Контрольно -корегувальна станція

Вступ

 

На сучасному етапі розвитку засобів глобальної радіонавігації найбільше поширення отримали супутникові РНС (СРНС). У таких системах роль опорних радіонавігаційних точок виконують навігаційні космічні апарати (НКА), які обладнані навігаційною апаратурою.

Супутникові РНС призначені для визначення координат  об'єкті межах зони дії НКА, що входять  до системи.

Суть проведення навігаційних вимірів  за допомогою СРНС полягає у наступному. Якщо відомі координати та швидкість  переміщення декількох навігаційних КА відносно земної поверхні, то при  вимірі швидкості та положення споживача  відносно НКА можна визначити  його положення та швидкість відносно поверхні Землі.

Супутникові радіонавігаційні системи  є всепогодними системами космічного базування, які дають змогу в глобальних масштабах визначати місцеположення рухомих об'єктів та їх швидкість у будь який момент часу. За оцінками спеціалістів супутникові навігаційні системи найближчим часом стануть єдиним навігаційним засобом не тільки в авіації, але і в наземному і морському транспорті, будівництві, геодезії.

Принцип дії СРНС полягає в тому, що навігаційні космічні апарати випромінюють спеціальні радіосигнали. Апаратура споживачів, встановлена на об'єктах, розташованих на поверхні Землі чи в навколоземному просторі, приймає ці сигнали і після їх оброблення видає дані про місцеположення та швидкість споживачів в реальному часі.

Основна особливість побудови СРНС зумовлена двоетапністю її роботи.

На першому етапі за даними траєкторних вимірів, що здійснюються наземними командно-вимірювальними комплексами (КВК) і відносяться до певного моменту часу, визначаються початкові ефемеріди навігаційних КА. Після цього проводиться прогнозування руху НКА, тобто розраховуються їх поточні ефемериди, які передаються із земної станції на НКА у пам'ять бортових ЕОМ. 200

На другому етапі на основі ефемеридної інформації, що передається від НКА у навігаційних сигналах споживачу, а також після вимірів радіонавігаційних параметрів (РНП) в ЕОМ споживача розраховуються його координати та вектор швидкості.

В даній курсовій роботі досліджується  контрольно-корегувальна станція регіональної диференціальної підсистеми Eurofix супутникової радіонавігаційної системи   GPS/Глонасс.

За допомогою п`яти розділів буде розкрита та досліджена дана станція.

В першому  розділі розглядаються похибки  навігаційних вимірювань, та аналізуються методи зменшення їх.

Другий  розділ присвячений диференціальному режиму роботи радіонавігаційної системи,  та розглянуто два методи диференціальних  вимірювань, а саме:  метод диференціальної  корекції, метод відносних вимірювань.

В третьому розділі розглядається загальна будова контрольно-корегувальної станції, а також побудовано антенно-приймальний  та передавальні канали ККС.

Четвертий розділ присвячений вибору елементної бази та розрахунку підсилювача проміжної  частоти.

По  результатам четвертого розділу  в п’ятому проводиться перевірка  робото здатності розробленої схеми.

Висновки  щодо отриманих результатів  даної  курсової роботи приведені наприкінці роботи.

 

 

   

   1.Аналіз похибок  місце визначення об`єктів при використанні відкритого дальномірного коду С/А.

 

Розглянемо якісний характер похибок  місцевизначення споживача і способи їх зменшення. 

Ефемерідні похибки пов’язані з неточністю визначення параметрів орбіт НКА, а також із непередбачуваним зміщенням положення супутників на орбіті через різні збурюючі фактори. За різними оцінками ефемерідні похибки становлять 0,6... 10 м.

Тропо- та іоносферні похибки зумовлені проходженням електромагнітної хвилі (ЕМХ) сигналу на трасі «НКА-споживач». Атмосфера навколо земної кулі заповнена переважно зарядженими частинками, захопленими магнітним полем Землі. Якщо магнітне поле не збурене, то верхня межа атмосфери розташовується на висоті двох-трьох земних радіусів. У разі збуреного магнітного поля верхня межа атмосфери збільшується до 20-ти земних радіусів. Атмосферу поділяють на дві області: тропосферу - до висоти 10 км у середніх, до 20 км в екваторіальних і до 7 км у полярних широтах та іоносферу - ту частину, яка розміщується за тропосферою. Іоносфера характеризується наявністю великої кількості вільних зарядів - електронів та іонів.

Швидкість ЕМХ уздовж траси «НКА-споживач»  під час проходження крізь атмосферу відрізняється від швидкості світла у вільному просторі. Це розходження швидкостей і призводить до похибок у навігаційних розрахунках псевдодальностей. Зміна швидкості поширення ЕМХ під час проходження крізь атмосферу зумовлена зміною і неоднорідністю діелектричної проникливості атмосфери. Характер тропо-та іоносферних похибок різний, тому в СРНС використовують дві моделі - тропосферну та іоносферну. Застосування тропосферної моделі дає змогу визначати затримку сигналу з похибками в декілька наносекунд, а без використання моделі - десятки наносекунд. Аналогічні результати простежуються і в разі використання іоносферної моделі.

