RU2116655C1 - Способ однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях для определения параметров угловой ориентации объектов по сигналам спутниковой радионавигационной системы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радионавигации и предназначено главным образом для использования в среднеорбитальных спутниковых радионавигационных системах (ССРНС) типа ГЛОНАСС и HABCTAP-GPS. Технический результат от использования изобретения состоит в исключении многозначности интерферометрических измерений путем повышения достоверности определения истинного числа фазовых циклов и достигается тем, что по способу однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях для определения параметров угловой ориентации объектов по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС), заключающемуся в одновременном приеме на две антенны интерферометра радиосигналов от находящихся в зоне видимости искусственных спутников Земли (ИСЗ), положение которых относительно объекта известно, измерении по каждому ИСЗ в пределах фазового цикла интерферометрической разности фаз колебания φ_i, где i - номер ИСЗ, i = 1, 2, ..., m, запоминании этой разности фаз, формировании по измеренным разностям фаз φ_i от M<m ИСЗ комбинаций возможных значений полных разностей фаз Φ_i= n₁+φ₁, где n - целочисленные значения фазовых циклов в пределах от -l/λ до +l/λ, l - длина базы интерферометра, λ - длина волны сигнала СРНС, и отборе комбинаций, согласующихся с фазовыми интерферометрическими измерениями по оставшимся (m - M) ИСЗ, комбинации возможных значений полных разностей фаз формируют по сигналам от M = 3 ИСЗ, номера которых i, j, k выбирают из условия максимального объема параллелепипеда V_ijk, построенного на ортах

этих ИСЗ, а при отборе вначале формируют комбинации Φ_i,Φ_j,Φ_k, удовлетворяющие условию

где
Q_ij, Q_jk, Q_ki - скалярные произведения соответствующих ортов ИСЗ;
П₁ - пороговая величина, пропорциональная дисперсии фазовых измерений (при относительном местоопределении, когда длина базы точно неизвестна, к П₁ добавляется величина, пропорциональная дисперсии длины базы). Затем, используя измеренные фазовые отсчеты φ_t, где t - номера оставшихся (m - M) ИСЗ, формируют комбинацию полных разностей фаз Φ_i,Φ_j,Φ_k,Φ_t...m, при всех t удовлетворяющую условию

где

- модуль разности между величиной, определяемой из выражения
n_t+Δn = -φ_t+[Φ_iV_tjk+Φ_jV_itk+Φ_kV_ijt]/V_ijk,
и округленным значением этой величины до ближайшего целого n_t, входящего в полную разность фаз Φ_t= n_t+φ_t . 4 ил.

Description

Изобретение относится к радионавигации и предназначено главным образом для использования в среднеорбитальных спутниковых радионавигационных системах (ССРНС) типа ГЛОНАСС и НАВСTAP-GPS. В этих системах на трех-шести почти круговых орбитах на высоте около 20 тысяч км движутся управляемые с Земли более 20 спутников, мгновенные координаты которых, как и мгновенные значения параметров излучаемых сигналов, предвычисляются в аппаратуре потребителя с пренебрежимыми далее погрешностями. В аппаратуре потребителя измеряется временное положение сигналов относительно шкалы бортового хранителя времени и с помощью общеизвестных способов и схем определяются координаты объекта. В последние годы в этих радионавигационных системах начался поиск путей использования ИСЗ для определения параметров угловой ориентации объектов (истинного курса, крена и дифферента) по результатам фазовых измерений, осуществляемых в закрепленных на объекте интерферометрах.

Известен ряд методов исключения многозначности (целоцикловых погрешностей) отсчетов интерферометрических фазовых измерений, во многом аналогичных традиционным для фазовых радионавигационных систем с наземными передатчиками [1] . Практически все из них оказываются недостаточно приемлемыми либо из-за необходимости усложнения антенно-приемного тракта, либо малой вероятности появления подходящих геометрических конфигураций расположения ИСЗ.

