Бортовой комплекс спутниковой навигации
Использование: определение местоположения объектов. Сущность изобретения: комплекс содержит двухчастотный приемоиндикатор низкоорбитальной спутниковой системы навигации, включающий антенну 1, два приемника 2 и 3, два измерителя 4 и 5 допплеровского смещения частоты, блок 6 декодирования, синтезатор 7 частот и вычислитель 8 координат, приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации, включающий антенну 9 n приемных каналов 10 и 11, n измерителей псевдодальности 12 и 13, блок 14 выделения навигационного сообщения, синтезатор 15 частот и навигационный вычислитель 16, а также опорный генератор 17, таймер 18, блок 19 ввода-вывода, блок 20 индикации, формирователь 21 коэффициента ионизации, измеритель 22 ионосферной задержки и n сумматоров 23 и 24. 1-2-6-8-2-3-5-8 -21-22-33-24-26 -10-12-23-16-19-20; 9-11-13-24; 9-10-14-16-11-14; 19-16-22; 19-8-3; 17-7-2; 4-8; 7-3; 4-21; 5-21; 17-18-8; 18-16; 16-15-10; 15-11. Повышение точности определения местоположения достигается путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения местоположения объектов. Цель изобретения - повышение точности определения местоположения путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного бортового комплекса; на фиг. 2 - структурная электрическая схема формирователя коэффициента ионизации ионосферы; на фиг. 3 - структурная электрическая схема измерителя ионосферной задержки. Бортовой комплекс содержит двухчастотный приемоиндикатор (ПИ) низкоорбитальной спутниковой системы навигации (ССН), включающий антенну 1, приемники 2 и 3, измерители 4 и 5 допплеровского смещения частоты, блок 6 декодирования, синтезатор 7 частот и вычислитель 8 координат, одночастотный приемоиндикатор среднеорбитальной ССН, включающий антенну 9, n приемных каналов 10 и 11, n измерителей 12, 13 псевдодальностей, блок 14 выделения навигационных сообщений, синтезатор 15 частот и навигационный вычислитель 16. Кроме того, бортовой комплекс содержит опорный генератор 17, таймер 18, блок 19 ввода-вывода, блок 20 индикации, формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы, измеритель 22 ионосферной задержки и n сумматоров 23 и 24. Формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы (фиг.2) содержит первый делитель 25, блок 26 возведения в квадрат, первый вычитатель 27, первый умножитель 28, второй вычитатель 29, второй делитель 30, второй умножитель 31, третий умножитель 32 и блок 33 вычисления тригонометрических функций. Измеритель ионосферной задержки (фиг.3) содержит умножитель 34, блок 35 возведения в квадрат, n регистров 36 и 37 памяти, n блоков 38 и 39 вычисления тригонометрической функции и n делителей 40, 41. Бортовой комплекс работает следующим образом. Сигналы с антенны 1 ПИ низкоорбитальной ССН подаются на первые входы приемников 2 и 3. Приемник 2 принимает сигналы высокой частоты f1, а приемник 3 - сигналы низкой частоты f2. Приемники 2 и 3 построены по схеме супергетеродина с многократным преобразованием частоты, поэтому на вторые входы приемников 2 и 3 подаются сигналы с двух выходов синтезатора 7 частот. Работой приемников 2 и 3 управляют сигналы, подаваемые с управляющего выхода вычислителя 8 координат. Сигналы с приемников 2 и 3 подаются на измерители 4 и 5 допплеровского смещения частоты, которые измеряют интегральный допплер-отсчет N1 и N2соответственно сигналов высокой (f1) и низкой (f2) частот низкоорбитальной ССН. Сигнал с приемника 2 подается также на блок 6 декодирования, который принимает информацию навигационных ИСЗ (элементы орбиты, системное время и т.