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: 93
Скачиваний: 0
в частности рефракционными. Существенным достоинством угломерных методов является то, что с их помощью можно определять не только положение КА в плоскости, проходящей через траекторию и точку на блюдения, ио и смещение КА относительно этой плоскости. Ни дальиомерные, ни допплеровскпе методы этого делать не позволяют.
Заканчивая рассмотрение вопроса об информативности различных отрезков мерного участка траектории, необходимо отметить некоторые особенности полученных результатов. Прежде всего видно, что нельзя говорить об информативности отрезка траектории вообще, безотносительно к определяемому параметру. Из приводимых материалов видно, что раз личные отрезки траектории доставляют существенно различающиеся по информативности данные о тех или иных параметрах движения.
Блнзтраверзные измерения полезны с точки зрения определения тра- |
||||||||||||
верзиого |
расстояния |
дальномериыми |
методами и |
смещения |
КА |
вдоль |
||||||
траектории и поперек нее угломерными |
методами. |
|
|
|
|
|||||||
Определение положения КА на траектории далыюмерным |
методом, |
|||||||||||
траверзиого расстояния — угломерным и определение всех |
параметров |
|||||||||||
движения |
допплеровским |
методом наиболее целесообразно |
производить |
|||||||||
на удалении |
от |
траверзион |
точки |
на |
величину |
порядка |
траверзиого |
|||||
расстояния. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, несмотря на то, |
что измерения вблизи траверза вы |
|||||||||||
годны в |
энергетическом |
отношении, |
они |
оказываются |
в ряде |
случаев |
||||||
невыгодными |
с точки |
зрения |
достижения высокой |
точности |
измерения |
|||||||
параметров |
движения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из приведенного рассмотрения вытекает также, что для |
достижения |
|||||||||||
наиболее |
высокой |
точности |
определения |
наибольшего |
числа |
параметров |
движения при кратковременных измерениях дальномериыми и допплеровскпми методами весь цикл измерений на проходе целесообразно под
разделять на |
2—3 сеанса (или 2—3 отдельных измерения) таким |
обра |
|||||
зом, |
чтобы один из сеансов совпадал с периодом пребывания КА |
в рай |
|||||
оне |
траверза, |
а другие |
соответствовали |
достаточно |
большим |
удалениям |
|
КА |
от траверза. |
|
|
|
|
|
|
|
Приводимые данные позволяют судить об информативности |
различ |
|||||
ных |
участков |
траектории |
при измерениях |
на одном |
проходе |
зоны |
види |
мости в предположении о прямолинейной аппроксимации мерного участка траектории. Возникают вопросы, что будет происходить, если измерения будут производиться не на одном, а па нескольких проходах, и каковы
негативные |
следствия допущения о |
прямолинейности траектории. |
|
||||
Что касается первого |
вопроса, |
то |
ответ на |
него |
представляется |
||
ясным. При измерениях иа одном |
проходе уточняются |
две координаты |
|||||
КА и две |
составляющие |
его скорости |
в плоскости, |
включающей |
траек |
торию и «а'блгодателя. Измерения на другом проходе позволят уточнить такие же четыре величины в другой плоскости, вообще говоря, некомплаиариой первой.
Производя обработку результатов измерений на обоих проходах с учетом априорных данных об орбите, можно подобрать такие значения начальных условий, относящихся к любому заданному моменту времени, которые наилучшим образом соответствуют уточненной орбите и при ко торых КА в моменты прохода траверзов будет проходить через точки, найденные в процессе измерений на отдельных проходах, и будет иметь в этих точках скорости, составляющие которых будут совпадать с уточ ненными значениями соответствующих составляющих скоростей.
При этом ясно, что точность определения параметров движения иа нескольких проходах будет тем выше, чем при прочих равных условиях
точнее |
определяются поправки |
к координатам и составляющим |
скорости |
||
на |
каждом из |
проходов в отдельности. Приводимые материалы дают от |
|||
вет |
о |
наиболее |
благоприятных |
условиях определения различных |
состав- |
132
лягащих параметров движения на отдельных проходах. Вопрос о выборе наиболее благоприятных условий наблюдения на последующих проходах представляет собой самостоятельную задачу и выходит за рамки данно го исследования. Можно ожидать, что конечные результаты будут тем точнее, чем ближе к прямому угол пересечения плоскостей, в которых располагаются уточненные на отдельных проходах составляющие коор динат и скорости.
Вопрос о том, насколько отличаются приводимые здесь данные об информативности различных отрезков мерного участка прямолинейной траектории от информативности эллиптической или круговой траектории также требует специального рассмотрения.
