TR201801964A2

TR201801964A2 -

Info

Publication number: TR201801964A2
Application number: TR2018/01964A
Authority: TR
Inventors: M B Royalty James
Original assignee: General Dynamics Mission Systems Inc
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-08-27
Also published as: US20180233819A1; AU2018200878B2; ZA201800897B; FR3062963B1; AU2018200878A1; FR3062963A1; US10756428B2

Abstract

Uydu haberleşmelerinde bir RF anteninin (34) hizalama kalibrasyonunu yapmak için sistemler ve yöntemler temin edilmiştir. Burada, ataletli navigasyon sistemini (36) ve gimbal açısı ölçüm sinyallerini temsil eden veriler alınır. Alınan veriler, bir aracın (38) azaltılmış sapma hareketinde çalışma (46) yaptığı ve RF anteninin (34) bir uyduyu (42) izlediği sırada toplanır. Yanlış hizalamalar, kaymalar ve anten gimbal servoları (40) ölçümleriyle olan gecikme uyumsuzlukları arasında matematiksel bir ilişkiyi (200) tanımlayan eşitlikler kullanılır. Hizalama prosesinde gerçekleşen belirli hatalar için tahminler üretilir. Üretilen tahminler RF antenini (34) yönlendirmek için temin edilir.

Description

TEKNIK ALAN Teknik alan genel olarak uydularla radyo frekansli (RF) anten iletisimiyle ve daha spesifik olarak anten yönlendirmesi ve yönlendirme hizalamasinin kalibrasyonuyla ilgilidir.

ARKA PLAN Uydulari daha iyi izleyebilmeleri için anten sistemlerinde hizalama yapilir. Anten kalibrasyonu, izleyici antenin ana huzmesinin pik seviyesiyle sinyalin hizalanmasini saglar. Bu ise maksimum anten kazanci gibi faydalar temin eder. Ancak anten yönlendirmesi ölçümündeki hatalar, hizalama kalibrasyonu prosesinde güçlükler dogurabilir.

Daha spesifik olarak, hareketli yer, hava ve deniz uydu iletisim terminalleri, verici ve alici iletisimleri sirasinda yüksek dogrulukta RF açik döngülü (izlemesiz) görüs hatti (LOS) yönlendirmesine ihtiyaç duyabilir. Bu dogruluk, sinyal kazancini yüksek tutarak anten ve uygun arasinda güvenilir bir bag kurar ve anten terminalini, ayni frekans bandinda çalisan komsu uydularin iletisimini bozmaktan alikoyar. Öte yandan, anten servo sistemindeki hatalar, aracin ataletli navigasyon sistemi (INS) ve anten arasindaki böyle bir yanlis hizalama yönlendirme dogrulugunu bozabilir.

Bu hatalar, hareketli uydu iletisimi (hareketli uydu haberlesmesi) gibi sistemlerde ortaya çikar. Hareketli uydu haberlesinesi bir uydu anteniyle donatilmis olan bir araci içerir ve bu uydu anteni bir uyduyla iletisim kurinaya ve aracin hareketi sirasinda bu iletisimi sürdürmeye yarar. Hareketli uydu haberlesme anteni uygulainasi, tipik olarak uydu sinyali izlemesi yardimi olmadan dogru yönlendirmeyi gerektirir.

Tipik olarak, anten sistemleri, daha dogru bir yönlendirme noktasinda yanlis hizalama ve diger hatalari azaltmak için yönlendirme kalibrasyonlarina tabi tutulur. Bu kalibrasyonlar, zaman, malzeme ve isgücü sarfiyati bakimindan yüksek maliyetli olabilir. Burada tarif edilen sistemler ve yöntemler, bu hizalainanin maliyetini büyük gemiler ve uçaklar için önemli ölçüde düsürebilir, fakat bunun yaninda daha küçük hacimli hava, deniz ve yer araçlarinin mobil anten sistemlerine de uygulanabilir. Buna ek olarak anten sistemi, tasiyicida ilave bir INS”nin temin edilmesini gerektirmeden, tasiyici aracin Burada sunulan ögretilere göre, uydu iletisiinlerinde bir RF anteninin hizalama kalibrasyonunu yapmak için sistemler, yöntemler, aparatlar, bilgi islem cihazlari üzerinde çalisan bilgisayarla-okunabilir kalici ortamlar temin edilmistir. Örnegin, uydu iletisiinlerinde bir RF anteninin hizalaina kalibrasyonunu yapmak için bir sistem temin edilmistir. Burada, ataletli navigasyon sistemini ve giinbal açisi ölçüm sinyallerini temsil eden veriler alinir. Alinan veriler, bir aracin azaltilmis sapma hareketinde çalistirildigi ve RF anteninin bir uyduyu izledigi sirada toplanir. Yanlis hizalamalar, kaymalar ve anten gimbal kontrolü servo ölçümleriyle olan gecikme uyumsuzluklari arasinda matematiksel bir iliskiyi tanimlayan esitlikler kullanilir. Hizalama prosesinde ortaya çikan belirli hatalar için tahminler üretilir. Uretilen tahminler RF antenini yönlendirmek için kullanima sunulur.

Baska bir örnek olarak, bir veya daha fazla bilgi islemci üzerinde çalisan bir sistem, ataletli navigasyon sistemini ve gimbal açisi ölçüm sinyallerini temsil eden verileri alir. Alinan veriler, bir aracin azaltilmis sapma hareketinde çalistirildigi ve RF anteninin bir uyduyu izledigi sirada toplanir. Yanlis hizalainalar, kaymalar ve anten giinbal kontrolü servo ölçümleriyle olan gecikme uyumsuzluklari arasinda matematiksel bir iliskiyi tanimlayan esitlikler kullanilir. Ataletli navigasyon sistemi ile anten gimbal tabani arasindaki hizalama açisi hatalari, anten gimbal açisi ölçüm kaymalari ve giinbal açi komut yolu ve giinbal açi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzluklari için tahminler üretilir. Uretilen tahminler RF antenini yönlendirmek için kullanima sunulur.

