Учебное пособие 800309

утрачено. Расширение таблицы требует ее полной переделки на основе новой хэш-функции (со значением свертки большего размера).

В случае баз данных такие действия являются неприемлемыми. Поэтому обычно вводят промежуточные таблицы-справочники, содержащие значения ключей и адреса записей, а сами записи хранятся отдельно. Тогда при переполнении справочника требуется его переделка, что вызывает меньше затрат по сравнению с переделкой базы данных. Для исключения полной переделки справочников при их организации используют технику бинарных деревьев с расщеплениями и слияниями. Хэш-функция при этом меняется динамически, в зависимости от глубины В-дерева. Путем дополнительных технических ухищрений удается добиться сохранения порядка записей в соответствии со значениями ключа. В целом методы В-деревьев и хэширования все более сближаются.

31

5. СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ БАЗ ДАННЫХ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

При организации базы данных пространственно локализованных информационных систем применяют три схемы.

Первая условно называется внутренней. Она основана на использовании внутренней базы данных информационной системы, например геоинформационной системы (ГИС).

Вторая схема называется локальной. Она основана на подключении к информационной системе внешней базы данных с помощью соответствующего интерфейса.

Третья схема называется глобальной. Она основана на создании базы данных на Web-сервере и создании интерфейсов, позволяющих обмениваться информацией через глобальную сеть.

Контрольные вопросы к главе II

1.Какие базы данных используют в системах позиционирования?

2.Объясните понятие «реляционная база данных».

3.Какие этапы можно выделить при проектировании баз данных системы позиционирования объектов?

4.Какие характерные особенности можно выделить для баз данных систем с пространственно локализованными данными?

32

Глава III. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ

1. ИЗМЕРЯЕМЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЕ ОБЪЕКТА

Геометрические величины, характеризующие положение объекта:

расстояние до объекта,

направление на объект,

разность и сумма расстояний до двух заданных точек пространства.

Важной характеристикой положения объекта является вид измеряемых геометрических величин (координат) или, что то же самое, форма линий положения на плоскости или поверхностей положения в пространстве.

Линией или поверхностью положения называют геометрическое место точек, в которых измеряемая геометрическая величина остается неизменной. На плоскости постоянному углу соответствует радиус относительно измерительной станции, постоянной дальности – окружность, постоянной разности расстояний – гипербола, постоянной сумме – эллипс (рис. 3.1). В пространстве соответственно имеем коническую поверхность, сферу, гиперболоид и эллипсоид.

33

R=const

R1

R2

R3

Рис. 3.1. Линии положения

Каждой измеряемой величине соответствует свой измерительный канал станции.

По виду измеряемой величины каналы подразделяются

на:

угломерные,

дальномерные,

разностно-дальномерные

суммарно-дальномерные.

По совокупности измерительных каналов выделяют системы

34

1)однородные (угломерные, дальномерные и т. д.),

2)разнородные (например, угломерно-дальномерные

системы, измеряющие дальность и два угла).

При этом положение объекта на плоскости определяется точкой пересечения двух линий положения (рис. 3.2), в пространстве – трех поверхностей положения.

Известно, что расстояние до цели и направление на нее (один угол на плоскости и два угла в пространстве) можно измерить из одной точки, в то время как разность и сумма расстояний отсчитываются от двух точек пространства. Поэтому вид и количество измеряемых геометрических величин определяют пространственную структуру системы:

однопунктная,

многопунктная.

Однопунктными могут быть только смешанные системы

– угломерно-дальномерные. Измерение всех трех одинаковых величин (трех дальностей, трех углов) возможно только в многопунктных системах.

Рис. 3.2. Определение положения на плоскости

35

Системы, классифицируемые по виду измеряемых величин (координат), существенно различаются между собою по тактическому использованию, составу и объему аппаратуры. Системы с активным ответом чаще всего являются угломернодальномерными или дальномерными, беззапросные системы – угломерными или разностно-дальномерными, системы пассивной радиолокации – только угломерными.

Угломерно-дальномерные системы удобны тем, что положение объекта определяется из одной точки (однопунктные). Однако для их работы необходимы большие остронаправленные антенны, гарантирующие высокую точность угловых измерений.

Для работы дальномерных и разностно-дальномерных станций не требуется остронаправленных антенн. Недостатком этих систем является размещение аппаратуры в нескольких пунктах при определении всех координат объекта, а также неоднозначность (точки 0 и 0' на рис. 3.2), для устранения которой необходимы специальные меры.

Разностно-дальномерные станции удобны для определения собственного положения объекта относительно наземных маяков с помощью простого приемоиндикатора. Абсолютные расстояния до этих маяков измерить трудно, а разность расстояний – сравнительно просто. Суммарнодальномерные измерения применяются в разнесенных системах, где сигнал проходит двойное расстояние: передатчик

– цель и цель – приемник.

36

2. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ

2.1.Измерение дальности

Воснову измерения координат радиотехническими методами положено постоянство вектора скорости

электромагнитных волн, распространяющихся в однородной среде, т. е. постоянство скорости с ≈ 3·108 м/с, н прямолинейность распространения волн.

