Статистический синтез и исследование алгоритмов определения координат наземных источников радиоизлучения в космических системах

• Автор: Савин, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.12.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Глава 1. Влияние атмосферы Земли на точность измерения разности фаз и частоты радиосигналов УКВ диапазона

1.1 Анализ факторов, влияющих на точность измерения разности фаз

и частоты радиосигналов

1.2 Коэффициент преломления радиоволн в тропосфере и ионосфере

1.3 Флуктуации фазы и разности фаз сигналов

1.3.1 Флуктуации фазы сигналов в тропосфере

1.3.2 Флуктуации фазы сигналов в ионосфере

1.3.3 Флуктуации разности фаз трансатмосферных радиосигналов

1.4 Вариации углов прихода и рефракция радиоволн

1.4.1 Вариации углов прихода радиоволн

1.4.2 Рефракция радиоволн в тропосфере и ионосфере

1.5 Влияние атмосферы Земли на доплеровское изменение частоты
1.5.1 Влияние тропосферы на доплеровское изменение частоты
1.5.2 Влияние ионосферы на доплеровское изменение частоты
1.5.3 Случайные вариации частоты трансатмосферного радиосигнала
1.6 Выводы
Глава 2. Методы определения координат наземных ИРИ пассивными РТС космического базирования
2.1 Определение координат и параметров движения ИСЗ
2.1.1 Системы координат и методы определения траекторий ИСЗ
2.1.2 Расчет координат и параметров движения ИСЗ в системе VGS
2.1.3 Координаты ИРИ в системе VGS-84. Эллипсоид ’\К38
2.2 Предлагаемые варианты построения космических систем радиоконтроля земной поверхности
2.2.1 Описание структуры фазовой системы
2.2.2 Описание системы с измерениями частоты сигналов
2.3 Краткий обзор современных методов определения координат ИРИ
2.4 Рекурсивные алгоритмы нелинейной фильтрации
2.4.1 Байесовская теория оценок
2.4.2 Реализация байесовского оператора условного среднего в гауссовском приближении
2.4.3 Нелинейные преобразования случайных величин
2.4.4 Квазиоптймальные алгоритмы фильтрации
2.4.5 Многомодальность апостериорного распределения вероятностей
2.4.6 Монте-Карло фильтр и его модификации
2.5 Выводы
Глава 3. Фильтрация координат в пассивной фазовой однопозиционной космической РТС
3.1 Постановка задачи и методы ее решения
3.1.1 Математическая модель наблюдаемых сигналов
3.1.2 Методы определения координат излучателя
3.1.3 Схемы методов определения местоположения
3.2 Оптимальный алгоритм оценки угловых координат ИРИ
3.2.1 Общее описание оптимального алгоритма
3.2.2 Частные варианты записи функции правдоподобия
3.2.3 Реализация рекурсивной процедуры формирования «частиц»
3.2.4 Структура оптимального алгоритма
3.3 Квазиоптимальный алгоритм оценки угловых координат ИРИ
3.4 Исследование характеристик точности оценок азимута и угла места
3.4.1 Условия моделирования
3.4.2 Результаты расчетов
3.4.3 Определение потенциальной точности
3.5 Исследование характеристик точности определения широты и
долготы ИРИ по результатам угломерных измерений
3.5.1 Алгоритм пересчета угловых координат в широту и долготу ИРИ
3.5.2 Условия моделирования и результаты расчетов
3.6 Применение квазиоптимального алгоритма для оценки широты,
долготы и высоты ПРИ
3.6.1 Описание условий применения алгоритма
3.6.2 Результаты исследования СКО оценок
3.7 Выводы
Глава 4. Фильтрация координат в пассивной многопозиционной космической РТС при использовании измерений частоты радиосигналов
4.1 Постановка задачи и алгоритм фильтрации координат
4.1.1 Математическая модель наблюдаемых сигналов на входе вычислителя координат
4.1.2 Описание алгоритма оценки состояния и структура фильтра
4.2 Алгоритм определения начальной оценки частоты
4.3 Исследование переходных процессов по СКО оценок координат и частоты ИРИ
4.3.1 Условия моделирования
4.3.2 Исследование работоспособности алгоритма
4.3.3 Исследование чувствительности алгоритма к априорной
неточности параметров модели наблюдения
4.4 Потенциальная точность
4.5 Выводы
Глава 5. Экспериментальные исследования частотного метода
фильтрации координат
5.1 Общее описание экспериментальных данных
5.1.1 Аппаратура базовой GPS станции и ее характеристики
5.1.2 Перечень навигационной и измерительной информации
5.2 Экспериментальные исследования атмосферных погрешностей измерений частоты сигналов
5.2.1 Интерпретация результатов экспериментальных измерений

лепестку диаграммы направленности в сторону первого ИСЗ, а по боковому -второго. Разность моментов прихода сигналов позволяет построить на поверхности Земли одну изолинию положения. Чтобы определить вторую, используется доплеровское смещение частоты принимаемого сигнала, вызванное суточным движением ИСЗ на ГСО, которая из-за неточности вывода ИСЗ на орбиту и изменяющегося гравитационного поля отличается от идеальной окружности. Предполагается, что в точке пересечения доплеровской и разностно-дальномерной изолиний находится неизвестный передатчик. Результаты экспериментальных исследований [4], выполненных с использованием ИСЗ ЕИТЕЬЗАТ Н-Е2 и ЕиТЕЬЭАТ НИН Европейского космического агентства, показали, что прием сигнала по боковому лепестку может быть осуществлен при диаметре приемной антенны порядка 20 м и отсутствии дополнительных сигналов в исследуемой полосе частот. Потенциальная точность определения координат при использовании описанной методики, как считают авторы, может составить (10ч-20) км. Однако на практике погрешность по одной из координат (150ч-200) км, а иногда около
600 км. Несмотря на все эти особенности, проведенные эксперименты доказали: измерить местоположение «пиратского» передатчика технически возможно. Основным недостатком метода является ограниченная область его применения. Необходимо иметь несколько ИСЗ, которые обслуживают одну и ту же поверхность Земли в общем диапазоне частот [5].
В системах гражданского назначения только спутниковая система связи ЕиТЕЬЗАТ содержит в своем составе пару таких спутников. Для одиночных ИСЗ нужно использовать фазовые методы измерений на несущей частоте [5]. При перемещении ИСЗ относительно ИРИ приращение фазы несущей частоты принимаемого сигнала. пропорционально изменению дальности. Привлекательность такого способа измерения- радиальной скорости заключается в том, что фаза сигнала может быть измерена достаточно точно, а необходимое для этого отношение сигнал/шум достигается при использовании