Анализ составляющих ошибок измерения пеленга при моноимпульсном пеленговании источников радиоизлучений с борта космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Физика»

Системы управления, космическая навигация и связь

УДК 629.7

П. В. Семкин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЮЩИХ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЯ ПЕЛЕНГА ПРИ МОНОИМПУЛЬСНОМ ПЕЛЕНГОВАНИИ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ С БОРТА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Рассмотрен метод определения местоположения источников радиоизлучений на поверхности Земли с использованием моноимпульсного пеленгатора на борту КА.

При создании космических систем радиомониторинга основной задачей является определение местоположения источников радиоизлучений (ИРИ) с борта космического аппарата (КА).

Одним из наиболее простых в реализации методов определения местоположения ИРИ является моноимпульсный пеленгационный метод (МИП).

Суть пеленгационного метода сводится к следующему: с КА определяется пеленг относительно направления на подспутниковую точку (ПСТ), а пересечение пеленга на ИРИ с поверхностью Земли есть местоположение (широта и долгота) ИРИ.

Преимуществом МИП является то, что определение местоположения проводится с использованием одного КА.

Основным показателем целевой эффективности является точность определения местоположения.

Точность измерения координат (широты и долготы) определяется точностью определения пеленга и точностью ориентации осей МИП на точку прицеливания

стп , (1)

где с0 - среднеквадратичное отклонение (СКО) ориентации осей МИП на точку прицеливания (точность ориентации КА)); ср - СКО измерения пеленга (шумовая ошибка); сИ - СКО измерителя; ср - СКО распространения сигнала.

Анализ СКО ориентации:

1) если СКО ориентации определяется только точностью установки оси ДНА на точку прицеливания и остается постоянной за время наблюдения - это систематическая ошибка, которая может быть компенсирована при юстировке по наземным ИРИ с точно известными координатами и параметрами измерения: контрольно-измерительные комплексы, телевизионные и радиоцентры и др.;

2) медленно меняющаяся за время наблюдения СКО трудно компенсируема при одном этапе наблюдения и требует межобзорной обработки. Эта ошибка подавляется в л/т раз, где т - число циклов;

3) быстрые флуктуации СКО ориентации компенсируются интегратором системы взаимной корреляционной обработки и статистикой измерений, не влияют на точность определения координат и приводят к незначительным потерям в обнаружении.

Анализ СКО моноимпульсного измерителя.

СКО моноимпульсного измерителя определяются выражением:

уп = а/у К + у Гвз + у Дна + у Шф + уЭп , (2)

где сК - СКО, обусловленные неидентичностью коэффициента передачи приемных трактов; сГВЗ - СКО, обусловленные неидентичностью ГВЗ приемных трактов; сдНА - СКО формы ДНА; сШФ - СКО, обусловленные неидентичностью шум-факторов приемных трактов; сЭП - СКО, обусловленные флуктуация-ми питающих напряжений.

При этом, моноимпульсный пеленгатор, обусловленный неидентичностью коэффициентов передачи приемных трактов МИП, является доминирующей ошибкой измерителя, состоит из систематической и флуктуационной составляющих и обусловлена:

- некоррелированными, для каналов МИП изменениями и флуктуациями коэффициентов передачи;

- неидентичностью трактов приемных каналов и входных устройств МИП;

- неидентичностью собственных шумов приемных устройств МИП;

- некоррелированной нестабильностью и неидентичностью ПЧ-трактов;

- некоррелированной неидентичностью коэффициентов передачи и электрической длины СВЧ- и ПЧ-коммутаторов;

- неидентичностью каналов цифровой обработки МИП и т. д.

СКО ГВЗ обусловлена разной электрической длиной приемных трактов МИП и различием наклонов их ФЧХ.

Ошибка, обусловленная флуктуациями электропитания ПУ от единого источника, не существенна.

