Радиально-скоростной метод.
Быстрое перемещение ИСЗ в зоне радиовидимости наблюдателя позволяет применить принципиально новый метод определения места, основанный на измерении радиальной скорости, т. е. скорости сближения спутника с наблюдателем. Для измерения радиальной скорости применяется эффект Доплера. Его сущность при использовании в спутниковых РНС заключается в том, что при быстром перемещении спутника, излучающего колебания строго определенной частоты f0, неподвижный наблюдатель на Земле будет принимать колебания другой частоты f. Разность этих колебаний, называемая доплеровским смещением частоты, определяется по формуле
Входящая в формулу (16.10) величина vcos a = vp называется радиальной скоростью. Поэтому формулу (16.10) можно написать в виде
Так как частота f0, передатчика спутника и опорная частота судового генератора могут иметь постоянную разность δf, то формула (16.11) приобретает вид
Постоянная разность δf частот должна определяться как дополнительная неизвестная.
Из формул (16.10) и (16.11) видно, что если Fd = const, то а = const и vp = const. Углу а = const в пространстве соответствует изоповерхность в виде кругового конуса, вершина которого совпадает с местом ИСЗ, а ось — с вектором его скорости.
Так как судно находится на Земле, то его место надо искать на кривой КК', по которой конус пересекается с поверхностью Земли (в пределах зоны радиовидимости). Эта кривая получила название изодопы.
|
|
|
Изодопа — это изолиния на поверхности Земли, характерными свойствами которой являются постоянство доплеровского смещения частоты и постоянство радиальной скорости. По своей форме изодопа в пределах зоны видимости близка к сферической гиперболе. Расположение изодоп в зоне видимости спутника показано на рис. 16.9. Перемещение спутника приводит к перемещению зоны видимости и соответствующих ей изодоп. Точка пересечения изодоп дает место судна.
Для определения места судна требуется несколько изолиний — изодоп. Вторую и последующую изодопы получают вскоре после первой. В частном случае, когда а = 90° (судно находится на кратчайшем расстоянии от спутника), конус разворачивается в плоскость и изодопа превращается в дугу большого круга. Изодопы пересекаются в двух точках—К и К1 (рис. 16.10), лежащих по разные стороны трассы ИСЗ. Двузначность может быть разрешена с помощью счисления. За время пролета низкоорбитальных ИСЗ может быть получено несколько сотен изодоп. Например, при ТHmax =16мин = 960 с и измерении доплеровского смещения частоты за 4 с может быть получено 240 изодоп. Как видно, информация со спутника быстротечна и отличается большой избыточностью. Ее прием и оперативная обработка вручную невозможны. Для этого необходимы автоматический приемник и ЭВМ. Результаты измерения обрабатываются по способу наименьших квадратов. Движение судна за время наблюдения может быть учтено обычным способом (приведение наблюдений к одному зениту).
|
|
|
Радиально-скоростной метод определения места судна получил также название доплеровского дифференциального метода
Разностно-дальномерный метод.
Этот метод основан на измерении разности топоцентрических расстояний между судном и двумя положениями одного и того же ИСЗ в последовательные моменты времени.
В своем движении по орбите спутник последовательно проходит точки S1, S2 и т. д., расстояние между которыми называется базой (рис. 16.11). Ее длина b определяется выражением
следовательными моментами наблюдения спутника; Т — период обращения спутника.
Если измерить разность расстояний ∆р1 = р2- р1 двух последовательных положений спутника, то место наблюдателя К окажется на изоповерхности, представляющей собой гиперболоид вращения, фокусы которого совпадают с концами базы, т. е. положениями спутника на орбите в моменты начала и конца наблюдений. Гиперболоид образован вращением гиперболы, соответствующей измеренной разности расстояний р, вокруг базы S1S2 и является поверхностью второго порядка.
|
|
|
Пересечение гиперболоида с поверхностью Земли в пределах зоны радиовидимости дает изолинию — сложную кривую, близкую по форме к сферической гиперболе. На этой гиперболе и будет находиться место судна Когда база займет новое положение S2S3, измеряют вторую разность расстояний ∆р2 = р3- р2 и получают второй гиперболоид и вторую гиперболу, соответствующую величине ∆р2. Аналогично можно получить ∆р3 и третью гиперболу и т. д. Место судна получается в точке пересечения двух, трех и более гипербол.
Разность расстояний ∆рi можно получить подсчетом числа импульсов доплеровской частоты в течение промежутка времени, необходимого спутнику для прохождения длины базы b. Такой подсчет математически представляет собой интегрирование доплеровского смещения частоты по времени в интервале
(t2+ ∆t2)-(t1+ ∆t1):
Таким образом, каждому подсчитанному числу Nδ импульсов биений доплеровской частоты соответствует вполне определенное значение разности расстояний от судна до двух последовательных положений спутника на орбите в моменты начала и конца интервала времени tи. Промежуток времени tи называется интервалом интегрирования. Постоянная величина δ ftи, представляющая собой погрешность в определении числа импульсов биений из-за сдвига частоты судового опорного генератора и его кратковременной нестабильности, должна определяться как дополнительная неизвестная. Данный метод определения места судна получил название доплеровского интегрального.
|
|
|
Из изложенного видно, что при использовании доплеровского интегрального метода спутниковая РНС аналогична наземной гиперболической РНС. Спутник в своем движении по орбите является последовательно как бы несколькими опорными станциями, для каждой пары которых измеряется разность расстояния до судна. Периодически спутник передает орбитальную информацию, и если место судна будет определено относительно некоторых фиксированных положений спутника, оно может быть определено и относительно связанной с Землей географической системы координат.
Число изолиний зависит от времени наблюдения спутника и интервала интегрирования. Например, в ПИ спутниковой РНС «Транзит» приняты tи = 2 мин, 1 мин, 30 с, 24 с. При максимальном времени наблюдения низкоорбитального спутника ∆ ТHmax = 16 мин может быть получено соответственно 8,16, 32 и 40 линий положения. Избыточные измерения используются для повышения точности определения места. При более коротких интервалах интегрирования можно получить большее число линий положения, что повышает вероятность обсерваций по спутниковой РНС.
Так как гиперболы на поверхности Земли пересекаются в двух точках, то определение места будет двузначным. Двузначность разрешают с помощью счисления. При этом совершенно необходима ЭВМ, так как полученная во время прохождения спутника информация не может быть обработана оперативно вручную.
При уменьшении интервала интегрирования разностно-дальномерный метод переходит в радиально-скоростной метод. Таким образом, доплеровский дифференциальный метод есть частный случай доплеровского интегрального метода, когда интервал интегрирования равен 1с. При этом гиперболоид вращения сливается с пространственным асимптотическим конусом.
Использование того или иного метода зависит от интервала интегрирования, примененного в приемоиндикаторе, а спутники будут одними и теми же.
Спутниковая РНС доплеровского типа обладает свойством направленности точности изолинии, как и любая наземная гиперболическая РНС. Поэтому с геометрической точки зрения спутниковая РНС, основанная на использовании доплеровского метода, может быть отнесена к классу гиперболических систем. Но в отличие от наземных гиперболических РНС, имеющих фиксированные базы, в данном случае получаем гиперболическую систему с перемещающейся базой.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!