Презентация Использование эффекта Доплера в радиолокации онлайн

Содержание слайда: Использование эффекта Доплера в радиолокации Эффект Доплера (в радиолокации) – частота принимаемого РЛС отраженного сигнала зависит от радиальной скорости объекта.

Содержание слайда: Как используется эффект Доплера? Как используется эффект Доплера? Для измерения радиальной скорости цели (скорость можно измерить и косвенно: определив две дальности до цели в два момента времени или используя когерентно-импульсную РЛС с фазовым детектором на ПЧ - далее); Для выделения и подавления помех, отраженных неподвижными целями («селекция движущихся целей» – СДЦ); Для создания комплексных навигационных систем – доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС).

Содержание слайда: Когерентно-импульсная РЛС с фазовым детектором на ПЧ

Содержание слайда: «Слепые» скорости «Слепые» скорости Эффект наблюдается в когерентно-импульсной РЛС (отсутствует в случае непрерывных колебаний). На рисунке показаны зондирующие импульсы uз, сформированные из напряжения когерентного гетеродина, и отраженные импульсы uс для случая, когда цель прошла расстояние λ/2 за время равное периоду повторения Tп. Как видно фазовый сдвиг между напряжением когерентного гетеродина и обоими импульсами не изменяется. На выходе фазового детектора получим одинаковые видеоимпульсы, пульсация отсутствует, следовательно цель неподвижна. Слепые скорости:

Содержание слайда: Доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС) (это РНС!) Рассмотрим горизонтальный полет: W – путевая скорость; V – воздушная скорость; U – скорость ветра; φ – угол сноса

Содержание слайда:

Содержание слайда: Ширина спектра сигнала по уровню половинной мощности: Ширина спектра сигнала по уровню половинной мощности:

Содержание слайда:

Содержание слайда: ДИСС-7 ДИСС-7 является доплеровским измерителем путевой скорости и угла сноса с непрерывным излучением сигнала, с несимметричной четырехлучевой антенной системой, устанавливаемый на самолетах третьего поколения. ДИСС-7 предназначен для непрерывного автоматического вычисления составляющих вектора полной путевой скорости, в самолетной системе координат XYZ.  Тактико-технические данные - вид излучения: непрерывный; - частота излучения Fo = 13325 МГц; - мощность передатчика не менее 2 Вт; - диапазон измеряемых доплеровских частот 1,5 ÷ 32 кГц; - частота коммутации лучей антенны 2,5 ± 0,25 Гц; - время непрерывной работы 12 часов; - чувствительность приемника не хуже  минус 113 дБ/мВт; - ошибка измерения средней путевой скорости не более 0,9%; - масса 29 кг; - габаритные размеры 666 х 406 х 231 мм.

Содержание слайда: ДИСС-7

Содержание слайда: Радиовысотомер Использует частотный метод определения дальности. Использует непрерывное излучение. (Почему?) Возможно одновременное измерение скорости доплеровским методом.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Малогабаритный авиационный радиовысотомер А-037

Содержание слайда: Радионавигационные системы Радионавигационный параметр (РНП) – параметр сигнала, несущий информацию о параметре (координате или скорости) объекта. В угломерной РНС (в пеленгаторе) РНП – это угол между направлением на объект и опорным направлением (пеленг). В РНС измерения скорости РНП – это доплеровское смещение частоты принимаемых колебаний относительно частоты опорных колебаний. В дальномерных и разностно-дальномерных системах РНП – это временной, частотный или фазовый сдвиг колебаний принимаемого сигнала относительно опорного, формируемого в системе. Соответственно применяемому РНП различают импульсные, частотные и фазовые системы.

Содержание слайда: Линия (поверхность) положения Линия (поверхность) положения – геометрическое место точек, отвечающих результатам измерения РНП. Ошибку определения линии (поверхности ) положения оценивают отрезком нормали l между линиями (поверхностями ) положения, соответствующими истинному и измеренному значениям РНП. Уравнение РНП р в декартовой системе координат можно записать в виде р = р (х, у) на плоскости и р = р (х, у, z) в пространстве. Эти уравнения соответствуют двумерному и трехмерному скалярным полям параметра р. Рассмотрим плоскую задачу. В пределах рабочих зон РНС функция р (х, у) непрерывна и дифференцируема, поэтому изменение скалярного поля РНП можно описать его градиентом grad р, т. е. вектором, показывающим направление наискорейшего роста параметра р.

