Бортовой комплекс спутниковой навигации

Бортовой комплекс спутниковой навигации

Реферат

 

Использование: определение местоположения объектов. Сущность изобретения: комплекс содержит двухчастотный приемоиндикатор низкоорбитальной спутниковой системы навигации, включающий антенну 1, два приемника 2 и 3, два измерителя 4 и 5 допплеровского смещения частоты, блок 6 декодирования, синтезатор 7 частот и вычислитель 8 координат, приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации, включающий антенну 9 n приемных каналов 10 и 11, n измерителей псевдодальности 12 и 13, блок 14 выделения навигационного сообщения, синтезатор 15 частот и навигационный вычислитель 16, а также опорный генератор 17, таймер 18, блок 19 ввода-вывода, блок 20 индикации, формирователь 21 коэффициента ионизации, измеритель 22 ионосферной задержки и n сумматоров 23 и 24. 1-2-6-8-2-3-5-8 -21-22-33-24-26 -10-12-23-16-19-20; 9-11-13-24; 9-10-14-16-11-14; 19-16-22; 19-8-3; 17-7-2; 4-8; 7-3; 4-21; 5-21; 17-18-8; 18-16; 16-15-10; 15-11. Повышение точности определения местоположения достигается путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения местоположения объектов. Цель изобретения - повышение точности определения местоположения путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного бортового комплекса; на фиг. 2 - структурная электрическая схема формирователя коэффициента ионизации ионосферы; на фиг. 3 - структурная электрическая схема измерителя ионосферной задержки. Бортовой комплекс содержит двухчастотный приемоиндикатор (ПИ) низкоорбитальной спутниковой системы навигации (ССН), включающий антенну 1, приемники 2 и 3, измерители 4 и 5 допплеровского смещения частоты, блок 6 декодирования, синтезатор 7 частот и вычислитель 8 координат, одночастотный приемоиндикатор среднеорбитальной ССН, включающий антенну 9, n приемных каналов 10 и 11, n измерителей 12, 13 псевдодальностей, блок 14 выделения навигационных сообщений, синтезатор 15 частот и навигационный вычислитель 16. Кроме того, бортовой комплекс содержит опорный генератор 17, таймер 18, блок 19 ввода-вывода, блок 20 индикации, формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы, измеритель 22 ионосферной задержки и n сумматоров 23 и 24. Формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы (фиг.2) содержит первый делитель 25, блок 26 возведения в квадрат, первый вычитатель 27, первый умножитель 28, второй вычитатель 29, второй делитель 30, второй умножитель 31, третий умножитель 32 и блок 33 вычисления тригонометрических функций. Измеритель ионосферной задержки (фиг.3) содержит умножитель 34, блок 35 возведения в квадрат, n регистров 36 и 37 памяти, n блоков 38 и 39 вычисления тригонометрической функции и n делителей 40, 41. Бортовой комплекс работает следующим образом. Сигналы с антенны 1 ПИ низкоорбитальной ССН подаются на первые входы приемников 2 и 3. Приемник 2 принимает сигналы высокой частоты f₁, а приемник 3 - сигналы низкой частоты f₂. Приемники 2 и 3 построены по схеме супергетеродина с многократным преобразованием частоты, поэтому на вторые входы приемников 2 и 3 подаются сигналы с двух выходов синтезатора 7 частот. Работой приемников 2 и 3 управляют сигналы, подаваемые с управляющего выхода вычислителя 8 координат. Сигналы с приемников 2 и 3 подаются на измерители 4 и 5 допплеровского смещения частоты, которые измеряют интегральный допплер-отсчет N₁ и N₂соответственно сигналов высокой (f₁) и низкой (f₂) частот низкоорбитальной ССН. Сигнал с приемника 2 подается также на блок 6 декодирования, который принимает информацию навигационных ИСЗ (элементы орбиты, системное время и т.