Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Олянюк, П. В. Оптимальный прием сигналов и оценка потенциальной точности космических измерительных комплексов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

7.05 Mб

Скачать

☆

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

п . в . о л я н ю к

ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СИГНАЛОВ И ОЦЕНКА

ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТОЧНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

М о с к в а „ С о в е т с к о е р а д и о " 1 9 7 3

УДК 621.317:629.197.7

П.

В. О л я н ю к .

Оптимальный

прием

сигналов

оценка

потенци

альной точности космических измерительных комплексов.

М., «Сов. ра

дио», '1973,

184 с.

Книга

посвящена

рассмотрению

вопросов теории

пространственно-

временной

фильтрации

сигналов

космических

измерительных

комп

лексах и изложению обобщенной методики

оценки

потенциальной

точ

ности комплексов. Описываемая методика охватывает

процессы

измере

ния топоцентрцческих

координат

КА и

обработки информации при

опре

делении

орбит, позволяя исследовать

оба

процесса

единых

позиций

теории статистических решений. Приводятся алгоритмы оптимальной обра

ботки сигналов и примеры структурных		схем устройств,	обеспечиваю
щих такую	обработку.
Книга может служить пособием для		изучения принципов построения
космических	комплексов орбитальных,	навигационных и	геодезических

измерений, а также вопросов приема и обработки сигналов в этих комп лексах. Она рассчитана на научных работников, преподавателей, «пио неров, аспирантов и студентов старших курсов радиотехнических факуль тетов.

Рис. 19, табл. 6, библ. 30 назв.

Редакция литературы по вопросам космической

радиоэлектроники

Гос. научно- — -

б й 5 д : г я

ч и т

ОГО З А Л А I

0341-070 о 046 (01)-73 19-73

Предисловие

З а п у ск	в Советском Союзе 4		октября 1957	года
•первого в	мире	искусственного	спутника	Земли
положил	начало	бурному 'развитию космической

техники, которая к настоящему времени у ж е при


несла человечеству			много в а ж н ы х открытий и на
шла много важных .практических применений.
При		большом .разнообразии			задач	в	космосе,
у ж е	потребовавших,		« ж	известно, пусков			многих
сотен	искусственных		спутников		Земли	и	десятков
космических аппаратов				(.КА)	к Луне	и	другим
планетам		солнечной	системы,		всегда	необходимо

решать радиолокационную задачу местоопределе-

ния	КА, или измерения его параметров движения,
а 'в	ряде случаев, исходя из параметров		движения
КА	(параметров	его о р б и т ы ) , — о п р е д е л я т ь		коор
динаты или параметры движения других			объектов.
	Определение параметров движения обычно раз
деляется на два		этапа, соответствующие	как	бы

«радиотехнической» и «баллистической» части за дачи: на т а к называемый этап первичной обработ ки, когда сигналы, принимаемые радиолокаторами, проходят обработку, оптимальную с точки зрения определения координат КА и их производных от носительно радиолокатора, и этап вторичной об работки, когда по этим данным 'радиолокаторов с


привлечением	аппарата			небесной		механики		на
Э Ц В М определяются			и	прогнозируются			параметры
движения ('параметры			орбиты)		КА.
П р е д л а г а е м а я		вниманию			читателей			книга
П. В. О Л Я Н Ю К А		интересна			тем,	что	в ней	фор
мулируются	непосредственные				зависимости			иско
мых параметров движения КА от структуры								при

нимаемых сигналов ('являющихся с и г н а л а м и с ре гулярно изменяющимися параметрами) и опреде

ляется потенциальная	точность	радиотехнических
•измерительных" комплексов. П р и		этом	автор особо
о б р а щ а е т внимание на	относительно		большую де

терминированность движения многих КА и следо вательно сравнительно большое время корреляции

ф л ю к т у а ц ии п а р а м е т р о в движения, позволяющее проводить длительное накопление сигнала и бла годаря этому повышать точность измерения пара метров движения . Обобщенные автокорреляцион ные функции, которые логично вводит автор для •сигналов с регулярно изменяющимися ' П а р а м е т р а ми, позволяют непосредственно оценить весомость

априорной информации и точность		измерительных
•средств.
П о д о б н ы й	подход хотя естественно и не выхо
дит за рамки	применяемой теории	статистических

решений, однако представляет интерес с методиче ской точки зрения, позволяя наглядно оценить точность различных радиотехнических комплексов и синтезировать их оптимальные структуры. П р и

веденного материала	достаточно, чтобы читатель
смог приступить к конкретным		п р и л о ж е н и я м пред
лагаемой методики.
Член-корреспондент А Н	С С С Р	А. Ф.	БОГОМОЛОВ

Основные обозначения

А — амплитуда принимаемого сигнала, А0— амплитуда опорного сигнала, формируемого в точ

ке приема по априорным данным, А т — амплитуда (модулированной несущей,

а — б о л ь ш а я полуось кеплерова эллипса, а3 — экваториальный радиус принятого опорного эллип

