Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 56

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

f0    c2 c2 c2  Rз + L   Rз

Это значение намного превышает погрешность 10-13 бортового стандарта частоты уже существующих ГНСС, что показывает принципиальную техническую возможность реализации радиофизического метода измерения значения ускорения силы тяжести.

Однако необходимо отметить, что соотношение (2) непригодно для практического использования в части определения значения силы тяжести по гравитационному смеще­нию частоты, поскольку оно не учитывает пространственного профиля гравитационного потенциала (ускорения силы тяжести). В этом плане более приемлемым может быть сле­дующее соотношение [5]:

Af = gAR

10 с2

где

Ди = яДЯ

при измерениях в одной точке.

Приравнивая значения и из соотношения (2) и (3), получаем:

(3)

gR

= R

yM

R2

F = mg:

ymM

g

Очевидно, что в соотношении (2) для определения значения гравитационного по­тенциала использовали уравнение закона всемирного тяготения Ньютона, что, безуслов­но, очень удобно, однако неверно для случая измерения относительно КА, который вра­щается по круговой орбите на высоте 20000 км. В этом случае более предпочтительным является использование третьего закона Ньютона применительно к движению тел в зем­ном поле тяготения

шу2

= шЕ

и = у2 = (4) подставляя соотношение (4) в (3) получаем:

М =_____ (5) 10 с

2 7

2 АҐ 2 V2 + с2

Н0

где Уо - орбитальная скорость КА ГНСС; — - гравитационное смещение частоты ГНСС;

Но - высота точки измерений.

Однако необходимо также учитывать, что при движении фотона поперёк линий на­пряжённости гравитационного поля, релятивистская масса фотона характеризуется вдвое

большей величиной 2Ьу 2, по сравнению с массой фотона Ьу 2 при движении вдоль линий напряжённости, что определяет необходимость проведения эксперимента при ус­ловии нахождения КА ГНСС в надире под точкой измерения.

Определяя в точке измерений координаты и гравитационное смещение частоты и зная параметры орбиты и скорости КА ГНСС мы можем определить значение ускорения силы тяжести в любой точке измерений. Такой метод определения значения ускорения силы тяжести будет реализован в рамках проекта НТЦУ № 3856.

Очевидно, что соотношение (5) в случае измерения значения ускорения силы тяже­сти на борту КА будет иметь вид:

д£ = у2 - у2 ~ с2

В случае проведения измерения на поверхности Земли соотношение (5) примет вид

м- = 1ДН (6)

г0 с

Эта формула соответствует соотношению, полученному в ходе эксперимента Па-унда-Ребки в 1926 году, за который была присуждена Нобелевская премия [5]. Гравитационное смещение и эффект Хаббла.

Особенно удобно использовать соотношение (6) для определения гравитационного смещения частоты в пределах космических систем, в частности солнечной. Результаты таких вычислений представлены в табл. 1.

Таблица 1

Относительное гравитационное смещение излучения планет Солнечной системы относительно Земли

 

Параметры

Я, 106 км

Уорб, км/с

АҐ

Планеты

^^^^^^

 

 

 

Меркурий

 

58

48,8

-165,9

Венера

 

108

35,0

-37,4

Земля

 

149

29,8

 

Марс

 

227,9

24,2

33,6

Юпитер

 

778,4

13,06

79,8

Сатурн

 

1429,4

9,46

88,72

Уран

 

287

6,81

93,51

Нептун

 

4498

5,432

95,39

Плутон

 

5906,4

4,666

96,25

Отсюда возникает законный вопрос:

- Как отличить в этом случае гравитационное смещение от хаббловского?

При этом нужно учитывать, что Хаббл открыл эффект красного смещения в i914 году, а Паунд открыл гравитационное смещение в i960 году и они оба получили Нобе­левские премии.

Очевидно, что Хаббл никак не мог учитывать гравитационное смещение частоты, и, следовательно, в хаббловском смещении, как минимум, присутствует часть гравитацион­ного смещения.