Содержание слайда: Если l – единичный вектор, направленный вдоль нормали к линии положения в сторону роста р, то скалярное произведение l grad p = ∂p/∂l. Если l – единичный вектор, направленный вдоль нормали к линии положения в сторону роста р, то скалярное произведение l grad p = ∂p/∂l. Модуль градиента g =|grad p| = | ∂p/∂l | позволяет связать ошибку измерения РНП Δр с погрешностью фиксации линий положения Δl : Δl = Δр /g. Следовательно, точность определения линий положения увеличивается с ростом точности измерения значения РНП и с ростом модуля градиента поля РНП. Если функция р (х, у) задана аналитически, то: х Воспользовавшись приведенными соотношениями, можно оценить ошибку определения линий положения для дальномерного, угломерного и разностно-дальномерного методов местоопределения.

Содержание слайда: Дальномерная РНС В дальномерной РНС измеряется время задержки сигнала τD. Это время связано с РНП D формулой: D = cτD для беззапросного дальномера; D = cτD /2 для дальномера с запросом, активной РЛС с активным или пассивным ответом и радиовысотомера. Линии положения – окружности радиуса D при расположении ответчика в точке О, а объекта с запросчиком – в точке М. D = √ x2+y2, p = τD = 2D/c = (2/c) √ x2+y2 , |grad p| = 2/c и Δl = Δpc/2 σl = σD = c στ / 2

Содержание слайда: Угломерная РНС В угломерной РНС измеряемым РНП является угол α. Пусть этот угол измерен со случайной ошибкой Δα, имеющей нормальное распределение (0, σα), причем Δα << 1. Тогда ошибка определения местоположения характеризуется величиной σl = Dσα

Содержание слайда: Разностно-дальномерная РНС В разностно-дальномерных РНС измеряемым параметром является разность расстояний DA – DB объекта (точка M) от двух передающих станций А и В (ведущей и ведомой) при расстоянии между ними (базе) d. Здесь линия положения – гипербола, а ψ — угол, под которым из точки объекта М видна база.

Содержание слайда: Справка Гипербола – геометрическое место точек P для которых абсолютное значение разности расстояний от P до двух выделенных точек B1 и B2 (называемых фокусами) постоянно.

Содержание слайда: Определение координат объекта позиционным методом Местоположение объекта при позиционным методое – точка пересечения по крайней мере двух линий положения. Ошибка определения линий положения приводит к ошибке нахождения координат объекта. Если объект М находится на значительном расстоянии от наземных станций, то погрешности Δl1 и Δl2 определения линий положения АВ и CD считают малыми по сравнению с расстояниями от объекта до станций, а линии положения АВ' и CD', полученные в результате измерения,– параллельными линиям АВ и CD.

Содержание слайда: Рабочие зоны РНС Рабочая зона (область) РНС – часть пространства (поверхности), в пределах которой обеспечивается нахождение координат объекта с ошибкой, не превышающей максимально допустимую σm. При этом принимаемый сигнал должен превышать пороговое значение Рс мин, соответствующее максимальной дальности действия системы. Таким образом, границы рабочей зоны определяются равенствами D = Dмакс и σr = σr m, где σr – среднеквадратическое значение радиальной погрешности. Обычно границы рабочей зоны РНС рассчитывают из условия заданной точности местоопределения σr ≤ σr m.

Содержание слайда: Рабочие зоны дальномерной РНС Запросчик расположен на борту объекта в точке М и работает с двумя наземными ответчиками в точках А и В на расстоянии d между ними.

