— Под ред. Шебшаевича В. С. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио
и связь,
1993. — 408 с.: ил.
Рассматриваются принципы построения, использования и комплексного проектирования сетевых спутниковых радионавигационных систем (ССРНС), а также основные свойства их как больших измерительно-вычислительных систем высокого класса точности. В общем виде характеризуется структура ССРНС с указанием взаимодействия отдельных звеньев системы, кратко описываются системы «Глонасс» и «Навстар», анализируются сигналы, энергетика навигационных радиолиний с учетом влияния ионосферы и тропосферы, синхронизация временных шкал сети навигационных ИСЗ (НИСЗ) и формирование кадра служебной информации. Подробно рассматриваются принципы построения аппаратуры потребителей (АП) и ее разновидности, процессы и устройствах первичной и вторичной обработки, возможности фазовых измерений по несущей частоте, дифференциальный режим навигационных определений.
Приводятся алгоритмы решения навигационно-временных задач как конечными, так и итерационными способами по полным выборкам результатов измерений и по выборкам нарастающего объема, оценки точности навигационно-временных сеансов, структура математического обеспечения АП.
Даются основы системных принципов проектирования ССРНС с характеристикой последовательности выбора и расчета основных параметров системы в целом и ее составных элементов, синтез сетей НИСЗ как по условиям наблюдаемости, так и по точностным критериям, основы объединения радионавигационных полей от спутниковых и наземных РНС и комплексной обработки информации на борту потребителя.
В отличие от 1-го издания (1982 г. ) здесь впервые описывается советская система «Глонасс», анализируется АП, совместно использующая системы «Глонасс» и «Навстар», приводятся различные способы навигационного, временного и геодезического использования ССРНС, рассматриваются разновидности АП.
Для научных работников и преподавателей вузов. Может быть полезна судоводительскому и штурманскому составу.
33 Табл.
115 Ил.
227 Библиогр. назв.
О Г Л А В Л Е Н И Е
Предисловие
Введение
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СЕТЕВЫХ СРНС
1. Принципы построения и особенности сетевых спутниковых РНС
1.1. Структурная схема СРНС
1.2. Особенности сетевых СРНС
1.3. Классификация СРНС
1.4. Согласование начал отсчета пространственных и временной координат в ССРНС
1.5. Общая характеристика элементов ССРНС
1.6. Советская сетевая спутниковая РНС «Глонасс»
1.7. Американская сетевая спутниковая РНС «Навстар»
1.8. Информационные центры спутниковых РНС
2. Геометрические свойства методов измерений в ССРНС
2.1. Навигационные параметры
2.2. Навигационные функции
2.3. Градиенты полей навигационных параметров
2.4. Градиентная и фундаментальная матрицы
3. Основы решения навигационных задач в СРНС
3.1. Конечные и итерационные методы навигационных определений
3.2. Математические основы определений по полной выборке измерений
3.3. Геометрические факторы
4. Сигналы в спутниковых РНС
4.1. Общие требования к сигналам СРНС
4.2. Статистическая модель радионавигационного канала СРНС
4.3. Анализ требований, предъявляемых к сигналам СРНС
4.4. Типовые структуры совмещенных сигналов для различных вариантов пассивных СРНС
4.5. Особенности выбора структуры сигналов в активных вариантах СРНС
5. Энергетика навигационных радиолиний
5.1. Требования, предъявляемые к навигационным радиолиниям
5.2. Общая характеристика прямой и ретрансляционной радиолиний СРНС
5.3. Учет условий распространения радиоволн в СРНС
5.4. Способы уменьшения атмосферных погрешностей дальномерного и доплеровского измерений
5.5. Особенности энергетических расчетов радиолиний в зависимости от расположения обслуживаемого слоя
6. Способы разделения сигналов
6.1. Методы уплотнения и разделения сигналов в сетевых СРНС
6.2. Вероятностное разделение сигналов спутников при использовании ШПС в ССРНС
6.3. Статистические характеристики ширины полосы принимаемого излучения в сетевых СРНС
6.4. Особенности разделения сигналов в активных СРНС
