книги / Физические основы получения информации

Ф = arccos J E	+ 7 .
	R
X = arccos
\1х2 + У2
или
.	z

Ф = arcsin—; R

у

X = arctg —. JC

Если шкалы времени навигационных спутников и потре­ бителя совпадают (совместимы), то для нахождения координат достаточно измерить D,, D2 и £>3 - расстояния до трех ИСЗ, со­ ставить систему из трех навигационных уравнений и найти из нее три неизвестные координаты х,у, z.

При наличии рассогласования шкал времени At = const, измеряемая квазидальность включает в себя величину сД/, по­ этому система уравнений примет вид

(А	+ сAt) = (-Хцс, —х) + (Уне, ~ У) + (zhc, ~	>
где индекс	/ соответствует номеру НС.

Для нахождения х, у, z и At требуется измерить псевдо­ дальности до четырех НС и решить систему четырех уравнений.

7.7.2. Определение координат неподвижного потребителя по одному навигационному спутнику

(метод разновременных измерений дальностей)

Координаты ЛА могут определяться также по результатам разновременных измерений дальности, производимых через ин­ тервал времени At = t2 - t ]

При первом измерении имеем уравнение дальности до спутника:

(*на “ х)~ + (.Уна “ У) + (zhci ~ z) = D{

151

Результатом второго измерения (через At) является урав­

нение
(*НС2 х)	+ (УнС2~У)	+ (ZHC2"“ Z)	=
В результате третьего измерения получим
(*нсз “ *)	+ (.Унсз “ У)	+ (2нсз ~ z)	= ^з

Добавляя к этим уравнениям уравнение для геоцентриче­ ской высоты самолета

*2 + / + z 2 = /?2,

получим систему трех линейных алгебраических уравнений от­ носительно трех неизвестных параметров положения:

*hci* + У\\с\У + zhciz =	(*нС| + Лкл + zhci +	)»
хнс2х + Унс2У + zhc2z =	(*НС2 + Унс2 + zhc2 + R2 “ D \ );
*НСЗ* + -УнСЗ-У + ZHC3Z =	(хнсз + З'нсз + ZHC3 + R ~	) .

7.7.3.	Определение координат летательного аппарата
	по одному навигационному спутнику
	и бортовой системе счисления пути
Для дальности при первом измерении имеем уравнение
(*hci *“*i) + (^hci ~У\) + (zhci ~ z\) = А		(7-3)
Здесь	*нсч> Лкл* zhci ~ координаты летательно­

го аппарата и навигационного спутника в момент первого изме­ рения.

После второго измерения
(*НС2 —*2) + (^НС2 - у 2)	^ (ZHC2 Z2)	= А> *	(^-4)
после третьего -
(*нсз “ *з)“ + (^нсз “ У-s)	+ (2нсз _ г з)	= ^з	(7-5)
152

Произведя в промежутках времени At между первым и вторым, а также между первым и третьим измерениями борто­

вым оборудованием счисление пути:
	*2
Д х] =	Jidf;		Ау\	=	]ydt;		Д z, ={ id /,
	'I			'1			'1
Д х2 =	'з		Ауг	'з	Jyd/;		'э
	Jjcd/;			=			Д z2 =J id /,
	'1			'1			'1
можем записать уравнения связи между координатами ЛА:
х2 = х ,+ Д х ,;		у2 = у,+ Д у,;				z2 = г, + Д z ,,		(7.6)
х3 = х ,+ Д х 2;		Уз = у, + Ду2;				г3 = г, + A z2.		(7.7)

Подставляя (7.6) и (7.7) в (7.4) и (7.5) соответственно и добавляя уравнение (7.3) и уравнение геоцентрической высоты самолета

x1 + y x + z ^ R 2

получим систему трех линейных алгебраических уравнений с

тремя искомыми неизвестными:
+ -Vhci^i + zhcizi =		(дсНС1 + уНС1 + z^C| +R	- D});
(*НС2 “ A Xl )*1 + (>^НС2 “ AVl )^1 + (ZHC2 ” Д 21)21=
= 0,5 [(ДСНС2 —Д-*| )	+ (.УнС2 “ AVi) + (ZHC2—^ zl)		+ ^	~ ^2 1’
(^НСЗ “ Д *Х2 )*1 + (^НСЗ		4У2 )-У| + (2НСЗ ” Д z2 )21=
= 0,5 [(^нсз —Д *2)	(.Унсз —Д);2) + (2нсз” ^ 22)		+ R	“ ^з ]

Решение этой системы уравнений дает координаты ЛА в момент первого измерения jc,,y,,z, с последующим определе­ нием координат Jt2,y 2,z 2 в момент второго измерения и х3,у3, z3 в момент третьего измерения.