Выводы. Практическое использование эффекта гравитационного смещения часто­ты с целью мониторинга гравитационного поля Земли позволяет обеспечить прогноз сейсмической активности, геологическую разведку, изменение эпидемиологической об­становки и др.

Литература

i. Ashby N., Relativity in the Global Positioning System // Living Rev. Relativity. -1003. - № б. - 43 p. http://www.livingreviews.org/Articles/Volumeб/1003- iashby/.

1. Матвиенко С.А., Прокопов А.В., Радиофизические эффекты при распростране­нии сигналов глобальных навигационных спутниковых систем и их влияние на точность измерений // Український метрологічний журнал. - 1006. - №4. - С. 6-i1

3. Гофманн-Велленгоф Б., Ліхтенеггер Г., Коллінз Д., Глобальна система визначен­ня місцеположень (GPS). Теорія і практика. Пер. з англ. за ред. aкад. НАНУ Яцківа Я.С. -Київ, Наукова думкаД996. - 380 с.

4. Эльясберг П.Е., Введение в теорию полёта ИСЗ. - М.: Наука, i965. Савельев И.В., Курс общей физики, т. 3 - М.: Наука, i989. -317 с.

СРРСН'1008

СИСТЕМА АБСОЛЮТНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МАГНИТОЛЕВИТИРУЮЩЕГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Кищенко М.А., Плаксин С.В., Шкиль Ю.В. Институт транспортных систем и технологий НАН Украины 49005, Днепропетровск, ул. Писаржевского 5, тел. (0562) 32-30-54, E-mail: pay@westa-inter.com It is offered the construction of navigation system for high-speed system of transportation on magnetic suspension. The base of measurement of vehicle coordinates is the method of measurement of phase ratios of high stable synchronized radio signals of fixed ("reference") and three moving ("information") generators. Synhronization of generators is carried out by means of satellite radio-navigating system. The fixed generator is located in the beginning of span, and the moving generators - on the vehicle. The signals from generators by five transfer separate lines go to the movement control unit located in the end of span, where they are processed.

Высокоскоростной наземный транспорт на экологически рациональных энергосис­темах, в частности на магнитном подвесе, является одним из приоритетных направлений развития исследований в Евросоюзе [1]. Для внедрения и развития этого вида транспорта необходима разработка прецизионной системы управления движением транспортного средства, что в свою очередь накладывает высокие требования на точность определения его местоположения (позиционирования) по отношению к путевому полотну. Современ­ные навигационные системы не отвечают в полной мере требованиям позиционирования наземного транспорта в частности по быстродействию, а в некоторых случаях и целост­ности, что предопределяет поиск новых подходов в решении этой задачи, учитывающей специфику высокоскоростного наземного транспорта.

Целью проводимого исследования является дальнейшее развитие концепции [2] прецизионного местоопределения транспортного средства.

Задачей работы является разработка системы абсолютного позиционирования дви­жущегося высокоскоростного магнитолевитирующего транспортного средства.

В основу построения системы положен метод измерения фазовых соотношений сигналов от двух синхронизированных генераторов посредством спутниковой радионави­гационной системы или автономной системы синхронизации. Один генератор является «опорным» и располагается в начальном или конечном пункте интервала движения, а второй генератор - «информационный», располагается на подвижном транспортном средстве. От обоих генераторов сигналы по раздельным линиям связи поступают в дис­петчерский пункт управления движением, где измеряется соотношение фаз этих сигна­лов. Разность фаз опорного и информационного сигналов будет зависеть от расстояния между пунктом управления движением и движущимся транспортным средством с «ин­формационным» генератором на борту и однозначно связана с координатой положения экипажа на интервале движения.

Особенностью метода является то, что сигналы от генераторов передаются в дис­петчерский пункт посредствам радиоизлучающих кабелей уложенных вдоль путевой структуры, что обеспечивает совпадение путей распространения сигналов с топологией путевой структуры и в конечном итоге корректную дальнометрию.

