Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Разностно-дальномерные радионавигационные системы (РДС).






Область применения и принципы построения. Для определения местоположения ЛА при комплексной обработке навигационной информации широко используются измерения получаемые с помощью разностно-дальномерных (гиперболических) радионавигационных систем.

Определение местоположения ЛА с помощью РДС основано на измерении относительного запаздывания радиосигналов, излучаемых наземными радиостанциями с известными координатами. В зависимости от типа применяемых радиосигналов информация об их относительном запаздывании может содержаться в фазовых, временных или частотных соотношениях.

 

В соответствии с этим различают следующие типы РДС:

· фазовые РДС

· импульсные (временные)

· импульсно-фазовые РДС

 

Достоинства РДС:

· высокая точность определения местоположения объектов, не зависящая от длительности полета;

· большая дальность действия;

· большая пропускная способность, то есть способность РДС обслуживать одновременно или в единицу времени большое число число объектов

· скрытность определения навигационных параметров ввиду отсутствия на борту передающего устройства;

 

Недостатки РДС:

· зависимость точности определения координат от условий распространения радиоволн (температура, давление, влажность воздуха, состояние ионосферы)

· низкая помехозащищенность, то есть снижение точности определения местоположения ЛА на фоне радиопомех.

 

РДС определяют навигационный параметр DD=DA-DB представляющий собой разность расстояний от ЛА до наземных станций РДС, расположенных в точках A, B. Линия положения DD=const при таком способе определения местоположения ЛА представляет собой гиперболу.

 

 


Действительно запишем уравнение для определения разности дальностей от ЛА до наземных станций:

DD= {(x+d/2)2+y2}1/2 - {(x-d/2)2+y2}1/2

приведенное выражение есть ни что иное как уравнение гиперболы в прямоугольной системе координат OXY. Очевидно, что использование только двух наземных станций в составе РДС не позволяет однозначно определить местоположение ЛА, в результате измерения разности дальностей до каждой из этих станций, так как это приводит к одному уравнению с двумя неизвестными.

 

Поэтому при использовании РДС местоположение ЛА определяется как точка пересечения двух гипербол, образованных парой наземных станций, работающих в согласованных режимах излучения радиосигналов по времени и по частоте.

 

Для этого на борту ЛА устанавливается приемоиндикатор, с помощью которого осуществляется прием и обработка радиосигналов наземных станций РДС, расположенных в точках А, В, С. При этом одна из наземных станций является ведущей, а две другие ведомые. В общем случае наземные станции могут образовывать цепочки, включающие до восьми наземных станций. Ведущая станция синхронизирует работу ведомых станций, обеспечивая согласованные режимы излучения по времени и по частоте. Применительно к РДС, включающей три наземных станций схема определения местоположения ЛА выглядит следующим образом.


DA , DB, DC - наклонные дальности от ЛА до соответствующих наземных станций РДС.

 

По сигналам наземных станций на борту ЛА с помощью бортового приемоиндикатора измеряется интервал времени Dt между моментами прихода радиоимпульсов (импульсные РДС) или разность фаз Dj электромагнитных колебаний (фазовые РДС) для каждой пары станций. Значения навигационных параметров Dt, Dj пропорциональны разностям наклонных дальностей:

DtAB ~DA-DB ; DtAC ~DA-DC

DjAB ~DA-DB; DjAB ~DA-DB

В импульсно-фазовых РДС для определения относительного запаздывания радиосигналов используется одновременное измерений разностей Dt, Dj.

 

Рассмотрим очень коротко принципы измерения разности расстояний для каждого из упомянутых типов РДС.

 

В случае фазовых РДС в бортовом приемоиндикаторе измеряются разности фаз сигналов от ведущей (А) и ведомой (В станции). При этом сигнал от ведущей станции имеет вид:

SA(t)=AAcos(w0(t-DA/c)-j0A)

Cигнал от ведомой станции:

SB(t)=ABcos(w0(t--dB/c - DB/c)-j0B)

Для измерения разности фаз в бортовом приемоиндикаторе используются фазометры. Фазометры могут измерять разность фаз как на несущей частоте w0, так и на некоторой частоте сравнения. При измерениях на несущей частоте разность фаз DjАB сигналов SА(t), SB(t):

DjАB = w0(t-DA/c)-j0A - w0(t--dB/c - DB/c)+j0B =

w0 /с(-DA+dB+DB) + (j0B -j0A )

DB-DA = (DjАB -(j0B -j0A ))с/w0 - dB

В импульсных РДС разность расстояний DB-DA связана с навигационным параметром Dt соотношением:

DD=DB-DA = сDt

 

Однозначность между DD, Dt достигается за счет согласованности режимов излучения радиоимпульсов ведомой станции по отношению к ведущей. Ведущая станция излучает радиоимпульсы. Радиоимпульсы ведомой станции синхронизируются сигналами ведущей станции. Она излучает радиоимпульсы такой же формы, как и ведущая станция, но с некоторой задержкой . Введение задержки позволяет обеспечить временное разделение сигналов ведущей и ведомой станции. На бору ЛА измеряется временной интервал:

DtАВ = dB/c+ Tз + (DB-DA)/ с

 

Измерение с одновременной компенсацией на борту ЛА известного времени запаздывания dB/c+ Tз позворляет определить искомую разность расстояний DB-DA.

