Oξηζ – система координат, связанная с акселерометром;

S_Y – значение расстояния, получаемое на выходе второго интегратора.

Рис. 2.40,б:

pV_Y – ускорение объекта; a_Y – ускорение, измеряемое акселерометром;α – угол наклона гироплатформы относительно горизонта; α_пер. – угол переносного движения;

Sy,αабс. – измеренные расстояние и угол; - первый интегратор; - второй интегратор.

ζ

Z₀

Y

f₁(t)

S

4

f₂(t)

α_изм.

1

2

Y

η

O

α

3

Y₀

5

Рис. 2.41. Принципиальная схема одномерной бесплатформенный инерциальной системы (БИНС).

1 – акселерометр;

2 – датчик угловой величины;

3 – основание;

4 – вычислитель;

5 – корпус объекта;

Oξηζ – горизонтальная система координат;

OX₀Y₀Z₀ – система координат связанная с основанием 3;

OXYZ – невращающаяся система координат;

f₁(t),f₂(t) – выходные сигналы чувствительных элементов;

S,α_изм – измеренные величины: координата и угол наклона соответственно;

α – угол отклонения основания.

2.4.3. Спутниковые радионавигационные системы

Определение координат объектов спутниковыми радионавигационными системами (СРНС) производится за счет измерения расстояний R от искусственных спутников Земли (ИСЗ) до ОН, на которых устанавливается аппаратура потребителя (АП), входящая в состав СРНС.

Если координаты аппаратуры потребителя АП, размещенного на ОН, а координаты спутника в текущий момент времени– , то расстояние от спутника до потребителя как следует из рис. 2.39 может быть определено следующей зависимостью:

(2.81)

где ,

; (2.82)

Расстояние R определяется по времени τ и скорости распространения сигнала со спутника:

(2.83)

где ,

— время приема сигнала потребителем,

— время излучения сигнала ИСЗ,

— скорость распространения электромагнитных волн (сигнала со спутника).

Координаты в момент сеанса измерений также известны и передаются со спутников. Таким образом, в уравнении (2.81) три неизвестных— , поэтому для их определения необходимо одномоментное измерение расстояния R с различных не менее 3-х спутников, что дает возможность, решая систему уравнений Ri, определить значения координат аппаратуры потребителя ОН.

Для возможности непрерывного определения координат АП необходима сеть из нескольких спутников.

Сетевые СРНС являются системами глобального, непрерывного и высокоточного навигационного обеспечения при практически мгновенной выдаче определяемых параметров. Точность определения координат (по среднеквадратической оценке) достигает 10м, а скорости – 0.05 м/с (при использовании эффекта Доплера).

СРНС состоит из следующих основных подсистем: — подсистема контроля и управления (ПКУ); — подсистемы ИСЗ; — аппаратуры потребителей (АП);

Подсистема ИСЗ представляет собой совокупность источников навигационных сигналов, передающих одновременно определенный объем служебной информации.

Так известная сетевая СРНС „ Навстар” образует сеть из 21-го пространственно сфазированного спутника, размещенных на 6-и круговых орбитах высотой 20180 км, с наклонением 55º и периодом обращения 124 мин. Синхронизация излучений ИСЗ обеспечивается с точностью до наносекунд.

Наземная подсистема ПКУ служит для контроля за ИСЗ и для управления ими как космическими аппаратами, а также для снабжения их служебной информацией (координаты спутников, состояние их бортовых шкал времени, ряд поправок), которая передается ими далее в составе кадра сигнала всем потребителям системы.

Аппаратура потребителя (АП) предназначена для приема сигналов от ИСЗ, измерения радионавигационных параметров и обработки измерений с целью определения параметров движения объекта и их индикации.

Для приема радиосигналов ИСЗ в составе АП используется антенна. Сигналы, принятые антенной, усиливаются и преобразуются для обеспечения их восприимчивости вычислительным

Рис.2.42 Схема измерения расстояния R.