п.). Сигналы с выхода блока 6 декодирования и измерителей 4 и 5 подаются соответственно на информационные входы вычислителя 8 координат. Таймер 18, сигнал с которого поступает на третий вход вычислителя 8 координат, синхронизирует работу вычислителя по обработке поступающей информации в соответствии с бортовой шкалой времени. Вычислитель 8 координат выполнен в виде, реализующем алгоритм определения геодезических координат по измеренным допплер-отсчетам N1 и N2, эфемеридным данным и системному времени навигационных ИСЗ. Опорный генератор 17 задает опорные частоты для первого и второго синтезаторов 7 и 15 частот, а также опорную частоту синхроимпульсов таймера 18. Геодезические координаты и другая информация, определяемая вычислителем 8 координат ПИ низкоорбитальной ССН, в соответствии с управляющей командой блока 19 ввода-вывода выводятся на блок 20 индикации. Сигналы с антенны 9 ПИ среднеорбитальной ССН поступают на первые входы n приемных каналов 10 и 11, каждый из которых принимает сигнал одного навигационного ИСЗ среднеорбитальной ССН типа "НАВСТАР". На вторые входы n приемных каналов 10 и 11, построенных по схеме супергетеродинов, поступают сигналы с соответствующих выходов синтезатора 15 частот. Работой приемных каналов 10 и 11 управляют сигналы, подаваемые с управляющего выхода навигационного вычислителя 16. С выходов n приемных каналов 10 и 11 сигналы поступают на входы измерителей 12 и 13 псевдодальностей и на соответствующий n-ный вход блока 14 выделения навигационных сообщений. Информация с блока 14 выделения подается на первый информационный вход навигационного вычислителя 16 ПИ среднеорбитальной ССН, а информация с измерителей 12 и 13 псевдодальностей, через соответствующие каждому каналу измерения n сумматоров 23 и 24 - на второй информационный вход навигационного вычислителя 16. Таймер 18, сигналы с которого поступают на третий вход навигационного вычислителя 16, синхронизирует обработку последним информации среднеорбитальной ССН в соответствии с бортовой шкалой времени. Для измерения ионосферной ионизации в реальном времени с помощью двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН с дальнейшим вводом ионосферных поправок в одночастотный ПИ среднеорбитальной ССН введены формирователь 21 коэффициента ионизации ионосферы, измеритель 22 ионосферной задержки (для каждого из n приемных каналов 12 и 13) и n сумматоров 23 и 24. На первый и второй входы формирователя 21 поступают соответственно допплер-отсчеты N1 и N2, измеренные на частотах f1 и f2 низкоорбитальной ССН измерителями 4 и 5 допплеровского смещения частоты. На третий вход формирователя 21 поступает сигнал с дополнительного второго информационного выхода вычислителя 8 координат, соответствующий углу места EL навигационного ИСЗ низкоорбитальной ССН. Ионосферная задержка при допплеровских измерениях смещения частоты 
f в низкоорбитальной ССН определяется выражением f = 
cosecEL, (1) где А(Iv) - коэффициент ионизации ионосферы, являющийся функцией вертикальной интегральной электронной концентрации Iv. При измерениях интегральных допплеровских отсчетов N1 и N2 на двух частотах f1 и f2 в ПИ низкоорбитальной ССН коэффициент А(Iv) ионизации ионосферы определяется выражением A(Iv) = f1(KN2-N1)sinEL/(K2-1), (2) где К = f1/f2, EL - угол места навигационного ИСЗ низкоорбитальной ССН. Формирователь 21 коэффициента А(Iv) ионизации ионосферы представляет собой решающий блок, который по входным данным f1, f2, N1, N2, EL реализует алгоритм (2) вычисления коэффициента А(Iv). Сигнал А(Iv) с выхода формирователя 21 подается на первый вход измерителя 22 ионосферной задержки, на второй вход которого с дополнительного второго информационного выхода навигационного вычислителя 16 поступают сигналы Е, соответствующие углам места каждого i-того навигационного ИСЗ среднеорбитальной ССН, сигналы которых принимаются приемными каналами 10 и 11. Измеритель 22 ионосферной задержки для каждого из n приемных каналов (i = 1,2,...n) вычисляет ионосферную задержку Тi, реализуя алгоритм для дальномерных измерений по среднеорбитальной ССН: Ti= A(Iv)cosecEmi/f2mi, (3) где fmi - частота сигнала, принимаемого i-тым (каждым из n) приемным каналам ПИ среднеорбитальной ССН; Emi - угол места соответствующего i-того навигационного ИСЗ. В каждом из n сумматоров 23 и 24 значение измеренной i-той ионосферной задержки (3) Тi складывается со значениями измеренных измерителями 12 и 13 псевдодальностей Ri:Rci = Ri + Ti, и с выходов сумматоров 23 и 24 значения Rci исправленных псевдодальностей поступают на второй информационный вход навигационного вычислителя 16. Навигационный вычислитель 16 реализует алгоритм вычисления геодезических координат, скорости, поправки бортовой шкалы времени и других навигационных величин по измерениям (исправленным поправками Ti) псевдодальностей Rci, решая систему уравнений 