Содержание слайда: Рабочие зоны разностно-дальномерной РНС Для определения местоположения объекта М в разностно-дальномерной системе используют по крайней мере две пары станций АВ и АС с пересекающимися под углом αМ линиями положения (гиперболами). Если ошибки измерения времени задержки по первой и второй парам равны соответственно στ1 и στ2 , а базовые углы первой и второй пар − ψ1 и ψ2, то:

Содержание слайда: Примеры простейших угломерных РНС Автоматический радиокомпас Начало работ по созданию автоматических радиокомпасов в СССР относится к 1940 г. Автоматический радиокомпас АРК-5 с внутрифюзеляжной рамкой был разработан в 1944-1946 гг. и получил широкое применение. К 1947 г. он был освоен в производстве и внедрен в эксплуатацию.

Содержание слайда: Автоматический радиокомпас

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Фазовый радиопеленгатор Простейшим и методически важным способом реализации фазового метода радиопеленгации является использование двух вертикальных ненаправленных антенн А и В, разнесенных на расстояние d (база пеленгатора)

Содержание слайда:

Содержание слайда: Фазовые РНС Принцип действия фазовых радионавигационных систем (ФРНС), так же как и импульсных РНС, основан на измерении дальностей или разностей дальностей до нес- нескольких радиомаяков (РМ). Наиболее широкое распространение получили ФРНС без ответчика. Опорные РМ излучают колебания, когерентность которых поддерживается специальной системой синхронизации. На борту потребителя производится прием и идентификация сигналов нескольких РМ. Аналогом времени задержки сигнала является фаза сигнала. Для определения координат потребителя в ФРНС могут быть использованы дальномерные, квазидальномерные и разностно-дальномерные измерения.

Содержание слайда: При дальномерных измерениях бортовая шкала времени совмещена со шкалой времени опорных РМ. На объекте может быть сформирован когерентный опорный сигнал. Результат измерения разности фаз между опорным и принятым от РМ сигналами пересчитывается в дальность до РМ. При дальномерных измерениях бортовая шкала времени совмещена со шкалой времени опорных РМ. На объекте может быть сформирован когерентный опорный сигнал. Результат измерения разности фаз между опорным и принятым от РМ сигналами пересчитывается в дальность до РМ. При квазидальномерных измерениях имеется постоянное, но априори неизвестное расхождение шкал времени, которое измеряется в процессе навигационных определений. Как измеряется? При разностно-дальномерных измерениях расхождение шкал времени также неизменно в течение радионавигационного сеанса и компенсируется в РНП, определяемом как разность фазовых запаздываний сигналов.

Содержание слайда: Принципиальное отличие ФРНС от импульсных РНС заключается в том, что определение дальности или разности дальностей производится на основе измерений фазы принятых сигналов РМ. Принципиальное отличие ФРНС от импульсных РНС заключается в том, что определение дальности или разности дальностей производится на основе измерений фазы принятых сигналов РМ. Показания бортового фазометра Δφф однозначно связаны с оценкой РНП лишь в том случае, когда сдвиг фаз между подаваемыми на него колебаниями Δφ < 2π. При невыполнении этого условия разность фаз Δφ включает неизвестное число n полных фазовых циклов, т. е. представляет собой сумму: Δφ = 2π n + Δφф Дальность до РМ равна D = λ n + λ (Δφф/2π ) Измерение РНП фазовым методом неоднозначно.

Содержание слайда: Одному и тому же значению Δφф отвечает семейство линий положения. Выносится решение о том, что потребитель находится на одной из таких линий положения, но на какой именно - неизвестно. Одному и тому же значению Δφф отвечает семейство линий положения. Выносится решение о том, что потребитель находится на одной из таких линий положения, но на какой именно - неизвестно. Неопределенность выбора истинной линии положения возрастает с повышением частоты сигнального колебания f0, в то время как среднеквадратическая ошибка измерения РНП, обусловленная шумовой помехой уменьшается. Для одновременного удовлетворения требований к точности и однозначности измерений в ФРНС применяют методы устранения многозначности фазового отсчета.