Применительно к рассматриваемому в изобретении случаю подвижного двухантенного интерферометра в последние годы сделаны попытки использования одномоментных отсчетов по сигналам всех видимых ИСЗ по аналогии с принципом, апробированным в многостанционной фазовой СДВ РНС [2]. На фиг. 2 представлены четыре семейства изолиний - границ фазовых дорожек, образованных четырьмя парами станций одночастотной ФРНС. Заметим, что такая же картина может получиться и от созвездия от четырех ИСЗ с небольшими углами высоты над горизонтом. Здесь истинное место находится в центре рисунка. Точки пересечения горизонтальных и вертикальных изолиний создают начальный ансамбль из 30 потенциально неразличимых (для этих двух семейств в пределах рисунка) решений. Добавление третьего семейства изолиний отсеивает большинство ложных решений. Но, как видно, лишь четыре семейства (при отсутствии шумовых погрешностей нанесения изолиний) позволили указать истинную точку пересечения четырех изолиний от разных семейств. (Заметим, что при ином угле наклона четвертого семейства изолиний такое событие могло и не произойти).

При наличии шумов погрешности нанесения изолинии могут оказаться соизмеримыми со сторонами треугольников вблизи ложных точек 1 и 2 и выявить истинную точку И становится затруднительно. Чем больше семейство изолиний, тем больше вероятность того, что вблизи истинной точки разброс точек пересечения изолиний будет меньше, чем вблизи ложной точки.

Известен метод однозначного определения параметров угловой ориентации объектов [3] . Этот метод базируется по существу на разновидности рекуррентного алгоритма метода наименьших квадратов (МНК) и требует перебора чрезвычайно большого количества наборов целых чисел циклов n₁, n₂, ..., n_m (а именно (2l/λ+1)^m). Кроме того, он не оперирует с начальным рабочим ансамблем комбинаций. Для оценки истинности или ложности потенциально возможного набора целых чисел циклов в фазовых измерениях по сигналам большого количества ИСЗ используется критерий максимального правдоподобия. Критерием является по существу сумма квадратов всех i-x разностей ε₁, измеренных φ₁λ/1 и аналитически выражаемых

величин:

где
φ_i - измеряемая в интерферометре разность фаз колебаний, наведенная в приемных антеннах сигналами i-го ИСЗ;

- радиус-вектор i-го ИСЗ;

- орт-база интерферометра.

Каждая разность имеет "свою" плотность распределения вероятностей P(ε₁) , и произведение этих вероятностей (или сумма показателей экспонент) может играть роль индикатора ложности или истинности ситуации с выбором целых чисел. В связи с тем, что в методе используется фильтр Калмана, приходится учитывать разницу среднеквадратических погрешностей (СКВ) измерения фазы сигналов от различных ИСЗ, хотя обычно в практических расчетах допустимо полагать эти СКВ одинаковыми из-за примерной одинаковости расстояний до ИСЗ. Пользуясь введенным критерием, автор патента обосновывает возможность сокращения количества перебираемых наборов целых чисел. Количество различимых по расположению ИСЗ конфигураций, пригодных для тестирования истинности наборов целых чисел фазовых циклов, в известном методе пропорционально количеству ИСЗ.

В патенте-аналоге приведены результаты моделирования алгоритма обработки сигналов для некоторого конкретного случая расположения двух ортогональных интерферометров с неодинаковыми базами. Выполненный анализ метода и результатов моделирования показал, что в случае применения этого метода для одного отдельно взятого интерферометра, измеряющего фазу сигналов, например, от пяти ИСЗ метод-аналог для одного интерферометра даже с метровой базой (≈5λ) требует значительного времени счета - 0,6 c, к тому же в 137 случаях из 1000 не приводит к истинному решению. При переходе к шести ИСЗ время счета соответственно увеличивается.