Реальные круговые и эллиптические траектории по информационным свойствам будут, конечно, в какой-то мере отличаться от прямолинейных траекторий, о которых здесь шла речь, хотя прямолинейная аппроксима ция, очевидно, позволяет достаточно надежно судить о качественной кар тине явлений, происходящих при определении траектории круговой и эллиптической формы при малых высотах полета и небольших эксцентри ситетах.
Приводимые результаты дают главным образом качественное пред ставление об информативности различных отрезков мерного участка тра ектории и могут служить отправным .пунктом для более детального рас смотрения этого вопроса, например, методами численного анализа.
Анализируя результаты оценки информативности, необходимо еще раз коснуться вопроса о выборе меры информативности. На первый взгляд может показаться, что используемая мера информативности не всегда
достаточно полно |
и надежно отображает |
информативность |
того |
или |
|||
иного |
отрезка |
траектории, |
так как рассматриваемая мера недостаточно |
||||
жестко |
связана |
с |
величиной |
уменьшения |
дисперсии ошибок. |
При ее |
ис |
пользовании могут возникнуть трудности с обращением матрицы вторых производных АКФ. В частности, осуществляя например дальномериые измерения на наиболее информативном с точки зрения определения тра-
верзиого расстояния близтраверзном |
отрезке |
траектории, |
мы не |
в состоя |
|||
нии |
получить |
никакой информации |
о двумерном или |
трехмерном |
век |
||
торе |
параметров движения ввиду |
того, что |
матрица |
вторых |
производ |
||
ных |
АКФ по |
начальным условиям |
в данном |
случае не поддается |
обра |
щению. Поэтому кажется, что наиболее верное представление об инфор мативности и истинной картине результативности измерений дает лишь
величина уменьшения дисперсий ошибок на мерном отрезке |
единичной |
||||||||||||||||
длины. Однако |
очевидно, |
что, подобные |
сомнения |
не имеют |
серьезных |
||||||||||||
оснований, |
и |
в |
действительности мера информативности, равная прира |
||||||||||||||
щению |
точности |
измерений данного параметра на мерном отрезке еди |
|||||||||||||||
ничной длины, дает объективное и верное |
представление |
об |
эффектив |
||||||||||||||
ности |
процесса |
измерений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Трудности, |
|
возникающие при обращении матрицы вторых |
производ |
|||||||||||||
ных АКФ, естественны и объяснимы. Более |
того, |
рассматриваемые пока |
|||||||||||||||
затели |
информативности |
отчетливо показывают, |
в |
каких |
условиях |
матри |
|||||||||||
ца |
вторых |
производных |
будет |
поддаваться |
обращению, |
в |
каких |
— нет |
|||||||||
и |
какие |
меры |
необходимо |
предпринять |
для |
обеспечения |
ее |
обратимости. |
|||||||||
В |
самом |
деле, |
возвращаясь |
к |
упомянутому |
примеру, |
можно |
отметить, |
|||||||||
что, как |
показывает |
мера |
информативности, |
близтраверзный |
участок |
при дальномерных измерениях доставляет информацию только об одной геометрической величине — траверзном расстоянии, и всякие попытки оценить ошибки определения двух или трех координат обречены на неудачу. Поэтому обращение трехмерной матрицы вторых производных АК.Ф оказывается невозможным.
С другой стороны, как свидетельствуют показатели |
информативности, |
по данным дальномерных измерений на траверзе и на |
определенном уда- |
133
ленип от траверза можно получить информацию о двух геометрических величинах — траверзном расстоянии и положении КА на траектории. Поэтому двумерная матрица вторых производных АКФ сигнала, прини
маемого |
в течение двух разнесенных интервалов времени (вблизи |
тра |
верза и |
на удалении от него на величину траверзного расстояния) |
под |
дается |
обращению. |
|
Из приводимых соображений становится ясно, что используемая в данной работе мера информативности дает возможность достаточно де
тально, |
надежно |
и объективно |
оценивать количество |
данных, |
которые |
могут быть получены в процессе |
измерений на данном отрезке |
траекто |
|||
рии, и |
эта мера |
может быть |
рекомендована для |
использования на |
|
практике. |
|
|
|
|
Г л а в а V I
А Н А Л И З О С О Б Е Н Н О С Т Е Й 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
VI.1. Введение
|
С р е ди многочисленных |
систем |
параметров, |
однозначно |
|
характеризующих состояние |
КА |
в фазовом |
пространстве |
||
[26], |
м о ж н о выделить следующие: |
|
|
|
|
— составляющие координат и вектора |
скорости (началь |
||||
ные |
условия д в и ж е н и я ) КА |
в какой-либо |
геоцентрической |
или топоцентрической системах координат, отнесенные к оп ределенному моменту времени 4 ;
—кеплеровы и им подобные элементы орбиты;
—канонические параметры .