Измерение дальности производится из одной точки пространства (рис. 3.3, а) и в беззапросных системах основано на том, что время распространения τ сигнала от объекта до точки приема пропорционально пройденному пути R:

τ = R/c.

а) измерение дальности б) измерение разности дальностей

Рис. 3.3. Измерение дальности

Чтобы измерить это время, в пункте приема необходимо точно знать момент излучения или отражения сигнала объектом, т. е. иметь опорный сигнал, согласованный по времени с излучаемым. Для этого в точках излучения и приема нужно располагать высокостабильными эталонами колебаний –

37

часами, идущими строго синхронно и синфазно. Любое сколь угодно малое расхождение частот двух эталонов с течением времени приводит к расхождению по фазе эталонных сигналов, в результате чего через достаточно большие интервалы после сверки часов правильный отсчет времени запаздывания сигнала становится невозможным. Ввиду этого реализация беззапросного метода измерения дальности связана с большими техническими трудностями.

Обычно дальность измеряют запросным способом – по времени запаздывания отраженного или переизлученного сигнала (без учета задержки в цепях ответчика):

τ = 2R/c.

Запросный сигнал в этом случае является опорным для отсчета времени запаздывания. На этом же принципе основано измерение суммы расстояний передатчик – цель и цель – приемник в разнесенных системах, где в качестве опорного используется сигнал, непосредственно принимаемый от передатчика.

Измерение разности расстояний или угловых координат заключается в сравнении времен прихода сигналов цели в двух разнесенных точках (рис. 3.3, б). Расстояние между точками приема bх называют базой, а направление на объект (в одной плоскости) обычно характеризуют направляющим косинусом

их = cos θx = sin α,

где θx – угол между базой и направлением на объект;

α, = π/2 – θx – угол, отсчитываемый от нормали к базе. Направление на объект в пространстве определяется

двумя направляющими косинусами их, иy относительно двух взаимно перпендикулярных баз bх и by.

Разность хода сигналов от удаленного объекта (R1, R2 >> b) до двух точек приема

R1 – R2 ≈ bx cos θx = bx их.

Следовательно, угломерный способ измерения является вырожденным случаем разностно-дальномерного: на больших удалениях от базы гиперболы совпадают с их асимптотами, проходящими через центр базы.

38

Таким образом, разностно-дальномерные системы характеризуются большими базами, соизмеримыми с расстояниями до целей, а угломерные – очень малыми.

Поэтому первые относят к многопунктным, вторые – к однопунктным.

Разность времен запаздывания сигналов в разнесенных точках приема

Δτ = τ1 – τ2 = (R1 – R2)/c ≈ bx cos θx/c = (bx/c) их

пропорциональна разности расстояний или направляющему косинусу. На этом и основано измерение угловых координат (разности расстояний). При отсчете разности времен запаздывания абсолютные величины времени не имеют значения, так как один из двух принимаемых сигналов играет роль опорного. Поэтому для измерения угловых координат совершенно безразлично, какая система используется: запросная или беззапросная.

2.2.Измерение скорости

Воснову измерения производных от координат по времени, характеризующих движение объекта, положен эффект Доплера, возникающий при взаимном перемещении источника и приемника колебаний.

Принцип измерения радиальной скорости состоит в следующем. Пусть объект, находящийся на удалении R от точки приема, излучает синусоидальное колебание частоты 0 с начальной фазой φ0 (беззапросная система). Тогда текущее значение фазы принимаемого сигнала

φ (t) = 2πf0(t – R/c) + φ0.

При движении объекта относительно точки приема с

радиальной скоростью R текущее значение фазы закономерно изменяется. В результате этого частота принимаемого сигнала определяется как производная от текущей фазы по времени

и отличается от частоты излученного колебания на величину доплеровского сдвига

где λ = c/f0 – длина волны.

Для измерения доплеровского сдвига беззапросным способом в пункте приема нужно иметь опорный сигнал, имеющий частоту излученных колебаний. С этой целью в точках излучения и приема устанавливают высокостабильные эталоны частоты – кварцевые пли молекулярные высокочастотные генераторы. Требования к стабильности частоты таких эталонов значительно ниже, чем у эталонов времени: небольшое расхождение частот двух эталонов частоты сохраняется в заданных пределах в течение длительного времени, в то время как набег фазы эталонов времени, вызванный этим расхождением частот, непрерывно нарастает. Поэтому беззапросные системы измерения радиальной скорости значительно проще в технической реализации, чем беззапросные системы измерения дальности. Эти требования к стабильности частоты существенно снижаются при запросном способе измерения скорости, когда опорным является сам запросный сигнал, а доплеровскпй сдвиг частоты

удваивается вследствие удвоения набега фазы при распространении волны до цели и обратно.

Таким образом, измерение радиальной скорости состоит в измерении пропорционального ей доплеровского сдвига частоты (скорость набега фазы) принимаемого сигнала. Знак доплеровского сдвига указывает направление движения цели:

при сближении (R < 0) частота возрастает, при удалении (R > 0) уменьшается.

40