Известен также способ однозначного определения местоположения объекта [4] , наиболее близкий к предлагаемому и выбранный в качестве прототипа. В прототипе так же, как и в рассмотренном выше аналоге, существенным моментом является сравнение оценок направляющих косинусов интерферометра, полученных при использовании нарастающего количества ИСЗ. При анализе прототипа достаточно ограничиться рассмотрением путей определения ориентации всего одного интерферометра с базой

направляющие косинусы (НК) орта

которого в выбранной декартовой системе координат равны b_x, b_y, b_z. Это рассмотрение далее необходимо потому, что, как будет видно из дальнейшего изложения, в известных методах устранения многозначности интерферометрических фазовых измерений обязательно присутствует этап явной оценки направляющих косинусов орта

. Две приемные антенны интерферометра разнесены на известное расстояние l. Фронт волны одного i-го ИСЗ (i=1,2,3,...,m) пересекает фазовые центры приемных антенн в общем случае неодновременно; задержка равна деленной на скорость света проекции lcosP₁ вектора базы

на орт

ИСЗ, где P₁ - угол между ортами. Эта задержка, выраженная в единицах фазовых циклов, равна

, где λ - длина волны, φ₁ - фазометрический отсчет в пределах от -0,5 до 0,5 цикла, n₁ - неизвестное целое число фазовых циклов, могущее иметь одно целочисленное значение в пределах от -l/λ до +l/λ . Например, при l=5λ возможно 11 значений n₁. Далее удобно использовать нормированные фазовые полные отсчеты:

При использовании сигнала одного ИСЗ фиксированному полному однозначному результату измерения

соответствует некоторое геометрическое место всех возможных положений интерферометра. Если средняя точка базы интерферометра неподвижна, то указанное геометрическое место представляет круговой конус, образующие которого и удовлетворяют условию P_i = arccosh. Ось кругового конуса направлена на спутник, то есть совпадает с ортом

. Если через ось провести плоскость, то она пересечет конус по двум образующим, составляющими с осью углы P_i = ±arccosh; на основании результата измерения нельзя ответить, какой из образующих соответствует положение базы, необходима дополнительная информация. При неоднозначном отсчете в пространстве будет 2l/λ+1 вложенных друг в друга соосных конусов, соответствующих (1).

Однозначным измерениям по двум ИСЗ h₁ = cosP₁ и h₂ = cosP₂ будут соответствовать в пространстве два конуса с общей "вершиной" в средней точке базы. Конусы пересекутся по двум образующим, на одной из которых равновероятно может находиться база интерферометра. Следовательно, ориентация по диаде ИСЗ имеет бинарную неопределенность, которая должна, исключаться по дополнительной информации. Если координатную систему построить так, что одна из ее плоскостей совпадает с осями конусов, причем если совместить, например, орт

оси абсцисс с ортом

первого ИСЗ, то диадная оценка направляющих косинусов может быть выражена формулами

где неопределенность диадного определения ориентации проявляется в двузначности радикала; Q_ij = r_ir_j; S $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{ij}}$ = 1-Q $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{ij}}$ . . При неоднозначных отсчетах фазы можно в пространстве построить 2(2l/λ+1) конусов, получив максимум 2(2l/λ+1)² диадных оценок направляющих косинусов (2), из которых могут быть исключены не удовлетворяющие условию
b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{x}}$ +b $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{y}}$ ≤ 1 или h $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{i}}$ -2h_ih_jQ_ij+h $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{j}}$ ≤ S $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{ij}}$ . (3)
В прототипе на первом этапе принятой обработки отсчетов по отсчетам фазы (1) для двух ИСЗ с ортами

формируется первоначальный ансамбль из 2(2l/λ+1)² возможных комбинаций (пар) чисел n_i и n_j; объем этого ансамбля уменьшается за счет исключения ложных комбинаций, не удовлетворяющих условию (3). Таким образом формируется некоторый ансамбль возможных истинных комбинаций n_i и n_j (рабочий ансамбль).

На втором этапе обработки ложные наборы из рабочего ансамбля отсеиваются путем сопоставления с результатом оценки ориентации орта базы по сигналам других ИСЗ в рамках рекуррентного алгоритма метода наименьших квадратов (МНК), который реализует операцию минимизации суммы квадратов разностей ε₁ между измеренными и аналитически выраженными нормированными отсчетами. Поскольку формулы МНК при m < 3 теряют смысл, то в прототипе используется прием, который позволяет "включить" рекуррентную процедуру, начиная с второго номера ИСЗ.

