Xreferat.com » Рефераты по авиации и космонавтике » Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Сколько стоит написать твою работу?

Работа уже оценивается. Ответ придет письмом на почту и смс на телефон.

?Для уточнения нюансов.
Мы не рассылаем рекламу и спам.
Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту .

Если в течение 5 минут не придет письмо, возможно, допущена ошибка в адресе.
В таком случае, пожалуйста, повторите заявку.

Спасибо, вам отправлено письмо. Проверьте почту .

Если в течение 5 минут не придет письмо, пожалуйста, повторите заявку.
Хотите промокод на скидку 15%?
Успешно!
Отправить на другой номер
?Сообщите промокод во время разговора с менеджером.
Промокод можно применить один раз при первом заказе.
Тип работы промокода - "дипломная работа".

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Министерство транспорта РФ

Государственная морская академия им. С.О. Макарова

Кафедра РНП и С


Курсовое проектирование

на тему: Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR


Выполнил: К-т 441 гр.

Мамонов А.Р.

Проверил: преподаватель

Иванов Н.А


С – ПБ 2009г.


Оглавление


1. Параметры орбит и движения ИСЗ ССРНС

1.1 Расчет некоторых параметров круговой орбиты

1.2 Построение эскиза орбит и положения спутников

1.3 Параметры Кеплера для эллиптической орбиты

1.4 Заданные параметры положения четырех ИСЗ и судна

2. Основные параметры радиоканала ИСЗ-судно

2.1 Аппаратура и излучаемые сигналы ИСЗ

2.2 Принимаемые сигналы

2.3 Отношение сигнал/шум

2.4 Режим поиска принимаемых сигналов

2.5 Режим автоподстройки частоты (АПЧ)

3. Режим определения координат и времени

3.1 Модель и погрешности измерения временного положения огибающей

3.2 Алгоритм определения координат и поправки к шкале времени

3.3 Оценка влияния погрешностей измерений на определение x, y, z

4. Режим определения путевой скорости, путевого угла и поправки к частоте опорного генератора

4.1 Модель фазового измерителя секундных приращений дальности до ИСЗ

4.2 Определение секундных приращений координат

5. Режим определения истинного курса, крена, дифферента

5.1 Основные понятия пространственной угловой ориентации судна

5.2 Алгоритмы и погрешности определения истинного курса, крена и дифферента по сигналам 4-х ИСЗ


1. Параметры орбит и движения ИСЗ ССРНС


1.1 Расчет некоторых параметров круговой орбиты


Гравитационная постоянная Земли Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR и заданное значение большой полуоси Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=2.6560031*10^7 эллиптической орбиты в метрах определяют период обращения ИСЗ по орбите T в секундах (Т/3600 - в часах):


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 4.30778135*10^4.


Из равенства центростремительного ускорения Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR ускорению силы тяготения Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR легко получаются расчетные соотношения для основных параметров орбиты:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR;


линейная скорость


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.


Рассчитаем линейную скорость ИСЗ


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 3.873956985*10^3.


Максимальное расстояние прямой радиовидимости (между судном и ИСЗ вблизи линии горизонта) определяется по формуле


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=2.578457546*10^7 ,


где Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR- радиус шаровой модели Земли Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.

Необходимо вывести эту формулу и рассчитать Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.

Показать, что прямая радиовидимость одного ИСЗ имеет место с точек земной поверхности, образующих шаровой сегмент, максимальная геоцентрическая угловая ширина которого равна


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=76.1208092


Рассчитать максимальную продолжительность Т существования прямой радиовидимости между судном и ИСЗ


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 5.0603673.


1.2 Построение эскиза орбит и положения спутников


Эскиз соответствует картине расположения орбит, Земли и НИСЗ, видимой наблюдателем с "бесконечно" удаленной точки северного конца оси вращения Земли. Все НИСЗ и орбиты находятся на сфере радиуса а. На эскизе a=6-8см. Радиус Земли примерно в 4 раза меньше. Экваториальное сечение орбит и Земли - на рис.2. Нижний конец вертикальной прямой, проходящей через центр Земли пусть направлен на точку весеннего равноденствия (созвездие Овна). Нижняя точка пересечения этой вертикали и внешней окружности пусть представляет восходящий узел первой (нулевой) орбиты (тогда верхняя точка пересечения - нисходящий узел).

Для эскиза примем, что угол наклонения орбит (между плоскостью орбиты и экваториальной плоскостью) равен 60°; тогда все кратчайшие расстояния от точек орбиты до оси узлов при проектировании на экваториальную плоскость "сократятся" вдвое, поскольку cos(60°)=0.5.