Содержание слайда: Методы устранения многозначности фазового отсчета В простейших ФРНС многозначность фазовых измерений устраняется путем непрерывного подсчета целого числа полных фазовых циклов в показаниях фазометра при перемещении потребителя от точки с известными координатами. Однако этот метод ненадежен, так как даже кратковременный сбой в синхронизаторе бортового измерителя приводит к потере фазовых соотношений. Наибольшее распространение получил многошкальный метод устранения многозначности. Для его реализации нужно, чтобы сигналы излучались на нескольких частотах, находящихся между собой в определенном целочисленном соотношении. Используют также метод устранения многозначности, основанный на привлечении информации о функции, модулирующей несущие колебания по амплитуде. Это может быть гармоническая модулирующая функция или функция в виде видеоимпульса определенной формы. Необходимым условием при этом является поддержание строгого синхронизма между модулирующей функцией и фазой несущего колебания.

Содержание слайда: Многочастотные фазовые РНС Классическим примером многочастотных ФРНС являются СДВ-системы, работающие в диапазоне частот (10…15 кГц), что соответствует длине волны 30…20 км. Можно оценить потенциальную точность … . Если частоту увеличить, то точность станет выше, но возрастает затухание радиоволн при распространении вдоль поверхности Земли. «Омега» — первая глобальная радионавигационная система для воздушных судов, поддерживалась США и ещё 6 другими странами. «Омега» была разработана ВМС США для нужд военной авиации. Разработка началась в 1968 и планировалось глобальное покрытие океанов с помощью 8 передатчиков, с точностью определения местоположения равной 4 милям. Изначально система использовалась атомными бомбардировщиками в приполярных районах. Позже было обнаружено, что она может использоваться и подводными лодками. Выведена из эксплуатации в 1998 г. Для определения РНП используют основную частоту. Реализован многошкальный метод устранения многозначности. Опорные РМ излучают последовательно во времени основную частоту и дополнительные частоты. В рассматриваемых многочастотных ФРНС осуществляют частотно-временное разделение сигналов.

Содержание слайда: Диаграмма излучения сигналов ФРНС «Омега» Наземные опорные РМ синхронизованно излучают импульсные радиосигналы большой длительности (0,9…1,2 с) на частотах 10,2; 13,6; 11,33 кГц. Период излучаемых сигналов 10 с.

Содержание слайда: Устранение многозначности В многочастотных ФРНС отдают предпочтение разностно-дальномерным измерениям, что экономически выгодно, так как не требует размещения на борту потребителя дорогостоящего эталона частоты. Устранение многозначности заключается в установлении целого числа циклов в фазовом сдвиге Δφ, который и определяет оценку РНП.

Содержание слайда: Устранение многозначности Колебания дополнительных частот f1 = 11,33 кГц и f2 = 13,6 кГц позволяют получить биения с колебанием основной частоты f0 = 10,2 кГц. Длина волны примерно 30 км Частоты биений F1 0= f1– f0 = 1,13 кГц и F2 0 = f2– f0 = 3,4 кГц. «Длины волн» соответственно 265 км и 88 км. Колебания частот F1 0 и F2 0 используются для устранения многозначности результатов измерения на частоте f0. Устранение многозначности может быть осуществлено раздельно по линиям положения с помощью многоступенчатого алгоритма [ХХ]. При этом измерения производятся на частотах F1 0 (сверхгрубая шкала – 132 км), F2 0 (грубая шкала – 44 км) и f0 (точная шкала – 14,7 км). Коэффициент сопряжения шкал k = F2 0 / F1 0 = f0 / F1 0 = 3. Последовательное уточнение результатов отсчета РНП от шкалы к шкале позволяет получить однозначный отсчет по точной шкале.

