Файл: Олянюк, П. В. Оптимальный прием сигналов и оценка потенциальной точности космических измерительных комплексов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 0
антенны до КА позволяют .использовать лишь часть инфор
мационных возможностей |
поля . |
|
|
|
||||
Д а л е е |
можн о заключить, |
что все слагаемы е |
|
формулы |
||||
(IV.4.4), ответственные |
за точность далыномерных |
и угло |
||||||
мерных измерений, но своей |
структуре |
аналогичны |
форму |
|||||
л а м дл я |
коэффициентов |
нормальных уравнений, |
используе |
|||||
мым при обработке дальномерны х и угломерных |
данных. |
|||||||
И з |
формулы |
(IV.4.4) |
видно т а к ж е , |
что отсутствие дан |
||||
ных о |
начальной |
фазе электромагнитного |
поля не |
оказывае т |
влияния на потенциальную точность угломерных измерений. Наконец, характерной особенностью этой формулы следует
признать отсутствие в ней |
членов, о т о б р а ж а ю щ и х |
информа |
|||
цию о скорости углового перемещения объектов. |
Ка к |
уж е |
|||
отмечалось пр и |
анализе формул (III.3.22) и (III.3.23), |
это |
|||
не означает, |
что |
подобная |
информация вообще |
формулой |
|
(IV.4.4) не |
учитывается — ее учет производится |
неявным |
|||
образом . |
|
|
|
|
|
IV.5. Пример реализации принципов оптимальной фильтрации сигналов: планетный радиолокатор АН СССР
Заканчивая характеристику потенциальных возможностей различных методов определения параметров движения, приведем пример системы орбитальных измерений, в которой реализуются в основном те же прин ципы оптимальной фильтрации, которые описаны в данной книге. При мером такой системы может служить планетный радиолокатор [11].
Основное назначение радиолокатора заключалось в уточнении абсо лютной величины астрономической единицы —• важной константы, ко торая входит в уравнения движения Земли и других планет Солнечной системы в виде своеобразного параметра движения.
Общая идея определения астрономической единицы с помощью ра диолокатора заключалась в подборе такого значения этой величины, при котором расчетные значения текущих фазовых задержек и допплеровских частот отраженных от планет сигналов оказывались равными изме ренным значениям этих величин. В радиолокаторе использовался фазовый метод дальномерных измерений на частоте модуляции и допялеровский метод измерения радиальной составляющей -скорости на частоте несу щих колебаний. Сигналом служили амплитудно-манипулированные коле бания, частоты которых отличались высокой стабильностью ( Ю - 9 ) . Использовался также режим частотной манипуляции, но он имел вспо
могательное значение. Частоты манипуляции |
были близки к 4 |
и S Гц. |
О величине поправки к астрономической |
единице судили |
по выход |
ным эффектам коррелометра и узкополосных фильтров, причем корре
лометр использовался |
для выделения огибающей амплитудно-манипули- |
|
рованного сигнала, а |
фильтры |
на выходе последней схемы преобразова |
ния частоты — для выделения |
несущей. |
|
Методы приема |
и выделения сигналов, примененные в радиолока |
|
торе, обладали рядом |
особенностей технического характера. |
98
1. Прогнозируемые значения фазовой задержки огибающей и долпле- • ровских сдвигов несущего и огибающего колебаний вводились не на приемной стороне системы (при формировании опорного сигнала корре
лятора), а на |
передающей стороне — при формировании излучаемого |
(зондирующего) |
сигнала. |
Благодаря этому для выделения колебаний несущей частоты удалось использовать селективные фильтры фиксированной настройки. Частоты настройки фильтров перекрывали диапазон ожидаемых значений сигналь ных частот после последнего преобразования частоты. С помощью филь тров определялась величина допплеровского смещения частоты прини маемых сигналов.
2. В радиолокаторе предусмотрена возможность определения и ре гистрации корреляционной функции огибающей амплитудно-манипулиро- ваиного сигнала. По значению фазового сдвига опорного сигнала отно сительно зондирующего, при котором выходной сигнал коррелометра дос тигает максимума, делается заключение о разности истинного и прогно зируемого значений фазовой задержки принятого сигнала относительно зондирующего.