соида Земли,

В, В а — 'корреляционные матрицы ошибок измерений и априорных данных,


Ву,		Вг— геодезическая широта и скорость			ее изменения,
D	—• длина стороны		к в а д р а т н о й	антенны	или диаметр
круглой		антенны,
Е	— э к с ц е н т р и ч е с к а я		аномалия,
е	— эксцентриситет кеплерова эллипса,
е 3	— эксцентриситет		опорного	эллипсоида	Земли,

F — допплеровекое смещение частоты, / — частота несущих колебаний,

g	— вектор	параметров д в и ж е н и я КА в геоцентрической
прямоугольной системе координат;
S i	§2 — е г 0 координатные		и скоростные	составляющие,
Н	— высота	относительно	поверхности	принятого опорно

го эллипсоида,

/5 — информативность траектории ,по отношению к опре деляемой величине £,

1о(х) — функция Беоселя мнимого аргумента нулевого порядка,

i — угол наклонения			орбиты,
J —	матрица	преобразования,
Jnp)	«1ц. Jc<t> •	J r — матрицы преобразования			д и ф ф е р е н
циалов	при переходе		от прямоугольной,	цилиндрической,,
сферической и геодезической систем к исходной					прямоуголь
ной системе,

.hq — якобиева м а т р и ц а перехода от координат § к ко ординатам g ,

k — волновое число,

L — геодезическая долгота,


MQ	— с р е д н я я	аномалия на момент			времени t0,
т — глубина		амплитудной		модуляции; количество опреде
ляемых параметров движения,
<N — р а д и у с		кривизны первого вертикала				на поверхности
опорного эллипсоида			в точке	наблюдения,
N0	— с п е к т р а л ь н а я		плотность помех,
N(t,r) — к о м п л е к с н а я амплитуда помехи,
1 n(t,	г ) — мгновенное значение помехи,
Р,	Р й . , Р.,- — м а т р и ц а			перехода	от	дифференциалов-

кеплеровых параметров к д и ф ф е р е н ц и а л а м начальных усло вий движения в инерциальной прямоугольной системе коор динат, ее k-ая строка и /-ый столбец (гл. V I ) , мощность из лучения бортового передатчика .(гл. V ) ,

р — п а р а м е т р (Кеплерового эллипса,

Q u	> Осф . Q r — векторы линейных составляющих координат
цилиндрической, сферической и геодезической систем		отсче
та,.
q,	q a — векторы истинных и априорных значений	п а р а

метров движения;'вектор кеплеровых п а р а м е т р о в ,

Aq—-вектор разности м е ж д у истинными и априорными значениями параметров движения,

q n — вектор неопределяемых параметров движения,

Чц	iQciiii	Qr — векторы параметров	движения в цилиндриче
ской,	сферической и геодезической координатных			системах,
R u ,	R C ( \| ) .	R r — матрицы вращени я	ЩУП переходе	от диффе

ренциалов цилиндрической, сферической и геодезической си

стем

отсчета

к д и ф ф е р е н ц и а л а м

прямоугольных

координат,

R?(X) — матрица вращения, описывающая поворот пря

моугольной системы

координат

вокруг

оси

на

угол

К,

''(0.

— текущее расстояние межд у

наблюдателем

КА и его априорное значение,

Гз ,

Г з д — геоцентрический

радиус-вектор

наблюдателя

его априорное

значение,

Гк ,г к а — геоцентрический

радиус-вектор

КА

и его

апри

орное

аначен'Ие,

г к

— линейная координата сферической системы,

г з ц ,

Г з ц „ — геоцентрический

радиус-вектор

центра

антен

ны и его

априорное значение,

г к

— радиус-вектор текущей

точки антенны,

5 — действующая п л о щ а д ь приемной антенны,

s(t,

г)

— мгновенное значение

сигнала,

—

время наблюдения

или

длительность

измерений,

—

текущее

время

некоторое

его

фиксированное

значение,

U u

, и с

ф ,

U r

— матрицы связи

д и ф ф е р е н ц и а л о в

скоростных

составляющих

прямоугольной

системы

отсчета с

дифферен

ц и а л а м и составляющих цилиндрической, сферической и гео дезической систем,

и — угол		широты,
V—	объем		пространства, занимаемого элементами прием
ных антенн,
V u ,	V C ( i ) ,	V r	— матрицы с в я з и дифференциалов скоростных

составляющих цилиндрической, сферической и геодезической

систем отсчета	с д и ф ф е р е н ц и а л а м и составляющих прямо
угольной системы,
v — скорость	К А,
^гр. ^'ф— групповая и ф а з о в а я скорости распространения
радиоволн,
W , ( , W c < 1 ] ) W r	— матрицы непосредственного преобразова

ния дифференциалов .координатных с о с т а в л я ю щ и х при пере


ходе	от	цилиндрической, сферической			и	геодезической	си
стем	отсчета к		прямоугольной,
	W K —	матрица		непосредственного	преобразования		диф
ф е р е н ц и а л о в			при	переходе от кеплеровых		элементов к	иа-

ч а л ь н ым условиям движения в геоцентрической

инерциаль -

иой прямоугольной

системе

отсчета,

W ; — матрицы - клетки,

входящие

состав

м а т р и ц ы

W K , / = 1 , 2 , 3, 4,

w(x)