Іоносферні похибки зменшують  декількома методами - моделюванням траси «НКА - споживач», двочастотними та надлишковими одночастотними вимірюваннями.

Шумові похибки приймального каналу споживача пов’язані з якістю технічних рішень, закладених в апаратуру споживача та з методами оброблення сигналів. Ці похибки залежать від характеристик антенно-фідерного тракту, приймача, кореляторів та інших складових апаратури споживача. У високоякісній апаратури значення цих похибок становить одиниці метрів.

Похибки, зумовлені перешкодами - один з найбільш значущих видів похибок. Перешкоди можуть бути природними та навмисно створеними. Природні перешкоди пов’язані з певними електромагнітними обставинами в зоні приймання сигналів НКА. Зменшення природних перешкод регламентується стандартами електромагнітної сумісності.

Спеціально створені перешкоди - це радіосигнали, що навмисно організовані в зоні приймання корисних сигналів НКА. Одним із дієвих методів боротьби зі спеціально створеними перешкодами є просторова фільтрація. Для цього застосовують адаптивні антенні решітки, які подавлюють сигнали перешкод і практично не впливають на приймання корисних сигналів НКА. Метод просторової фільтрації ґрунтується на створенні нульових рівнів прийому - провалів у діаграмі спрямованості адаптивної антенної решітки у напрямках на джерела перешкод.

Похибки через багатопроменеве  поширення сигналів НКА виникають через те, що апаратура споживача оточується різними спорудами і крім прямого сигналу НКА в антену АС можуть надходити сигнали, що відбиті від цих споруд. Інтерференція прямого і відбитих сигналів створює додаткові похибки під час виявлення корисного сигналу, а потім і під час проведення навігаційних обчислень.

Можна виділити три способи зменшення  цих похибок: встановлення антени в  місцях, де приймання відбитих сигналів неможливе або їх інтенсивність  незначна;

формування спеціальних діаграм  спрямованості приймальних антен; застосування спеціальних алгоритмів оброблення вхідних сигналів.

Похибки частотно-часового забезпечення зводяться до мінімуму завдяки застосуванню високоточних еталонів часу на борту НКА. В апаратурі споживача вимірюється розходження часу Δt  власного годинника від часу UТС, як це випливає із системи рівнянь, після чого проводиться корекція власного еталону часу.

На похибки місцевизначення  суттєво впливає також взаємне  розташування НКА у сузір’ї під час проведення вимірювань. Цей вплив кількісно визначається так званим геометричним фактором.

Як висновок, можна сказати, що похибки  місце визначення в радіолокації існують завжди, але задля їх усунення, створено методи, що будуть їх сменшувати або, навіть, усувати їх.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           2 Диференціальний режим супутникової навігації

 

 

Як випливає із табл. 2.1

                                                                                                       Таблиця 2.1

СКП основних джерел похибок визначення псевдодальностей, м

Джерела похибок	С/А код	Ркод
Іоносфера	7	0,01
Тропосфера	0,7	0,7
Багатопроменевість	1,2	1,8
Шуми приймача	1,5	0,6
Похибки координатно-часового забезпечення НКА	3,6	3,6
Загальна похибка	25,3	4,1

 

 сучасна апаратура  споживача у стандартному режимі вимірювань з дальномірним С/А кодом пониженої точності і використанням тільки частоти ІЛ може забезпечити СКП місцевизначення об’єкта навігації в межах 20...30 м при типових значеннях геометричного фактора. Для багатьох застосувань: навігації у відкритому морі, польотів на висотах більше 1000 м, слідкування за автотранспортом - подібна точність цілком достатня. Але для розв’язання таких задач, як судноводіння у протоках, каналах, акваторії портів, автоматичної посадки повітряних суден, геодезичної прив’язки різних об’єктів часто необхідна більш висока точність місцевизначення. Одним із найбільш ефективних шляхів збільшення точності місцевизначення споживачів при використанні відкритого С/А коду є застосування метода диференціальної навігації.

      В основі цього методу лежить той факт, що значна частка еквівалентної похибки дальності (ЕПД) відносно постійна у часі та у просторі. Швидкість змінювання систематичної складової ЕПД визначається в СРНС в основному, швидкістю відхилення бортових годинників НКА і є достатньо малою. Теоретично радіус кореляції ЕПД в СРНС досягає 2000 км, але на практиці ефективним ристання диференціального режиму у просторовій зоні, розміром не більш, ніж 500 км.

Диференціальний режим передбачає наявність в цій зоні, як мінімум, двох супутникових приймачів - прийомовимірювачів (ПВ). Один із них - ПВ 1 у складі контрольно-корегуючої станції (ККС), а другий - ПВ2 у складі апаратури споживача (рис. 2.1).