Анализ СКО распространения сигнала. Ошибка распространения сигнала в атмосфере и космическом пространстве для МИП минимальна, так как канал распространения для всех лучей один и тот же:

СТр = а/СТк1 +СТК2 -2К12 'СТЮ ' ^К2 , (3)

где сК1 - ошибка при распространении сигнала, принимаемого по первому каналу; сК2 - ошибка при распространении сигнала, принимаемого по второму каналу; Я12 - коэффициент корреляции условий распро-

Решетневскце чтения

странения сигнала в лучах приемных трактов МИП. стями параметров приемных трактов (коэффициента

Так как условия распространения практически иден- передачи, ГВЗ, шум-факторы), погрешности формы

тичны, то R12» 1, Op » 0. диаграммы направленности приемных антенн.

Проанализировав составляющие СКО пеленга по При этом ошибки, вызванные флуктуациями пи-

методу моноимпульсного пеленгатора можно сказать, тающих напряжений, и ошибки при распространении

что основной вклад в СКО вносят погрешности ори- сигнала не вносят значительного вклада в общую по-

ентации КА, ошибки, обусловленные неидентично- грешность измерения пеленга.

P. V. Semkin

JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

ANALYSIS OF BEARING MEASUREMENT ERROR COMPONENTS BY MONOIMPULSE DIRECTION FINDING OF RADIOSOURSES FROM SPACECRAFT

The method of radiosourse positioning on Earth surface with usage of monoimpulse direction finder based on the spacecraft is considered.

© Семкин П. В., 2012

УДК 623.626

А. В. Соколовский

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ПРИМЕНЕНИЕ ЧЕТНЫХ ФУНКЦИЙ В АЛГОРИТМАХ АДАПТАЦИИ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК В УСЛОВИЯХ ПОМЕХ

Рассмотрено применение четных функций в алгоритмах адаптации фазированных антенных решеток, позволяющих сохранять направление главного максимума диаграммы направленности.

В настоящее время для решения таких специализированных задач как проведение геодезических изысканий, обеспечение посадки воздушных судов, измерение деформации протяженных объектов все чаще применяются спутниковые радионавигационные системы (СРНС). Подобные приложения СРНС требуют определения навигационных параметров с погрешностью не более единиц сантиметров.

В целях увеличения точности спутниковой радионавигационной системы (СРНС) ГЛОНАСС происходит развертывание сети беззапросных измерительных станций (БИС). При этом БИС должна обеспечивать непрерывное высокоточное измерение радионавигационных параметров в условиях существования естественных и искусственных радиопомех.

Для повышения помехоустойчивости может быть использован следующий комплекс мер: пространственная селекция на основе применения как адаптивных фазированных антенных решеток (АФАР), так и антенных компенсаторов помех; фильтрация в частотной и/или во временной областях; поляризационная селекция. Наиболее бурно развивающимся направлением борьбы с активными помехами является пространственная селекция с использованием АФАР. При этом как коэффициент подавления помехи, так и точность определения радионавигационных парамет-

ров в процессе адаптации во многом зависят от применяемого алгоритма адаптации.

Одним из перспективных адаптивных алгоритмов пространственной компенсации активных помех можно считать алгоритм, в котором амплитудное распределение представлено в виде ряда Фурье по ортогональным функциям [1]. Результирующее амплитудное распределение АФАР представляется дискретным комплексным рядом Фурье:

- mo1

(2)

ai = 1 "S are

r=1

где ar - коэффициенты разложения; i - номер канала,

N -1 N -1

i = —

r = 1...R, R = N-1.

2 2

Рассмотрим результат адаптации АФАР при помощи алгоритма на основе полного экспоненциального ряда Фурье. При построении математической модели использовались следующие начальные условия: количество элементов в АФАР N = 8, отношение помеха/шум равно 30 дБ, углы прихода помех фм1 = 1,5ф0 (центр первого бокового лепестка) и фи2 = 2,5ф0 (центр второго бокового лепестка). Штриховой линией изображена исходная диаграмма направленности (ДН), сплошной -результирующая ДН после завершения процесса адаптации.