153

7.7.4. Определение координат потребителя доплеровским методом

Для простоты рассмотрим плоскую задачу. Потребитель

	получает со спутника информацию: xHCj; у НС{; i HCl; у НС|
			По		этим данным
			(рис. 7.13)		приемная	ап­
			паратура		вычисляет	па­
			раметры:
					•2
			HCi “ У*НС| + УнС\
			a		* *нс,
				= arctg -----L,
	Рис. 7.13. Определение ЛП и координат				>нс,
				доплеровской		час­
	потребителя		и по
			тоте
	р	-	f усбл
	г п -		/о
	принимаемого сигнала определяет скорость сближения
	У	^	- r F n -
			/о
	Скорость сближения, как проекция этого вектора на ли­
	нию положения, определяется выражением
	^сбл ~~ ^НС| cosР ’
	откуда
	Р = arccos- сбл
			HCi
	Уравнение линии положения имеет вид
	У п = к х „ + С ,
	где
	к = tgy,		Y = — - (ct + (3).
			154

Постоянная С может быть определена из уравнения линии положения

Унсх = ^-^нс,

При использовании второго спутника (НС2) получим сис­ тему двух уравнений:

Л = *1*п +С | .

Уп=*2*п+С 2

Сводя эту систему к одному уравнению:

к\хп + С, = к2хп + С2,

получим

(£| —к2)хп = С2 —С ,,

откуда определим координату потребителя:

Теперь из уравнения линии положения легко определяется и вторая координата:

Уп = к\хп+С\

7.7.5.Определение скорости самолета доплеровским методом

При известных координатах хп, уп, полученных с двух

навигационных спутников, бортовая приемная аппаратура определяет вектор скорости самолета.

Уравнения линии положения потребителя и одного из спутников (рис. 7.14) запишем в виде

Уп = кха + С ,

.Уне, = к *нс, + С

Отсюда имеем

С = Уп - к х „ = у НС1 - к хНС|

155

или

*(*НС, -^п ) = ^НС, ~Уп ’

где
к =	— — = tg у ;	у = arctg £ .
	*нс, -■*„

С учетом угла

х„ а = arctg —

Уп

получим значение угла

Р = - " ( а + у ) .

Проекция скорости самолета на линию положения

К,=У нс, COSР - Vc6n.

Определив проекцию скорости на линию положения са­ молета со вторым навигационным спутником, легко найти и вектор скорости самолета.

156

7.8. Коррекция инерциальных навигационных систем самолета с помощью СРНС

Практически на борту ЛА ведется счисление пути (инер­ циальной навигационной системой в частности), т.е. известны данные о счислимых координатах хс, ус, zc. При этом спутни­ ковые системы навигации целесообразно использовать для кор­ рекции счислимых координат - для определения поправок Ах, Ау, Az к счислимым координатам.

Действительные значения координат (рис. 7.15, 7.16) свя­ заны со счислимыми координатами зависимостями:

х = хс + Ах; у = ус + А у\ z = zc +A z

Определение поправок по данным измерений с помощью НИСЗ можно осуществить решением трех уравнений относи­ тельно неизвестных Ах, Ay, Az.

