Файл: Олянюк, П. В. Оптимальный прием сигналов и оценка потенциальной точности космических измерительных комплексов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 87

Скачиваний: 0

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

д а в а е м ое

автономным бортовым передатчиком,

излучение

которого

не синхронизируется с

излучением опорных назем­

ных генераторов (беззапроснын

режим р а б о т ы ) .

Очевидно,

что при беззапросном режиме работы принимаемый сигнал испытывает з а д е р ж к у по отношению к излучаемому на вре­ мя, пропорциональное расстоянию между КА и точкой на­ блюдения.

Радиусы - векторы КА и

центра антенны можно предста­

вить

в виде известных

регулярных

функций

некоторого

числа

постоянных' величии

и времени.

Этими

постоянными

величинами являются параметры орбиты КА и координаты наблюдателя . Всю совокупность упомянутых постоянных па­

раметров будем

называть параметрами

движения .

Парамет ­

ры движения о т о б р а ж а ю т с я

обычно

многомерными векто­

рами,

отдельные

составные

части

которых характеризуют

орбиту

и положение наблюдателя .

Здесь и далее

вектор па­

раметров движения будем обозначать буквой q. Таким об­

разом,

текущее расстояние

между

КА

и

наблюдателем

можно представить в виде функции параметров

движения и

времени:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г =

r(<7,

t).

 

 

 

Из приведенных рассуждений видно, что

амплитуда, теку­

щ а я фаза и

временная

з а д е р ж к а

сигнала,

называемые

обычно

п а р а м е т р а м и сигнала,

в

условиях детерминированно­

го движения

представляют

собой

известные

регулярные

функции времени. По этой причине сигналы, действующие в

космических

радиотехнических

комплексах,

могут быть

на­

з в а н ы сигналами

 

с регулярно изменяющимися

параметрами .

Регулярный

характер

зависимости параметров

сигнала

от

времени

и параметров

движения

представляет

собой

специ­

фическую

особенность

сигналов,

излучаемых

с

борта

объек­

тов, движущихся

по детерминированным

траекториям .

 

П а р а м е т р ы

сигнала

можно

чисто

условно

разделить

на

информативные

и

неинформативные.

И н ф о р м а т и в н ы м и

на­

зываются

параметры,

непосредственно

используемые

для

получения информации о п а р а м е т р а х движения, а неинфор­ мативными — параметры, которые непосредственно не ис­ пользуются для получения подобной информации .

И н ф о р м а т и в н ы м и п а р а м е т р а м и могут быть текущая фаза, частота, временное запаздывание, а иногда и амплитуда сиг­ нала .

Неинформативные параметры представляют собой либо постоянные, либо регулярно изменяющиеся, либо случайно изменяющиеся величины, статистические характеристики ко-

-30

торых считаются

известными.

Таким параметром выступает

обычно начальная

ф а з а сигнала. Часто не используется так­

ж е информация, с о д е р ж а щ а я с я

в амплитуде.

В дальнейшем будет рассматриваться несколько моделей сигналов, различающихся свойствами неинформативных па­

раметров.

 

 

 

 

 

П р е ж д е

всего необходимо

рассмотреть

сигналы

с регуляр­

но изменяющейся

амплитудой

и известной

начальной фазой.

Подобные

сигналы

в космических измерительных

комплек­

сах, как известно, не реализуются, однако модель сигнала с известной начальной фазой мы включим в число рассматри ­

ваемых моделей, так как в некоторых случаях

свойства

ре­

альных

сигналов

представляется

целесообразным

сравнивать

со

свойствами

сигналов

этой гипотетической модели. Сигна­

лы

с известой

начальной

фазой

будем н а з ы в а т ь сигналами

первой

модели.

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а р я д у с сигналами

с

известной начальной

фазой будут

рассматриваться

т а к ж е

одиночные сигналы с начальной

фа ­

зой, величина которой постоянна в течение всего времени су­ ществования сигнала и случайна при переходе от одной ре­ ализации сигнала к другой. Амплитуда подобных сигналов,

которые будут называться сигналами второй

модели, изме­

няется по

регулярному

закону в

соответствии

с изменением

расстояния

между

КА

и наблюдателем . Н а ч а л ь н а я фаза

рас­

пределена

равномерно в пределах от 0 до 2 я .

 

 

Третья

модель

соответствует

одиночным

сигналам

со

случайной начальной фазой и амплитудой. З а к о н распреде­ ления начальной фазы, как и прежде, принимается равно­ мерным, амплитуда подчиняется релеевскому закону рас­ пределения.

Д а л е е

целесообразно выделить

последовательности сиг­

налов со

случайными начальными

ф а з а м и и амплитудами .

Такие последовательности будут именоваться сигналами чет­

вертой

модели. Наконец,

будем

рассматривать т

а к ж е

непре­

рывные

сигналы с медленно

флюктуирующими

начальной

фазой и

амплитудой.