7. Принципы построения измерительно-вычислительной аппаратуры потребителей
7.1. Обобщенная структурная схема АП ССРНС
7.2. Информационные потоки в АП
7.3. Измеряемые радионавигационные параметры
7.4. Виды и модели помех
7.5. Основы статистического синтеза измерителей радионавигационных параметров
8. Устройства первичной обработки радионавигационного сигнала
8.1. Необходимость поиска радионавигационных сигналов
8.2. Способы решения задачи поиска радиосигналов НИСЗ
8.3. Устройства оценки радионавигационных параметров
8.4. Цифровая реализация устройств первичной обработки
8.5. Оценка погрешностей измерений радионавигационных параметров
8.6. Способы повышения помехоустойчивости АП
9. Разновидности аппаратуры потребителей
9.1. Особенности аппаратуры потребителей различных типов
9.2. Одноканальная аппаратура потребителей
9.3. Многоканальная аппаратура потребителей
9.4. Мультиплексная аппаратура потребителей
9.5. Аппаратура потребителей для одновременной работы по системам «Глонасс» и «Навстар»
9.6. Унификация аппаратурных решений
10. Кадр навигационного сигнала
10.1. Организация обработки измерений и формирование эфемеридной информации
10.2. Методология выбора элементов кадра сигнала
10.3. Условия реализации алгоритмов прогнозирования эфемерид НИСЗ
10.4. Алгоритмы прогнозирования движения НИСЗ
10.5. Состав, форма представления и объем информации, передаваемой в кадре навигационного сигнала системы «Навстар»
10.6. Кадр навигационного сигнала системы «Глонасс»
11. Синхронизации временных шкал системы НИСЗ
11.1. Общая характеристика хранителей временных шкал
11.2. Методы сверки временных шкал
11.3. Коррекция временных шкал
11.4. Способы учета в навигационном сеансе смещений временных шкал НИСЗ
11.5. Согласование шкал времени систем «Глонасс» и «Навстар»
11.6. Синхронизация временных шкал сети НИСЗ на основе взаимных временных измерений
12. Области использования сетевых спутниковых РНС
12.1. Применение ССРНС - основа координатно-временного обеспечения
12.2. Определение координат, их производных и навигационных элементов наземных и приземных объектов
12.3. Определение параметров движения околоземных КА
12.4. Определение взаимных координат в интересах предупреждения столкновении подвижных объектов и группового их вождения
12.5. Высокоточная геодезическая привязка
12.6. Определение ориентации объектов в пространстве
12.7. Синхронизация излучения станции с наземным базированием
12.8. Наблюдение для обеспечения управления движением перемещающихся объектов
12.9. Целеуказание в системе обнаружения терпящих бедствие
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ОСНОВЫ НАВИГАЦИОННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ССРНС
13. Алгоритмизация решения навигационных задач
13.1. Задача синтеза алгоритма навигационных определении
13.2. Модель навигационных измерении
13.3. Модель динамики потребителя
13.4. Факторы, влияющие на выбор способа обработки информации в ССРНС
14. Алгоритмы решения навигационных задач по выборке одновременных измерений
14.1. Алгоритмы решения навигационной задачи по выборке минимального объема одновременных измерений
14.2. Алгоритмы решения навигационной задачи по избыточному объему одновременных измерений
14.3. Оценка сходимости алгоритмов решения навигационной задачи
15. Алгоритмы решения навигационных задач по выборке измерений нарастающего объема
15.1. Рекуррентный алгоритм решения задачи методом Калмана и его модификации при различных составах измерений
15.2. Способы устранения расходимости фильтров Калмана
15.3. Рекуррентные соотношения гауссовского фильтра 2-го порядка
15.4. Сравнение рекуррентных алгоритмов по размерам области сходимости
16. Способы оценки точности определения параметров движения
16.1. Показатели точности навигационных определений
16.2. Корреляционная матрица ошибок определяемых параметров
16.3. Источники ошибок навигационных определений
16.4. Отображение точностных характеристик и интегральная оценка точности СРНС
17. Высокоточное сличение шкал времени удаленных пунктов по сигналам НИСЗ
17.1. Методы синхронизации ШВ удаленных пунктов
17.2. Оценка точности сверки ШВ удаленных пунктов по выборке одновременных псевдодальномерных измерений
17.3. Потенциальная точность сверки ШВ пункта с известными координатами по данным псевдодальномерных и радиальных псевдоскоростных измерений
18. Точность определения координат при одномоментных измерениях по элементарному созвездию НИСЗ
18.1. Элементарные созвездия
18.2. Геометрические факторы при определении поверхностных координат по элементарному созвездию из двух НИСЗ
18.3. Геометрические факторы при определении поверхностных координат по элементарному созвездию из трех НИСЗ
18.4. Геометрические факторы при определении пространственных координат по элементарному созвездию из четырех НИСЗ
18.5. Точностные свойства доплеровских методов в сетевых СРНС в сравнении с дальномерными
19. Точность определения пространственных координат и вектора скорости по сети НИСЗ
19.1. Общая характеристика поля точностей
19.2. Распределение вероятностей геометрических факторов
19.3. Точность оценки координат и времени
19.4. Точность оценки скорости движения
19.5. Оценка точности определения параметров движения КА
20. Дифференциальный режим ССРНС
20.1. Необходимость дифференциального режима
20.2. Структура дифференциальной подсистемы
20.3. Методы дифференциальных определений
20.4. Корректирующая информация
20.5. Каналы передачи корректирующей информации
20.6. Точностные характеристики ДМ
20.7. Измерения РНП по фазе несущих колебаний
20.8. Результаты испытаний. Реализация ДПС
21. Точность определения параметров движения в активном и относительном режимах
21.1. Точностные характеристики активных СРНС
21.2. Точностные свойства сетевых СРНС в относительном режиме
22. Математическое обеспечение бортовой аппаратуры потребителей
22.1. Автоматизация навигационных определений и штурманских расчетов
22.2. Методические основы математического обеспечения
22.3. Основные задачи ВТО
22.4. Управляющий алгоритм
22.5. Временная диаграмма алгоритма
22.6. Принципы проектирования программного обеспечения
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. КОМПЛЕКСНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ССРНС
23. Задачи и особенности комплексного проектирования ССРНС
23.1. Основные задачи, решаемые при комплексном проектировании
23.2. Этапы создания ССРНС
23.3. Особенности проектов СРНС различного назначения
24. Синтез структуры сети НИСЗ из условий обеспечения заданной кратности покрытия
24.1. Этапы выбора структуры сети НИСЗ
24.2. Зона радиовидимости, полоса покрытия и область перекрытия
24.3. Достаточные условия оптимальности сети НИСЗ, обеспечивающей заданную минимальную кратность покрытия
24.4. Необходимые условия оптимальности сети НИСЗ
24.5. Свойства экстремальной сети НИСЗ, обеспечивающей заданную минимальную кратность покрытия
24.6. Условие стабильности пространственной конфигурации сети НИСЗ
25. Синтез структуры сети НИСЗ по критерию точности навигационных определений
25.1. Геометрический смысл оптимизации по критерию точности
25.2. Выбор оптимального по критерию точности созвездия НИСЗ
25.3. Приближенный учет параллакса минимального созвездия
25.4. Качественный анализ зон пониженной точности
25.5. Уточнение структуры сети НИСЗ по минимаксному критерию точности
25.6. Сравнение ССРНС «Глонасс» и «Навстар»
26. Основы комплексного использования СРНС с другими радионавигационными и автономными навигационными средствами
26.1. Общие предпосылки и возможности совместного использования спутниковых РНС и других навигационных средств
26.2. Комбинированная разностно-дальномерная РНС, состоящая из наземных станций и стационарного НИСЗ
26.3. Комплексное использование низкоорбитальной СРНС и фазовой СДВ РНС
26.4. Комплексирование аппаратуры потребителей на уровне первичной обработки информации
27. Критерии оценки эффективности навигационного использования СРНС
27.1. Эффективность сложных систем
27.2. Особенности исследования эффективности спутниковых РНС
27.3. Общие и частные критерии эффективности СРНС
Список литературы.