Содержание слайда: Применение многоступенчатого алгоритма дает правильное однозначное решение при условиях: Применение многоступенчатого алгоритма дает правильное однозначное решение при условиях: ошибка сверхгрубой шкалы не выходит за пределы грубой шкалы, ошибка грубой шкалы – за пределы точной шкалы. При действии помех это условие может быть нарушено, что приводит к принятию ошибочного решения. Наибольший вклад в ошибку местоопределения вносит изменчивость фазовой скорости распространения радиоволн на трассе РМ − потребитель. Дополнительный фазовый сдвиг может быть представлен как сумма регулярной и случайной составляющих. Регулярная составляющая фазового сдвига зависит от времени года и суток, типа подстилающей поверхности. Она рассчитывается для различных районов Земного шара и учитывается при измерениях. Случайная составляющая полностью входит в результирующую ошибку местоопределения. Поэтому осуществляются специальные меры (дифференциальный режим, комплексирование).

Содержание слайда: ФРНС «Альфа» (также известная как РСДН-20) – советская система дальней радионавигации, предназначенная для определения координат самолётов, кораблей и подводных лодок (в подводном положении). Дальность действия – 10 тыс. км от ведущей станции. Точность местоопределения 2,5…7 км. Введена в эксплуатацию в 1972 году. ФРНС «Альфа» (также известная как РСДН-20) – советская система дальней радионавигации, предназначенная для определения координат самолётов, кораблей и подводных лодок (в подводном положении). Дальность действия – 10 тыс. км от ведущей станции. Точность местоопределения 2,5…7 км. Введена в эксплуатацию в 1972 году. Система разрабатывалась параллельно и работает по тем же принципам, что и «Omega». Система «Альфа» состоит из 3 передатчиков, которые расположены в районе Новосибирска, Краснодара, Комсомольска-на-Амуре. Эти передатчики излучают последовательности сигналов длительностью 3,6 с на частотах 11,905 кГц, 12,649 кГц и 14,881 кГц. Точность местоопределения  – не хуже 2 миль, однако в высоких широтах и в полярных районах, где могут возникать внезапные фазовые аномалии, точность снижается до 7 миль. Мачты антенн, используемые для системы навигации «Альфа» должно быть очень высоки.

Содержание слайда: Импульсно-фазовые РНС Импульсно-фазовые радионавигационные системы (ИФРНС) длинноволнового диапазона (порядка 100 кГц) обеспечивают дальность действия 1800 … 2000 км. Опорные РМ ИФРНС объединены в группы (цепочки) из 3 - 6 наземных станций. В каждой цепочке одна из станций является ведущей, остальные – ведомыми. Для определения координат потребителей используются, как правило, разностно-дальномерные измерения. Измерение РНП производится импульсно-фазовым методом: грубое измерение разности дальностей основано на оценке интервала времени между огибающими импульсов ведущей и ведомых станций, точное — на оценке разности фаз несущих колебаний тех же импульсов. В ИФРНС сочетаются положительные качества фазовых и импульсных систем – высокая точность и однозначность измерений.

Содержание слайда: Импульсно-фазовые РНС Ведущая станция излучает 8-ми импульсные пачки фазоманипулированных радиоимпульсов. Временной интервал между импульсами пачки равен 1000 мкс. Частота повторения пачек (10 …25 Гц) одинакова для всех станций одной цепочки и отличается от частоты повторения пачек других цепочек, что позволяет в месте приема идентифицировать сигналы различных цепочек. Ведомые станции синхронизируются сигналами ведущей станции и излучают радиоимпульсы такой же формы, но с некоторой фиксированной задержкой во времени.

Содержание слайда: Введение задержки обеспечивает временное разделение сигналов ведущей и ведомых станций. Введение задержки обеспечивает временное разделение сигналов ведущей и ведомых станций. Законы фазовой манипуляции радиоимпульсов ведомых станций и ведущей станции различны, что позволяет идентифицировать сигналы в месте приема. Фазы радиоимпульсов, отмеченных знаками «+» и «–», отличаются друг от друга на 180°. Полный период Тк фазового кода соответствует двум пачкам радиоимпульсов и равен удвоенному периоду повторения Тп 8-ми импульсных пачек.

