Результаты измерений параметров сигналов искусственного спутника Земли, страница 3

10

мой  около 30 лет АП  ССРНС в ССЗ реализуется существенно уступающая по помехоустойчивости  (по отношению к помехам переотраженных от близьлежащих к антенне предметов) схема рис.13 из /1/.

1.3.  Однозначное определение квазидальности по

        временному положению огибающей сигнала

1.3.1. Измеренная задержка t^изм.ог начального момента огибающей А_k(t-Dt_k-r_пк/с_гр) сигнала в приемной антенне относительно меток судовой шкалы времени (ШВП) должна содержать интервал   между шкалой ШВП и шкалой системного времени эталонного НХВ. Этот интервал в процессе измерения  можно считать постоянным и равным Dt_БХВ, а другими составляющими можно пренебречь как существенно меньшими реальных погрешностей ССЗ (имеющих порядок дестков наносекуд во времени или десятков метров в пространстве – см. /2/ п. 3.1). Таким образом в режиме однозначного измерения временного положения огибающей отсчет по каждому ИСЗ выражается суммой всего трех обсуждавшихся величин:

                                 t_k^изм.ог=r_рk/с_гр-Dt_k-Dt_БХВ   или  t_k^изм.ог+Dt_k=r_рk/с_гр-Dt_БХВ                       (1.8)  

После расчета значения  Dt_k – по формуле (1.6) с использованием полученной служебной информации о параметрах аппроксимации - , умножим обе части последнего равенства на скорость с_гр и обозначим с_грDt_БХВ=d. Тогда найдем   первый результат первичной обработки – так называемую квазидальность (истинная дальность до к-го ИСЗ с аддитивной постоянной неизвестной погрешностью)

                        r_рk^изм.ог=r_рk-d=[(x_k-X)²+(y_k–Y)²(z_k–Z)²}^1/2-d,                                               (1.9)

где r_пк={[x_k(t_s-Dt_k)-X]²+[y_k(t_s-Dt_k)–Y]²+[z_k(t_s-Dt_k)–Z]²}^1/2,  d=с_грDt_БХВ, k=1,2…n.

      Здесь поправка Dt_k времени излучения вычисляется по формуле (2.6) после приема информационных сигналов.

1.3.2. Правая часть (1.9) содержит и случайную погрешность измерния с нулевым средним и  среднеквадратическим значением s_r, которое равно корню из суммы квадратов ряда составляющих, примерно равных:

1)  погрешность прогноза координат ИСЗ и ухода шкалы времени – 4 м,

2) погрешность из-за возмущения орбит – 2 м,

3) погрешность прогноза времени распространения в тропосфере – 2 м,

4)  погрешность прогноза времени распространения (сигнала одной несущей) в ионосфере – 9м,

5) погрешность из-за многолучевости распространения – 1,2 м,

6)  прочие нешумовые погрешности - 1 м.

Интервал постоянства (корреляции) может исчисляться десятками минут и даже часами. Для расчетов вияния шумов удобна формула из параграфа 42 [4],  выражающая сразу  погрешность оценки квазидальности по ССЗ в метрах

                            s_rш^ссз»210[П^ссзN₀/Р]^0,5»150[(N₀/Р)/t^ccз]^0,5,                                           (1.10)

 где П^ссз=0,5/t^ссз - полоса пропускания следящей системы в Гц, N₀- спектральная плотность мощности шума в приемной антенне, Р- мощность сигнала в приемной антенне, t^ссз=0,5/П^ссз – интервал постоянства (корреляции) шумовых погрешностей. В  иллюстративных расчетах примем  Р/N₀=10⁴ (т.е.40 дБ), t^ссз=20T_D=20мс, П^ссз=25Гц.

11

Тогда  s_rш^ссз»10,5 м. На неподвижном объекте  можно реализовать усреднение отсчетов ССЗ  в интервале Т_у порядка минут и часов, что позволяет уменьшить СКО s_rш^ссз шумовой составляющей в корень из Т_у/t^ссз. Если Т_у=3 минуты, то СКО из-за шума уменьшится примерно  в 95 раз и составит s_ш^ссз (Т_у)»11 см.

Поскольку каждый полученный по k-му ИСЗ отсчет (1.8) содержит кроме трех искомых координат X,Y,Z  еще  и неизвестный параметр d, то необходимо не менее 4-х ИСЗ для образования систему 4-х уравнений, решение которой и даст оценки искомых параметров.

1.4.Однозначное определение квазидальности по

        временному положению огибающей сигнала

Определяемые по фазе несущей  секундные («дельта») изменения квазидальности - второй результат первичной обработки. Он создается  верхним каналом рис.2, образующим  измерительную следящую систему (ССН) за фазой несущего колебания, выражаемого аналогично  (1.7) синусоидой sinw_k(t-Dt_k-Dt_ап.ф-r_пк/с_ф)= sinY_k(t) с текущей фазой Y_k(t). Эта фаза включает и постоянный сдвиг w_k Dt_ап.ф=2pf_kDt_ап.ф     в приемном тракте. На ССН подается и упомянутое выше непреоывное опорное колебание с выхода генератора (ГУН), управляемого напряжением.  Это колебание sin[(w_k-Dw)t-j_гун]=sinY_гун(t) в пределах постоянной времени ССН имеет частоту (w_k-Dw)/(2p)=f_k-Df_k =1/(Т_k+DТ_k), начальную j_гун и текущую Y_гун(t) фазы.

Методически уместно припомнить понятия и термины, используемые при фазовых   измерениях. Как  и в других явлениях термин фаза отражает некоторое состояние. В монохроматическом колебании это понятие  можно соотносить к точкам максимума или минимума, где  текущая фаза равна (n+0,5)2p или Y(t_±)=(n-0,5)2p.. В некоторых работающих без шумов безинерционных фазометрах удобно полагать, что фаза соответствует точке смены полярности (перехода от отрицательных значений к положительным) в момент t_±, когда текущая фаза Y(t) равна целому числу циклов Y(t_±)=n2p. Результат измерения t_k^изм.ф=t_±^сk-t_±^гун  однозначен лишь в пределах Т_k=2p/w_k =1/f_k,