Номиналы рабочих частот выбираются из соображений однозначного соответствия величины разности фаз и местоположения транспортного средства на интервале движе­ния заданной длины. Присущая методу многозначность фазовых измерений устраняется посредством применения многошкальных измерителей [3].

Следующей особенностью метода является высокое требование к стабильности частоты «опорного» и «информационного» генераторов. Разность частот генераторов 5/ приводит к погрешности, зависящей от времени Т, прошедшего с момента синхрониза­ции: 5г; = Х^5фТ = А,|б/8х. Если разность частот ё/ за время Т может быть принята по-

о

( 5/ ^ ( 5/ ^

стоянной, то 5т; = Х-5/ Т = Х- / Т = с Т . Таким образом, для обеспечения

V / ) V / )

ошибки в измерении дальности 5г; = 10 см через 15 мин после синхронизации необходи­мо,    чтобы    относительная    нестабильность    генераторов    была    бы меньше

5/ = ^ « 3,7 ■ 10-13. /сТ '

Для управления движением на диспетчерском пункте необходима информация как о дальности до подвижного средства, так и данные о его пространственном положении относительно путевой структуры (магнитолевитирующее транспортное средство подобно самолёту, летящему на предельно низкой высоте). Преобразование между системой от­счета подвижного средства и локальной системой отсчета путевой структуры может быть описано тремя параметрами ориентации, а именно креном (вращение вокруг оси х), наклоном (вращение вокруг оси у) и рысканьем (вращение вокруг оси е). Обе системы приняты правыми декартовыми системами координат с одинаковым масштабом. Пара­метры ориентации подвижного средства можно определить на диспетчерском пункте, если на подвижном средстве установить дополнительно еще два синхронизированных с первым «информационных» генератора, а с каждой стороны вдоль путевой структуры расположить по два пространственно разнесенных радиоизлучающих кабеля. При такой конструкции по измеренным фазовым соотношениям в четырех радиоизлучающих кабе­лях однозначно определяется положение каждого «информационного» генератора в сис­теме координат 4-х кабелей. Сигнал «опорного» генератора передаётся по пятому кабе­лю. Поскольку генераторы жестко связаны с транспортным средством, то их координаты и определяют пространственную ориентацию транспортного средства.

Полученных по фазовым измерениям данных достаточно для вычисления вектора состояния подвижного средства в заданный момент времени, включая дальность и ориен­тацию. В свою очередь этих навигационных параметров достаточно для управления дви­жением подвижного средства на путевой структуре.

В рассмотренной навигационной системе на подвижном средстве в ограниченном объеме сосредоточено три источника высокочастотного излучения и в непосредственной близости от них располагаются четыре приемных радиоизлучающих кабеля, что остро ставит вопрос об электромагнитной совместимости системы в целом. Эта задача разре­шается путем пространственного, частотного и поляризационного разнесения источников сигналов и их соответствующей селекцией в приемно-обрабатывающей аппаратуре на диспетчерском пункте.

В результате работы предложено построение навигационной системы высокоскоро­стного наземного транспортного средства с учетом специфики эффекта магнитолевита-ции, а именно высоких скоростей (сотни километров в час), очень высокой относитель­ной точности позиционирования (несколько сантиметров на дальностях нескольких де­сятков километров) за крайне малые промежутки времени (микросекунды), что позволяет говорить о прецизионной навигации.

Элементом новизны является способ непрерывного позиционирования высокоско­ростного магнитолевитирующего транспортного средства на основе фазовой дальномет-рии для произвольной конфигурации путевой структуры в трехмерном пространстве.

Рассмотренный метод навигации предназначен для использования в проектируемых высокоскоростных транспортных наземных системах на магнитном подвесе, организации автоматизированного управления движением колесным транспортом на локальных пло­щадках производственного назначения, организации скоростного малоразмерного муни­ципального транспорта индивидуального пользования.

В доступных авторам публикациях аналогичный предлагаемый метод непрерывной фазовой дальнометрии и определения пространственной ориентации для произвольной конфигурации наземной путевой структуры не встречался.

