Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 99

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 

 

-►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^——

 

 

л

 

 

 

і

 

а

 

 

 

 

 

 

\

 

/ /

 

 

/\

 

 

 

 

 

 

/

\

/ /

 

 

' \

/

 

 

 

 

 

/

\

/ /

 

 

V

У

 

 

 

 

 

 

 

/ /

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

Запоминание поправки по углу места

Запоминание поправки по азимуту

Рис. 3. Сигнал калибровочного радиоисточника при сканировании

На рис. 4 приведены графики поправок наведения на калибровочные радиоисточ­ники по углу места при начальных (сШ0) и уточненных (<Ш) значениях корректирующих параметров.

dU(U)

0.015 0.01 0.005

O

-O.OO5 -O.O1

у *•

V 40

Рис. 4. Графики поправок наведения на калибровочные радиоисточники по углу места при начальных (dU0) и уточненных (dU) значениях корректирующих параметров

Как видно из графиков, уточненные значения поправок наведения находятся внут­ри диапазона ±30 угловых секунд, что обеспечивает наведение радиотелескопа на радио­источник при использовании длины волны 1.35 см.

Выводы. Таким образом, результаты разработки ВУК радиотелескопа П-2500 по­зволяют повысить точность наведения и решить поставленную задачу - наблюдение ра­диоисточников на длине волны 1.35 см, полученные результаты могут быть с успехом применены на антенных системах THA-127 и П-400 с учетом их специфики.

Литература

1. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. / Р.В. Бакитько, M.A. Ва­сильев, A.C. Винницкий и др.; под ред. A.C. Винницкого. - M: / Радио и связь 1993. - 328 стр.., ISBM 5-25б-10054-9.

2. Оценка точности телескопа AЗТ-28 при измерении звезд, как эталонных объек­тов, Ямницкий ВА., Кожухов A.M., Брюховецкий A^., Рыхальский В.В., Рыщенко С.В., Mатвеев ЛЖ., Збірник наукових праць об'єднаного науково-дослідного інституту зброй­них сил. - Харків: ОНДІ ЗС. - 2007. Випуск 2(7). - С 245 - 254.

0.03

0.025

0.02

0 10

-0.015

-0.02

и

СРРСН'2008

I . 2 - 1 5 3

M^'2008

ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПОПРАВОК ДЛЯ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

Деденок В.П. 1), Резников Ю.В. 2) ^Харьковский центр ИКИ НАНУ-НКАУ 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, к. 610, тел. (057) 702-63-46, E-mail: kharkov_ikd@ukr.net 2)Научный центр Харьковского университета Воздушных Сил 61023, Харьков, ул. Сумская 77/79, тел. (057) 702-01-53 E-mail: ura reznikov@ukr.net The results of experimental researches application the method of forming differen­tial correctings amendments are presented for the apparatus of satellite navigation space vehicles, having an elliptic type orbit like «Ionosat».

Введение. На сегодняшний день ионосфера является достаточно изученным пред­метом науки. Тем не менее, большая часть знаний об ионосферных процессах остается не раскрытой, что связано с ограниченным количеством экспериментальных данных. В пер­вую очередь это касается области ионосферы расположенной за максимумом слоя F2, что объясняется ограниченными возможностями существующих наземных средств зондиро­вания. В этой связи огромный научный интерес представляет собой, разрабатываемый на данный момент в Украине проект «Ионосат», который полностью посвящен исследова­нию ионосферных процессов. Данный проект предполагает создание орбитальной груп­пировки из трех микроспутников, оснащенных научной аппаратурой. Для создания наи­больших возможностей по получению информации для спутников выбрана эллиптиче­ская орбита с начальными условиями - высота перигея 400 км, высота апогея 780 км, что удовлетворяет требования по времени существования спутников (2 года) и высотному поясу исследований ионосферы 200-800 км, при этом к баллистико-навигационному обеспечению космических аппаратов (КА) предъявляются достаточно жесткие требова­ния, что связано с необходимостью высокоточной пространственно-временной фиксации получаемых экспериментальных данных. Обеспечить высокую точность наземными из­мерительными средствами невозможно, поэтому предполагается использование аппара­туры спутниковой навигации (АСН). Обычно для достижения высокоточных навигаци­онных решений применяются дифференциальные методы навигации, однако в случае использования АСН космического базирования это не приводит к достижению требуемо­го эффекта, что связано с различной степенью влияния электронной концентрации ионо­сферы на аппаратуру наземного и космического базирования. Дело в том, что формируе­мые на земной поверхности поправки включают влияние всей толщи ионосферы (полно­го электронного содержания), в то время как АСН КА с эллиптической орбитой функ­ционирует в условиях динамически изменяющейся ионосферы, находясь за достаточно короткие интервалы времени и выше и ниже «тяжелых» слоев ионосферы, из-за чего на нее влияет лишь некоторая, постоянно меняющаяся часть полного электронного содер­жания.