3. Определение |
задержки огибающей принятого сигнала |
относитель |
но зондирующего |
ведется последовательным методом путем |
многократ |
ного воспроизведения записанного на магнитофоне выходного сигнала приемника при различных значениях задержки опорного сигнала. Благо даря запоминанию принимаемого сигнала удается достигнуть наиболее эффективного использования энергии сигнала иа сеансах наблюдения (длительный процесс подбора значений априорных данных, наиболее близких к истинным, вынесен за пределы сеанса связи) и избежать чрезмерного усложнения схемы анализатора, на которое пришлось бы
согласиться |
при применении параллельной |
схемы оптимальной филь |
трации. |
|
|
Ряд других интересных сведений можно почерпнуть из рассмотрения функциональной схемы планетного радиолокатора. Радиолокатор можно
разделить |
на |
три |
основные |
составные части. Первой является собствен |
||||
но радиолокатор с |
системой |
регистрации сигнала, действующего на вы |
||||||
ходе схемы |
последнего |
преобразователя |
частоты. |
Упрощенная структур |
||||
ная схема этой части |
приведена на рис. IV.3. Вторая часть радиолока- |
|||||||
Fga |
Устройство |
|
Манипуля |
Усилитель |
||||
Ввода доппле- |
||||||||
|
ровской |
|
тор |
мощности |
||||
|
поправки. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Переключатель |
|
|
Задающий |
|
Делитель |
° |
с |
передачи |
||
|
|
на |
прием |
|||||
|
генератор |
|
частоты |
s |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приемник |
|
Параметри |
|
|
|
||
|
|
ческий |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
усилитель |
|
|
|
|
Магнито |
|
|
|
Антенна |
|||
|
|
фон |
|
|
|
|
||
Рис. IV.3. Структурная |
схема |
приемо-передающего устройства планетного |
||||||
|
|
|
|
|
радиолокатора. |
|
|
7* |
99 |
тора включает два анализатора слабых сигналов. Упрощенная структур ная схема одного из анализаторов представлена на рис. 1V.4. Роль свя зующего звена между обеими частями выполняет система регистрации сигнала, в качестве которой используется магнитофон.
Магни |
|
|
Фильтр |
Детек |
Порого |
|
Регистри |
|||
Ключ |
|
вое уст |
|
рующее |
||||||
тофон |
|
1 |
|
|
тор |
ройство |
|
уст |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ройство |
|
|
Схема, |
1» Фильтр |
Детек |
Порого |
|
Регистри |
||||
формирования |
вое^ уст |
|
рующее |
|||||||
опорных |
|
2 |
|
|
тор |
ройство |
|
уст |
||
сигналов |
|
|
|
|
|
|
ройство |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
I |
I |
1 |
I |
1 |
I |
1 |
I |
1 |
|
|
г - Н |
r - И |
|
r - Н |
|
г - Н |
|
I |
|
|
|
1 |
I |
I |
I |
J |
I |
J |
I |
J |
Рис. IV.4. Структурная схема |
анализатора слабых сигналов |
планетного |
||||||||
|
|
|
радиолокатора. |
|
|
|
|
|||
Третья |
составная |
|
часть — |
это |
электронно-вычислительная |
машина, |
с ломощью которой осуществляется расчет прогнозируемой дальности и
дагшлеровской |
поправки |
и |
определение астрономической единицы. |
|||||||||
|
Функциональная |
схема |
собственно |
радиолокатора |
не требует ка |
|||||||
ких-либо |
пояснений, |
поэтому некоторые |
комментарии |
будут |
касаться |
|||||||
только схемы |
анализатора |
(рис. IV.4). На входе |
анализатора |
установ |
||||||||
лен |
ключ, |
управляемый |
опорными |
колебаниями |
частоты |
манипуляции. |
||||||
С помощью этого ключа выполняется операция |
перемножения |
огибаю |
||||||||||
щей |
принятого |
сигнала |
и |
опорного |
колебания, |
составляющая |
первый |
|||||
этап |
определения |
корреляционной |
функции. |
За |
ключом |
следуют |
узкополосные фильтры, линейные детекторы, пороговые схемы и регист
рирующие устройства, которые одновременно выполняют |
роль интеграто |
||
ров коррелометра. Продолжительность |
интегрирования — |
5 |
мин. Запись |
и накопление сигналов, действующих |
в пределах первого |
и |
второго по |
лупериодов опорного сигнала, производится раздельно. Разность значе ний выходных напряжений, относящихся к первому и второму полупгриодам, определяет одно значение корреляционной функции. Таким об разом регистрируется ряд значений корреляционной функции и опреде ляется задержка опорного сигнала, при которой корреляционная функция достигает своего максимума.