 

Рисунок 2.1 Принцип диференціальної  корекції у СРНС

 

Антена А2 приймовимірювача ПВ1 наземної ККС геодезично точно прив’язана до прийнятої геоцентричної системи координат, тому її координати х_ккс, у_ккс, г_ккс відомі з високою точністю. Обчислювальний комплекс ККС вимірює її координати за прийнятими ПВ1 дальномірними сигналами, як мінімум від чотирьох «видимих» НКА і обчислює диференціальні поправки навігаційних визначень, як різниці між точно відомими і виміряними координатами ККС. Передавач ККС з антеною А1 передає диференціальні поправки до апаратури ПВ2 споживача, які використовуються в ній для корекції систематичної похибки свого місцевизначення. Кількість споживачів диференціальних поправок не обмежена, але всі вони повинні знаходитись у районі ККС у зоні високої кореляції ЕПД. У разі, коли похибки псев- додальностей слабко змінюються у часі і у просторі, то вони суттєво компенсуються в ПВ2 переданими поправками.

В СРНС GPS похибки ПД за рахунок  не ідеальної синхронізації НКА  практично постійні у просторі. Для  похибки визначення координат НКА рівної 20 м мінливість похибок ПД складає сантиметри при різниці відстаней ПВ2-ККС близько 100 км і дециметри при взаємному віддалені біля 1000 км. Мінливість у часі і, відповідно, у просторі іоносферних похибок, зумовлених запізнюванням сигналу при проходженні в іоносфері, характеризується кореляційною функцією, яка має часовий і просторовий радіус кореляції на рівні одиниць хвилин і тисяч кілометрів. Тому на інтервалі часу і відстані в декілька хвилин і сотень кілометрів, відповідно, іоносферні похибки в умовах спокійної іоносфери можна вважати достатньо стабільними. їх рівень складає 10.. .40 м і досягає мінімуму при максимальному куті місця «видимого» НКА. Зазвичай їх мінливість, яка характеризується СКП, через одну хвилину складає 0,1...0,2 м, а через 6 хвилин-0,3... 1,4м.

Точність місцевизначення після вводу поправок визначається тільки залишковими похибками, зумовленими мінливістю систематичних похибок синхронізації і ефемеридного забезпечення НКА, похибок за рахунок іоносфери, а також похибками, зумовлених шумами і перешкодами, багатопромеаевістю і впливом тропосфери.

Основна ідея диференціальних  вимірювань полягає у спільній обробці результатів вимірювань координат, отриманих принаймі у двох рознесених точках робочої зони СРНС (рис. 2.1). Принципова можливість збільшити таким способом точність місцевизначення при використанні С/А коду пониженої точності зумовлена наявністю в ЕПД корельованої у часі і у просторі складової, яка усувається практично повністю при сильній кореляції і частково - при слабкій.

Існують два методи диференціальних  вимірювань - метод диференціальної корекції (ДК) і метод відносних вимірювань (ВВ). Різниця цих методів полягає в тому, що перший має своєю метою визначення координат споживача в одній із систем координат. При На відміну від метода ДК методом ВВ розв’язується задача визначення взаємного положення двох об’єктів, наприклад, літаків або морських суден. Важливим є те, що вибір системи координат, в якій фіксують координати обох об’єктів, не є принциповим так же, як і вимога точної геодезичної прив’язки координат одного із них.

Розглянемо основні особливості  і способи реалізації методів  диференціальної корекції та відносних вимірювань.

 

2.1 Метод диференціальної корекції

Комплекс технічних засобів  для реалізації диференціальної  корекції (рис. 2.2), який є функціональним доповненням СРНС, прийнято називати диференціальною підсистемою (ДПС).

Рисунок 2.2 Схема реалізації метода диференціальної корекції

Основні складові частини  підсистеми такі: контрольно-корегуюча  станція, канал передачі корегувальної  інформації (КІ), апаратура прийому і обробки КІ в апаратурі споживача. На ККС, власні геодезичні координати якої відомі з високою точністю і використовуються в якості еталонних, розташована апаратура споживача із стандартним рівнем випадкової похибки вимірювання РНП.

За допомогою апаратури  споживача на ККС визначаються поточні  значення РНП, які порівнюють з еталонними. Різниця між поточними вимірюваннями  і еталонними використовуються для  КІ використовується для внесення поправок у обчислені власні координати, що розраховані в його апаратурі.

Ефективність метода ДК визначається похибками апаратури споживача на ККС і на об’єкті, відстанню між ними, а також залежністю коефіцієнта кореляції ЕПД від відстані та часу. Як визначалось вище, теоретичний радіус кореляції ЕПД СРНС досягає 2000 км, але на практиці ефективним вважають використання ДК при віддаленні споживача від ККС не більше, ніж на 500 км.