 

 

 

 

Электромагнитное поле, используемое в космических из­

мерительных комплексах,

представляет собой, вообще

говоря,

сложный волновой процесс с флюктуирующей фазой и ам­ плитудой. Флюктуации параметров этого процесса обязаны, с одной стороны, флюктуационным явлениям в самом гене­

раторе

(тепловой и дробовой шум, «технические»

флюктуа ­

ции) и,

с другой — случайным неоднородностям

среды, в

которой

этот процесс распространяется . П р и этом

флюктуа ­

ции, вызванные различными физическими причинами, отли­ чаются своими статистическими свойствами. К а ж д о м у меха-

31

низму свойствен свой интервал временной и пространствен­ ной корреляции, причем простое разделение эффектов, обя­

занных различным

механизмам, не

всегда возможно, т. е.

зги

процессы не всегда подчиняются принципу суперпози­

ции.

Однако, учитывая большую продолжительность интер­

вала

наблюдения и

малый удельный

вес быстрых флюктуа­

ции небольшой интенсивности, можно ограничиться допуще­ нием, что амплитуда и фаза сигнала флюктуируют сравни­ тельно медленно. Они остаются постоянными в течение ин­

тервала корреляции и

изменяются

по случайному

закону

при переходе от одного

интервала

корреляции к

другому.

В соответствии с опытными данными, относящимися к сов­ ременным высокостабильным 'кварцевым э т а л о н а м частоты,

применяемым на И С З в

сочетании

с атомными стандартами

и без

них, будем

полагать, что интервал временной корре­

ляции

флюктуации

фазы

может

достигать нескольких се­

кунд и минут, а интервал пространственной корреляции — сотен тысяч и миллионов километров.

При этом очевидно, что

в первом приближении непрерыв­

ные сигналы

с медленно

флюктуирующими амплитудой и

фазой можно

представить

себе в виде последовательности

примыкающих

друг к другу импульсов со случайными фаза ­

ми и амплитудами . Другими словами, анализ процессов в

системах с

такими сигналами, которые мы будем

называть

сигналами

пятой модели, можно

свести к анализу

процессов

в системах

с сигналами четвертой

модели.

 

Таким образом, принимаемый сигнал в космических ра­ диотехнических комплексах можно представить с помощью формулы

 

 

 

 

s = s { a [ r ( q , *)].Р, *}•

 

 

(1.3.5)

где

 

а —

вектор

регулярно

изменяющихся

параметров

сиг­

нала;

р — вектор параметров сигнала,

представляющих

со­

бой случайные величины или случайные

процессы;

q —

век­

тор определяемых

параметров движения .

 

 

 

 

 

В ряде случаев параметры движения приходится подраз­

делять на определяемые и неопределяемые. Н а п р и м е р , в

за­

дачах навигации приземных объектов по

И С З определяемы­

ми

величинами

являются

параметры

движения

наблюда ­

теля,

располагающегося на земле или около

земли.

Элемен­

ты

орбиты

при этом считаются заданными . П р и орбитальных

измерениях з а д а н ы координаты наземных пунктов и опре­

деляются п а р а м е т р ы орбит. Поэтому

в общем случае

вектор

параметров движения целесообразно

подразделять

на век­

тор определяемых параметров q и

вектор неопределяемых

32

п а р а м е т р ов q n . Таким образом, сигнал

в точке

приема за­

пишется следующим

образом:

 

 

s =

5 { a [ r ( q , q a , t)\, Р,

t}.

(1.3.6)

Следует добавить, что в общем случае поле сигнала по­ ляризовано и поэтому его необходимо и з о б р а ж а т ь тремя со­ ставляющими соответствующих векторов. Однако дл я уп­ рощения задачи ограничимся рассмотрением только одной составляющей поляризованного поля, полагая, что вид по­ ляризации учитывается при построении антенн.

1.4. Краткая характеристика поля случайных помех

Воздействие разнообразных естественных помех на радио­

каналы космических измерительных комплексов можно

свес­

ти к воздействию на элементарные антенны комплексов

слу­

чайных векторных электромагнитных полей, которые

в об­

щем ( с л у ч а е являются полностью или частично

поляризован ­

ными,

неоднородными,

анизотропными

и нестационарными.

Наибольший

практический

интерес

представляют при

этом

случайные

поля,

образующиеся

вследствие

суперпозиции

большого множества

флюктуационных

полей,

создаваемых

совокупностями более

или

менее

равномерно рассредоточен­

ных в 'пространстве источников шумовых

излучений.

Такие

поля

подчиняются

нормальному

закону

распределения,

изо­

б р а ж а е м о м у

сравнительно

простыми

аналитическими

зави­

симостями, весьма удобными дл я использования в процессе

проведения различных исследований [2].

 

 

 

Представления

о

случайных

электромагнитных полях

сформировались как естественные

обобщения

представлений

о случайных

процессах,

под которыми

подразумеваются

функции времени, текущие значения которых

представляют

собой случайные

величины,

подчиняющиеся

 

определенным

законам распределения .

Однако

отождествляя

случайный

процесс с определенной совокупностью случайных

величин,

необходимо

учитывать,

что

эта

совокупность

не

равноцен­

на простому объединению отдельных случайных величин и представляет собой явдение значительно более сложное. Осо­ бенность случайного процесса состоит в том, что м е ж д у эле­ ментами совокупности случайных величин, на которые его можно разложить , может существовать определенная взаи­ мосвязь. Поэтому случайный процесс характеризуется мно­ гомерным законом распределения вероятностей, который в

3-1100

33

Смотрите также файлы