 

В импульсно-фазовых РДС одновременно используются временной и фазовый метод определения разности расстояний. При этом ведущая и ведомая станции излучают периодические когерентные импульсные сигналы. Синхронизация сигналов ведомых станций как по моментам излучений, так и по фазе осуществляется по сигналам ведущей станции. В бортовом приемоиндикаторе по огибающим принятых радиоимпульсов осуществляется грубые измерения временного интервала DtАВ, а по разности фаз высокочастотного заполнения этих импульсов выполняется уточнение временного интервала DtАВ = DjАB /w0. Измеренное временное запаздывание в последующем используется для определения разности дальностей, подобно тому, как это делается в импульсных РДС:

DtАВ = (DB-DA)/ с

 

В импульсно-фазовых РДС все наземные станции работают на одной частоте. Сигналы станций отличаются периодами повторения пачек когерентных радиоимпульсов. Как правило ведомые станции излучают пачки из восьми, а ведущая станция из девяти и более радиоимпульсов. Девятый импульс излучается для опознавания ведущей станции. Периоды повторения пачек радиоимпульсов выбираются из условия приема ведущей и ведомых станций без их перекрывания между собой.

 

Сигнал, излучаемый импульсно-фазовой РДС (например, ведущей станцией) описывается выражением:

N

S(t)=å Ai (t-qki)cos(w0(t-qki)- j ki)

i=1

Ai (t)- амплитуда i-го радиоимпульса; k- номер пачки i - номер радиоимпульса в пачке; N- число импульсов в пачке; qki - момент излучения i-го импульса k-й пачки. j ki -фаза i-го импульса k-й пачки, принимающая два дискретных значения 0 или p

 

Полезный сигнал на входе бортового приемоиндикатора, позволяющий определять навигационный параметр DtАВ = (DB-DA)/с представляет собой сумму сигналов ведущей и ведомой наземных станций:

S(t)= S1(t)+ S2(t)+n(t)

N

S1(t)=å Ai (t-qki -tAk)cos(w0(t-qki-tAk)- j k1)

i=1

N

S(t)=å Ai (t-qki-tB -t B k)cos(w0(t-qki-tB -t B k)- j k2)

i=1

 

Принимаемый сигнал искажен как аддитивной n(t) так и не аддитивными помехами. Аддитивная помеха представляет собой гауссовский случайный процесс с нулевым математическим ожиданием и единичной интенсивностью. К неаддитивным помехам относятся случайные колебания фазы сигналов j k1, j k2 которые вызваны нестабильностью частоты задающего генератора, влиянием эффекта Доплера, условиями распространения радиоволн. Эти ошибки измерения полезного сигнала описываются стохастическим дифференциальным уравнением.

 

Погрешности определения местоположения ЛА с помощью РДС.

1. Методические ошибки. Методические погрешности связаны со случайным характером принимаемого на ЛА радиосигнала из-за прохождения его через атмосферу, нарушения условий оптимальности алгоритмов обработки радиосигналов, влияния шумов. Методические ошибки описываются в виде двух составляющих: 1) ошибки из-за смещения средней оценки измерения местоположения; 2) флуктуационные ошибки измерения.

2. Динамические ошибки. Обусловлены главным образом маневрированием ЛА в процессе измерений.

3. Инструментальные ошибки. Подобные ошибки являются следствием схемных конструктивных и технологических недостатков радиоустройств, погрешностей калибровок аппаратуры

4. Ошибки априорной информации. Подобные ошибки связаны с необходимостью привлечения большого объема априорных данных, используемых для обработки измерений РДС. К таким априорным данным относятся, таблицы проводимости почв, результаты зондирования ионосферы,

Особенностью РДС является сильное влияние на точность определения местоположения ЛА факторов, связанных с геофизическими процессами, происходящими на земле и в ионосфере. Каковы эти факторы. Основным из них является радиоканал между передающими станциями и бортовым приемоиндикатором. Одним из источником искажения радиосигнала в радиоканале является интерференция радиоволн в точке приема, связанная с отражением радиосигнала от поверхности земли и различных слоев ионосферы.

 

Основным фактором, влияющим на точность определения местоположения ЛА при использовании РДС является точность измерения разности расстояний до наземных станций.

 


Действительно измерение местоположения ЛА строится на определении координат точки пересечения двух или более гипербол. Ошибки измерения разности расстояний приводит к линейному смещению гипербол. В свою очередь смещение гипербол ведет к ошибкам оценки координат местоположения ЛА. Линейное смещение гиперболы Dl, вызванное погрешностью измерения дальностей DD выражается зависимостью:

Dl=DD/2siny/2

то есть линейное смещение гиперболы, а следовательно ошибки определения координат местоположения ЛА тем меньше, чем меньше погрешность измерения дальности и угол y/2®p.2.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.