wr - корреляционные матрицы погрешностей дальномерных и

доплеровских измерений размерностью [n x n].

Пусть для простоты оценка производится для середины интервала наблюдения,

тогда для линейной модели ухода шкалывремени матрицы:

[pic] (1.11)

[pic]

После подстановки получаем:

[pic]

где:

[pic]

при некоррелированных

доплеровских измерениях,

при коэффициенте кор-

реляции соседних допле-

ровских измерений - 0,5;

[pic] (1.12)

где:

(r , (r – среднеквадратические погрешности измерений дальности и скорости

изменения дальности.

Полученные соотношения позволяют достаточно просто оценить точность

определения частотно-временных поправок к ШВ пункта при обработке данных

ССРНС. Наиболее высокая точность сверки ШВ пунктов достигается при

совместной обработке дальномерных и доплеровских коррелированных измерений,

выигрыш зависит от соотношения величин (r (t и (r и интервала наблюдения.

Для ССРНС «Навстар» при шаге измерений 1с для достижения точности сверки ШВ

около 1 нc требуется продолжительность сеанса не менее 20с при работе по

коду Р (шумовые погрешности (r = 1 м, (r =0,(05 м/с) и не менее 15 мин при

работе по коду С/А ((r = 10 м, ((r = 0.1 м/с). Реальная же точность сверки

ШВ может достичь 25...50 нс.

1.8. СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ СЕТИ НИСЗ НА ОСНОВЕ ВЗАИМНЫХ ВРЕМЕННЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ

Основным источником погрешностей навигационно-временных определений по

данным ССРНС являются погрешности частотно-временного и эфемеридного

обеспечения НИСЗ. В настоящее время в ССРНС «Глонасс» и «Навстар» требуемые

точностные характеристики обеспечивает КИК, который на основании измерении,

проводимых наземнои аппаратурой, решает задачу определения и

прогнозирования на заданный интервал времени эфемерид НИСЗ и частотно-

временных поправок к его БХВ. Полученные значения параметров закладываются

на борт НИСЗ и передаются П в составе СИ.

Точность определения параметров НИСЗ таким неавтономным способом

зависит от точностных характеристик наземных измерителей РНП, от точностных

характеристик бортового и наземного ХВ и от степени соответствия моделей,

используемых для прогнозирования движения НИСЗ и ухода шкалы БХВ, реальным

процессам. Такой способ формирования эфемеридной и временной информации

позволяет обеспечить высокие точностные характеристики системы за счет

статистической обработки большого объема информации и использования сложных

математических моделей и алгоритмов прогнозирования состояния НИСЗ,

ориентированных на универсальные ЭВМ. Однако при данном способе решения

задачи погрешность синхронизации БХВ НИСЗ является функцией времени и

именно эта величина в первую очередь определяет время автономной работы

системы, т. е. Интервал времени, в течение которого характеристики системы

поддерживаются точными без помощи КИК.

Повышение точности частотно-временного и эфемеридного обеспечения НИСЗ и

увеличение интервала автономного функционирования системы весьма актуальны.

Один из возможных способов автономного решения этой задачи основывается на

использовании текущей информации, полученной путем взаимных измерений НИСЗ-

НИСЗ.

Суть метода заключается в следующем. Каждый НИСЗ в течение отведенного

интервала времени излучает измерительный сигнал, который остальные НИСЗ

созвездия (находящиеся в зоне радиовиди мости излучающего НИСЗ) используют

для измерения квазидальности до них. Измеряемый каждым НИСЗ параметр

включает разность показаний БХВ спутников и время распространения сигналов

между ними. Каждый НИСЗ за достаточно короткий интервал времени, кроме

передачи измерительного сигнала, осуществляет также прием результатов

квазидальномерных измерений, проводимых другими НИСЗ. Полученные данные

позволяют определить уходы ШВ НИСЗ относительно собственной шкалы.

Рассмотрим два НИСЗ, проводящие взаимные временные определения. Обозначим

(ji результат измерения квазидальности, полученный i-м НИСЗ по сигналу j-го

спутника. Тогда в результате обмена информацией имеем:

[pic] [pic]

где: rij , rji - расстояние между НИСЗ в момент измерения

квазидальности соответственно i-м и j-м НИСЗ,

( tij- уход ШВ i-го НИСЗ относительно шкалы j-го спутника;

с - скорость света.

Если цикл взаимных измерений достаточно короткий, то [pic] и [pic]

Вычитая (ji из (ij, получаем:

[pic] (1.14)

Таким образом каждый НИСЗ после выполнения аналогичных операций

определяет уход собственной шкалы относительно шкалы другого НИСЗ. Взаимные

измерения могут проводиться либо всеми НИСЗ по одному «ведущему» спутнику,

либо между всеми спутниками созвездия взаимно. В первом случае все НИСЗ

определяют уход собственной шкалы относительно ШВ «ведущего» КА, и тогда

эта ШВ может быть принята за системную, во втором - каждый НИСЗ определяет

уход своей шкалы путем усреднения результатов, полученных по взаимным

измерениям до всех остальных спутников созвездия, и на этой основе

корректирует свою ШВ, так что разброс ШВ всех НИСЗ оказывается минимальным.

Полученную в результате взаимного обмена информацию можно использовать и

для определения расстояний между спутниками

[pic] (1.15)

Найденные значения дальностей позволяют уточнить эфемериды НИСЗ. С

помощью такого метода эфемеридно-временного обеспечения НИСЗ можно не

только увеличить время автономной работы системы, но и повысить точностные

характеристики системы.

При таком методе синхронизации временных шкал сети НИСЗ для организации

взаимных измерений и обмена результатами измерений необходимо установить на

борту НИСЗ соответствующие радиотехнические средства и дополнительно

использовать не менее 1% вычислительных ресурсов бортовой ЭВМ. Основным

недостатком данного метода является возможность ухудшения точности

эфемеридно-временного обеспечения НИСЗ системы при нарушении

функционирования одного из НИСЗ.

Сочетание неавтономного и автономного методов синхронизации ШВ позволит

устранить недостатки, присущие каждому из них в отдельности.

1.9. СПОСОБЫ УЧЁТА В НАВИГАЦИОННОМ СЕАНСЕ СМЕЩЕНИЙ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ НИСЗ

В СРНС, управляемых с ограниченной территории, коррекция временных шкал

путем непосредственного изменения (сведения) фаз генераторов НИСЗ может

производиться лишь периодически.В интервалах времени между сведениями БХВ

работают автономно, что приводит к снижению точности синхронизации из-за

погрешностей сведения и хранения шкал. Погрешности хранения шкал времени

определяются главным образом нестабильностью генератора БХВ и

релятивистскими эффектами. Точность синхронизации можно повысить

алгоритмическим способом путем учета систематических смещений шкал времени.

При алгоритмической коррекции на время автономной работы БХВ задается

модель ухода его шкалы, параметры модели определяются в пункте сверки и

передаются потребителю вместе с эфемеридной информацией.

Нестабильность генератора вносит в измерения погрешности как случайного,

так и систематического характера. Вид и размер возмущений определяются

физическими принципами построения и конструктивными особенностями

генератора. Так, возмущения частоты цезиевого стандарта представляют собой

бодай шум; частоты кварцевых и рубидиевых стандартов кроме случайных

возмущений имеют и систематические дрейфы. При разработке алгоритма ввода

поправок систематические дрейфы могут аппроксимироваться, например,

полиномиальными функциями времени; степень полинома определяется интервалом

аппроксимации и требуемой точностью представления. Если модель ухода

достаточно хорошо описывает реальные процессы, то после учета смещений

временной шкалы НИСЗ путем ввода поправок остаточная погрешность

синхронизации БХВ определяется двумя факторами: погрешностью знания

параметров модели и случайными, непрогнозируемыми возмущениями. Так,

математическая модель ухода шкалы БХВ, использующего цезиевый стандарт

частоты, может быть представлена на интервале времени менее одних суток в

виде

[pic] (1.16)

где:

[pic]; [pic]; [pic]

( tr(t), ( fr(t) - смещение шкалы времени и частоты БХВ;

N0 /2 -спектральная плотность эквивалентного белого шума;

((t) - белый шум с единичной спектральной плотностью.

Поправка на смещение цезиевого БХВ рассчитывается при этом в соответствии

с выражением [pic], где [pic],.[pic] Погрешность вычисления поправки

[pic]оценивается по формуле

[pic] (1.17)

где:

( a0r(t0), ( a1r(t0), r – корреляции погрешностей знания

коэффициентов a0r, a1r на момент времени t0.

Слагаемое (N0/2)(t-t0) характеризует влияние случайных возмущений частоты

генератора на погрешность синхронизации БХВ. Для других типов хранителей

модель ухода шкалы времени может представляться полиномом более высокой

степени, например второй.

Релятивистские эффекты приводят к дополнительному смещению шкалы БХВ за

счет изменения гравитационного потенциала и переменной скорости полета

НИСЗ. Смещение, обусловленное этими явлениями, определяется выражением.

[pic] (1.18)

где:

k = – 4,443 x 10–10 с(м–1/2;

е - эксцентриситет;

Е(t) - эксцентрическая аномалия;

аэ - полуось орбиты.

Для упрощения алгоритма П временную поправку ( tp(t) можно представить,

как и поправку на дрейф ( tr(t), в виде полинома. Это позволяет

использовать обобщенную полиномиальную модель ухода шкалы времени,

учитывающую как дрейф ( tr(t) БХВ, так и релятивистское смещение.

Для орбит с эксцентриситетом менее 0,3 уравнение аппроксимируется

выражением

[pic] (1.19)

где: a0p = 6,869 x 10–8 sin E(t0), a1p = 1,002 x 10–10 cos E(t0),

a2p = – 7,307 x 10–16 sin E(t0).

Ограничившись полиномом 2-й степени, можно вычислить поправку ( tp(t) с

погрешностью не более 1 нc на интервале времени 0,65 ч.

Рассмотренный способ учета смещения шкалы БХВ НИСЗ используется в сетевой

СРНС «Навстар», где модель ухода шкалы времени НИСЗ описывается полиномом 2-

й степени с помощью трех коэффициентов a0, а1, а2 и времени t0, на которое

вычислены коэффициенты.

Скорректированное значение времени t = tS – ( t, где ( t = a0 + a1(tS –

t0) +

a2(tS – t0)2, tS -время, передаваемое НИСЗ.

Для (t – t0) ( 1ч такая аппроксимация обеспечивает коррекцию смещения

шкалы времени из-за нестабильности БХВ и релятивистских эффектов с

погрешностью не более 1 нc.

Параметры ухода шкалы БХВ передаются на спутник ежесуточно в виде 24

комплектов данных, каждый комплект используется для учёта смещений на

интервале времени 1 ч.

1.10. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ТИПОВОЙ АП ССРНС

1.10.1. Состав АП потребителя

Аппаратура потребителей (АП) предназначена для определения

пространственных координат и параметров движения объекта навигации по

результатам измерений при использовании информации, содержащейся в кадре

принимаемых от НИСЗ радиосигналов. При этом под параметрами движения

понимаются три составляющие вектора скорости в частном случае составляющие

вектора ускорения, а также производные от них параметры, нужные для

управления движением объектов. С учетом специфики функционирования

спутниковых радионавигационных систем к определяемым АП параметрам относят

также поправки к шкалам времени и частоты местного собственного хранителя

времени и опорного генератора.

Для решения своей основной задачи АП принимает излучаемые каждым НИСЗ

радиосигналы, производит синхронизацию по всем компонентам модуляции

радиосигналов, измеряет радионавигационные параметры этих радиосигналов,

выделяет навигационное сообщение от каждого из НИСЗ и обрабатывает

полученную информацию, преобразуя ее в оценки координат и параметров

движения. Весь этот процесс называют навигационно-временным определением

(НВО).

Для гражданской АП (морских, воздушных, наземных и космических) НВО

предназначено для безопасного и наивыгоднейшего вождения объектов, а для

военной АП - для обеспечения выполнения боевых задач.

Следует отметить, что высокая точность НВО, обеспечиваемая сетевыми

СРНС, значительно расширила круг потенциальных потребителей спутниковых

навигационных систем. Аппаратуру потребителей начинают широко использовать

для точной топогеодезической привязки объектов, для синхронизации шкал

времени (ШВ) хранителей времени, для сверки частоты опорных генераторов и

эталонов частоты и для решения иных задач.

В состав обобщенной структурной схемы АП входит антенна, СВЧ усилитель

и преобразователь радиосигналов, аналого-цифровой процессор первичной

обработки принимаемых сигналов (с блоками поиска, слежения, навигационных

измерений и выделения навигационных сообщений), навигационный процессор,

интерфейс или блок обмена информацией, опорный генератор (ОГ) и синтезатор

частот, источник питания, пульт управления и индикации, блок управления

антенной. Штриховыми линиями выделены блоки, наличие (которых в составе АП

не является безусловным, а определяется спецификой ее применения. Так как

АП может быть полностью автоматизирована и не нуждается в пульте

управления, то наличие пульта управления и индикации относится к тем

случаям, когда потребителем выходной информации является непосредственно

оператор, как, например, а ранцевом варианте АП. Блок управления антенной

используется в тех комплектациях АП, в которых антенна для удовлетворения

высоким требованиям помехоустойчивости обладает пространственной селекцией

и требует управления. Этот блок позволяет управлять диаграммой

направленности антенны, формируя, например, «провалы» диаграммы в

направлении на источники помех.

1.10.2. Задачи решаемые блоками АП

Рассмотрим кратко основные задачи, решаемые функциональными блоками АП.

Антенна улавливает электромагнитные колебания, излучаемые НИСЗ, и

направляет их на вход СВЧ усилителя и преобразователя. В зависимости от

структуры ССРНС, частотного диапазона, назначения АП и вида потребителя, на

котором она устанавливается, могут применяться антенны с различными

диаграммами направленности - от слабонаправленной с неизменяемой (или

изменяемой) конфигурацией направленности до узконаправленной с шириной

лучей в единицы градусов и изменяемым в пространстве направлением. Если

использование фазированных антенных решеток (ФАР) для слабонаправленных

антенн с изменяемой конфигурацией диаграммы направленности в настоящее

время до- ведено до опытных образцов в АП системы «Навстар», то применение

ФАР для антенн с узкими управляемыми лучами встретило ряд технических

трудностей, которые в настоящее время еще не преодолены.

Поскольку в ССРНС «Глонасс» и «Навстар» используются так называемые

«энергетически скрытые» сигналы (т. е. сигналы с очень малым уровнем

мощности излучения), радиочастотные усилители АП должны обладать очень

высокой чувствительностью. Достаточно сказать, что шумовая температура

современных входных радио усилителей АП диапазона 1,6 ГГц приближается к

300 К. Как правило, радиочастотный преобразователь АП имеет две-три ступени

преобразования частоты с усилением до 120...140 дБ, причем в большинстве

типов АП независимо от числа ее каналов первый преобразователь частоты

всегда один. Число преобразователей второй и третьей ступени зависит от

числа каналов АП и ее конкретного схемотехнического решения.

Аналого-цифровой процессор первичной обработки решает задачи: поиска

фаз (т. е. задержек) манипулирующих псевдослучайных последовательностей

(ДСП), слежения за задержкой ПСП; слежения за фазой и частотой несущих

принимаемых радиосигналов; выделения навигационных сообщений. Число каналов

поиска, слежения и выделения сообщений равно числу каналов АП.

Большие научно-технические достижения в области создания

микропроцессоров, БИС памяти и сверхбольших интегральных микросхем на

базовых матричных кристаллах позволяют в настоящее время решать эти задачи,

широко используя цифровые методы обработки радиосигналов, в

специализированных встраиваемых в АП цифровых процессорах.

К задачам, решаемым навигационным процессором, относятся: выбор

рабочего созвездия НИСЗ из числа видимых, расчет данных целеуказания по

частоте несущей и задержке манипулирующей ДСП; декодирование навигационных

сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации; сглаживание или

фильтрация измеряемых навигационных параметров; решение навигационно-

временной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта;

фильтрация координат; комплексирование с данными автономных навигационных

систем объекта; организация обмена информацией как внутри АП, так и с

другими системами объекта; контроль работоспособности блоков и АП в целом.

Следует отметить, что в зависимости от типа АП навигационный процессор,

реализуемый на микропроцессорах и микро- ЭВМ, может быть построен как по

однопроцессорной, так и по многопроцессорной структуре и выполнять также

часть задач первичной обработки.

Кроме перечисленных задач, решение которых обеспечивает основную

функцию АП, на навигационный процессор может быть возложено выполнение и

ряда сервисных задач потреби- теля, таких как расчет отклонения от

траектории заданного движения, выработка информации о прохождении

поворотных пунктов маршрута (ППМ), решение прямой и обратной геодезических

задач, преобразование координат из одной системы координат в другую.