XWC\/_
Рис. 7.15. Координаты НС		Рис. 7.16. Плоскость поло­
и самолета		жения
Аг 2 = А х2 + Ау2 + A z2
Аг	Аг	Аг

157

Д* ^ *НС~*с А г г

Итак, счислимые координаты хс, ус, zc определяются инерциальной навигационной системой самолета; хне,» .Унсц zhcj - эфемериды, передаваемые с искусственного спутника Земли Н С ,; расстояние между НС, и самолетом:

Гс! = д/(ХНС, ~ ^с)2 + (^НС, ~ Ус) + (ZHC| ~ Zc)

П = & \С >

вычисляется бортовой аппаратурой. Разность векторов Дг, = гс, - г, Таким образом, получим

	ХНС,	А ,	УнСис\	-Ус А , ZHC,	Zc А
г*\ - Г, =-------	!-------	Ах 4-------	!-------	Ду + ----- --------	A Z

По аналогии еще для двух каналов, получив информацию с навигационных спутников НС2 и НС3, можем записать:

гс2 - г2 =	*НС, “ *с А		^НС2 - Ус А ,		ZHC2 ” Zc А
	=-------	А х + -----	--------	Ау +	----- --------A z ;
	42		42		42
гс3 - г 3 =		Хс .	^НСч	Ус А	ZHC3 2с	A z
	------------4сЗ	Ах +	----- =-------	Ду-	43
			43

Итак, для определения поправок к счислимым инерцииальной навигационной системой (ИНС) координатам самолета имеем три алгебраических уравнения.

Координаты места в полете определяют последовательно увеличивая точность, а именно: после первого определения по­ правок к счислимым координатам Ах, Ay, A z 9 которые прибав­

ляют к координатам, счислимым системой бортовой аппаратуры:

158

		л: = *с + А х, у = ус + Ay, z = zc + A z,
координаты		х, у, г вводят в вычислитель в качестве новых
хс, ус, zc	и,	рассчитав снова гс, находят еще более точные по­
правки	Д х, Ау, Д z , которые прибавляют к счислимым коорди­

натам первого приближения. Этот процесс уточнения ведется до уровня погрешностей, определяемых суммой погрешностей на­ вигационной спутниковой системы.

8.СПУТНИКОВЫ Е СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ

8.1.Линии связи

Во всех системах передачи информации применяются электрические линии связи, в которых для передачи сообщений используются электрические или электромагнитные колебания (для подводной связи находят применение акустические линии связи.)

Линии связи (рис. 8.1) принято делить на проводные и беспроводные, а проводные линии связи - на воздушные и под­ земные.

Рис. 8.1. Виды линий связи

159

Воздушные ЛС представляют собой провода, крепящиеся на опорах с помощью изоляторов.

Уровень шумов и затухание в таких линиях высоки, поэтому полоса пропускания их не превышает 150-160 кГц. На­ дежность воздушных линий также низкая.

Подземные кабельные линии обладают более высокими параметрами. Их полоса пропускания достигает 1 МГц, а коак­ сиальных - 50 МГц и более. (Широкое применение для переда­ чи сигналов находят линии электропередач.)

На большие расстояния сигналы передаются радиоли­ ниями связи. Для увеличения дальности действия и уменьшения влияния помех в передатчиках и приемниках радиолиний ис­ пользуют остронаправленные параболические антенны. Радио­ линии дециметрового и других коротковолновых диапазонов могут применяться только в пределах прямой видимости. Чтобы при этом увеличить дальность, используют радиорелейные ли­ нии (между передатчиком и приемником располагают ретранс­ ляторы). Огромными возможностями обладают пока мало ис­ пользуемые лазерные линии связи.

Спутники-ретрансляторы, высоко поднятые над Землей и видимые одновременно с огромной территории, позволили лег­ ко решить задачу дальней связи.

На спутнике-ретрансляторе расположена антенная систе­ ма и приемопередающая аппаратура, осуществляющая прием, преобразование, обработку (усиление, изменение частоты несу­ щей и пр.) и передачу сигналов в направлении земных станций радиосвязи.

По числу используемых каналов различают одноканаль­ ные и многоканальные системы связи.

8.2. М ногоканальные системы связи

Задача многоканальных систем связи - одновременная пе­ редача сообщений от многих источников, т.е. увеличение про­ пускной способности (емкости) линии связи.

Одна линия связи используется для одновременной пере­ дачи сигналов по многим каналам, т.е. производится ее уплот­ нение многими каналами. Естественно, в многоканальных сис-

160