SEKIL AÇIKLAMALARI SEKIL 1-3, belirli örnek yapilara uygun bir anten hizalama kalibrasyonunu gösteren blok diyagramlaridir.

SEKIL 4, açik döngü RF anten yönlendirine fizigini gösteren bir akis diyagramidir.

SEKIL 5, RF anteni izleme kontrolü yönlendirine fizigini gösteren bir akis diyagramidir.

SEKIL 6, bir kalibrasyon prosesinin akis diyagramini gösterir.

SEKIL 7-9, hizalama kalibrasyonu için matematiksel esitliklerin ve matris islemlerinin bir örnegini sunar.

SEKIL 10, anten hizalama kalibrasyonuna iliskin bir simülasyonu gösteren bir akis seinasidir.

AYRINTILI TARIFNAME Asagidaki ayrintili tarifname sadece örnek mahiyetinde olup, uygulamayi ve kullanim alanlarini sinirlama amaci gütmez. Buna ek olarak, tarifnamenin, yukaridaki teknik alan, arkaplan, kisa özet veya asagidaki ayrintili tarifname içinde sunulan herhangi bir açik veya örtülü teoriyle sinirlandirilmasi hedeflenmemistir.

SEKIL l”deki 30”da, hareketli uydu iletisimleri de dahil olmak üzere uydu haberlesmelerinde kullanilan bir RF anteninin (34) bir hizalama kalibrasyon sistemi (32) gösterilmistir. Hareketli uydu haberlesmesi ürünlerinde, bir araç (38) üzerinde monte edilmis bir ataletli navigasyon sistemi (36) (INS) ve anten görüs hattini (LOS) bir uyduya (42) yönlendirmek için anten gimbal servolarini (40) kullanilir.

Bir hareketli uydu haberlesme anteni yönlendirme uygulainasinda (44), iki-yönlü iletisim sirasinda uydu sinyali takibinden yardim almadan, dogru yönlendirmeye, örn. açik döngülü yönlendirineye gerek duyulur. Anten yönlendirmeye yardimci olmak için, hizalama kalibrasyon sistemi (32), ataletli navigasyon sistemi verilerini ve anten gimbal servolariyla (40) iliskili gimbal açisi ölçüinlerini alir.

Hizalama kalibrasyon sistemi (32), kalibrasyonu, RF anteninin bir uyduyu izledigi sirada (sadece sinyal alimi) ve aracin (38) bir azaltilmis sapma hareketinde çalisma (46) yaptigi sirada icra eder.

Araç (38), kalibrasyon prosesi için yeterli veri üretmek amaciyla bir sapma hareketi yapar. Hizalama kalibrasyonu, düzlemsel-olmayan araç hareketiyle yapilabilir. Hizalama kalibrasyon sistemi (32) azaltilmis araç sapma hareketiyle hizalama kalibrasyonu yaparken, araçlarin (48) (öm. gemiler, uçaklar vs.) çoklu dönüs hareketlerini tamamlamasi gerekmez. Bu durum zaman ve para (öm. isgücü, malzeme vs.) tasarrufu saglar. Hatta bunun yaninda, hizalama kalibrasyon sistemi (32) tasiyici aracin INS”sini (36) kullanabilir ve böylece sistem maliyeti düsürülür.

Bu veriler temelinde, hizalama kalibrasyon sistemi (32), ataletli navigasyon sistemi (36) ile anten gimbal tabani arasindaki hizalama açisi hatalari, anten gimbal açisi ölçüm kaymalari ve INS ölçümünü kullanan gimbal açi komut yolu ve gimbal açi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzluklari için tahminler (50) üretir. Uretilen tahminler (50), RF antenini (34) yönlendirmek için anten yönleiidirme uygulamasina (44) gönderilir. Sitemin hizalama kalibrasyonu, anten kurulumu veya periyodik kalibrasyon sirasinda kullanilabilir.

Hizalama kalibrasyon sistemi (32), INS (36) ve anten gimbal tabani arasindaki mekanik yanlis hizalamalari, RF LOS yönlendirinesinden kaynaklanan azimut ve elevasyon gimbal çözücü ölçümlerindeki kaymalari ve INS yolu ve gimbal açisi ölçüm yolu arasindaki proses gecikmesi farkini hesaba katar. Sayilan bu noktalar, anten yönlendirme performansini dogrudan düsürür. Çözümlenmedigi taktirde, yanlis hizalamalardaii, kaymalardan ve proses gecikme uyumsuzlugundan dolayi proseste basat hatalar ortaya çikabilir.

SEKIL 2°deki 100°de, bir hizalama kalibrasyon prosesinde rol oynayan bilesenler gösterilmektedir. Bir araç ( ve bir anteni ( bas istikameti açisini Kuzey”e ve yunuslama ve yatis açilarini düzleme ayarlar. Aracin 1NS°si (104), enlem, boylam ve araç referans noktasinin irtifasi ve bunlarin yaninda aracin (102) dogrultusu (yatis, yunuslama ve bas istikaineti) temelinde bir koordinat sistemi kullanir.

Hizalama kalibrasyon prosesi, anteni (106) uyduya (108) göre hizalamaya yardim eder. Antenin (106) açisal dogrultusu (genellikle bir parabolik çanak reflektörün merkez dogrusudur) antenin ( 106) Görüs Hatti (LOS) olarak adlandirilir. Anten LOS”u, iletilen ve alinan maksimum RF enerjisinin yönüdür. Kalibrasyondan önce, RF LOS, uyduyla (108) olan filli LOS ile hizalanmamis olabilir. Araç sasisinde bulunan anten azimutu ve çözücüleriyle (110) (anteninin fiili yönlendirme dogrultusu ölçümlerini göndermek için) birlikte elevasyoii gimballeri antenin koordinat sistemini belirler. Daha spesifik bir ifadeyle, çözücüler (110) araca (102) göre gimbal açisi ölçümleri temin eder.