Далее в рекуррентный алгоритм МНК последовательно вводятся отсчеты по ИСЗ с индексами k=3,4,5,..., причем при использовании очередного ИСЗ предлагается поворачивать систему координат, совмещая выбранную ось с новым ИСЗ; количество возможных целых фазовых циклов в отсчетах по сигналу k-го ИСЗ также равно 2l/λ+1. Перебирая n_k от -l/λ до +l/λ, определяют модули разностей новых оценок НК и НК от диады ИСЗ при всех наборах рабочего ансамбля комбинаций чисел n_i и n_j. Эти модули сравниваются с порогом, который выбирается так, чтобы обеспечивались достаточные вероятности обнаружения фальшивых наборов и опознания истинного набора.

По результатам сопоставлений делается одно из двух заключений: если находится значение n_k, при котором модуль разностей оценки НК меньше порога, то это число n_k и пара чисел n_i и n_j остаются в ансамбле потенциально возможных истинных комбинаций; если же при любом n_k эти модули для пары n_i и n_j превышают порог, эта комбинация исключается как ложная.

Оставшиеся после операции сопоставления диадной и триадной оценок направляющих косинусов потенциально возможные комбинации истинных целых чисел n_i, n_j, n_k тестируются при сопоставлении оценок направляющих косинусов, полученных по четырем ИСЗ и трем ИСЗ, затем по пяти и по четырем ИСЗ и т.д. Каждый раз при использовании очередного ИСЗ должны выполняться операции вращения координат. Максимальное количество сопоставления модулей разностей оценок направляющих косинусов может составлять 2(2l/λ+1)³(m-2).

Чем больше количество "видимых" ИСЗ, тем вероятнее достижение одного истинного решения - если оно не было потеряно в процессе предыдущих сопоставлений оценок направляющих косинусов.

Конфигурация видимого созвездия ИСЗ на момент взятия отсчетов может при неблагоприятном стечении обстоятельств случайно оказаться и такой, что в итоге всех сопоставлений будет выявлено не одно, а несколько наборов целых чисел. Тогда, как указано в прототипе, можно применить наблюдение (т.е. снятие отсчетов и выполнение всех перечисленных операций только для выявления наборов целых чисел) в течение некоторого времени, за которое конфигурация изменится. Лишь только для истинного набора целых чисел величина модуля разности НК не будет изменяться, для всех ложных наборов этот модуль превысит порог.

Итак, в принципе прототип позволит выделить истинное решение, если оно не будет потеряно на предыдущих (особенно начальных) сопоставлениях. Был выполнен анализ такой возможности на первом шаге - сопоставления диадных оценок НК b_xд, b_yд, b_zд с триадными. При использовании той же системы координат, что и для получения диадных оценок (2), можно после выполнения соответствующих выкладок получить, что
b_xt=b_yd; b_yt=b_yd; b_zt=H_ih_i+H_jh_j+H_kh_k, (4)
где H_i, H_j, H_k - некоторые постоянные коэффициенты, выражаемые только через попарные скалярные произведения ортов

Поскольку оценки НК относительно осей x и y совпадают, то операция сопоставления сводится к сравнению модуля разности b_zt-b_zd с некоторым фиксированным порогом, величина которого выбирается, к примеру, равной трем среднеквадратическим отклонениям этой разности от нуля из-за шумов.

Однако при некоторых взаимных расположениях ортов ИСЗ и базы (когда подкоренное выражение в (2) близко к нулю) возможное отклонение разности НК становится неограниченно большим, что вызывает случаи отсеивания истинной комбинации целых чисел.

Выявленная при анализе прототипа высокая вероятность пропуска истинной комбинации целых чисел в полных фазовых отсчетах и побудила авторов настоящего изобретения отказаться от формирования начального ансамбля потенциально возможных комбинаций (пар) целых чисел по двухспутниковому созвездию (диаде) ИСЗ.

Таким образом, приведенный анализ аналогов и прототипа показывает, что стоящая перед авторами и заявителем задача однозначного определения угловой ориентации объектов не может быть надежно решена с использованием вышеописанных методов.

Технический результат от использования изобретения состоит в исключении многозначности интерферометрических измерений путем повышения достоверности определения истинного числа фазовых циклов.

Указанный технический результат достигается тем, что по способу однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях для определения параметров угловой ориентации объектов по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС), заключающемуся в одновременном приеме на две антенны интерферометра радиосигналов от находящихся в зоне видимости искусственных спутников Земли (ИСЗ), положение которых относительно объекта известно, измерении по каждому ИСЗ в пределах фазового цикла интерферометрической разности фаз колебаний φ_i, где i - номер ИСЗ, i = 1,2,...,m, запоминании этой разности фаз, формировании по измеренным разностям фаз φ₁ от M < m ИСЗ комбинаций возможных значений полных разностей фаз φ_i= n_i+φ_i, где n_i - целочисленные значения фазовых циклов в пределах от -l/λ до +l/λ, l - длина базы интерферометра, λ - длина волны сигнала СРНС, и отборе комбинаций, согласующихся с фазовыми интерферометрическими измерениями по оставшимся (m - M) ИСЗ, комбинации возможных значений полных разностей фаз формируют по сигналам от M = 3 ИСЗ, номера которых i, j, k выбирают из условия максимального объема параллелепипеда V_ijk, построенного на ортах

этих ИСЗ, а при отборе вначале формируют комбинации φ_i,φ_j,φ_k, удовлетворяющие условию

где
Q_ij, Q_jk, Q_ki - скалярные произведения соответствующих ортов ИСЗ;
П₁ - пороговая величина, пропорциональная дисперсии фазовых измерений (при относительном местоопределении, когда длина базы точно неизвестна, к П₁ добавляется величина, пропорциональная дисперсии длины базы).

Затем, используя измеренные фазовые отсчеты φ_t, , где t - номера оставшихся (m - M) ИСЗ, формируют комбинацию полных разностей фаз Φ_i,Φ_j,Φ_k,Φ_t,....,m, при всех t удовлетворяющую условию

где

- модуль разности между величиной, определяемой из выражения
n_t+Δn = -φ_t+[Φ_iV_tjk+Φ_jV_itk+Φ_kV_ijt]/V_ijk, (7)
и округленным значением этой величины до ближайшего целого n_t, входящего в полную разность фаз Φ_t= n_t+φ_t.
Сущность предлагаемого способа заключается в выявленных возможностях использования стереометрических взаимосвязей параметров диад, триад и тетрад ИСЗ, что позволило исключить операцию вращения координат, и выявлении зависимости между целыми числами циклов в фазовых интерферометрических отсчетах по сигналам четырех ИСЗ независимо от ориентации и размеров базы интерферометра, что позволило исключить операции перебора возможных целых чисел в фазовых отсчетах по тетрадам ИСЗ и получить достоверный результат за существенно меньшее время.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего заявленный способ; на фиг. 2 - иллюстрация аналогичного метода однозначного определения целого числа циклов фазы в СДВ РНС; на фиг. 3 показан пример выполнения блока формирования значений целых циклов; на фиг. 4 - пример выполнения ключа.

Устройство по фиг. 1, 3, 4, реализующее заявляемый способ, содержит разнесенные на известное расстояние l два антенных устройства А1, А2 интерферометра, принимающих сигналы от m искусственных спутников Земли, входящих в спутниковую радионавигационную систему. Выходы антенных устройств подключены к входам приемоиндикатора ПК3, предназначенного для измерения интерферометрической разности фаз колебаний φ_i в пределах цикла и вычисления радионавигационных параметров (квазидальности и квазискорости) сигналов ИСЗ.

Выход радионавигационных параметров (РНП) ПК3 подключен к входу первого процессора ПР4, предназначенного для определения координат фазового центра А1 и определения направляющих косинусов (НК) радиусов-ортов ИСЗ для вычисления объемов параллелепипеда, построенного на указанных ортах. Первый групповой выход ПР4 соединен с вторым групповым входом мультиплексора МП5, первый групповой вход которого подключен к групповому выходу фазовых отсчетов приемоиндикатора ПК3.