Сущность. В связи с этим для высокоточной навигации КА предлагается использо­вать метод оценки высотного распределения электронной концентрации ионосферы, ко­торый позволяет получать распределения электронной концентрации не только по пла-нарным координатам (широта и долгота) но и по высоте, что в свою очередь позволяет синтезировать алгоритм расчета ионосферных поправок к измерениям АСН КА типа «Ионосат». Суть метода состоит в следующем. Осуществляется выбор вида подынте­гральной функции (функции описывающей профиль электронной концентрации), т.е. вид этой функции ограничивается в заданном классе функций, при этом значения самой функции определяются с точностью до некоторых неизвестных параметров. За основу берутся модели распределения электронной концентрации по высоте, по сферическим координатам и по времени наблюдения, при этом параметры этих моделей уточняются

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 1 5 4

(оцениваются) в ходе получения текущих измерений характеристик ионосферы. Такой подход позволяет получать дифференциальное (в каждой точке пространства и времени) распределение электронной концентрации, известное до параметров, которые определя­ются факторами глобального и регионального характера и в основном зависят от солнеч­ной активности. Оценка неизвестных параметров осуществляется на основе обработки первичной ионосферной информации, получаемой путем приема сигналов спутниковых радионавигационных систем сетью наземных станций, оснащенных двухчастотной АСН.

Оценка применимости данного метода для формирования ионосферных поправок непосредственно к АСН космического базирования была сформулирована следующим образом:

Пусть известны значения псевдодальностей для определенного низкоорбитального КА с функционирующей на его борту двухчастотной АСН, при этом координаты самого КА на момент фиксации данных значений также известны. Помимо этого известны зна­чения псевдодальностей, полученные АСН наземной контрольной станции (КС), осуще­ствляющей дифференциальную поддержку, для интервалов времени соответствующих прохождению КА в пределах зоны действия данной КС.

Необходимо оценить остаточную ионосферную погрешность и погрешность пози­ционирования АСН КА при использовании разработанного метода с оценкой параметров модели по измерениям КС.

Наиболее общее представление об ионосферы на перигейном участке трассы КА можно получить, если рассчитать среднее значение ионосферной погрешности. Такая ха­рактеристика была рассчитана при использовании модели ТЫ (рис. 1).

65

60

55 50 45

Географическая широта,о

40

35

Рис. 1. Среднее значение ионосферной погрешности АСН КА «Ионосат» на перигейном участке полета

Как видно из представленных экспериментальных данных для спутниковой навига­ционной аппаратуры КА с заданным типом орбиты в среднем ионосферная погрешность на перигейном участке трассы будет составлять значения порядка 10-15 метров (при дос­таточно высоком уровне солнечной активности), хотя может и превышать данные значе­ния в периоды, когда значения числа Вольфа превышают значение, использованное в эксперименте (150).

Несмотря на отсутствие возможности получить измерения аппаратуры АСН КА с эллиптической орбитой тестирование предложенного метода формирования ионосфер­ных поправок возможно с привлечением измерительной базы существующих КА. В дан­ной эксперименте были использованы измерения КА Champ. Экспериментальные данные соответствовали дате 29 июня 2004 года.

Для проведения эксперимента по оценке остаточных погрешностей позициониро­вания были использованы следующие данные:

- измерительные файлы спутника Champ, карты CODE;

- навигационный файл на данные сутки;

л

т

с о

ш

е

гр

о

s

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 1 5 5

- данные о задержках в каналах навигационных спутников и приемника Champ;

- файл эталонных координат КА Champ.