Для определения проекции спутника, которому соответствует фаза u (угол между радиусами-векторами ИСЗ и восходящего угла), достаточно отложить с помощью транспортира этот угол на внешней окружности (в направлении движения ИСЗ) и из полученной точки опустить перпендикуляр на ось узлов; средняя точка этого перпендикуляра и есть искомая проекция. Задаваясь достаточным количеством точек, получим проекцию орбиты - эллипс, малая полуось которого вдвое меньше радиуса a круговой орбиты. В "Глонасс" и "Навстар" используется соответственно 3 и 6 орбит; угол между соседними восходящими углами соответственно 120° и 60°.

Внешняя окружность делится на шесть одинаковых частей (в "Навстар" имеет место совмещение пар осей узлов).

В учебных примерах примем, что в "Глонасс" 24 ИСЗ, в "Навстар" 18 ИСЗ, соответственно по 8 и 3 на орбите. Номер орбиты соответствует номеру восходящего узла, отмечаемого против часовой стрелки. Если номера ИСЗ обозначить через "м" (причем соответственно 1ЈмЈ24 и 1ЈмЈ18), то номер орбиты равен наибольшему целому числу в частном от деления м-1 на соответственно 8 и 3.

Угловой промежуток между ИСЗ одинаков - соответственно 45° и 120° эскиз строится на момент, когда фаза первого ИСЗ на первой орбите равна нЧ10. При переходе с орбиты на соседнюю орбиту вводится дополнительная фаза соответственно 15° и 40°.На орбите положение ИСЗ можно указать крупной точкой, от которой проводится стрелка, соответствующая направлению движения. Возле этих точек указывается номер ИСЗ; номер подчеркивается, если ИСЗ находится над экваториальной плоскостью.


1.3 Параметры Кеплера для эллиптической орбиты


Орбита навигационного ИСЗ делается близкой к круговой для обеспечения постоянства условий приема в любых географических районах, для уменьшения объема передаваемой с ИСЗ на судно специальной информации и для упрощения алгоритмов расчета положения ИСЗ на момент навигационных определений. В частности, уменьшается количество итераций при решении уравнения Кеплера, которое необходимо для определения угла (истинной аномалии) между радиусом-вектором ИСЗ относительно центра Земли) и точкой перигея эллиптической орбиты (рис.1). Расчет ведется в следующем порядке.

Рассчитывается заданный условный угол (средняя аномалия Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR), который получался бы при движении ИСЗ с постоянной угловой скоростью Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR на некоторый момент времени, отсчитываемый с момента прохождения спутником точки перигея. Этот угол задан в градусах:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 50.


Заданный эксцентриситет орбиты


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 0.01.


Определяется эксцентрическая аномалия Е из уравнения Кеплера


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR


методом последовательных итераций по рекуррентной формуле, которая при исчислении углов в градусах имеет вид:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Ma = Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR = 50


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

E<10^7

где M - номер шага, причем на первом (нулевом) шаге полагается, что Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR. Привести последовательность значений Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; на последнем шаге обеспечить условие меньше 10-7.

Рассчитывается истинная аномалия


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=50,91070459.


Рассчитываются три разности между истинной, средней и эксцентрической аномалиями.

Примечание: Подробные сведения о закономерностях движения ИСЗ и передаваемой с ИСЗ на судно информации содержатся в [5,4] и в отдельном приложении к настоящим методическим указаниям.


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Рис.1. Эскиз расположения на орбитах «Глонас» (при н=10)


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Рис.2. Параметры Кеплера (истинная и эксцентрическая аномалии ИСЗ) для плоской эллиптической орбитой


1.4 Заданные параметры положения четырех ИСЗ и судна


Напомним: правило индивидуализации вариантов работы приведено во введении.

Поскольку расстояния до ИСЗ имеют порядок десяти миллионов метров, а достижимые точности - порядка дециметров, то необходимо использовать (в п.1.4.1) все значащие цифры калькулятора после запятой.

Расчеты ведутся в горизонтной системе координат с началом в счислимой точке; орт х0 направлен на восток, орт у0 - на север, орт z0 - вверх.

Координаты xk, yk, zk спутников (k= 1,2,3,4) в метрах на момент навигационных измерений находятся по заданным

- углу Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR возвышения (высоты места) ИСЗ между радиус-вектором ИСЗ Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR (направленным на ИСЗ с начала горизонтной системы) и плоскостью XOY в градусах:

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR;

углу Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR азимута ИСЗ - между проекцией Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR на плоскость XOY и осью y1:

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; A4= 0

модулю радиуса-вектора ИСЗ,


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR (в метрах)


R1=20000300 м

R2=20000500 м

R3=20000700 м

R4=20000900 м

По этим данным рассчитываются направляющие косинусы радиус-векторов:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARАнализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARАнализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARАнализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARАнализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARАнализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

и координат спутников в метрах:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.


