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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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