Содержание слайда: Радиоимпульсы имеют медленно нарастающий фронт длительностью около 80 мкс. Радиоимпульсы имеют медленно нарастающий фронт длительностью около 80 мкс. В место приема наряду с поверхностной приходит еще и пространственная волна, время запаздывания которой зависит от состояния ионосферы и электропроводности подстилающей поверхности на трассе распространения. Поэтому на вход приемника поступает не только поверхностный, но и пространственный сигнал, запаздывающий относительно первого на 35…50 мкс. В режиме точных измерений пространственный сигнал не может использоваться из-за нестабильности его параметров, поэтому измерение РНП производится по свободному от влияния пространственного сигнала участку фронта сигнала поверхностной волны.

Содержание слайда: «Чайка» — ИФ РНС длинноволнового диапазона, предназначенная для определения координат самолётов и кораблей с ошибкой 50...100 м. Система была разработана в 1958 г. по заказу ВВС СССР и является российским аналогом американской системы Loran-C. «Чайка» — ИФ РНС длинноволнового диапазона, предназначенная для определения координат самолётов и кораблей с ошибкой 50...100 м. Система была разработана в 1958 г. по заказу ВВС СССР и является российским аналогом американской системы Loran-C. Существует 5 цепочек «Чайки»: GRI 8000 — Европейская цепь (1969) GRI 7950 — Восточная цепь (1986) GRI 5980 — Российско-Американская цепь в Беринговом море (1995-2010) GRI 5960 — Северная цепь (1996) GRI 4970 — Северозападная цепь

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Спутниковые РНС РМ располагается на ИСЗ ИСЗ – подвижный РМ (недостаток!). Положение РМ при решении радионавигационной задачи должно быть известно, следовательно необходимо обеспечить наличие информации о текущем положении ИСЗ ИСЗ – подвижный РМ (достоинство!). Последовательные положения ИСЗ на орбите можно представить как несколько отдельных РМ. Следовательно, определение местоположения возможно с помощью единственного ИСЗ.

Содержание слайда: Выбор орбиты для ИСЗ при построении СРНС Параметры орбит и виды орбит

Содержание слайда: Выбор орбиты для ИСЗ при построении СРНС Выбор точки запуска При выборе орбиты для СРНС основными параметрами являются высота и наклонение: Высота орбиты определяет радиус зоны видимости (h ↑), время сеанса обсервации (h ↑), ошибку разностно-дальномерного способа определения местоположения (h ↓) Наклонение орбиты определяет границы зоны действия СРНС по широте места

Содержание слайда: СРНС первого поколения В 1957 г. под руководством академика В.А.Котельникова экспериментально подтверждена возможность определения параметров движения ИСЗ по результатам измерений доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого с ИСЗ, в точке приема с известными координатами. Тогда может быть решена и обратная задача – определение координат точки приема по измеренному доплеровскому сдвигу частоты сигнала, излучаемого с ИСЗ, параметры движения которого известны.

Содержание слайда: СРНС первого поколения Следовательно ИСЗ можно использовать в качестве РМ, координаты которого хотя и изменяются, но заранее известны для любого момента времени. Эта идея была реализована в СРНС первого поколения на базе низкоорбитальных ИСЗ. Для навигационных определений достаточно было только одного ИСЗ, оказывающегося в зоне радиовидимости наблюдателя.

Содержание слайда: ИСЗ излучает гармонические колебания частотой f0. ИСЗ излучает гармонические колебания частотой f0. Наблюдатель имеет возможность сравнивать частоту принимаемого от ИСЗ колебания fпр(t) с частотой бортового эталона. Бортовой эталон имеет частоту колебаний f0.

Содержание слайда: Измеряя разность частот fпр(t) – f0 = FД(t) можно построить график функции FД(t). Измеряя разность частот fпр(t) – f0 = FД(t) можно построить график функции FД(t). В момент изменения знака доплеровской частоты t = t0 , наблюдатель может утверждать, что находится в плоскости, нормальной к вектору скорости ИСЗ (на траверзе ИСЗ). Зная координаты ИСЗ в момент времени t0 и направление его движения, можно построить поверхность положения в виде плоскости, а также линию положения на поверхности Земли (линия СП).