X1 = 12667607.71Y1 = -7313646.719Z1 = 13640171.8

X2 =-12667734.38Y2 = -7313719.855Z2 = 13640308.2

X3 =0Y3 = -14627585.98Z3 = 13640444.6

X4 =0Y4 = 0.000000001224Z4 = 20000900

Параметры вектора линейной скорости спутников.

Модуль этого вектора рассчитан в п.1.3.1. Проекции вектора скорости ИСЗ рассчитываются по формулам (в м/с):

V=3873,968654


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR;

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR;

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.


Vx1 = 622, 03635783Vy1 = 1169, 880241Vz1 = 3640,328792

Vx2 = 1169, 045951Vy2 = 2198, 655659Vz2 = 2967, 623222

Vx3 = 1575, 051349Vy3 = 2962, 240755Vz3 = 1936, 978493

Vx4 = 1791, 082308Vy4 = 3368, 535899Vz4 = 672. 7055708

Координаты судовой приемной антенны в метрах:

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=1300; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.

Модуль вектора путевой скорости судна в м/с


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=11м/с.


Проекции вектора путевой скорости в м/с


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=7, 926062228;

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR= 7.627420111;


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.

Истинный курс И, дифферент D и крен К в градусах пусть равны


Ио= 35+н=45, Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=2; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR=-2.


В работе используется одно из возможных определений указанных углов: истинный курс И равен углу между направленной на север осью ординат у и проекцией продольной оси судна на плоскость XOY; дифферент д угол между продольной осью судна и плоскостью XOY; крен К - угол между поперечной осью и плоскостью XOY.


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR

Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR



2. Основные параметры радиоканала ИСЗ-судно


2.1 Аппаратура и излучаемые сигналы ИСЗ


Необходимо построить на основе материалов параграфа 13.3 [1] структурную упрощенную схему аппаратуры ИСЗ, изучить принцип ее работы и формирования излучаемых сигналов применительно к ССРНС "Навстар".

В структурной схеме должны быть блоки, позволяющие из колебаний высокостабильного генератора с частотой Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR получить и излучить открытый для всех потребителей радиосигнал, который с точностью до постоянного множителя выражается произведением трех множителей:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR; Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR.


здесь: t - время, отсчитываемое по шкале хранителя времени ИСЗ;

D(t) - дальномерный код (в пособиях обозначен C(t)), который играет роль огибающей навигационного сигнала и может рассматриваться как последовательность примыкающих друг к другу одинаковых по длительности Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR элементарных видеоимпульсов, амплитуда которых принимает практически равновероятное значение ±1 - в соответствии с детерминированным сложным законом кода Голда, формируемого схемой, называемой "кодер" или "ГУН кода D(t)". Период кода D(t) равен Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR. Следует вспомнить смысл и схемы определения автокорреляционной функции кодов. Структурная схема аппаратуры ИСЗ должна включать и приемник (с приемной антенной) для сигналов земных информационно-передающих пунктов (ИПП) о параметрах орбит всех ИСЗ. Эта принятая на ИСЗ информация запоминается в ЭВМ и в переработанном виде передается с каждого ИСЗ потребителям, для чего и служит код, обозначаемый в аналитическом представлении изучаемого сигнала множителем С(t). Элементарная посылка (+1) этого кода имеет длительность Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR, что обеспечивает скорость передачи 50бит/с. (В пособиях код С(t) обозначают D(t)).

Для упрощения записей можно там, где допустимо, множитель С(t) иногда опускать.

Средняя мощность изучения в направлении максимума диаграммы направленности передающей антенны ИСЗ круговой поляризации в Вт:


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR (в Ваттах)=540Вт.


2.2 Принимаемые сигналы


Полагая, что все ИСЗ излучают одновременно в точках с координатами Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR, Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR, Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR сигналы Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR, обнаружим, что после прохождения радиального расстояния Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR со скоростью света Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR приобретают запаздывания, равные Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR. Рассчитанные значения


Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STAR


в метрах и Анализ и расчет характеристик среднеорбитальной системы типа: ГЛОНАС, NAV-STARв мкс. Принятые сигналы (пока без учета ослабления) можно записать в виде:


Анализ
					</div>
				<!--noindex--><div class=