— плотность

вероятности

случайной величины,

х,

у,

z — прямоугольные

координаты,

х — || л-, х^х3\\т—

топоцентричвокий

радиус-вектор

КА,

x = vT/p

—

обобщенная

координата

(гл. V ) ,

Y(t,

/') — комплексная амплитуда аддитивной смеси сиг

нала

и шума,

y(t,

г) — мгновенное значение смеси сигнала и шума,

—

пространственно - временная

а в т о к о р р е л я ц и о н н а я

функция

(АКФ)

поля

сигнала,

ZT—

автокорреляционная

функция

флюктуации

перио

да обращения

И С З ,

Zi—

автокорреляционная

функция

флюктуации

ско

рости изменения

периодов обращения

И С З ,

—• аппликата

цилиндрической

системы

отсчета,

Э — энергия

сигнала,

Эк—

энергия

сигнала,

расходуемая

в течение k-то ин

тервала

корреляции

флюктуации

начальной

фазы,

« — вектор параметров

сигнала,

Р,

— вектор случайных параметров

сигнала,

н а ч а л ь н а я

ф а з а ,

Y, у „, Ау — угловая

топоцемтрическая

координата

КА,

ег

априорное

значение

разность между

ними,

# — истинная

аномалия,

x—k2PS/8

я — обобщенный

параметр,

X — д л в н а 'волны несущих колебаний,

^ц.

— долгота в цилиндрической и

сферической

систе

мах

отсчета,

(.1 —

'Гравцтацион:ная

постоянная

Земли,

£,

г),

—

декартовы

геоцентрические

или

топоцентриче-

ские координаты КА в некоторый момент времени

(началь

ные

условия

д в и ж е н и я ) ,

—

траверзное

расстояние

(гл. V ) , вторая

линейная

ко

ордината

цилиндрической

системы

отсчета

(гл.

V I ) ,

—

временная

з а д е р ж к а

(гл. I I ) , момент

пролета

пери

гея (гл. V I ) ,

Ф — закон модуляции ф а з ы сигнала,
ср„— фаза				помехи,
Q	—		частота		модуляции, долгота восходящего					узла,
со	—		частота		сигнала; угловое			расстояние	перигея;
« ь	«2,		аз, § ь §2,			Рз — элементы		Якоби,
Н,	g, h, L , G,				I — канонические			элементы,
p2,	coi,		«г,	L , pi,		X — первая система элементов				П у а н к а р е
, T ) I ,		\| i , L,		ila,	X— вторая система элементов				П у а н к а р е ,
gu	hi,		Ma,	Pi,	K\		— элементы орбит, подобные кепле
a,	fi,	i, K,		Mu	h
							ровым.
a,	Q,	cost,		K, Mu		h

Введение

В книге рассматриваются вопросы теории обработки сиг налов в космических измерительных /комплексах, к которым

относятся	комплексы орбитальных	измерений,	навигации
наземных	и околоземных объектов	п о И С З и	космические

геодезические комплексы. Космические измерительные комп

лексы	о б л а д а ю т рядом специфических -особенностей, среди
которых необходимо упомянуть следующие.
1.	Они п р е д н а з н а ч а ю т с я д л я определения п а р а м е т р о в

движения объектов, траектории которых из-за относительной

малости действующих на них случайных				возмущений	отли
чаются	значительной детерминированностью . Исследования
показывают, что длительность			интервала	корреляции	флюк
туации	п а р а м е т р о в	орбит, обусловленных		к о л е б а н и я м и	плот
ности	атмосферы,	составляет	'величину	-порядка суток [30]-

Космические измерительные комплексы в этом отношении су


щественно		отличаются			от радиолокационных,				предназначае
мых	для	определения			п а р а м е т р о в		д в и ж е н и я		объектов,		д в и
гающихся		в	атмосфере.			Интервал	корреляции			случайной,
компоненты			скорости		в последнем случае составляет вели
чину п о р я д к а			секунд или			минут.
2.	Следствием			детерминированности				траекторий		космиче
ских	аппаратов			(КА)	является б о л ь ш а я величина допусти
мой	продолжительности					процесса	измерений.		Известно,		что
о б щ а я длительность					этого процесса			может	достигать		не

скольких часов, причем измерения -могут осуществляться в течение всего указанного времени либо в течение непримыкающих друг к другу коротких отрезков времени, п о п а д а ю щих в пределы интервала корреляции ф л ю к т у а ц и и п а р а м е т ров орбиты.

3. Существенной особенностью космических радиотехниче ских комплексов является б о л ь ш а я рассредоточенность из мерительных средств в пространстве . Н е с м о т р я на это, при точной синхронизации работы отдельных измерителей косми

ческий комплекс			к а к	измерительная		система	представляет
собой	единое целое.
4.	Д л я	измерения		параметров	д в и ж е н и я космических			а п
паратов		могут	использоваться		как	короткие	импульсные-
сигналы,		интервал к о р р е л я ц и и			флюктуации ф а з ы которых:
мал,	так	и непрерывные сигналы			большой длительности,			и н -

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