Содержание слайда: Для определения местонахождения наблюдателя, можно использовать зависимость крутизны кривой FД(t) в момент t0 (кривые 1, 2 и 3) от расстояния между ИСЗ и точкой приема П. Для определения местонахождения наблюдателя, можно использовать зависимость крутизны кривой FД(t) в момент t0 (кривые 1, 2 и 3) от расстояния между ИСЗ и точкой приема П. Крутизна изменения FД(t) в окрестности точки t0 однозначно связана с наклонной дальностью D(t0). Определив D(t0), строят поверхность положения в виде сферы с центром в точке нахождения ИСЗ в момент t0. Местоположение потребителя соответствует точке пересечения этой сферы с линией положения СП. Рассмотренный метод определения координат называют дифференциальным доплеровским (траверзным).

Содержание слайда: Интегральный доплеровский метод спутниковой радионавигации Точность дифференциального метода определяется точностью измерения мгновенного значения доплеровской частоты, которая может быть ограничена по «геометрическим причинам» и по «энергетическим причинам». Энергетические параметры РНС определяют качество радионавигационных измерений. А в СРНС существуют проблемы с энергетикой радиолинии ИСЗ-потребитель. Помехоустойчивость радионавигационного канала тем выше, чем большая часть энергии излученного сигнала используется для измерения РНП. В связи с этим получил распространение метод радионавигационных измерений, основанный на интегрировании доплеровской частоты.

Содержание слайда: Пусть в точке приема вычисляют интеграл Пусть в точке приема вычисляют интеграл

Содержание слайда: Выводы по СРНС первого поколения Основным условием реализации алгоритмов СРНС первого поколения является точная привязка результатов измерения РНП к единой шкале времени. Для этого потребитель должен иметь высокостабильный эталон частоты, обеспечивающий формирование бортовой шкалы времени. Коррекцию бортовой шкалы времени осуществляют с помощью специальных меток времени в принимаемом радиосигнале. Кроме того, для вычисления текущих пространственных координат ИСЗ на борту потребителя необходимо иметь эфемеридную информацию. Эфемеридную информацию в форме параметров орбиты ИСЗ либо его геоцентрических координат передают с борта ИСЗ с помощью модуляции (фазовой или частотной) непрерывной несущей, используемой для интегральных доплеровских измерений.

Содержание слайда: Сведения о СРНС первого поколения Первая отечественная низкоорбитальная РНС «Цикада» - начало работ в 1963 году. В 1967 году на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192». В 1964 году в США создается доплеровская СРНС система первого поколения «Transit». Основное назначение - навигационное обеспечение пуска с подводных лодок баллистических ракет Поларис. Отцом системы считается директор Лаборатории прикладной физики Р. Кершнер. Для коммерческого использования система становится доступной в 1967 г. В состав СРНС «Транзит» (США) входят 5 или 6 ИСЗ, наземный комплекс контроля и парк бортовой аппаратуры потребителей. В зоне радиовидимости расположен только один ИСЗ.

Содержание слайда: Сведения о СРНС первого поколения ИСЗ расположены на круговых полярных орбитах высотой около 1100 км и имеют период обращения около 107 мин. При таких параметрах орбит радиус зоны радиовидимости, достигает 2000 км, а время сеанса от 10 до 16 мин. Учитывая, что период передачи навигационной информации (эфемеридная информация, метки времени, служебная информация) равен 2 мин, за один пролет ИСЗ можно получить 5 … 8 поверхностей положения, тогда как достаточное для местоопределения число равно 3. Избыточные поверхности положения могут быть использованы для статистического сглаживания получаемых оценок координат.