SEKIL 3”te, hizalaina kalibrasyon sisteminin (32) yanlis hizalamalar, kaymalar ve 202'de gösterilen mevcut anten gimbal kontrol servo ölçüinleriyle olan gecikme uyumsuzluklari arasindaki iliskileri (200) tanimlayan matematiksel esitlikleri kullanarak girdi verilerini islemesi gösterilmistir. Belirlenen iliskiler (200), bes bilinmeyenli iki esitlik vermektedir. Proses, belirlenmemis çözümü halletmek amaciyla, en küçük kareler çözümü için makul ölçüde bagimsizlik temin eden yeterli bir sapma gezintisi boyunca ölçümler elde eder. Bu örnekte tekrarli en küçük kareler çözümü su sekilde tasarlanmistir: Kalibrasyon algoritmasinin bir ilk pasajini uygula ve araç sinüzoidal sapma hareketine devam ederken, ilk pasajin sonuçlarini kullanarak ikinci pasaj sonuçlarini gelistir vs. Bu, yüksek yukari-bakis açilari sirasinda dis azimut/iç elevasyon gimbal konfigürasyonuyla dogru tahmin degerlerine yaklasma kabiliyetini artirir. Bir x-y veya yatis- yunuslama gimbali için yüksek yukari-bakis açisinin bir sorun olmayabilecegini, fakat ufka yakin elevasyon açilari için (yüksek enlemler) bunun sorun olabilecegini ve bu komplikasyonun çoklu tekrarlarla çözümlenebilecegini not ediniz. Bu proses için, hareketli bir araçta açisal olarak sabit bir anten LOS°u temin etmek amaciyla izleme modu (öm. uydu RF sinyalini izleme) kullanilir.

Sonuçlar, ataletli navigasyon sistemi (INS) ve anten giinbal tabani arasinda iki hizalama açisi hatasi, iki anten gimbal açisi ölçüm kaymasi ve giinbal açisi komut yolu ve gimbal açisi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzlugu için tahminleri içerir. Daha sonra bu veriler açik döngülü yönlendirme çözümünde kullanilir. Bu yaklasim, önemli açik döngülü yönlendirme hatalarina neden olabilecek bu bilinmeyen parametreleri elde etmek için araç sapma hareketinin anlamli ölçüde azaltilmasi sonucunu dogurur. Bu yaklasim kalibrasyon sirasinda makul ölçüde bir araç yatis ve yunuslama hareketine imkân tanir. Bu iki nokta, hareketli uydu haberlesinesi için hava ve deniz (öm. küçük ve büyük araçlar) uygulamalarinin kurulum sirasinda çok daha az isgücü, malzeme ve zaman sarfiyatiyla hayata geçirilebilmesine olanak verir.

SEKIL 4”te, 300”de, açik döngülü yönlendirme için bir hizalama kalibrasyonu prosesi gösterilmis olup, burada aracinin Kuzey”e, yunuslama ve yatis açilarinin düzleme yöneliinini ölçmek için INS kullanilir. Fiziki gimbal açilari, 302”de gösterildigi gibi, gimbal açisi komutu ve ölçülen gimbal açilari arasindaki fark ve açi ölçümüyle iliskili hata yoluyla belirlenir. Diyagramin ortasindaki akis (304), uydu (veya “hedefin”) konumunun antenin RF LOS koordinatlarina, aralikla normalize edilmis ve [1 Ey Ez]” olarak yansitilmis olan fizigini gösterir. Vektördeki ikinci ve üçüncü elemanlar, antenin RF LOS çerçevesinde y ekseni (sapma veya azimut) ve z ekseni (yunuslama veya elevasyon) boyunca ortaya çikan ve uydu haberlesme kazancinda kayiplara ve ayni frekansta çalisan komsu uydunun isinlaninasina yol açan yönlendirme hatalarini gösterir.

Gimbal çözücüler (açi ölçümü), giinbal tabanina göre RF LOS açilariyla aralarindaki kaymayi bilmezler. Islemci, gimbal açisi koinutu ve giinbal açisi ölçümü yollari arasindaki diferansiyel gecikmeyi bilmez.

SEKIL 5°te 400°de, izleme sirasinda LOS”taki hata vektörünün izleme kontrol servo döngüsü tarafindan [1 0 0]° degerlerine zorlandigi gösterilmis olup, burada gimballeri dogru yönlendirmeyi korumak için gereken açilara sürmek için geribildirim olarak uydunun RF sinyalinden ve izleme alicisindan yararlanilir. Uydu sinyalinin izlenmesi sadece alnia yapan bir islemdir ve buradaki kalibrasyon sirasinda bu isleme izin verilir. Ancak iki-yönlü iletisim sirasinda, izleme sirasindaki daha büyük yönlendirme hatasindan dolayi, sartlarda izleme öngörülmemistir, dolayisiyla anten LOS'unun uyduya yönlendirilmesi açik döngülü (RF sinyal geribildirimi olmadan) bir tarzda yapilmak zorundadir.

Uydu sinyali izleme sirasinda yapilan kalibrasyonda, gimbal açilari, RF LOS”unun uydu üzerinde tutulmasi saglanacak sekilde ayarlanirken, izleme INS°den (gimbal komuttan) ve gimbal açi ölçüinlerinden bagimsizdir. Izleme sirasinda gimbal komutu ve giinbal açisi ölçümleri arasindaki fark açik döngülü yönlendirme kontrolünün hatasini gösterir, zira bu iki ölçüm SEKIL 5”te görülebilecegi gibi RF LOS konuinunu kontrol etmek için kullanilir. Bu anlayisla, izleme sirasinda gimbal komutlari (INS yolu) ve gimbal ölçümleri arasindaki farki olusturan esitlikler gelistirilebilir.

Uydu (“hedet”) azimutu (Kuzey”e gider) ve elevasyon açilari, lokal düzey referans çerçevesinde bir [x y z]° vektörü olarak yeniden tanimlanir. Siindi, aracin Kuzey yöneliinine ve düzleine göre dönüstürülmüs olan uydu vektörü aracin referans çerçevesinde tanimlanir (ileri - x, sancak - y ve asagi - z). Bu vektör, sirasiyla arctan(y/z) ve arctan(-z/sqit(x^2+y^2)) yoluyla azimut ve elevasyon komutlarina dönüstürülür. Bu ilk islem, algoritmayi dogrulamak için kullanilan yazilima ve analiz modeline eklenir. Bu komutlar, INS ve gimbal taban arasi yaiilis hizalamalar hakkinda bilgiye sahip degildir.

Araç koordinatlarindaki uydu vektörü, INS ve gimbal taban arasi yanlis hizalainalar bilinmeden (yazilim bilmez, fakat tahmin hatasi raporlama analizinde bilinir) dönüstürülür ve antenin RF LOS çerçevesindeki uydu vektörünü [1 0 0]' degerinde tutmak için gereken gimbal konum açilari her neyse onlar kullanilir. Azimut ve elevasyon gimbal konumu ölçümüne kaymalar eklenir. Bazi durumlarda, sapma kaymasi tek bir hata olusturacak sekilde birbirine eklenir ve analiz sirasinda önceki INS yanlis hizalama dönüsümüne yerlestirilir.

Gimbal komutlarini, yanlis hizalamalari ve gimbal açisi ölçümlerini içeren gimbal komut ve gimbal açi esitlikleri kapsamli esitlikler üretilecek sekilde türevlenir. Bu esitlikler, hata ölçümlerini yanlis hizalama ve kayma hatalariyla iliskilendirir.

SEKIL 6”da 500 ile bir kalibrasyon prosesi akis diyagrami gösterilmistir. Sekilde 502°de gösterildigi üzere, araç GPS”inden, uydu GPS”inden, INS°den ve çözücülerden girdiler alinir. INS açilarinin ve gimbal açilarinin ortalamasi alinir. 504°te gösterildigi gibi, ortalama INS açilari ve uydu yerel düzey açilari, yanlis hizalamalari ve gecikmeyi de hesaba katan bir dönüsüm prosesine verilir. 5063da gösterildigi gibi, sistem modeli olusturulurken matris islemleri yapilir ve böylece bir en-küçük-kareler formülasyonu yanlis hizalama, kayma ve gecikme tahminlerini hesaplayabilir. SEKIL 7 ve 8'de, hizalama kalibrasyonu için kullanilan matematiksel esitliklerin ve matris islemlerinin bir örnegi verilmistir.

SEKIL 7”deki 600°de, aziiiiut ve elevasyon hatalarini gösteren iki esitlik verilmis olup, burada kirmizi yazili terimler bilinmeyen yanlis hizalamalari (delta Yunulama ve delta Yatis ve gimbal ölçüm kaymalari) gösterir. Delta azimut yanlis hizalamasi, esitligin kolay formülasyonu için azimut gimbal kaymasina eklenmis olup, hesapta dogruluk kaybina neden olmaz. Uzeri çubuklu yunan harfleri ölçümleri gösterir. Esitliklerin son tarafi, giinbal komut eksi gimbal açi ölçümünün gösterdigi konum hatasidir.

SEKIL 7°deki iki esitlik, SEKIL 8°de 700°de gösterildigi gibi durum uzayina dönüstürülebilir. Durum uzayi esitlikleri, SEKIL 8°de gösterildigi gibi matris formunda veya lineer cebir formunda gösterilebilir ve bu durumda matrisin üst satiri vektörü her elemanla ayri ayri çarpar ve çarpimlariii toplami sag tarafa esitlenir. Bu iki esitlik AX = y ile gösterilebilir ve burada “A” katsayilarin matrisidir, x tahmin edilen bilinmeyenleri içerir ve y vektörü hata ölçümlerini gösterir.

SEKIL 9°da 800”de gösterildigi gibi, daha fazla ölçüm (yani birinci ölçüm, ikinci ölçüm, üçüncü ölçüm vs.) alindikça, ölçümler A matrisine ve y vektörüne eklenir. Bu durumda, A matrisinin 1. sütunu 1 ve 0, 2. sütunu 0 ve 1 olarak birbirini izleyecek ve 3., 4., ve 5. sütunlar her seferinde iki satirda olmak üzere ardisik ölçüm formülasyonlariyla kendini tekrarlayacaktir. Bu durumda A matrisi, bes sütun genisliginde (tahmin edilen hata terimleri) 2*N satir içeren bir matris olacaktir. y vektörü 2*N satir büyüklügünde olup, burada N ölçümlerin sayisidir. Tam algoritmaya araç yunuslama ve yatis girdileri eklendiginde, A matrisi degisir, fakat X ve y vektörleri ayni Lineer cebirde X çözümünü elde etmek için, tipik olarak, esitligin her iki tarafi, sayet A ters çevrilebilir ise A-l ile çarpilir. Ancak A kare matris olmadigindan dolayi (satir ve sütun sayilari farklidir), ters çevrilebilir degildir. Bu durumda, ilk önce her iki tarafi A”nin transpoze matrisi olan At ile çarpariz ve böylece bir kare matris elde ederiz. Daha sonra, her iki taraf (AtA)-lters matrisiyle çarpilir, bu çarpim yoluyla X = (AtA)-1At y olan X çözümü elde edilir ve hesaplama gerçek zamanli olarak düsük bir örnek orani bazinda yapilir. AtA matrisi, tahmin edilen bilinmeyen terim sayisina bagli olan, fakat ölçüm sayisina bagli olinayan 5 satira 5 sütunluk bir matristir. Buna ek olarak, At y çarpimi, ölçüm sayisi ne olursa olsun 5 satira bir sütunluk bir vektör olarak kalir. Dolayisiyla, her ölçümde büyüyen A ve y inatrisini tutmaktansa, ölçüm prosesi boyunca ayni kalan (AtA)-l ve At y matrislerini tutariz. Örnek olarak, çözüm, X bilinmeyenleri için en iyi tahmini veren bir formülasyonu içerebilir. Buna en küçük kareler formülasyonu denir.

Yeterli araç sapma yer degistirmesi oldugunda bu esitlik geçerli sonuçlar üretir. Aksi taktirde A matrisini hemen hemen ayni esitlik doldurmaya devam edecek ve yeni bir bilgi ekleiiineyecektir, dolayisiyla neticede elde edilen bes bilinmeyenli iki esitlik durumu fiilen devam edecektir.

SEKIL lO'a gösterildigi gibi, 902ßde gösterilen gibi belirli bir 2- eksenli gimbal konfigürasyonu için yeterli tahmin hatalarini temin etmek amaciyla gereken minimum araç hareketini ve maksimum elevasyon uydu açilarini belirlemek için bir Monte Carlo simülasyonu (900) kullanilabilir. 904'te, bes bilinmeyenden dördü imalat sartlari dahilinde üniform dagilacak sekilde randomize edilmistir. 906'da, gecikme, üretilen ayni modellerden beklenen sekilde sabittir. Araç sapma, yunuslama ve yatis büyüklükleri ve frekanslari sabitlenmis, fakat birbirine göre fazlari rassallastirilmistir. Aracin baslangiç istikaineti uydu istikametine göre randomize edilmistir. Uyduya göre yükselme açisi, aradaki bagimlilik iliskisini anlamak için çesitli elevasyon açilarinda sabitlenmistir.

Araç hareket ederken ve ±10 ve ±45 dereceleri arasinda periyodik sapma manevralari yaparken algoritma çalistirilir. Araç hareketine devain ederken, algoritma, l. pasajin sonuçlarini kullanarak 2. defa çalistirilir ve böylece 2. pasaj sonucu gelistirilir. Azimut ve elevasyon gimbal hatalari (açi koinutu - açi ölçümü), bir pasaj sirasinda tanimli bir esigin altina düsene kadar bu islem tekrarlanir. Esik, uygulama sartlarina bagli olarak 0.02 ilâ 0.15 derece araliginda degisen sistem yönlendirme hatasi bütçe payi temelinde ayarlanir. Bu esik, tipik olarak, 3 ve 6 pasaj arasinda karsilanir. Her pasaj 10 saniye (TBR) zamaninda sabitlenmistir. Veriler, konum döngüsü örnek hizinda toplanir. Algoritma, bilinmeyen parametrelerin tahmini için her saniyede bir defa islem yapar. Dolayisiyla, her pasajda, 908'deki yanlis hizalama hatasi, ölçüm kaymasi ve proses gecikmesi tahminlerini üretmek için 10/( 0.1) veya 100 ölçüm yapilir.

Bir örnek, uyduya dogru 75 derece yukari-bakis açilariyla (ekvator yakininda en kötü durumdaki yukari bakis açisini teinsil eder) birlikte, derecelik araç yunuslama ve yatis hareketini ve sadece ±15 derecelik bir sapma hareketini içerebilir. Algoritma, bir tam araç sapma dönüsü için komut açisi eksi gimbal açisi hatalarinin 3 ilâ 7 pasajda (her pasaj saniyedir) 0,015 derecenin altinda bir hata seviyesine düsürülmesini saglayacak sekilde yanlis hizalamayi, kaymayi ve gecikineyi tahmin eder.

Uyduya dogru 49 derecelik bir yukari bakis açisinda, konum hatasi, sadece 3 ve 4 pasajla bir tam dönüs için 0,015 derecenin altinda kalmaya devam eder. Uyduya dogru 63 derecelik bir yukari bakis açisinda, pasajlarin sayisi 3 ve 5 arasindadir. Aracin yunuslaina ve yatis açisi 15 dereceye çikarildiginda, algoritma 3 ve 8 arasinda pasaj Parametre tahminleri sinirli bir araç sapma hareketi üzerinde formüle edilir. Dolayisiyla, analiz, araç 360 derecelik bir sapma hareketini katederken, algoritmanin tüm araç sapma açisi gezintisi bownca kesinligini korudugunu dogrulamak için yönlendirme hatasini hesaplar. Pik hata tipik olarak 0.03 derecenin altindadir ve bu tahsis edilen 0,2 derecelik toplam yönlendirme hatasi payinin dahilindedir.

Bu hata siniri, algoritinadaki esik tarafindan ayarlanir. Daha düsük bir dogruluk derecesi isteniyorsa, gerek duyulan tekrar sayisi zaman daha Yukaridaki ayrintili tarifnamede en az bir örnek yapi sunulmus olmakla birlikte, çok sayida varyasyonun var oldugu kabul edilmelidir. Keza ayiii sekilde, tarif edilen yapinin veya yapilarin sadece örnek mahiyetinde oldugu ve patent açiklamasinin kapsamini, uygulanabilirligini veya konfigürasyonunu hiçbir sekilde sinirlandirma amacinda olmadigi da kabul edilmelidir. Yukarida ayrintili tarifname, daha ziyade, sektörde siradan bilgi ve beceri sahibi kisilere örnek yapiyi veya yapilari hayata geçirmek için bir yol haritasi sunacaktir.

Açiklanan elemanlarin islevinde ve düzenlemesinde, ekli isteinlerde ve onun hukuki esdegerlerinde ortaya konulan açiklama kapsamindan ayrilmadan çesitli degisikliklerin yapilabilecegi teslim edilmelidir.

Burada tarif edilen sistemlerde ve yöntemlerde yapilabilecek genis degisikliklere bir örnek olarak, 75 dereceye kadar varan hedef elevasyonuyla ve dis azimut/iç elevasyon gimbal konfigürasyonuyla mutedil bir yunuslama ve yatis açisiyla bile yilankavi araç hareketiyle çalisan bir sistem tasarlanabilir. Sistem, kalibrasyon için kamyonlara nazaran kaydadeger ölçüde daha fazla zaman, inalzenie ve isgücü gerektiren deniz araçlari ve uçak aplikasyonlari ortamlarinda yarar saglar ve bununla birlikte yer araçlarinda da kullanilmaya devain edebilir.

Bir örnek olarak, kalibrasyon yapmak için 10 ilâ 45 derece araliginda bir araç sapma hareketi gerektiren bir sistem tasarlanabilir. Yukarida bahsedildigi gibi, bu sistem, zaman, isgücü ve malzeme maliyetlerini düsürmek açisindan deniz ve hava uygulamalari için yararlidir.

Sistem, daha düsük uydu elevasyonu açilarinda (65 dereceye kadar) en az 15 derecelik yatis ve yunuslama hareketine ve dis azimut/iç elevasyoii gimbal konfigürasyonunda 75 dereceye yakin uydular için 5 dereceye kadar yatis ve yunuslama hareketine izin verebilir. Bunun aksine, araç kuruluinu sirasinda periyodik olarak uygulanan öiiceki hizalama kalibrasyon sistemleri, üzerine hareketli uydu haberlesme anteni monte edilmis olan araci, ikiye kadar varan sayida sapma dönüsünü tamamlamaya zorlar. Buna ilaveten, bu gibi eski sistemler, yataya yakin uçak sapma hareketini gerektirir. Baska bir deyisle, bu gibi hizalama prosesleri, dogru hata tahminleri vermek ve aracin diger hata tahmini için sabit hale gelmesini saglamak için aracin 1-2 tam sapma dönüsü ve neredeyse bir düzlemsel hareket yapmasini gerektirir.

Güncel yaklasimlar, asagidaki iki-basamakli proses gibi yogun operasyonlari da içerebilir. Burada birinci basamak, elevasyon kaymasiyla ve INS ile gimbal taban arasinda delta yunuslaina ve yatis islemleriyle IMU hizalamasini içerir. Daha spesifik bir ifadeyle, birinci basamak için, araç bir park yerinde uydu sinyalini izlerken bir daire etrafinda sürülür. El Gimbal Komut durunu elevasyon çözücüyle karsilastirilir. Yerel düzeyde Uydu az ve el degerlerinden türetilen El Gimbal Komutu X, Y, Z vektörüne dönüstürülür, INS bas istikameti, yunuslama ve yatis açisi ve atan2 fonksiyonu yoluyla araç sasisine aktarilir. Komut ve çözücü arasindaki hata isleme alinir.

Kayma için, 360 derecelik araç gezintisi boyunca kaydedilen hatanin ortalamasi alinir. Yunuslamada INS ile Gimbal Tabani arasindaki yanlis hizalama, kosinüsle (INS istikamet yönü-araç istikamet yönü) demodüle edilir ve 360 derecelik araç sapma hareketi üzerinden ortalamasi alinir. Yatista INS ile Gimbal Tabani arasindaki yanlis hizalama, sinüsle (INS istikamet yönü-araç istikamet yönü) demodüle edilir ve 360 derecelik araç sapma hareketi üzerindeii ortalamasi alinir. Kayma degeri çözücü ölçümüne uygulanir ve bununla birlikte delta yunuslama ve yatis degerleri revize edilmis bir gimbal komut gelistirmesine dahil edilir.

Ikinci basamak azimut kaymasiyla IMU hizalamasini içerir. Daha spesifik bir ifadeyle, ikinci basamak için, araç sabitken gimballere komut verilerek RF LOS°1a uyduya yönelmeleri ve ortalama azimut çözücü açisini kaydetmeleri saglanir. Mod, izleme (RF LOS°u Uydu sinyalinin üzerinde pike varir) moduna degistirilir ve yeniden ortalama azimut çözücü açisi kaydedilir. Azimut açilari çikartilir ve kayma olarak azimut çözücü ölçümüne uygulanir.

Sistem, burada tarif edilen operasyonlar basamak 1 ve 2 ve digerlerindeki operasyonlarin yerini alacak sekilde tasarlanabilir. Bu, örnegin araç sapma hareketini azaltmak suretiyle araçlarin (örn. gemiler, uçaklar, kamyonlar vs.) çoklu dönüs hareketlerini tamamlama geregini ortadan kaldirir ve böylelikle zaman ve para tasarrufu (örn. isgücü ve malzeme) saglayarak prosesin daha verimli yürütülmesini saglar. Proses ayrica anten kurulumu veya periyodik kalibrasyon sirasinda da uygulanabilir.

Burada tarif edilen sistemlerde ve yöntemlerde yapilabilecek genis degisikliklere bir baska örnek olarak, sistemler ve yöntemler, bir dis azimut/iç elevasyon gimbal konfigürasyonunu ve 70 derecenin üzerinde yüksek LOS elevasyon açilarini (ekvatora yakin operasyonlar) içerebilir; burada gereken araç sapma hareketi miktari ve izin verilebilir araç yunuslama ve yatis hareketi ile bir ödünlesiin iliskisi vardir. Izleme hattinda kalmak için gereken azimut (dis) gimbal hareketinin miktarindan dolayi, elevasyon açisi ne kadar yüksek olursa, gereken araç sapma hareketi o denli büyük ve izin verilen araç yunuslama ve yatis hareketi o denli küçük olur. Belirli bir miktarin altindaki elevasyon açilari (örn. 63 derece) için, araç sapma hareketi miktari +/-lO derecelere kadar yaklasabilir. Belirli durumlarda, araç sapma hareketi 0,01 derece olabilir ve tahmin edilen bilinmeyenler çok küçük hatalarla kestirilebilir.

Genis varyasyonlara bir baska örnek olarak, sistem tasiyici aracin sistem tedarik maliyeti anlamli ölçüde düsürülebilir.