п.). Сигналы с выхода блока 6 декодирования и измерителей 4 и 5 подаются соответственно на информационные входы вычислителя 8 координат. Таймер 18, сигнал с которого поступает на третий вход вычислителя 8 координат, синхронизирует работу вычислителя по обработке поступающей информации в соответствии с бортовой шкалой времени. Вычислитель 8 координат выполнен в виде, реализующем алгоритм определения геодезических координат по измеренным допплер-отсчетам N₁ и N₂, эфемеридным данным и системному времени навигационных ИСЗ. Опорный генератор 17 задает опорные частоты для первого и второго синтезаторов 7 и 15 частот, а также опорную частоту синхроимпульсов таймера 18. Геодезические координаты и другая информация, определяемая вычислителем 8 координат ПИ низкоорбитальной ССН, в соответствии с управляющей командой блока 19 ввода-вывода выводятся на блок 20 индикации. Сигналы с антенны 9 ПИ среднеорбитальной ССН поступают на первые входы n приемных каналов 10 и 11, каждый из которых принимает сигнал одного навигационного ИСЗ среднеорбитальной ССН типа "НАВСТАР". На вторые входы n приемных каналов 10 и 11, построенных по схеме супергетеродинов, поступают сигналы с соответствующих выходов синтезатора 15 частот. Работой приемных каналов 10 и 11 управляют сигналы, подаваемые с управляющего выхода навигационного вычислителя 16. С выходов n приемных каналов 10 и 11 сигналы поступают на входы измерителей 12 и 13 псевдодальностей и на соответствующий n-ный вход блока 14 выделения навигационных сообщений. Информация с блока 14 выделения подается на первый информационный вход навигационного вычислителя 16 ПИ среднеорбитальной ССН, а информация с измерителей 12 и 13 псевдодальностей, через соответствующие каждому каналу измерения n сумматоров 23 и 24 - на второй информационный вход навигационного вычислителя 16. Таймер 18, сигналы с которого поступают на третий вход навигационного вычислителя 16, синхронизирует обработку последним информации среднеорбитальной ССН в соответствии с бортовой шкалой времени. Для измерения ионосферной ионизации в реальном времени с помощью двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН с дальнейшим вводом ионосферных поправок в одночастотный ПИ среднеорбитальной ССН введены формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы, измеритель 22 ионосферной задержки (для каждого из n приемных каналов 12 и 13) и n сумматоров 23 и 24. На первый и второй входы формирователя 21 поступают соответственно допплер-отсчеты N₁ и N₂, измеренные на частотах f₁ и f₂ низкоорбитальной ССН измерителями 4 и 5 допплеровского смещения частоты. На третий вход формирователя 21 поступает сигнал с дополнительного второго информационного выхода вычислителя 8 координат, соответствующий углу места E_L навигационного ИСЗ низкоорбитальной ССН. Ионосферная задержка при допплеровских измерениях смещения частоты f в низкоорбитальной ССН определяется выражением f = cosecE_L, (1) где А(I_v) - коэффициент ионизации ионосферы, являющийся функцией вертикальной интегральной электронной концентрации I_v. При измерениях интегральных допплеровских отсчетов N₁ и N₂ на двух частотах f₁ и f₂ в ПИ низкоорбитальной ССН коэффициент А(I_v) ионизации ионосферы определяется выражением A(I_v) = f₁(KN₂-N₁)sinE_L/(K²-1), (2) где К = f₁/f₂, E_L - угол места навигационного ИСЗ низкоорбитальной ССН. Формирователь 21 коэффициента А(I_v) ионизации ионосферы представляет собой решающий блок, который по входным данным f₁, f₂, N₁, N₂, E_L реализует алгоритм (2) вычисления коэффициента А(I_v). Сигнал А(I_v) с выхода формирователя 21 подается на первый вход измерителя 22 ионосферной задержки, на второй вход которого с дополнительного второго информационного выхода навигационного вычислителя 16 поступают сигналы Е, соответствующие углам места каждого i-того навигационного ИСЗ среднеорбитальной ССН, сигналы которых принимаются приемными каналами 10 и 11. Измеритель 22 ионосферной задержки для каждого из n приемных каналов (i = 1,2,...n) вычисляет ионосферную задержку Т_i, реализуя алгоритм для дальномерных измерений по среднеорбитальной ССН: T_i= A(I_v)cosecE_mi/f²_mi, (3) где f_mi - частота сигнала, принимаемого i-тым (каждым из n) приемным каналам ПИ среднеорбитальной ССН; E_mi - угол места соответствующего i-того навигационного ИСЗ. В каждом из n сумматоров 23 и 24 значение измеренной i-той ионосферной задержки (3) Т_i складывается со значениями измеренных измерителями 12 и 13 псевдодальностей R_i:R_ci = R_i + T_i, и с выходов сумматоров 23 и 24 значения R_ci исправленных псевдодальностей поступают на второй информационный