На рис. 2 представлено среднее значение ионосферной погрешности АСН КА Champ в течение одного периода обращения.

15 14 13 Ss 12

ост

е

ре

г

l 5 е

ф

с о

£ 2

13.0    53.2    85.6   45.4     5.2     -35.0   -75,2   -25,2  -67.2 17.4 Географическая широта,

25,2 17,4 9,5 -13,8 -18.7

Географическая широта,

а б

Рис. 2. Реализация среднего значения ионосферной погрешности: а - на одном витке КА ДЗЗ с эллиптической орбитой типа КН-12, б - для требуемого широтного диапазона

Как видно представленного рисунка наиболее строго ионосферная погрешность АСН КА Champ соответствует значениям погрешности эллиптического КА на выделен­ном участке. Соответственно для проведения эксперимента по оценке остаточной по­грешности позиционирования был выбран именно этот пространственно-временной диа­пазон, когда ионосферные условия для навигационной аппаратуры космического аппара­та с круговой (КА Champ) и эллиптической орбитой (КА типа «Ионосат») были макси­мально близки.

Методика проведения эксперимента состояла в следующем.

Для выбранного интервала времени [t1 , t2 ] по ионосферным картам CODE произ­водилась оценка пространственно временного распределения параметров ионосферы. Оцененные параметры использовались для восстановления ионосферной погрешности КА Champ на временном интервале, когда трасса спутника проходила в заданном диапа­зоне широт (35o...-2Go). В результате были получены статистические характеристики «невязок» модельных и измеренных значений ионосферной погрешностей на интервале [t2,t3 > . Результаты сопоставления измеренных и модельных значений представлены на рис.3

НКА (GPS) №16

S 1

о с

•е-

о и о К

HKA (GPS) №31

о с

•в"

о и о

к

34.2      25,2       17,4       9,5        1,7       -6,0      -13,8 -18.7 Географическая широта,

34.2 25,2

-13,8

Географическая широта,

Рис. 3. Ионосферная погрешность, полученная двухчастотным методом (кривая №1) и при использовании изложенного метода (кривая №2)

34.2

s

о

СРРСН'2GG8

I . 2 - 1 5 б

M^'2GG8

«Невязки» измеренных и модельных значений ионосферной погрешности КА Champ для всех навигационных КА на заданном участке характеризуются следующими величина­ми: математическое ожидание ~ G.G5 м, среднеквадратическое отклонение ~ G.62 м.

В заключительной части эксперимента полученные модельные значения вноси­лись в виде поправок в оценки псевдодальностей КА Champ, в результате чего решалась навигационная задача, т. е. определялись координаты спутника. При этом было использо­вано два варианта решения навигационной задачи:

1) когда сформированные указанным образом поправки вносились в значения псевдодальности;

2) решение навигационной задачи осуществлялось без внесения каких либо ионо­сферных поправок.

Результат решения навигационной задачи для заданного пространственно-временного участка представлен на рис. 4.

м

Погрешность позиционирования

Погрешность по іициониро-

т

ина рд

ок

Погрешность позиционирования с ем ионосферных поправок

введени-

34.2  29,1   25,2  21,3   1 7,4  1 3,4    9,5    5,6    1,7    -2,1    -6,0   -9,9 -13,8 -17,7 -18.7 Географическая широта, °

Рис. 4. Погрешность позиционирования КА Champ

Как видно из представленного рисунка решение навигационной задачи в случае, когда в оценки псевдодальностей вносятся соответствующие ионосферные поправки имеет значительно более низкий уровень остаточной погрешности позиционирования, как для систематической, так и для случайной составляющей.

Выводы. Анализ рис. 4 позволяет сделать вывод, что при «лобовом» решении на­вигационной задачи, без внесения ионосферных поправок максимальная погрешность позиционирования составляет 14 м. В то же время при внесении соответствующих попра­вок предельная погрешность позиционирования составляет 5.5 м. Таким образом, метод формирования ионосферных поправок для АСН КА «Ионосат» повышает точность пози­ционирования КА на перигейном участке трассы в 2.55 раза, что позволяет эффективно решить большинство прикладных задач.

