Результаты измерений параметров сигналов искусственного спутника Земли, страница 4

Оптимальные для работы в шумах фазометры (например, известный ,более полувека аналоговый “декометр” на рис. 1.12 в /1/)  дают оценку разности  текущих фаз в сумме с  неопределенным  целым числом n циклов (2p)    

                       Y_k(t)=Y_гун(t)-Y_k(t)-n_k2p= w_kr_пк/с_ф+ w_k(Dt_k+Dt_ап.ф)-Dwt -j_гун- n_k2p         (1.11)

Упростим дальнейшие выкладки положив с_ф=с. Тогда после деления на w_k/с_ф=2p/l_k и обозначая линейный эквивалент постоянного сдвига через d_фk=с(Dt_k+Dt_ап.ф)  в приемном тракте, получим измеренную по фазе квазидальность в виде

                                                r_рk^изм.ф=r_рk-d_фk--n_kl_k-сt(Df/f_k)=r_рk-d_фk-n_kl_k-l_ktDf              (1.12) 

            Заметим, что разность r_рk^изм.ф- r_рk^изм.ог=d-d_фk-сt(Df/f_k)-n_kl_k квазидальностей, измеренных по огибающей (1.9) и по фазе (1.12) должна быть примерно постоянной и одинаковой на различных АП по сигналам всех ИСЗ.                            

Нешумовые погрешности квазидальности r_рk^изм.ф примерно такие же как и для ССЗ. Однако фазовая скорость в ионосфере больше скорости света и групповой скорости. Шумовая погрешность оценивается (в м.) как 

                                 s_rш^ссн»[l/(2p)][П^сснN₀/Р]^0,5 »0,0303[П^ссн(N₀/Р)]^0,5                                 (1.13)

12

и при П^ссн=П^ссз значение s_rш^ссн»0,000144s_rш^ссз, т.е меньше почти на четыре порядка. Таким образом шумовая погрешность имеет порядок долей см., примерно 1/(20¸40) длины волны.  Однако неопределенность числа n_k делает отсчет (1.10)  пригодным лишь (по аналогии с “методом привязки” в первых ФРНС) для образования  однозначной разности между отсчетом  t_k^изм.ф (t) в момент t  и отсчетом t_k^изм.ф(t+T_d) через фиксированный (пусть – секундный) интервал Т_d, за который истинная дальность изменилась на dr_рk=r_рk(t)-r_рk(t+Т_d), а последнее слагаемое в (1.12) на -(Df/f_k)сТ_d. Постоянное слагаемые не меняются. Поэтому второй однозначный результат  первичной обработки - измеренная по фазе   “дельта” кввазидальность может быть представлена как

                          dr_рk^изм.ф = dr_рk - (Df/f_k)сТ_d,                                                            (1.14)

где                  dr_рk={[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-                    

^-  {[x_k(t_s-Т_d-Dt_k)-X]²+[y_k(t_s-Т_d-Dt_k)–Y]²+[z_k(t_s--Т_d -Dt_k)–Z]²}^1/2.

Среднеквадратическая погрешность этой разности дальностей  

                                 s_drш=2^0,5s_rш^ссн»0,0428[П^ссн(N₀/Р)]^0,5.                                    (1.15)

Еще раз целесообразно отметить, что приведенные выше соотношения содержат не только искомые  координаты X,Y,Z судна, но и координаты спутников x,y,z, являющиеся функциями системного времени. Физические и математические обоснования алгоритмов высокоточного предвычисления этих  функций времени приводятся в разделе 2. Далее - с целью упрощения изложения – полагается, что Dt_k=0.

1.5.Основные приложения отсчетов по огибающей и фазе

Единичные отсчеты (2.9) по огибающей  дают однозначную (но на порядки менее точную, чем по фазе ВЧ заполнения) оценку квазидальности от судна до ИСЗ и обсуждаются в разделе 3 применительно  как для абсолютных так и относительных местоопределений (координат) судна. Точность местоопределения неподвижного судна можно улучшить на порядок проведя длительные (до суток и более) измерения  с последующим усреднением координат, полученных из разовых отсчетов.

Фазовые измерения дают однозначную высокоточную оценку лишь секундным (“дельта”) приращениям дальности (1.11) и пригодны для относительных местоопределений методом “привязки”. Суммируя получаемые секундные изменения координат  с координатами высокоточно привязанной начальной точки маршрута, можно получить существенное повышение точности местоопределения движущегося – по сравнению с определениями по огибающей сигналов. В разделе 4  обсуждается возможности повышения точности дифференциальных подсистем ДПС при учете постоянства разности квазидальностей (1.9) и (1.10).

Возможности использования того факта, что секундные изменения координат очевидно численно равны соответствующим проекциям вектора путевой скорости судна,  обсуждается в  разделе 4.

Размещение на судне  не одной, а двух и более разнесенных приемных антенн (местоположения которых известны в судовой системе координат с точностью долей миллиметров, а в геоцентрической системе координат измеряется по РНС с сантиметровыми точностями) позволяет с помощью двухантенных интерферометров извлечь информацию об угловой пространственной ориентации судна (см раздел 5).  Проблема устранения многозначности  нтерферометрических фазовых измерений  обсуждается  в

13

разделе 5. В разделе 6 рассматриваются и другие возможности обработки результатов измерения фазы  сигналов в нескольких приемных антеннах не только для определения истинного курса, крена и дифферента, но и для количественной оценки ранее не определявшихся по РНС навигационно–динамических параметров судна.