Содержание слайда: В СРНС «Транзит» применяют два высокочастотных сигнала: основной (400 МГц) и вспомогательный (150 МГц), что дает возможность произвести компенсацию ошибки, обусловленной ионосферной рефракцией при доплеровских измерениях. В СРНС «Транзит» применяют два высокочастотных сигнала: основной (400 МГц) и вспомогательный (150 МГц), что дает возможность произвести компенсацию ошибки, обусловленной ионосферной рефракцией при доплеровских измерениях. Низкоорбитальные СРНС обладают по крайней мере двумя серьезными недостатками: малой точностью определения координат высокодинамичных объектов и большим интервалом времени между обсервациями. Например, при ошибке измерения скорости объекта 0,5 м/с ошибка местоопределения составляет 500 м, в то время как ошибка местоопределения неподвижного объекта приблизительно равна 50 м. Средний интервал времени между обсервациями зависит от географической широты потребителя и колеблется от 35 мин в приполярных районах до 90 мин вблизи экватора. Уменьшение этого интервала путем увеличения числа спутников в данных системах невозможно, так как все ИСЗ излучают сигналы на одних и тех же частотах.

Содержание слайда: СРНС второго поколения «Навстар» и ГЛОНАСС Характерными особенностями СРНС 2-го поколения являются применение среднеорбитальных ИСЗ и использование для навигационных определений сигналов одновременно нескольких ИСЗ В состав СРНС входят подсистема ИСЗ, подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс) и подсистема аппаратуры потребителей.

Содержание слайда: Сегменты высокоорбитальных навигационных систем Глонасс и GPS

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: СРНС имеет собственное системное время, хранимое на борту ИСЗ эталонами частоты. Временные шкалы всех ИСЗ согласованы между собой и синхронизируются системой единого времени. СРНС имеет собственное системное время, хранимое на борту ИСЗ эталонами частоты. Временные шкалы всех ИСЗ согласованы между собой и синхронизируются системой единого времени. Подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс) осуществляет слежение за ИСЗ и обеспечивает спутники информацией, необходимой для формирования радионавигационных сигналов и навигационных сообщений. Навигационная аппаратура потребителей (подсистема аппаратуры потребителей) производит выбор рабочего созвездия ИСЗ, поиск и слежение за сигналами, обработку измеряемых РНП и эфемеридной информации для определения координат и составляющих скорости потребителей. В СРНС «Навстар» ИСЗ излучают двоичный ФМан-сигнал, код которого является индивидуальным для каждого ИСЗ. Это позволяет всем ИСЗ работать на общей несущей частоте, не создавая заметных внутрисистемных помех.

Содержание слайда: Измеряемыми РНП служат время запаздывания и доплеровское смещение частоты принимаемого радионавигационного сигнала относительно его образца, формируемого на борту потребителя. Измеряемыми РНП служат время запаздывания и доплеровское смещение частоты принимаемого радионавигационного сигнала относительно его образца, формируемого на борту потребителя. ФМан-сигнал, имеющий базу  1000, излучается на несущей частоте f0  1,5 ГГц. Время запаздывания принятого сигнала относительно шкалы времени потребителя включает начальное расхождение шкал времени потребителя и ИСЗ и задержку распространения сигнала на трассе ИСЗ - потребитель. Если фазы опорных генераторов потребителя и ИСЗ совпадают (расхождение шкал времени равно нулю), то измеряемое время запаздывания пропорционально дальности между ИСЗ и потребителем. ЭТОГО НЕТ! В противном случае для оценки координат необходимо использовать разностно-дальномерные измерения подобно тому, как это делается в наземных РНС. Измерение времени запаздывания принимаемого сигнала производится на основе корреляционного метода. Выходной сигнал коррелятора достигает максимального значения, пропорционального числу элементов кода, когда формируемая копия совпадает по времени и частоте с принимаемым сигналом.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Для составления навигационных уравнений удобно использовать систему декартовых координат с началом в центре Земли Для составления навигационных уравнений удобно использовать систему декартовых координат с началом в центре Земли Квадрат расстояния между ИСЗ и П представим в виде

Содержание слайда:

Содержание слайда: Дифференциальный режим СРНС позволяют потребителю получить координаты с точностью порядка 10-15 м. Однако для многих задач, особенно для навигации в городах, требуется большая точность. Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м - в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приемника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приемник. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съемки) с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу. Аппаратура потребителя принимает от опорной станции поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя. Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, зависят от расстояния между объектом и опорной станцией. Опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные причинами.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: