способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем
Классы МПК: | G01S5/02 с использованием радиоволн |
Автор(ы): | Армизонов Николай Егорович, Армизонов Алексей Николаевич |
Патентообладатель(и): | Армизонов Николай Егорович, Армизонов Алексей Николаевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-08-25 публикация патента:
27.04.1998 |
Способ определения курсового угла и координат местоположения объектов относится к космической радионавигации и геодезии и заключается в том, что принимают каждым из четырех антенно-приемных устройств, установленных на объектах, навигационные радиосигналы спутников, при этом антенны четырех антенно-приемных устройств образуют прямоугольную систему координат, оси которой параллельны осям объектов, определяют псевдодальности, определяют разность дальностей путем их взаимного вычитания, определяют координаты местоположения и курсовой угол, причем прием каждым антенно-приемным устройством навигационного радиосигнала одного и того же спутника производят одновременно, определяют приращения дальностей путем измерения на мерном интервале приращений фаз, обусловленных допплеровскими сдвигами несущей частоты с использованием систем фазовых автоподстроек частоты, и определяют разности приращений дальностей во взаимно-ортогональных базах путем взаимного вычитания измеренных приращений фаз. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радионавигационным сигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, в котором принимают каждым из четырех антенно-приемных устройств, установленных на объекте, навигационные радиосигналы спутников, при этом антенны четырех антенно-приемных устройств образуют прямоугольную систему координат, оси которой параллельны осям объекта, определяют псевдодальности, определяют разности псевдодальностей путем их взаимного вычитания, определяют координаты местоположения и курсовой угол, отличающийся тем, что производят одновременный прием каждым антенно-приемным устройством навигационного радиосигнала одного и того же спутника, определяют на мерном интервале приращения дальностей между фазовым центром антенны спутника и фазовыми центрами антенны интерферометра путем измерения приращений фаз, обусловленных доплеровскими сдвигами несущей частоты с использованием систем фазовых автоподстроек частот, и определяют разности приращений дальностей во взаимно ортогональных базах путем взаимного вычитания измеренных приращений фаз. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приращения дальностей на мерном интервале определяют путем измерения приращений фаз, выделив доплеровские сдвиги частоты несущих возведением вторых боковых полос принятых и преобразованных спутниковых навигационных радиосигналов в квадрат с последующим возвратом на искомые частоты с использованием делителей частот и квадратурных фазовых детекторов, на первые входы которых подают сигналы искомых частот, а на вторые входы подают сигнал опорного генератора, и умножения выделенных доплеровских сдвигов частот на мерный интервал.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к космической радионавигации, геодезии и может быть использовано для определения курсового угла и координат местоположения объектов. Известен способ определения местоположения и курсового угла объектов по навигационным радиосигналам космических аппаратов (КА) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) с использованием измеренных псевдодальностей с помощью четырех антенно-приемных устройств сигналов спутников, антенны которых установлены на объектах таким образом, что они образуют прямоугольную систему координат (Applications of Navstar GPS fo presion attitude determination Roht Ben. D., Singh Ram-Nandan P. "Proc. 4 th. Geod. Symp Sattel. Position., Austin, Tex. 28.Apr.-28 Max, 1986, v.2." S.1, 2, 1345 -1359, прототип). Недостатками этого способа являются:погрешности навигационных определений обусловленные нестабильностью частот радиосигналов навигационного искусственного спутника Земли (НИСЗ) и генераторов объектов;
погрешности измерений, определений, обусловленных угловым перемещением антенн объектов в процессе их движения. Для оценки точности измерений приращений фаз с использованием CCH используется выражение дисперсии
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/949.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-2t.gif)
где
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/955.gif)
Bссн -ширина полосы схемы слежения за несущей;
Pc/Pш - отношение мощности сигнала к спектральной мощности шума;
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/960.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110014/8776.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-3t.gif)
новой совокупности действий над принимаемыми спутниковыми радионавигационными сигналами;
выделения в ведущих и ведомых антенно-приемных устройствах интерферометра сигналов с доплеровским смещением частоты путем возведения принятых спутниковых радиосигналов в квадрат и их фильтрации с последующим возвратом частот на искомые с использованием делителей частоты;
измерения на мерном интервале приращений фаз, обусловленных доплеровским сдвигом частоты путем использования квадратурных фазовых детекторов, на первые выходы которых поступают сигналы с доплеровским сдвигом частоты, а на вторые - сигнал опорного генератора;
определения разности хода радиосигналов между фазовым центром антенны спутника и фазовыми центрами антенн интерферометра как разность измеренных на мерном интервале приращений фаз, обусловленных доплеровским смещением частоты. Геометрическая интерпретация предлагаемого способа поясняется на примере одной ортогональной базы, образованной двумя фазовыми центрами антенн интерферометра ФЦ1 и ФЦ2 и тремя положениями фазового центра одного и того же спутника (фиг.1). Точками T1, T*, T2 (фиг.1) обозначены положения фазового центра антенны спутника на орбите, являющиеся границами отсчетов навигационного параметра. Использование теоремы косинусов и разложения в ряд с членами не выше второго порядка для трех положений фазового центра антенны НИСЗ, позволяет получить:
для фазового центра ФЦ1 антенны Ан1 определяющегося объекта
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-4t.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-5t.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-6t.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-7t.gif)
Двойная разность дальностей
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-8t.gif)
Аналогичным образом выводится соотношение разности приращений дальности для второй ортогональной пары интерферометра
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-9t.gif)
В соответствии с вышеизложенным разностям приращений дальностей - разностям хода радиосигналов между фазовым центром антенны спутника и фазовыми центрами антенн интерферометра в каждой взаимно-ортогональной базе, выражения (1) и (2) соответствуют разности измеренных на мерном интервале приращений фаз,
обусловленных доплеровским смещением частоты
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-10t.gif)
где
cos
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110047/920.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110047/920.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110047/920.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110047/920.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110047/920.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-11t.gif)
где
X, Y, Z - известные координаты фазового центра антенны спутника;
X0, Y0, Z0 - неизвестные координаты фазового центра антенны определяющегося объекта. Навигационные измерения с использованием интерферометров, позволяют реализовать азимутальный способ определения координат местоположения объектов, угломерно-дальномерный способ с использованием направляющих косинусов и т.д. Выше приведены функциональные зависимости между известными координатами фазового центра антенны НИСЗ и известными координатами середины баз интерферометра определяющегося объекта через направляющие косинусы
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
где
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/936.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/936.gif)
u = Ucos[
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/969.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
имеем
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/969.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
В соответствии с изложенным принимаемые спутниковый навигационный сигнал первым и третьим антенно-приемными устройствами интерферометра можно описать выражениями:
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-12t.gif)
где t1, t3 - время распространения навигационного сигнала от фазового центра антенн НИСЗ до фазовых центров антенн АН1, Ан3 соответственно
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110077/2110077-13t.gif)
Fy1, Fy3 - доплеровские сдвиги частот, принятые первым и третьим антенно-приемными устройствами соответственно;
fн - несущая частота. Несущая частота - частота гармонического колебания, подвергающая модуляции с целью передачи информации. Разность хода сигналов принятых антенно-приемными устройствами интерферометра можно измерить и по разности фаз несущей fн, тогда требуется знание составляющих 2
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/960.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/960.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110046/981.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110020/177.gif)
![способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, патент № 2110077](/images/patents/361/2110020/177.gif)
Отличительные признаки предлагаемого способа:
выделение в ведущих и ведомых антенно-приемных устройствах сигналов с доплеровским смещением частоты путем возведения принятых преобразованных спутниковых радионавигационных в квадрат, их фильтрации и снятии амплитудной модуляции с последующим возвратом на искомые частоты с использованием делителей частоты;
измерение на мерном интервале приращений фаз, обусловленных доплеровским смещением частоты путем использования квадратурных фазовых детекторов, на первые входы которых поступают сигналы с доплеровским смещением частоты, а на вторые входы сигнал опорного генератора;
определение разности хода радиосигналов между фазовым центром спутника и фазовыми центрами антенн интерферометра как разность измеренных на мерном интервале приращений фаз, обусловленных доплеровским смещением частоты. Таким образом, предлагаемый способ определения курсового угла и координат местоположения объектов по радионавигационным сигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем обладают новизной, существующими отличиями и дает положительный эффект, заключающийся в повышении точности навигационных определений.
Класс G01S5/02 с использованием радиоволн