вход навигационного вычислителя 16. Навигационный вычислитель 16 реализует алгоритм вычисления геодезических координат, скорости, поправки бортовой шкалы времени и других навигационных величин по измерениям (исправленным поправками T_i) псевдодальностей R_ci, решая систему уравнений = R_i+R_i+c(t_n-t_si) i = 1,2,3,4, (4) где R_i = [(X_Si - X)²+(Y_Si-Y)²+(Z_Si-Z)²]^1/2 - действительное расстояние между точкой наблюдения с координатами Х, Y, Z и i-тым навигационным ИСЗ с координатами X_Si, Y_Si, Z_Si, R_i = T_i c - ионосферная задержка, выраженная в единицах расстояния; t_n, t_Si - отклонения бортовой шкалы времени и шкалы времени ИСЗ от единого системного времени среднеорбитальной ССН; с - скорость света. Координаты и другая информация, определяемая навигационным вычислителем 16 ПИ среднеорбитальной ССН, в соответствии с управляющей командой блока 19 ввода-вывода выводится на блок 20 индикации. Формирователь 21 работает следующим образом. Формирователь 21 коэффициента ионизации по входным сигналам N₁, N₂, E_L и известным постоянным значениям f₁, f₂ вычисляет коэффициент А(I_v) и выполнен в виде, реализующем алгоритм (2). В первом делителе 25 по фиксированным значениям f₁ и f₂ вычисляется значение К = f₁/f₂. Сигнал К подается на вход блока 26, с выхода которого сигнал К² поступает на вход первого вычитателя 27, вырабатывающего сигнал К² - 1. Входные сигналы N₁и N₂ поступают соответственно на первые входы второго вычитателя 29 и первого умножителя 28. На второй вход первого умножителя 28 поступает сигнал К с первого делителя 25. Сигнал KN₂ с первого умножителя 28 поступает на второй вход второго вычитателя 29, который вырабатывает сигнал KN₂-N₁. На первый вход второго делителя 30 поступает сигнал К²-1 с выхода первого вычитателя 27, на второй его вход - сигнал KN₂-N₁ с второго вычитателя 29. С выхода второго делителя 30 сигнал KN₂-N₁поступает на второй умножитель 31, в котором сигнал KN₂-N₁/K²-1 умножается на f₁. Сигнал f₁ KN₂-N₁/K²-1 поступает на первый вход третьего умножителя 32. По входному сигналу E_L блок 33 вырабатывает сигнал sinE_L, который поступает на второй вход третьего умножителя 32. По входным сигналам f₁ (KN₂-N₁)/K²-1 и sinE_L третий умножитель 32 вырабатывает сигнал А(I_v), который является выходным сигналом формирователя 21 коэффициента ионизации ионосферы. Измеритель ионосферной задержки по входным сигналам А(I_v), Е_mi и известным значениям f_mi вычисляет ионосферные задержки R_i для каждого из n приемных каналов (i=1,2,...n) и выполнен в виде, реализующем алгоритм (3). На первый вход первого умножителя 34 поступает сигнал А(I_v), на второй вход - сигнал f²_mi с выхода блока 35. С выхода первого умножителя 34 сигнал А(I_v)/f_mi² поступает на первые входы n делителей 40, 41. Входные сигналы E_mi поступают на входы n регистров памяти, где запоминаются, и далее поступают на входы соответствующих n блоков 38 и 39. С выходов блоков 38 и 39 сигналы sinE_mi поступают на вторые входы соответствующих делителей 40 и 41. На выходах n делителей 40 и 41, являющихся n-ными выходами измерителя 22, формируются сигналы R_iионосферной задержки, которые далее поступают на соответствующие входы n сумматоров 23 и 24. Таким образом, в бортовом комплексе ионосферная задержка для одночастотного ПИ среднеорбитальной ССН определяется по измерениям двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН, т.е. пересчитывается из измеренной с помощью блоков 21 и 22 ионосферной ионизации с учетом углов места навигационных ИСЗ. Другими словами, комплекс дает возможность использовать измерения допплер-отсчетов N₁ и N₂двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН в качестве зондирующих ионосферу измерений, позволяющих учитывать ионосферную ионизацию в одночастотных ПИ среднеорбитальных ССН в реальном времени. Тем самым погрешности, вызванные ионизацией ионосферы, учитываются не по теоретическим алгоритмам, как это делается в аналогах и прототипе, а путем непосредственного измерения в реальном времени. (56) Богданов В.А., Сорочинский В.А. и др. Спутниковые системы морской навигации, М.: Транспорт, 1987, с.182.