Второй выход процессора ПР4 соединен с первым входом второго процессора ПР6, предназначенного для вычисления пороговых величин, второй вход ПР6 соединен с выходом ПЗУ7. Первый и второй выходы ПР6 подключены соответственно к первым входам первой СхС8 и второй СхС9 схем сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с первыми выходами третьего ПР10 и четвертого ПР11 процессоров. ПР10 предназначен для формирования возможных комбинаций полных разностей фаз и определения условия согласования этих комбинаций с фазовыми интерферометрическими измерениями.

Входы фазовых отсчетов по выбранной триаде i,j,k ИСЗ ПР10 подключены к соответствующим выходам мультиплексора МП5. Выходы фазовых отсчетов по (m-3) ИСЗ мультиплексора МП5 подключены к первому групповому входу ПР11.

Входы значений целых циклов соответствующих фазовых отсчетов ПР10 соединены с групповым выходом блока формирования этих значений БФЗЦ12, выход константы которого подключен к входу константы ПР10, а вход соединен с выходом формирователя импульсов ФИ13, вход которого соединен с выходом ключа Кл14, выходы схем сравнения СхС8 и СхС9 подключены соответственно к первому и третьему входам ключа Кл14.

Полные разности фаз по выбранным триадам ИСЗ запоминаются в ЗУ15, первый групповой вход которого соединен с вторым групповым выходом ПР10, а второй вход - с вторым групповым выходом ПР11, являющимся выходом устройства, а выходы ЗУ15 соединены с вторым групповым входом ключа Кл14, второй групповой выход которого соединен с вторым групповым входом четвертого процессора ПР11. Процессор ПР11 предназначен для вычисления возможного истинного значения целого числа циклов фазового отсчета и формирования условия, которому должна удовлетворять истинная комбинация полных разностей фаз.

Блок формирования значений целых циклов БФЗЦ12 может быть выполнен, например, как показано на фиг. 3, и содержать ОЗУ16 и последовательно соединенные счетчики Сч17, Сч18, Сч19, вторые входы которых соединены с первым выходом ОЗУ16, а выходы являются вторым групповым выходом БФЗЦ12. Второй выход ОЗУ16 является выходом константы БФЗЦ12, а вход Сч17 - входом БФЗЦ12.

Ключ Кл14 может представлять собой элемент ИЛИ20 и группу элементов И - И21, И22, И23, к первым входам которых подключен выход элемента ИЛИ20, а на вторые входы, являющиеся вторым групповым входом ключа, подаются значения полных разностей фаз по выбранным триадам ИСЗ из ЗУ15. Выход элемента ИЛИ20 соединен также с входом Т-триггера Т24, прямой выход которого является выходом управляющего сигнала ключа Кл14, а выходы элементов И21, И22, И23 - информационными выходами этого ключа, первым и третьим входами которого являются входы элемента ИЛИ20.

Устройство, реализующее заявляемый способ, может быть выполнено на общеизвестных [5] элементах, таких, например, как микросхемы серий 533 и 564 (регистры хранения в ЗУ15, ключ, схемы сравнения, формирователь импульсов, счетчики в БФЗЦ12); мультиплексор МП5 может быть построен на микросхемах 1564КП7, 1564КП15; процессоры ПР4, ПР6, ПР10 и ПР11 могут быть реализованы на базе микропроцессора М1810ВМ86; элементы ОЗУ, ПЗУ могут быть выполнены с использованием микросхем серий 185 (185РУ4, 185РУ410), 500 (500РУ410, 500РЕ149), 1500Ру073, 765Р2А и Б556РТ4-4. Приемоиндикатор может быть использован, например, описанный в [6], а антенные устройства - такие, как в [7].

Способ однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях с помощью устройства по фиг. 1 осуществляется следующим образом.