1993. — 408 с.: ил.
Рассматриваются принципы построения, использования и комплексного проектирования сетевых спутниковых радионавигационных систем (ССРНС), а также основные свойства их как больших измерительно-вычислительных систем высокого класса точности. В общем виде характеризуется структура ССРНС с указанием взаимодействия отдельных звеньев системы, кратко описываются системы «Глонасс» и «Навстар», анализируются сигналы, энергетика навигационных радиолиний с учетом влияния ионосферы и тропосферы, синхронизация временных шкал сети навигационных ИСЗ (НИСЗ) и формирование кадра служебной информации. Подробно рассматриваются принципы построения аппаратуры потребителей (АП) и ее разновидности, процессы и устройствах первичной и вторичной обработки, возможности фазовых измерений по несущей частоте, дифференциальный режим навигационных определений.
Приводятся алгоритмы решения навигационно-временных задач как конечными, так и итерационными способами по полным выборкам результатов измерений и по выборкам нарастающего объема, оценки точности навигационно-временных сеансов, структура математического обеспечения АП.
Даются основы системных принципов проектирования ССРНС с характеристикой последовательности выбора и расчета основных параметров системы в целом и ее составных элементов, синтез сетей НИСЗ как по условиям наблюдаемости, так и по точностным критериям, основы объединения радионавигационных полей от спутниковых и наземных РНС и комплексной обработки информации на борту потребителя.
В отличие от 1-го издания (1982 г. ) здесь впервые описывается советская система «Глонасс», анализируется АП, совместно использующая системы «Глонасс» и «Навстар», приводятся различные способы навигационного, временного и геодезического использования ССРНС, рассматриваются разновидности АП.
Для научных работников и преподавателей вузов. Может быть полезна судоводительскому и штурманскому составу.
33 Табл.
115 Ил.
227 Библиогр. назв.
О Г Л А В Л Е Н И Е
Предисловие
Введение
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СЕТЕВЫХ СРНС
1. Принципы построения и особенности сетевых спутниковых РНС
1.1. Структурная схема СРНС
1.2. Особенности сетевых СРНС
1.3. Классификация СРНС
1.4. Согласование начал отсчета пространственных и временной координат в ССРНС
1.5. Общая характеристика элементов ССРНС
1.6. Советская сетевая спутниковая РНС «Глонасс»
1.7. Американская сетевая спутниковая РНС «Навстар»
1.8. Информационные центры спутниковых РНС
2. Геометрические свойства методов измерений в ССРНС
2.1. Навигационные параметры
2.2. Навигационные функции
2.3. Градиенты полей навигационных параметров
2.4. Градиентная и фундаментальная матрицы
3. Основы решения навигационных задач в СРНС
3.1. Конечные и итерационные методы навигационных определений
3.2. Математические основы определений по полной выборке измерений
3.3. Геометрические факторы
4. Сигналы в спутниковых РНС
4.1. Общие требования к сигналам СРНС
4.2. Статистическая модель радионавигационного канала СРНС
4.3. Анализ требований, предъявляемых к сигналам СРНС
4.4. Типовые структуры совмещенных сигналов для различных вариантов пассивных СРНС
4.5. Особенности выбора структуры сигналов в активных вариантах СРНС
5. Энергетика навигационных радиолиний
5.1. Требования, предъявляемые к навигационным радиолиниям
5.2. Общая характеристика прямой и ретрансляционной радиолиний СРНС
5.3. Учет условий распространения радиоволн в СРНС
5.4. Способы уменьшения атмосферных погрешностей дальномерного и доплеровского измерений
5.5. Особенности энергетических расчетов радиолиний в зависимости от расположения обслуживаемого слоя
6. Способы разделения сигналов
6.1. Методы уплотнения и разделения сигналов в сетевых СРНС
6.2. Вероятностное разделение сигналов спутников при использовании ШПС в ССРНС
6.3. Статистические характеристики ширины полосы принимаемого излучения в сетевых СРНС
6.4. Особенности разделения сигналов в активных СРНС
7. Принципы построения измерительно-вычислительной аппаратуры потребителей