Организацию последовательности вычислений и обмен информацией между

функциональными блоками АП выполняют управляющие программы-диспетчеры,

построенные с использованием иерархии сигналов прерываний, вырабатываемых в

АП. При разработке этих программ, как и всего математического обеспечения в

целом, учитываются требования к точности и надежности навигационно-

временных определений, а также возможности используемых вычислительных

средств.

Для выбора рабочего созвездия НИСЗ и расчёта априорных данных о

навигационных параметрах, вводимых в устройства поиска и слежения,

необходимо располагать текущими или априорными значениями параметров

движения объекта, текущим временем и данными о параметрах движения НИСЗ.

Последние представляют собой содержание альманаха. Данные альманаха

извлекаются из репрограммируемой памяти навигационного процессора, где они

хранятся после первоначального ввода вручную оператором с пульта управления

и индикации. Другой путь ввода данных альманаха состоит в приеме альманаха

первоначально от какого-либо первого НИСЗ, сигнал которого находится

вслепую без целеуказаний. В этом случае на поиск сигнала первого НИСЗ и на

прием альманаха могут потребоваться десятки минут. Имеющийся в АП альманах

обновляется автоматически при приеме сигналов по достижении им

определенного «возраста», порядка нескольких дней, но, как правило, не

более одного месяца.

Априорные данные о координатах объекта и текущем времени вводятся либо

оператором с пульта управления и индикации, либо автоматически от

автономных средств навигации объекта. Причем применение в АП гостированных

каналов цифрового обмена позволяет использовать данные практически от всей

номенклатуры автономных средств, устанавливаемых в настоящее время на

подвижных объектах, включая инерциальные навигационные системы, измерители

скорости, датчики крена, барометрические высотомеры, системы воздушных

сигналов, датчики пройденного пути, лаги и т. п.

Важными элементами АП являются опорный генератор и синтезатор частот, к

которым предъявляются достаточно высокие требования стабильности частоты

(10-7 долговременная и 10-10...10-11 кратковременная) и чистоты спектров

синтезируемых сигналов.

2. Выбор и обоснование принятого варианта устройства коррекции шкал времени

удалённых пунктов

2.1. Выбор и обоснование метода сверки и коррекции шкал времени

В предыдущей главе было описано несколько методов решения задачи сверки

и коррекции шкал времени удалённых пунктов. Задачей данного дипломного

проекта является создание устройства коррекции ШВ по сигналам СРНС

“Глонасс” на основе выбранного метода.

Наиболее подходящим для решения поставленной задачи яляется способ

синхронизации который заключается в независимой работе синхронизируемых

пунктов по НИСЗ ССРНС. При этом каждый из синхронизируемых пунктов

независимо сверяет свою ШВ С ШВ сети НИСЗ определяет поправку и

корректирует свою ШВ на размер этой поправки. Очевидно что, после

проведения сеансов сверки в пунктах ШВ каждого из них оказываются

привязанными к шкале времени НИСЗ. Типичным примером подобного способа

синхронизации сети пунктов является использование для этого аппаратуры

потребителей ССРНС.

При необходимости сеть удалённых пунктов можно легко привязать к другим

ШВ (СЕВ, UTC) т. к. расхождение между ними и системной шкалой времени

«Глонасс» известны заранее и передаются в кадре навигационного сигнала.

По результатам сверки можно установить закономерность ухода шкалы времени

БХВ и прогнозировать его на определенные интервалы времени.

Коррекция может выражаться в совмещении временных интервалов бортовой и

наземной шкал. Такая операция носит название фазирования ЭЧ.

Управление наземной шкалой времени синхронизируемого пункта при

фазировании осуществляется двумя способами: установкой в нулевое состояние

блока делителей и сдвигом шкалы времени на значение, необходимое для

совмещения с бортовой шкалой.

В первом случае шкала времени БХВ устанавливается в нулевое состояние

независимо от того, какое значение времени было до фазирования. Обычно

шкала переводится в нулевое состояние после включения резервных блоков ЭЧ

или грубых сбоев в отсчете времени.

При фазировании сдвигом шкалы бортового времени команда изменяет

коэффициент деления в блоке делителей ЭЧ.

Страницы: 1, 2, 3, 4