Burada tarif edilen sistemlerde ve yöntemlerde yapilabilecek genis degisikliklere daha baska bir örnek olarak, burada tarif edilen islem akislarindaki basamaklarin ve basamak sirasinin degistirilebilecegi, modifiye edilebilecegi, iptal edilebilecegi ve/veya artirilabilecegi ve bununla birlikte arzu edilen sonucun hala elde edilebilecegi anlasilmalidir. Bir örnek olarak, çoklu-prosesli veya çoklu-görevli çalisina ortami iki veya daha fazla basamagin eszamanli olarak icra edilmesine olanak verebilir.

Buna ek olarak, sistemlerin ve yöntemlerin verileri (örn. baglantilar, haritalamalar, veri girdileri, veri çiktilari, ara veri sonuçlari, nihai veri sonuçlari vs.) farkli tipte depolama cihazlari (örn. bellek) ve programlama yapilari (örn, RAM, ROM, flas bellek, düz yapili dosyalar, veritabanlari, programlama veri yapilari, programlama degiskenleri, IF-THEN (veya benzer tipte) ifade yapilari, vs.) gibi degisik tipte bilgisayar-tabanli veri depolarinda saklanabilir ve uygulanabilir. Veri yapilarinin, verileri veritabanlarinda, programlarda, bellekte veya bilgisayarla-okunabilir baska ortamlarda bir bilgisayar tarafindan kullanilmak üzere organize etmek ve depolamak için kullanilan formatlari tarif ettigi not edilmistir.

Dahasi, sistemler ve yöntemler, bilgisayarla-okunabilir birçok farkli depolama ortaininda, bu kapsamda, burada tarif edilen yöntem islemlerini gerçeklestirmek ve sistemleri uygulamak için bir islemcinin kullanacagi komutlari (örn. yazilim) içeren bilgisayar depolama mekanizmalarinda (örn. CD-ROM, disket, RAM, flas bellek, bilgisayarin sabit diski vs. gibi kalici ortamlar) kullanima sunulabilir.

REFERANS ISARETLER LISTESI Hizalama kalibrasyon sistemi RF anteni Ataletli navigasyon sistemi (INS) Anten gimbal servolari Anten yönlendirme uygulamasi Azaltilmis sapma hareketinde çalisma (RF antenini yönlendirmek için) tahminler Monte Carlo Simülasyonu SEKILLERDEKI YAZILARIN ANLAMLARI A = Kamyon E = Izleme F = RF antenini yönlendirmek için tahminler 32 = Hizalama Kalibrasyon Sistemi 34 = RF Anteni 36 = Ataletli Navigasyon Sistemi 38 = Araç 40 = Anten Gimbal Servolari 42 = Uydu 44 = Anten Yönlendirme Uygulamasi 46 = Azaltilmis Sapma Hareketinde Çalisma G = Kuzey H =Asagi J = Yanlis hizalamalar K = Kaymalar L = Gecikme Uyumsuzlugu 200 = Iliski M = Hedef bas istikameti & lokal seviyede elevasyon N = Hedef konuinu O = Kendi araç konuinu P = Araç tutuinu R = Hareketliyken Dogru Yönlendirme için Durumlar S = Araç hareketi T = Araçta hedef X,Y,Z U = Gecikme V = INS ve Gimbal Taban arasi yanlis hizalamalar Y = Gimbal komutlar Z = Konum hatasi Al = Fizik Bl = E-Ruler koordinat dönüsümü C 1 = Gimbal kontrol Dl = Olçülen gimbal açilari El = AZ ve El Gimbal açilari F1 = Giinbal açilari Gl = Çözücüler Hl = Kalibrasyon 11 = Gimbal konuinu ölçümü J 1 = Hedef L] = Az ve El kaynialari M1 = LL°de hedef Az ve El Nl = Yol kontrolü 01 = Izleme alicisi P] = Kendi araç GPS°si R1 = Uydu GPS Sl = ACU islemi Tl = Araç Ul = Çözücü ölçümü Yl = INS açilari Zl = Tahmin edilen yanlis hizalamalari ve gecikme düzeltmesini A2 = Dönüstür B2 = Ortalama al C2 = Bir conscan çevrimi boyunca D2 = Gimbal açi komutu E2 = Giinbal açi hatasi G2 = Sistem modeli H2 = A matrisi 12 = En küçük kareler formülasyonu J 2 = Tahmin edilen gimbal açi kaymasi K2 = Gecikme tahminleri L2 = Hata M2 = Yunuslama N2 = Yatis 02 = Birinci ölçüm P2 = Ikinci ölçüm R2 = Uçüncü 'Ölçüm 900 = Monte Carlo Simülasyonu SZ = Aracin ininimuin hareketini degerlendir T2 = Bilinmeyenler, faz ayrilma özelliklerini ve aracin baslangiç bas istikametini randomize et U2 :Diger özellikleri sabitle V2 = Tahminler üret