7.1. Обобщенная структурная схема АП ССРНС
7.2. Информационные потоки в АП
7.3. Измеряемые радионавигационные параметры
7.4. Виды и модели помех
7.5. Основы статистического синтеза измерителей радионавигационных параметров
8. Устройства первичной обработки радионавигационного сигнала
8.1. Необходимость поиска радионавигационных сигналов
8.2. Способы решения задачи поиска радиосигналов НИСЗ
8.3. Устройства оценки радионавигационных параметров
8.4. Цифровая реализация устройств первичной обработки
8.5. Оценка погрешностей измерений радионавигационных параметров
8.6. Способы повышения помехоустойчивости АП
9. Разновидности аппаратуры потребителей
9.1. Особенности аппаратуры потребителей различных типов
9.2. Одноканальная аппаратура потребителей
9.3. Многоканальная аппаратура потребителей
9.4. Мультиплексная аппаратура потребителей
9.5. Аппаратура потребителей для одновременной работы по системам «Глонасс» и «Навстар»
9.6. Унификация аппаратурных решений
10. Кадр навигационного сигнала
10.1. Организация обработки измерений и формирование эфемеридной информации
10.2. Методология выбора элементов кадра сигнала
10.3. Условия реализации алгоритмов прогнозирования эфемерид НИСЗ
10.4. Алгоритмы прогнозирования движения НИСЗ
10.5. Состав, форма представления и объем информации, передаваемой в кадре навигационного сигнала системы «Навстар»
10.6. Кадр навигационного сигнала системы «Глонасс»
11. Синхронизации временных шкал системы НИСЗ
11.1. Общая характеристика хранителей временных шкал
11.2. Методы сверки временных шкал
11.3. Коррекция временных шкал
11.4. Способы учета в навигационном сеансе смещений временных шкал НИСЗ
11.5. Согласование шкал времени систем «Глонасс» и «Навстар»
11.6. Синхронизация временных шкал сети НИСЗ на основе взаимных временных измерений
12. Области использования сетевых спутниковых РНС
12.1. Применение ССРНС - основа координатно-временного обеспечения
12.2. Определение координат, их производных и навигационных элементов наземных и приземных объектов
12.3. Определение параметров движения околоземных КА
12.4. Определение взаимных координат в интересах предупреждения столкновении подвижных объектов и группового их вождения
12.5. Высокоточная геодезическая привязка
12.6. Определение ориентации объектов в пространстве
12.7. Синхронизация излучения станции с наземным базированием
12.8. Наблюдение для обеспечения управления движением перемещающихся объектов
12.9. Целеуказание в системе обнаружения терпящих бедствие
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ОСНОВЫ НАВИГАЦИОННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ССРНС
13. Алгоритмизация решения навигационных задач
13.1. Задача синтеза алгоритма навигационных определении
13.2. Модель навигационных измерении
13.3. Модель динамики потребителя
13.4. Факторы, влияющие на выбор способа обработки информации в ССРНС
14. Алгоритмы решения навигационных задач по выборке одновременных измерений
14.1. Алгоритмы решения навигационной задачи по выборке минимального объема одновременных измерений
14.2. Алгоритмы решения навигационной задачи по избыточному объему одновременных измерений
14.3. Оценка сходимости алгоритмов решения навигационной задачи
15. Алгоритмы решения навигационных задач по выборке измерений нарастающего объема
15.1. Рекуррентный алгоритм решения задачи методом Калмана и его модификации при различных составах измерений
15.2. Способы устранения расходимости фильтров Калмана
15.3. Рекуррентные соотношения гауссовского фильтра 2-го порядка
15.4. Сравнение рекуррентных алгоритмов по размерам области сходимости
16. Способы оценки точности определения параметров движения
16.1. Показатели точности навигационных определений
16.2. Корреляционная матрица ошибок определяемых параметров
16.3. Источники ошибок навигационных определений
16.4. Отображение точностных характеристик и интегральная оценка точности СРНС
17. Высокоточное сличение шкал времени удаленных пунктов по сигналам НИСЗ
17.1. Методы синхронизации ШВ удаленных пунктов