С помощью планетного радиолокатора удалось повысить точность определения астрономической единицы более чем на два порядка. Радио локатор позволил также получить много другой важной научной инфор мации о планетах Солнечной системы.
Г л а в а V
П О Т Е Н Ц И А Л Ь Н А Я Т О Ч Н О С Т Ь О П Р Е Д Е Л Е Н И Я Р А З Л И Ч Н Ы Х С И С Т Е М П А Р А М Е Т Р О В Д В И Ж Е Н И Я
V.1. Содержание задачи
К а к известно, в качестве определяемых параметров дви жения могут выступать разнообразные геометрические и ки
нематические величины, однозначно х а р а к т е р и з у ю щ и е |
|
з а к о н |
|||||
движения КА (или положение н а б л ю д а т е л я ) . В состав |
подьга- |
||||||
тегр.альных выражений |
вторых |
производных |
автокорреляци |
||||
онных функций входят |
производные от дальности |
по |
о п р е д е |
||||
л я е м ы м п а р а м е т р а м |
движения, |
которые з а в и с я т |
от |
в ы б о р а |
|||
определяемых (параметров и от координатных систем, |
в к о |
||||||
торых они представляются . Следовательно, |
от этих ж е |
ф а к |
|||||
торов будет зависеть |
и |
потенциальная точность |
комплексов . |
Исследование этой зависимости и выбор координатных систем, обеспечивающих высокую точность определений или наиболее адекватное отображение возможностей измери тельных комплексов, составляет основное содержание данной главы .
П е р е д началом рассмотрения у к а з а н н ы х вопросов |
умест |
|||
но |
коснуться |
физической интерпретации |
процесса орбиталь |
|
ных |
или навигационных (геодезичесских) |
измерений. |
|
|
|
Физическая картина явлений, имеющих место при опре |
|||
делении п а р а м е т р о в движения КА или при измерениях |
нави |
|||
гационных и |
геодезических параметров, |
вполне очевидна. Е е |
можно представить себе следующим |
образом . |
|
|
|
||||
П р о и з в о д я |
измерения |
с помощью данной |
радиотехниче |
|||||
ской системы в |
течение одного прохода |
И С З в зоне |
видимос |
|||||
ти, мы получаем серию поверхностей положения . |
В с л у ч а е |
|||||||
дальномерных |
измерений, |
которые |
характеризуют |
потенци |
||||
альную |
точность определения п а р а м е т р о в д в и ж е н и я |
КА, по |
||||||
лучается |
серия |
концентрических сферических |
поверхностей, |
|||||
центр которых я р и наблюдении с З е м л и |
р а з м е щ а е т с я |
в точке |
||||||
расположения наблюдателя . Этой совокупности |
поверхностей |
|||||||
положения соответствует |
определенная |
совокупность |
значе |
|||||
ний параметров принимдемых сигналов . |
Процесс |
измерений |
заключается в сопоставлении этих значений параметров сиг
нала с соответствующими априорными значениями |
парамет |
|||
ров опорного сигнала, |
который |
конструируется с помощью |
||
априорных сведений о |
движении |
КА |
относительно |
н а б л ю |
дателя . З а д а ч а состоит |
в том, чтобы |
по разностям |
м е ж д у |
101