Claims

ISTEMLER

Uydu haberlesnielerinde bir RF anteninin (34) hizalama kalibrasyonu için bir yöntem olup, sunlari içerir: bir veya daha fazla veri islemcisi kullanarak, ataletli navigasyon sistemini (36) ve gimbal açisi ölçüm sinyallerini teinsil eden verilerin alinmasi; bu durumda alinan verilerin, bir aracin (38) azaltilmis sapina hareketinde çalisma (46) yaptigi ve RF anteninin (34) bir uyduyu (42) izledigi sirada toplanmasi; bir veya daha fazla veri isleincisi yoluyla, yanlis hizalamalar, kaymalar ve anten gimbal servolari (40) ölçümleriyle olan gecikme uyuinsuzluklari arasinda matematiksel bir iliskiyi (200) tanimlayan esitliklerin kullanilmasi; bu esitlikler temelinde, bir veya daha fazla veri islemcisi yoluyla, ataletli navigasyon sistemi (36) ile anten gimbal tabani arasindaki hizalama açisi hatalari, anten gimbal açisi ölçüm kaymalari ve gimbal açi komut yolu ve gimbal açi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzluklari için tahminlerin (50) üretilmesi; burada üretilen tahminlerin (50), RF antenini (34) yönlendirmek için temin edilmesi.
Istem l°e göre yöntem olup, burada üretilen tahminler (50), RF anteni (34) için bir açik döngülü yönlendirme çözümü için temin
Istem 1°e göre yöntem olup, burada kalibrasyon algoritmasi için esitlikleri kullanarak bir ilk pasaj uygulanir; bu durumda, araç (38) sinüzoidal sapma hareketi yaparken, ilk pasajin sonuçlari kullanilarak, tekrarli kalibrasyon çözümü için ikinci pasajin sonuçlari gelistirilir.
Istem 3°e göre yöntem olup, burada birinci pasajin sonuçlarinin kullanilmasi, yüksek yukari-bakis açilari sirasinda dis azimut/iç elevasyon gimbal konfigürasyonuyla dogru tahmin degerlerine
Istein 3”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü, tahminleri (50) elde etmek için gereken araç sapma hareketinin azaltilmasiyla sonuçlanir.
Istem 5”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü için arti veya eksi 0,01 derecelik sapma yer degistirmesi kullanilir.
Istem 5”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü için arti veya eksi 10 derecelik sapma yer degistirmesi kullanilir.
Istem 3”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü, bir pasaj sirasinda azimut ve elevasyon gimbal hatalari bir ön- tanimli esik degeri saglayana kadar yinelenir.
Istem 8'e göre yöntein olup, buradaki ön-tanimli esik deger, sistcmyönlendirme hatasi bütçe payina bagli olarak ayarlanir.
Istem 9”a göre yöntein olup, burada sistem yönlendirme hatasi bütçe payi, uygulama sartlarina bagli olarak 0,02 ilâ 0,15 dereceleri arasinda degisir.
Istem 3'e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü, kalibrasyon sirasinda aracin (38) yatis ve yunuslama hareketinde bir azalmayla sonuçlanir.
Istem 3”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü, tahminlerin (50) açik döngülü yönlendirme hatalarini azaltmasiyla sonuçlanir.
Istem 3”e göre yöntem olup, burada sinüzoidal hareketi içeren yaklasim, RT anteninin (34) kurulum sirasinda gereken isgücü, malzeme ve zaman sarfiyati bakimindan daha düsük bir maliyetle yönlendirilmesiyle sonuçlanir.
Istem 37e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümünde en küçük kareler yaklasimi kullanilir.
Istem 3”e göre yöntem olup, burada esitliklerin tekrarli çözümü bir stokastik istatistiksel simülasyonla dogrulanir.
Istem 1°e göre yöntem olup, burada kalibrasyon algoritmasi sirasinda bir izleme modu kullanilir ve aracin (102) hareket ettigi esnada açisal olarak sabit bir anten (106) LOS'u temin eder.
17. Istem l°e göre yöntein olup, burada kalibrasyon algoritmasi, test sirasinda sabit olan bir göksel cisiinle RF anteniiiin (34) hizalama kalibrasyonu içindir ve bu durumda göksel cisim bir yildiz veya
18. Istem lle göre yöntem olup, burada kalibrasyon algoritmasi tasiyici aracin ataletli navigasyon sisteinini (36) kullanir; bu durumda araç (48) bir kamyon, pikap, uçak veya gemidir. 10
19. Uydu haberlesmelerinde bir RF anteninin (34) hizalama kalibrasyonunu yapmak için bir sistem olup, sunlari içerir: hizalaina kalibrasyonunu yapmak için koinutlarin depolandigi bir depolama cihazi ve asagidaki islemleri yürütmek içiii bu komutlari uygulayacak sekilde tasarlanmis bir veya daha fazla 15 veri islemcisi: ataletli navigasyon sistemini (36) ve gimbal açisi ölçüm sinyallerini temsil eden verilerin alinmasi; bu durumda alinan verilerin, bir aracin (38) azaltilmis sapma hareketinde çalisma (46) yaptigi ve RF anteninin (34) bir uyduyu 20 (42) izledigi sirada toplanmasi; yanlis hizalamalar, kaymalar ve anten gimbal servolari (40) ölçümleriyle olan gecikme uyumsuzluklari arasinda matematiksel bir iliskiyi (200) tanimlayan esitliklerin kullanilmasi; ataletli navigasyon sistemi (36) ile anten gimbal tabani arasindaki 25 hizalama açisi hatalari, anten gimbal açisi ölçüm kayinalari ve gimbal açi komut yolu ve gimbal açi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzluklari için tahminlerin (50) üretilmesi ve burada üretilen tahminlerin (50) RF antenini (34) yönlendirmek için temin edilmesi.
20. Uzerine, uydu haberlesmelerinde bir RF anteninin (34) hizalama kalibrasyonunu yapmak için komutlar yüklenmis olan bilgisayarla-okunabilir, yürütüldügünde, bir veya daha fazla islemcinin: ataletli navigasyon sisteiiiini (36) ve giinbal açisi ölçüm sinyallerini temsil eden verileri almasini; bu durumda alinan verilerin, bir aracin (38) azaltilmis sapma hareketinde çalisma (46) yaptigi ve RF anteninin (34) bir uyduyu (42) izledigi sirada toplanmasini; yanlis hizalamalar, kaymalar ve anten gimbal servolari (40) ölçümleriyle olan gecikme uyumsuzluklari arasinda matematiksel bir iliskiyi (200) tanimlayan esitlikleri kullanmasini; ataletli navigasyon sistemi (3 6) ile anten gimbal tabani arasindaki hizalama açisi hatalari, anten gimbal açisi ölçüm kaymalari ve gimbal açi komut yolu ve gimbal açi ölçüm yolu arasindaki gecikme uyumsuzluklari için tahminleri (50) üretmesini ve burada üretilen tahminlerin (50) RF antenini (34) yönlendirmek için temin edilmesini saglayan bir kalici ortam.