17.2. Оценка точности сверки ШВ удаленных пунктов по выборке одновременных псевдодальномерных измерений
17.3. Потенциальная точность сверки ШВ пункта с известными координатами по данным псевдодальномерных и радиальных псевдоскоростных измерений
18. Точность определения координат при одномоментных измерениях по элементарному созвездию НИСЗ
18.1. Элементарные созвездия
18.2. Геометрические факторы при определении поверхностных координат по элементарному созвездию из двух НИСЗ
18.3. Геометрические факторы при определении поверхностных координат по элементарному созвездию из трех НИСЗ
18.4. Геометрические факторы при определении пространственных координат по элементарному созвездию из четырех НИСЗ
18.5. Точностные свойства доплеровских методов в сетевых СРНС в сравнении с дальномерными
19. Точность определения пространственных координат и вектора скорости по сети НИСЗ
19.1. Общая характеристика поля точностей
19.2. Распределение вероятностей геометрических факторов
19.3. Точность оценки координат и времени
19.4. Точность оценки скорости движения
19.5. Оценка точности определения параметров движения КА
20. Дифференциальный режим ССРНС
20.1. Необходимость дифференциального режима
20.2. Структура дифференциальной подсистемы
20.3. Методы дифференциальных определений
20.4. Корректирующая информация
20.5. Каналы передачи корректирующей информации
20.6. Точностные характеристики ДМ
20.7. Измерения РНП по фазе несущих колебаний
20.8. Результаты испытаний. Реализация ДПС
21. Точность определения параметров движения в активном и относительном режимах
21.1. Точностные характеристики активных СРНС
21.2. Точностные свойства сетевых СРНС в относительном режиме
22. Математическое обеспечение бортовой аппаратуры потребителей
22.1. Автоматизация навигационных определений и штурманских расчетов
22.2. Методические основы математического обеспечения
22.3. Основные задачи ВТО
22.4. Управляющий алгоритм
22.5. Временная диаграмма алгоритма
22.6. Принципы проектирования программного обеспечения
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. КОМПЛЕКСНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ССРНС
23. Задачи и особенности комплексного проектирования ССРНС
23.1. Основные задачи, решаемые при комплексном проектировании
23.2. Этапы создания ССРНС
23.3. Особенности проектов СРНС различного назначения
24. Синтез структуры сети НИСЗ из условий обеспечения заданной кратности покрытия
24.1. Этапы выбора структуры сети НИСЗ
24.2. Зона радиовидимости, полоса покрытия и область перекрытия
24.3. Достаточные условия оптимальности сети НИСЗ, обеспечивающей заданную минимальную кратность покрытия
24.4. Необходимые условия оптимальности сети НИСЗ
24.5. Свойства экстремальной сети НИСЗ, обеспечивающей заданную минимальную кратность покрытия
24.6. Условие стабильности пространственной конфигурации сети НИСЗ
25. Синтез структуры сети НИСЗ по критерию точности навигационных определений
25.1. Геометрический смысл оптимизации по критерию точности
25.2. Выбор оптимального по критерию точности созвездия НИСЗ
25.3. Приближенный учет параллакса минимального созвездия
25.4. Качественный анализ зон пониженной точности
25.5. Уточнение структуры сети НИСЗ по минимаксному критерию точности
25.6. Сравнение ССРНС «Глонасс» и «Навстар»
26. Основы комплексного использования СРНС с другими радионавигационными и автономными навигационными средствами
26.1. Общие предпосылки и возможности совместного использования спутниковых РНС и других навигационных средств
26.2. Комбинированная разностно-дальномерная РНС, состоящая из наземных станций и стационарного НИСЗ
26.3. Комплексное использование низкоорбитальной СРНС и фазовой СДВ РНС
26.4. Комплексирование аппаратуры потребителей на уровне первичной обработки информации
27. Критерии оценки эффективности навигационного использования СРНС
27.1. Эффективность сложных систем
27.2. Особенности исследования эффективности спутниковых РНС
27.3. Общие и частные критерии эффективности СРНС
Список литературы.