П—местонахождение аппаратуры потребителя

С—местонахождение спутника

—координаты аппаратуры потребителя;

— координаты спутника.

устройством АП (ВУ АП). ВУ АП обеспечивает управление автоматическим поиском сигналов, а также выполнение всех логических и вычислительных операций по обработке сигналов, в том числе решение системы уравнений (2.81).

СРНС функционирует в собственном системном времени. Все процессы в ее звеньях фиксируются в этой временной шкале. Периодически начала отсчета местных временных шкал принудительно согласовываются с системной шкалой, синхронизируются с ней.

Временные шкалы всех спутников сети периодически подстраиваются под шкалу системного времени. Это составляет основу для реализации пассивного (беззапросного) способа измерения дальностей одновременно до нескольких спутников (рабочее созвездие спутников).

Для быстрого захвата сигнала потребитель должен знать системное время с точностью не хуже 10 мкс, либо свое местоположение с погрешностью не более 3 км.

Для обеспечения непрерывности навигационных определений требуется, чтобы излучаемые всеми спутниками сигналы и сообщения были совместимы, что обеспечивается синхронизацией бортового времени всех ИСЗ с заданной точностью относительно системного времени.

Расхождение часов спутников и АП приводит к ошибкам измерения времени τ распространения сигнала, а значит к погрешности вычисления расстояния R по формуле (2.82) и координат по формуле (2.81). Величина погрешности ∆R оценивается, как сумма следующих составляющих:

(2.83)

где — скорость распространения электромагнитных волн (сигналов),

— расхождение шкалы времени АП и ИСЗ относительно времени системы,

— приращение задержки распространения сигналов за счет влияния топосферы и ионосферы.

Эффективным методом повышения точности СРНС является дифференциальный режим их использования.

Для реализации дифференциального метода необходим ряд дополнительных аппаратных средств, которые можно рассматривать как дифференциальную подсистему (ДПС). При этом работа спутниковой системы в основном режиме не изменяется, и ДПС подключается только при переходе на дифференциальный режим. Структура ДПС ясна из рис.2.40, где изображено созвездие из четырех ИСЗ. ДПС представляет собой контрольную станцию КС в составе: точная , формирователь корректирующей информации ФКИ, вычисляющий поправки на сильно коррелированные погрешности, модулятор М и передатчик П. На борту потребителя ДПС состоит из аппаратуры приема , демодулятора ДМ и корректора координат КК. Результаты определения координат АП на борту потребителя автоматически корректируются на величину принимаемых с КС поправок . При удалении от КС потребитель переключается на близлежащую КС с обеспечением уверенной передачи и приема от этой КС.

Эффект от применения ДПС зависит от того, насколько одинаковыми окажутся погрешности на КС и в точке нахождения потребителя в момент определения, т. е. от степени пространственной и временной корреляции погрешностей.

(2.84)

(2.85)

истинные координаты КС;

координата КС, определенная КС;

координаты дифференциального режима;

координаты, определяющие АП.

К достоинствам СРНС следует отнести глобальность, высокую точность и ее независимость от пройденного расстояния и времени движения, и всепогодность.

Однако СРНС присущи и недостатки, в первую очередь это недостаточная надежность, а также достоверность вследствие неспособности системы быстро обнаруживать свое неправильное функционирование.

БА ДПС

КС ДПС

Рис.2.43 Структура дифференциальной подсистемы (ДПС).

КС—контрольная станция,

АПэ –эталонная аппаратура потребителя,

ФКИ—формирователь корректирующей информации,

М—модулятор,

П- передатчик,

—истинные координаты КС,

—координата КС, определенная КС,

КИ—корректирующая информация,

БА - бортовая аппаратура,

АПб – бортовая аппаратура потребителя,

ПрКИ – приемник корректирующей информации,

ДМ—демодулятор,

КК—корректор координат,

- поправка координат,

—координаты, объекта определяющие АП,

—координаты объекта, определяемые в дифференциальном режиме.