Формула изобретения

1. БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ, содержащий двухчастотный приемоиндикатор низкоорбитальный спутниковой системы навигации и одночастотный приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации, опорный генератор, таймер, блок ввода-вывода и блок индикации, при этом приемоиндикатор низкоорбитальной спутниковой системы навигации содержит антенну, два приемника, два измерителя допплеровского смещения частоты, блок декодирования, синтезатор частот и вычислитель координат, антенна соединена с первыми входами первого и второго приемников, вторые входы приемников соединены с выходами синтезатора частот, выход первого приемника соединен с входом первого измерителя допплеровского смещения частоты и входом блока декодирования, выход второго приемника соединен с входом второго измерителя допплеровского смещения частоты, выход блока декодирования соединен с первым входом вычислителя координат, выходы измерителей допплеровского смещения частоты соединены с вторым входом вычислителя координат, управляющий выход вычислителя координат соединен с управляющими входами первого и второго приемников, приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации содержит антенну, n приемных каналов, n измерителей псевдодальностей, блок выделения навигационного сообщения, синтезатор частот и навигационный вычислитель, при этом антенна соединена с первыми входами n приемных каналов, вторые входы которых соединены с выходами синтезатора частот, выход каждого из n приемных каналов соединен с входом каждого из соответствующих n измерителей псевдодальностей и с соответствующим n-м входом блока выделения навигационного сообщения, выход которого соединен с первым входом навигационного вычислителя, управляющий выход навигационного вычислителя соединен с управляющими входами n приемных каналов, выход опорного генератора соединен с входами синтезаторов частот и входом таймера, выход которого соединен с третьим входом вычислителя координат и третьим входом навигационного вычислителя, информационные входы - выходы вычислителя координат и навигационного вычислителя соединены с входами блока ввода-вывода, выход которого соединен с блоком индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения местоположения путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени, введены формирователь коэффициента ионизации ионосферы, измеритель ионосферной задержки для каждого из n приемных каналов и n сумматоров, первый и второй входы формирователя коэффициента ионизации ионосферы соединены соответственно с выходами первого и второго измерителей допплеровского смещения частоты, третий вход формирователя соединен с дополнительным информационным выходом вычислителя координат, выход формирователя соединен с первым входом измерителя ионосферной задержки, второй вход которого соединен с дополнительным информационным выходом навигационного вычислителя, первый вход каждого из n сумматоров соединен с соответствующим выходом n-го измерителя псевдодальности, второй вход каждого из n сумматоров соединен соответственно с n-м выходом измерителя ионосферной задержки, а выходы n сумматоров соединены с вторым входом навигационного вычислителя. 2.Бортовой комплекс по п.1, отличающийся тем, что формирователь коэффициента ионизации ионосферы содержит два делителя, блок возведения в квадрат, два вычитателя, три умножителя и блок вычисления тригонометрической функции, первые входы второго вычитателя и первого умножителя являются соответственно первым и вторым входами формирователя, вход блока вычисления тригонометрической функции является третьим входом формирователя, выход первого делителя соединен с вторым входом первого умножителя и входом блока возведения в квадрат, выход которого соединен с входом первого вычитателя, выход первого умножителя соединен с вторым входом второго вычитателя, первый и второй входы второго делителя соединены соответственно с выходами первого и второго вычитателей, выход второго делителя соединен с входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход блока вычисления тригонометрической функции соединен с вторым входом третьего умножителя, а выход третьего умножителя является выходом формирователя коэффициента ионизации ионосферы. 3.Бортовой комплекс по п.1, отличающийся тем, что измеритель ионосферной задержки содержит умножитель, блок возведения в квадрат, n регистров памяти, n блоков вычисления тригонометрической функции и n делителей, первый вход умножителя является первым входом измерителя ионосферной задержки, входы регистров памяти являются вторым входом измерителя ионосферной задержки, выход блока возведения в квадрат соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом каждого из n делителей, выход каждого из n регистров памяти соединен с входом соответствующего блока вычисления тригонометрической функции, выход каждого из которых соединен с вторым входом соответствующего из n делителей, выходы которых являются n-ми выходами измерителя ионосферной задержки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000