= Ri+Ri+c(tn-tsi) i = 1,2,3,4, (4) где Ri = [(XSi - X)2+(YSi-Y)2+(ZSi-Z)2]1/2 - действительное расстояние между точкой наблюдения с координатами Х, Y, Z и i-тым навигационным ИСЗ с координатами XSi, YSi, ZSi, Ri = Ti c - ионосферная задержка, выраженная в единицах расстояния; tn, tSi - отклонения бортовой шкалы времени и шкалы времени ИСЗ от единого системного времени среднеорбитальной ССН; с - скорость света. Координаты и другая информация, определяемая навигационным вычислителем 16 ПИ среднеорбитальной ССН, в соответствии с управляющей командой блока 19 ввода-вывода выводится на блок 20 индикации. Формирователь 21 работает следующим образом. Формирователь 21 коэффициента ионизации по входным сигналам N1, N2, EL и известным постоянным значениям f1, f2 вычисляет коэффициент А(Iv) и выполнен в виде, реализующем алгоритм (2). В первом делителе 25 по фиксированным значениям f1 и f2 вычисляется значение К = f1/f2. Сигнал К подается на вход блока 26, с выхода которого сигнал К2 поступает на вход первого вычитателя 27, вырабатывающего сигнал К2 - 1. Входные сигналы N1и N2 поступают соответственно на первые входы второго вычитателя 29 и первого умножителя 28. На второй вход первого умножителя 28 поступает сигнал К с первого делителя 25. Сигнал KN2 с первого умножителя 28 поступает на второй вход второго вычитателя 29, который вырабатывает сигнал KN2-N1. На первый вход второго делителя 30 поступает сигнал К2-1 с выхода первого вычитателя 27, на второй его вход - сигнал KN2-N1 с второго вычитателя 29. С выхода второго делителя 30 сигнал KN2-N1поступает на второй умножитель 31, в котором сигнал KN2-N1/K2-1 умножается на f1. Сигнал f1 KN2-N1/K2-1 поступает на первый вход третьего умножителя 32. По входному сигналу EL блок 33 вырабатывает сигнал sinEL, который поступает на второй вход третьего умножителя 32. По входным сигналам f1 (KN2-N1)/K2-1 и sinEL третий умножитель 32 вырабатывает сигнал А(Iv), который является выходным сигналом формирователя 21 коэффициента ионизации ионосферы. Измеритель ионосферной задержки по входным сигналам А(Iv), Еmi и известным значениям fmi вычисляет ионосферные задержки Ri для каждого из n приемных каналов (i=1,2,...n) и выполнен в виде, реализующем алгоритм (3). На первый вход первого умножителя 34 поступает сигнал А(Iv), на второй вход - сигнал f2mi с выхода блока 35. С выхода первого умножителя 34 сигнал А(Iv)/fmi2 поступает на первые входы n делителей 40, 41. Входные сигналы Emi поступают на входы n регистров памяти, где запоминаются, и далее поступают на входы соответствующих n блоков 38 и 39. С выходов блоков 38 и 39 сигналы sinEmi поступают на вторые входы соответствующих делителей 40 и 41. На выходах n делителей 40 и 41, являющихся n-ными выходами измерителя 22, формируются сигналы Riионосферной задержки, которые далее поступают на соответствующие входы n сумматоров 23 и 24. Таким образом, в бортовом комплексе ионосферная задержка для одночастотного ПИ среднеорбитальной ССН определяется по измерениям двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН, т.е. пересчитывается из измеренной с помощью блоков 21 и 22 ионосферной ионизации с учетом углов места навигационных ИСЗ. Другими словами, комплекс дает возможность использовать измерения допплер-отсчетов N1 и N2двухчастотного ПИ низкоорбитальной ССН в качестве зондирующих ионосферу измерений, позволяющих учитывать ионосферную ионизацию в одночастотных ПИ среднеорбитальных ССН в реальном времени. Тем самым погрешности, вызванные ионизацией ионосферы, учитываются не по теоретическим алгоритмам, как это делается в аналогах и прототипе, а путем непосредственного измерения в реальном времени. (56) Богданов В.А., Сорочинский В.А. и др. Спутниковые системы морской навигации, М.: Транспорт, 1987, с.182.