Для наглядности будем считать, что измерения проводятся по 5 ИСЗ, т.е. m=5. Сигналы, излучаемые этими ИСЗ, одновременно принимаются разнесенными на известное расстояние l антенными устройствами А1, А2. По каждому ИСЗ в приемоиндикаторе ПК3 измеряется интерферометрическая разность фаз колебаний φ_i(φ₁,φ₂,φ₃,φ₄,φ₅) в пределах цикла. Радионавигационные параметры (РНП) сигналов ИСЗ 1-5 (квазидальность и квазискорость), принятые одной из антенн, например А1, и измеренные в том же приемоиндикаторе ПК3, поступают в процессор ПР4, в котором после решения навигационной задачи определяются координаты фазового центра антенны А1, а также по известным из эфемеридной информации координатам ИСЗ рассчитываются направляющие косинусы радиус-ортов пяти ИСЗ, попарные скалярные произведения этих ортов и значения объемов V_i,j,k, которые передаются в процессор ПР6 для вычисления пороговых величин П₁, П₂ в соответствии с выражениями (5,6). Значения номеров спутников i=1, j=3, k=5, соответствующие максимальному объему параллелепипеда V_1,3,5, построенного на ортах

а также значения номеров оставшихся ИСЗ t=2 и z=4 из процессора ПР4 подаются на управляющие входы мультиплексора МП5. Измеренным и запомненным на входе мультиплексора МП5 разностям фаз φ₁,φ₂,φ₃,φ₄,φ₅ на выходе соответствует последовательность φ₁,φ₃,φ₅,φ₂,φ₄, которая формируется под действием сигналов на управляющих входах этого мультиплексора.

Для формирования по измеренным разностям фаз φ₁,φ₃,φ₅ возможных значений полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅ измеренная тройка поступает в процессор ПР10, где вначале формируются начальные возможные значения полных разностей фаз Φ₁= φ₁-l/λ; Φ₃= φ₃-l/λ; Φ₅= φ₅-l/λ , где l - длина базы интерферометра; λ - длина волны сигнала СРНС.

Константа l/λ поступает на вход константы процессора ПР10 из блока формирования значений целого числа циклов БФЗЦ12, в котором l/λ хранится в оперативной памяти ОЗУ16 (см. фиг. 3), второй выход которого подключен к вторым входам последовательно соединенных счетчиков Сч17, Сч18, Сч19, при этом вход Сч17 является входом БФЗЦ12 и подключен к выходу формирователя импульсов ФИ13, а выходы счетчиков образуют второй групповой выход БФЗЦ12. С второго выхода ОЗУ16 на вторые входы счетчиков поступает значение предела накопления этих счетчиков, равное 2l/λ+1 .

Сформированные возможные значения полных разностей фаз запоминаются в соответствующих регистрах ЗУ15. По этим же полным разностям фаз в процессоре ПР10 вычисляется значение левой части условия (5). Это значение поступает на схему сравнения СхС8, где сравнивается с пороговой величиной П₁. Сигнал с выхода схемы сравнения СхС8 служит управляющим для ключа Кл14. Если комбинация полных разностей фаз не удовлетворяет условию (5), т.е. значение на выходе ПР10 превышает порог П₁, то ключ Кл14 пропускает управляющий сигнал на вход формирователя импульсов ФИ13. Сформированный в ФИ13 импульс увеличивает значение счетчика Сч17 на единицу и соответственно увеличивается на единицу значение целого числа циклов, входящее в полную разность фаз Φ₁, , при переполнении Сч17 увеличивается на единицу значение в счетчике Сч18 и т. д. Этот механизм обеспечивает перебор всех возможных комбинаций полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅ в диапазоне от -l/λ до +l/λ. Если условие соблюдено, то комбинация полных разностей фаз поступает в процессор ПР11, куда из мультиплексора МП5 поступает измеренная разность фаз от одного из оставшихся спутников φ₂. . В процессоре ПР11 происходит формирование комбинации полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅,Φ₂, удовлетворяющих условию (6). Для этого в процессоре ПР11 с использованием измеренной разности фаз φ₂ рассчитывается значение целого числа циклов n₂ по формуле (7) и вычисляется

- модуль разности между рассчитанным значением n₂ и округленным до ближайшего целого значением этой величины. Значения φ₂ и n₂ суммируются и образуют полную разность фаз φ₂= φ₂+n₂, которая запоминается в ЗУ15. Значение

поступает в схему сравнения СхС9, где сравнивается с порогом П₂. Сигнал с выхода схемы сравнения СхС9 также является управляющим для ключа Кл14. Если условие выполнено, то на выходе процессора ПР11 будет истинная комбинация полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅,Φ₂. Если условие для