Выбор конкретной системы п а р а м е т р о в диктуется как |
со |
|
д е р ж а н и е м |
навигационных (геодезических) определений |
и |
их методом, |
так и геометрическими свойствами пространства. |
В особых случаях свойства пространства являются решаю щими.
В спутниковой навигации и геодезии при использовании неподвижных систем отсчета оцениваемыми п а р а м е т р а м и вы
ступают |
величины, которые |
определяют |
пространственное |
|||||
положение |
н а б л ю д а т е л я |
в |
выбранной |
координатной -си |
||||
стеме. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Н а р я д у с |
параметрами, |
используемыми |
д л я характеристи |
|||||
ки пространственно-временного |
состояния |
КА или |
наблюда |
|||||
теля, в |
качестве |
оцениваемых |
элементов |
могут |
выступать |
|||
вспомогательные |
величины, |
|
позволяющие улучшить точность |
|||||
навигационных и |
геодезических |
определений. К этим элемен- |
134
т ам прежде всего относятся величины Детерминированных ошибок измерения различного вида, а т а к ж е другие постоян ные, характеризующие либо движение КА, либо условия про
хождения радиотехнических сигналов. |
|
Использование на практике различных систем |
парамет |
ров обусловлено ж е л а н и е м получить возможность |
интегриро |
вания дифференциальных уравнений движения д л я широкого
класса орбит и наряду с этим |
к а к |
можно больше |
повысить |
||||
точность определения |
параметров |
д в и ж е н и я |
при |
определен |
|||
ных независящих |
от н а б л ю д а т е л я |
условиях. |
|
|
|||
В литературе |
[16, |
25] выбор |
той |
или иной системы пара |
|||
метров обсуждается |
только с |
точки |
зрения |
возможности ее |
использования д л я прогнозирования движения КА и вычис
лительных |
трудностей, |
соответствующих |
этому |
процессу. |
|||
Вместе |
с тем, очевидно, что такой выбор |
д о л ж е н |
произво |
||||
диться |
и |
с учетом тех |
особенностей, |
которые возникают в |
|||
процессе обработки информации в целях |
определения |
вы |
|||||
бранной совокупности параметров . Существенным |
является |
||||||
то, что |
от |
выбора системы параметров |
в |
значительной |
сте |
пени зависит простота алгоритмов и в овязи с этим оператив ность определения и прогнозирования параметров Движения
КА, в конечном счете —• их точность. |
|
|
|
|
Н е в с я к а я система выбранных параметров, |
используемая |
|||
д л я характеристики д в и ж е н и я КА |
во всей области их за |
|||
дания, приводит к матрице вторых |
|
производных А К Ф |
сиг |
|
нала по определяемым п а р а м е т р а м , |
достаточно |
хорошо |
обус |
|
ловленной, чтобы допустить решение |
краевой |
задачи |
мето |
|
д а м и последовательных приближений |
на современных |
ЭВМ, |
имеющих вполне определенную разрядность . П а р а м е т р ы в виде составляющих координат и вектора скорости на опре деленный момент времени легко приводят к сходящемуся решению. Однако при решении р я д а практических задач наи
более |
удобными п а р а м е т р а м и д л я численного и качествен |
ного |
а н а л и з а является не совокупность параметров, характе |
ризующих начальные условия д в и ж е н и я в геоцентрической
прямоугольной или какой-либо другой экваториальной |
или |
|||||||||
орбитальной |
системах |
координат, |
а |
система |
оскулирующих |
|||||
кеплеровых элементов и ей подобных, так как они д а ю т |
наи |
|||||||||
более полное |
представление |
о |
геометрических |
характеристи |
||||||
ках орбиты и |
ее ориентации |
в |
пространстве . |
Следует |
отме |
|||||
тить, что при |
изучении |
вопроса |
о распределении гравитаци |
|||||||
онного |
поля |
Земли в |
о к р у ж а ю щ е м |
ее |
пространстве |
сово |
||||
купность оскулирующих элементов в виде кеплеровых |
пара |
|||||||||
метров |
орбиты, .по-видимому, |
является |
единственной |
систе |
мой, д а ю щ е й возможность наиболее просто решить постав ленную задачу [7]. К р о м е того, использование медленно из-
135