Формула изобретения
1. БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ, содержащий двухчастотный приемоиндикатор низкоорбитальный спутниковой системы навигации и одночастотный приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации, опорный генератор, таймер, блок ввода-вывода и блок индикации, при этом приемоиндикатор низкоорбитальной спутниковой системы навигации содержит антенну, два приемника, два измерителя допплеровского смещения частоты, блок декодирования, синтезатор частот и вычислитель координат, антенна соединена с первыми входами первого и второго приемников, вторые входы приемников соединены с выходами синтезатора частот, выход первого приемника соединен с входом первого измерителя допплеровского смещения частоты и входом блока декодирования, выход второго приемника соединен с входом второго измерителя допплеровского смещения частоты, выход блока декодирования соединен с первым входом вычислителя координат, выходы измерителей допплеровского смещения частоты соединены с вторым входом вычислителя координат, управляющий выход вычислителя координат соединен с управляющими входами первого и второго приемников, приемоиндикатор среднеорбитальной спутниковой системы навигации содержит антенну, n приемных каналов, n измерителей псевдодальностей, блок выделения навигационного сообщения, синтезатор частот и навигационный вычислитель, при этом антенна соединена с первыми входами n приемных каналов, вторые входы которых соединены с выходами синтезатора частот, выход каждого из n приемных каналов соединен с входом каждого из соответствующих n измерителей псевдодальностей и с соответствующим n-м входом блока выделения навигационного сообщения, выход которого соединен с первым входом навигационного вычислителя, управляющий выход навигационного вычислителя соединен с управляющими входами n приемных каналов, выход опорного генератора соединен с входами синтезаторов частот и входом таймера, выход которого соединен с третьим входом вычислителя координат и третьим входом навигационного вычислителя, информационные входы - выходы вычислителя координат и навигационного вычислителя соединены с входами блока ввода-вывода, выход которого соединен с блоком индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения местоположения путем измерения ионосферной ионизации в реальном времени, введены формирователь коэффициента ионизации ионосферы, измеритель ионосферной задержки для каждого из n приемных каналов и n сумматоров, первый и второй входы формирователя коэффициента ионизации ионосферы соединены соответственно с выходами первого и второго измерителей допплеровского смещения частоты, третий вход формирователя соединен с дополнительным информационным выходом вычислителя координат, выход формирователя соединен с первым входом измерителя ионосферной задержки, второй вход которого соединен с дополнительным информационным выходом навигационного вычислителя, первый вход каждого из n сумматоров соединен с соответствующим выходом n-го измерителя псевдодальности, второй вход каждого из n сумматоров соединен соответственно с n-м выходом измерителя ионосферной задержки, а выходы n сумматоров соединены с вторым входом навигационного вычислителя. 2.Бортовой комплекс по п.1, отличающийся тем, что формирователь коэффициента ионизации ионосферы содержит два делителя, блок возведения в квадрат, два вычитателя, три умножителя и блок вычисления тригонометрической функции, первые входы второго вычитателя и первого умножителя являются соответственно первым и вторым входами формирователя, вход блока вычисления тригонометрической функции является третьим входом формирователя, выход первого делителя соединен с вторым входом первого умножителя и входом блока возведения в квадрат, выход которого соединен с входом первого вычитателя, выход первого умножителя соединен с вторым входом второго вычитателя, первый и второй входы второго делителя соединены соответственно с выходами первого и второго вычитателей, выход второго делителя соединен с входом второго умножителя, выход которого соединен с первым входом третьего умножителя, выход блока вычисления тригонометрической функции соединен с вторым входом третьего умножителя, а выход третьего умножителя является выходом формирователя коэффициента ионизации ионосферы. 3.Бортовой комплекс по п.1, отличающийся тем, что измеритель ионосферной задержки содержит умножитель, блок возведения в квадрат, n регистров памяти, n блоков вычисления тригонометрической функции и n делителей, первый вход умножителя является первым входом измерителя ионосферной задержки, входы регистров памяти являются вторым входом измерителя ионосферной задержки, выход блока возведения в квадрат соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом каждого из n делителей, выход каждого из n регистров памяти соединен с входом соответствующего блока вычисления тригонометрической функции, выход каждого из которых соединен с вторым входом соответствующего из n делителей, выходы которых являются n-ми выходами измерителя ионосферной задержки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
