Прогнозирование бортовых систем космических аппаратов на основе реконструкции фазового пространства

При совмещении модели с соответствующим ей сигналом функция R(τ) достигает своего максимального значения. Длительности посылок и порядок их следования выбраны такими, чтобы эта функция имела только один чётко выраженный максимум, по достижении которого судят о факте совмещения, обеспечивающего взаимную синхронизацию бортовой и наземной аппаратуры. При этом отпирание приёмных каналов, настроенных на частоты f0, f2 и f3 будет происходить только в те интервалы времени, когда прибудут посылки колебаний этих частот от используемых в данном районе Земли ОС.

Например, если самолёт находится над Атлантическим  океаном в районе действия станций  А, В и Д (рис. 1.21, 1.22), то канал ПУ, настроенный на основную частоту f0 , открывается на интервалы 0,0 – 0,9 с; 1,1 – 2,1 с и 3,6 – 4,8с. Если же полёт  происходит над Тихим океаном  в районе станций С, G и H, то отпирание  этого приёмного канала происходит в интервалах 2,3 – 3,4; 3,6 – 4,8 и 8,8 – 9,8с. В соответствии с этим переключается  также выходная цепь этого приёмного  канала и коммутируются два других приёмных канала, настроенных на частоты f2 и f3 с учётом времени прибытия колебаний, излучаемых ОС на частотах f2 и f3 .

В измерителе фазы (ИФ) формируется сигнал, пропорциональный временному интервалу между нулями сигнального и опорного напряжений. Информация о фазах принятых сигналов используется для определения разности расстояний и линий положения самолёта. Фазы сигналов на выходах каналов сравниваются с фазами на выходе специального устройства прогнозирования фаз в каналах, управляемого от ЭВМ, которое обеспечивает задержку по фазе колебаний, формируемых бортовым опорным генератором (ОГ).

Прогнозирование фазовых задержек осуществляется по данным о координатах и скорости самолёта, получаемых в точке взлёта и в процессе полёта. Сравнение  фаз выполняется в фазовом  детекторе, а получаемая информация о разности фаз в цифровом коде используется для подстройки опорного напряжения в СЧ.

Под действием  схемы автоподстройки частота и  фаза опорного напряжения изменяется так, чтобы разность фаз между  принятым и опорным напряжениями стала равной нулю. После завершения автоподстройки производится измерение  разностей фаз измерителем фазы на частотах f0, f2 и f3 и определяются линии положения самолёта.

Такой способ позволяет заменить измерение  разности фаз между редкими и  разновременными импульсными посылками  принимаемых сигналов ( в 0,1 длительности рабочего цикла ) на фоне шумов измерениями  разности фаз непрерывных колебаний, выработанных бортовым СЧ и подстроенных по частоте и фазе к принятым сигналам. Этот переход создаёт благоприятные  условия для проведения измерений  разности фаз и определения разности расстояний с повышенной точностью.

Информация  об уровнях несущих колебаний  и отношениях сигналов к шумам  в каждом из каналов ПУ позволяет  выбрать для измерений те ОС, уровни сигналов от которых в точке приёма максимальны. Спектральная плотность  собственных шумов ПУ составляет 0,05 мкВ ⁄ Гц, что даёт инструментальную ошибку в 0,01 фазового цикла.

В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) осуществляются дискретизация и квантование сигнала. Квантование по уровню (и одновременно кодирование информации) производится в счётчике, измеряющем число эталонных импульсов, укладывающихся на временном интервале между нулями сигнального и опорного напряжений. Дискретизация фазы осуществляется специальными тактовыми импульсами, управляющими работой ключевых схем. При этом поочерёдно подключаются измеритель фазы и АЦП к каналам ПУ и в Вычислитель вводится информация для последующей обработки.

Синтезатор  частоты (СЧ) служит для формирования гетеродинного и опорного напряжений. В качестве бортовых ОГ в разностно-дальномерной системе используются кварцевые генераторы с относительной погрешностью порядка 1⋅10-7_1⋅10-8.

Устройство  сопряжения (УС) служит для связи ДРИ с ЭВМ. Режимом работы отдельных устройств ДРИ управляют регистры и отдельные триггеры, входящие в состав УС. Управление состоянием регистров осуществляется от ЭВМ по шине команд. С выхода УС информация поступает в вычислитель для дальнейшей обработки.

Вычислитель (В) представляет собой бортовую ЭВМ цифрового типа, обеспечивающую выполнение всех операций по обработке информации, получаемой от каналов ПУ и внешних датчиков, по управлению работой бортовой аппаратуры, хранению всей вводимой информации и отображению результатов вычислений и других данных. В частности, в вычислителе определяются взаимно корреляционная функция огибающей принятого сигнала и специально формируемая модель этого сигнала и формируются управляющие сигналы, обеспечивающие синхронизацию бортовой и наземной аппаратуры.

В вычислителе  выполняется оценка фаз принимаемых  сигналов, прогнозирование фазовых  сдвигов опорных сигналов и слежение опорных сигналов за принимаемыми, т.е. реализуется цифровая система  фазовой автоподстройки колебаний  опорной частоты в СЧ. При этом используется вся внешняя информация о координатах и скоростях  их изменения, что даёт возможность  оптимизировать процесс слежения и  измерений и обеспечивает выдачу данных о текущих координатах  самолёта, несмотря на то, что уточнение  координат осуществляется дискретно  с периодом повторения 10 с.

Вычислитель вводит поправки на распространение  радиоволн в измеренные значения разности фаз и производит устранение многозначности измерений.

Кроме того, здесь вырабатываются управляющие  сигналы для антенного коммутатора, изменяющего ориентации диаграммы  направленности антенны, оценивается  отношение сигналов к шумам в  каналах ПУ и выбираются для автосопровождения  наиболее мощные сигналы.

Пульт управления и индикации (ПУИ) обеспечивает ввод и отображение навигационной  информации в ПИ, задание режимов  работы, управление отбором отображаемых данных, выдачу информации о состоянии  бортовой аппаратуры и контроль её работоспособности. С помощью этого  пульта осуществляется управление работой  бортовой аппаратуры система «Омега»  при подготовке её к полёту и использовании  в полёте для решения задач  самолётовождения.