не выполнено, то ключ обеспечивает поступление сигнала в формирователь импульсов ФИ13, по выходному сигналу которого осуществляется перебор возможных комбинаций полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅ с использованием измеренной разности фаз по последнему, пятому ИСЗ - Φ₄. При этом в процессоре ПР11 вычисляется аналогичным образом полная разность фаз Φ₄= φ_4+n4, которая также запоминается в ЗУ15. Если условие (6) для

соблюдено, то на выходе процессора ПР11 будет присутствовать истинная комбинация полных разностей фаз Φ₁,Φ₃,Φ₅,Φ₂,Φ₄, что позволяет однозначно определить угловую ориентацию объекта при интерферометрических измерениях.

Таким образом, описание способа однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях и его возможной реализации подтверждает соответствие этого способа критериям изобретательского уровня и промышленной применимости, способ обладает высокой эффективностью за счет достижения более высоких вероятностей получения достоверного результата при решении задачи устранения многозначности фазовых измерений по сигналам СРНС при определении угловой пространственной ориентации, а также при определении относительного местоположения объектов, причем за существенно меньшее время.

Литература
1. Лукьянова М. А. , Никитенко Ю.И., Устинов А.В. Принципы исключения многозначности интерферометрических измерений угловой ориентации судна по сигналам ССРНС. Материалы 16-той НТК ЛБНТОВТ, т.2, М., 1993.

2. Болошин С. Б. и др. Радионавигационные системы сверхдлинноволнового диапазона. М.: Радио и связь, 1985.

3. Патент США N 5296861, 1994.

4. Патент США N 4963889, 1990 - прототип.

5. Каталог интегральных микросхем. Часть 1. М., 1990 г.

6. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. / Под ред. В.С. Шебшаевича. М.: Радио и связь, 1993, с. 141-162.

7. Айзенберг Г.3. Антенны УКВ. M.: Связь, 1977.

Claims (1)

1. Способ однозначного определения полной разности фаз при интерферометрических измерениях для определения параметров угловой ориентации объектов по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС), заключающийся в одновременном приеме на две антенны интерферометра радиосигналов от находящихся в зоне видимости искусственных спутников Земли (ИСЗ), положение которых относительно объекта известно, измерении по каждому ИСЗ в пределах фазового цикла интерферометрической разности фаз колебаний φ_i, где i - номер ИСЗ, i = 1,2, ...,m, запоминании этой разности фаз, формировании по измеренным разностям фаз φ_i от M < m ИСЗ комбинации возможных значений полных разностей фаз
   Φ_i= n_i+ φ_i,
   где n - целочисленные значения фазовых циклов в пределах от -l/λ до +l/λ;
   l - длина базы интерферометра;
   λ - длина волны сигнала СРНС,
   и отборе комбинаций, согласующихся с фазовыми интерферометрическими измерениями по оставшимся (m - M) ИЗС, отличающийся тем, что комбинации возможных значений полных разностей фаз формируют по сигналам от M = 3 ИЗС, номера которых i, j, k выбирают из условия максимального объема параллелепипеда V_i,j,k, построенного на ортах

   

   этих ИСЗ, а при отборе вначале формируют комбинации, Ф_i, Ф_j, Ф_k, удовлетворяющие условию
   

   

   
   где Q_ij, Q_jk, Q_ki - скалярные произведения соответствующих ортов ИСЗ;
   П_i - пороговая величина,
   затем, используя измеренные разности фаз Ф_t,...,m, где t,...,m - номера оставшихся (m - M) ИСЗ, формируют комбинацию полных разностей фаз Ф_iФ_jФ_kФ_t...m, удовлетворяющую условию при всех t
   

   

   
   где

   

   - модуль разности между величиной, определяемой из выражения
   n_t+Δn = -φ_t+[Φ_iV_tjk+Φ_jV_itk+Φ_kV_ijt]/V_ijk,
   и округленным значением этой величины до ближайшего целого n_t, входящего в полную разность фаз
   Φ_t= n_t+φ_t.е

Images