СРРСН'2GG8

I . 2 - 1 5 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ДО НАЗЕМНОГО ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЦЕНКИ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИИ ИОНОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1)Деденок В.П., 2)Ткаченко А.О., 2)Власик С.Н., 1)Мигура Е.В.

1)Харьковский центр ИКИ НАНУ-НКАУ

б11бб, Харьков, пр. Ленина, 14, к. бЮ, тел. (G57) 7G2-63-46, E-mail: kharkov ikd@ukr.net 2)Харківський університет Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба бЮ23, г. Харьков, ул. Сумська 77/79, тел: (G57) 7G4-96-G1 E-mail: факс: (G57) 7G4-96-G1 The analysis of the accepted ionosphere electronic concentration description model influ­encing on the estimation of distance from the ground radio transmitter is conducted. It is shown that the account of radio wave refraction in the low layers of ionosphere considerably influences on the radio wave trajectory and allows to promote exactnesses of the distance estimation. Ap­proach to the estimation of current value of sun activity index, which is necessary for practical application of ionosphere description model IRI is offered.

Явление отражения радиоволн короткого диапазона от ионосферы дает возмож­ность решать задачу оценки дальности до наземного радиоисточника при его значитель­ном удалении от приемника, в частности, при пеленгации в режиме SSL. Решение такой задачи основано на восстановление траекторий распространения радиоволн при их отра­жении от ионосферы.

Строго говоря, ионосфера является изменчивой как во времени, так и в пространст­ве, при этом траектории радиоволн образуют сложные кривые, изменяющиеся во време­ни. Это связано с зависимостью электронной концентрации ионосферы N от высоты h, широты f , долготы X, времени суток t, солнечной активности (которая может быть за­дана одним из параметров солнечной активности - числом Вольфа q ). Сложный вид за­висимости обусловливает многообразие путей распространения (отражения) радиоволн, поэтому точность восстановления траекторий радиоволн зависит от точности модели, описывающей текущее состояние ионосферы. В настоящее время наиболее полной и точ­ной моделью, описывающей пространственно-временное распределение электронной концентрации в ионосфере Земли, можно считать модель IRI, которая является общепри­знанной глобальной моделью ионосферы, в которой при построении профилей N(h) ис­пользуются модели распределения N отдельных слоев ионосферы (D, E , F1, F2), кото­рые стыкуются между собой с использованием экспериментальных данных для промежу­точных диапазонов высот между слоями и в верхней ионосфере

При практическом решении задач восстановления траекторий радиоволн считается, что достаточно представления функции Ы(И) с одним главным максимумом и описанием

нижней ионосферы (в которой происходит отражение радиоволн) параболической моде­лью

где Нт - высота главного максимума ионосферы, Ыт - электронная концентрация в глав­ном максимуме, и - толщина нижней ионосферы. Значения Ыт, Нт, и определяются из модели ТЫ. При таком подходе к решению задачи восстановления траекторий радиоволн

N (h) = Nin (f, X, h, t, q).

СРРСН'2GG8

I . 2 - 1 5 8фактически игнорируется рефракция радиоволн в нижних слоях ионосферы, что в ряде случаев может существенно влиять на оценку дальности.

Предлагается при расчете траектории радиоволны использовать модель 1Ш, которая позволяет в каждой точке пространства и времени найти значение N, рассчитать теку­щий коэффициент преломления и, тем самым, получить траекторию радиоволны, соот­ветствующую профилю электронной концентрации вдоль пути ее распространения.

Учет рефракции радиоволны в нижних слоях ионосферы может значительно изме­нить картину прохождения радиоволны. Так, на рис. 1 представлены высотные распреде­ления электронной концентрации вдоль траектории распространения радиоволны в слу­чае использования модели ТР1 и параболической модели до высоты отражения радиовол­ны. На рис. 2 представлены соответствующие восстановленные траектории радиоволны.

350000 300000 №,сгп

-3 200 п

250000 200000

150000 100000

50000 0

Ы,км

150

100

50 4

Н,км

70   85 100 115 130 145 160 175 190

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