Литература

І. 6FP Instruments Implementing the Priority ^№11^^ Areas of the Sixth Frame Pro­gramme // European Commission. Community Research. - 1001. - №1. - P.4.

1. Плаксин С. В., Шкиль Ю.В. Навигационная система магнитолевитирующего эки­пажа на основе синхронизированных СВЧ генераторов // Радіоелектроніка. Інформатика. Управління. - Запоріжжя, ЗНТУ. - 1003, №І. - С. 48-33.

3. Кинкулькин И.Е., Рубцов В. Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения коор­динат. - М.: Сов. радио, І979. - 180 с.

СРРСН'1008

I-ч.І - 3ІІ

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИГНАЛОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ СТАНДАРТОВ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ

Нестеренко Г.В., Коваль Ю. А., Иванова Е.А. Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057)700-22-84, факс (057)- 702-10-13, e-mail secort@kture.kharkov.ua The report contains opportunities of synchronization of the standards of frequency with use of telecommunication signals from GEO satellites. For realization of frequency synchroni­zation of spaced stations propose to use a method "common view".

Высокие темпы совершенствования мер времени и частоты (относительная нестабильность современных эталонов составляет 10-13...10-1 , а в перспективе -10-15...10-16) определяют актуальность задачи повышения точности их частотно-временной синхронизации. Помимо метрологии, синхронность территориально разнесенных стандартов (в частном случае - эталонов) времени и частоты является основой для реализации современных высокоточных частотно-временных методов, необходимых для решения актуальных научно-технических и оборонных задач. Так, для Украины актуальна задача синхронизации опорных генераторов в цифровой сети связи, где требуемая нестабильность генераторов по частоте должна быть не хуже Д///0 = 10-11.

В настоящее время наибольшее применение для синхронизации находят спутнико­вые радионавигационные системы (СРНС) GPS и ГЛОНАСС. Достоинствами СРНС яв­ляются их высокая точность и глобальная зона действия, а к основным недостаткам отно­сятся: низкая помехозащищенность; малая оперативность, высокая стоимость, как при­ёмного оборудования, так и поддержания работоспособности систем, зависимость от технического состояния систем, возможное ограничение доступа к системам.

Синхронизация может быть реализована с помощью спутников-ретрансляторов, на­ходящихся на геостационарной орбите GEO, которые «зависают» над заранее выбранны­ми точками Земли. Такое положение обеспечивается высотой орбиты (35 875км), на ко­торой скорость перемещения КА совпадает со скоростью вращения Земли. Системы на основе геостационарных спутников, из-за постоянства их расположения над определен­ной точкой поверхности Земли, обладают рядом преимуществ при организации глобаль­ной связи. Особенностью спутников на геостационарных орбитах является значительная временная задержка (порядка 240 мс) в спутниковом канале.

Спутниковые системы связи с геостационарными спутниками-ретрансляторами идеально подходят для решения таких задач, как организация телевизионного и звуково­го вещания на обширных территориях и предоставление высококачественных телеком­муникационных услуг абонентам в удаленных и труднодоступных регионах.

Предлагается использовать для синхронизации сигналы телекоммуникационных геостационарных спутников (ГС).

Применим алгоритм «общего охвата» (известный в зарубежной литературе как «common view»). Этот алгоритм имеет преимущество, тогда, когда тракты распростране­ния радиоволн имеют либо известные в любой момент времени задержки (случай СРНС), либо известную стабильную задержку (случай ГС).

На рис. 1-3 показаны принципы реализации алгоритма общего охвата применитель­но к сигналам ГС. На рис.1 и рис. 2 показаны геометрические параметры раотоложения ГС и пунктов А и В, в которых находятся синхронизируемые стандарты. Временная диаг­рамма сигналов, которые принимаются в пунктах А и В, и измеряемые параметры пред­ставлены на рис. 3.

Рис. 2

Рис. 1

a(0

1 ATA^гс -*>

 

 

0

i

...........w w

i ......................                                                                        jA       .ГС—А   ,   л rj-iA—ГС

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа