Обеспечение требуемых навигационных характеристик в широкозонных дифференциальных подсистемах СРНС с учетом влияния нелинейности ретранслятора при решении задач УВД, навигации и посадки

• Автор: Касымов, Шавкат Ильясович
• Шифр специальности: 05.22.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 307 с. : 19 ил.

СОДЕРЖАЫИЕ
Введение
1. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С ПОМОЩЬЮ ШИРОКОЗОННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ РАД ИОНАВИГАЦИИ, УВД И СВЯЗИ
1.1. Анализ спутниковых систем радионавигации воздушных судов и систем управления воздушным движением ГЛОНАСС, GPS и Галилео
1.2. Анализ спутниковых каналов передачи данных широкозонных, региональных и локальных дифференциальных подсистем спутниковых систем радионавигации, посадки УВД с АЗН и связи. (WAAS, EGNOS, MSAS)
1.3. Исследование влияния комплексной нелинейности ретранслятора на показатели качества каналов передачи данных широкозонных дифферен-

циальных подсистем СРНС, УВД и связи с МДЧР, МДВР и МДКР

1.3.1. Анализ каналов передачи данных ШДПС СРНС и ССС с МДЧР и МДВР

1.3.2. Нелинейные СВЧ усилители мощности ретрансляторов СРНС и ССС

1.3.3. Нелинейные АМ/АМ, АМ/ФМ преобразования в ретрансляторах ССС

1.3.4. Оценка влияние нелинейности РТР на параметры ШДПС СРНС
1.3.5. Снижение выходной мощности нелинейного РТР
1.3.6. Подавление сильными сигналами слабых в нелинейном РТР
1.3.7. Продукты интермодуляционных искажений на выходе нелинейного РТР.З
1.4. Выбор показателей эффективности и требования к навигационному обеспечению к целостности, надёжности и безопасности полётов ВС обеспечиваемых СРНС
1.5. Анализ методов радионавигационного обеспечения воздушных судов с помощью ретрансляторов на навигационных космических аппаратах
1.6. Геометрические свойства методов измерений и функциональные связи между навигационными параметрами и координатами ВС в СРНС
1.7. Увеличение точности определения координат воздушных судов при малом числе измерений за счёт использования метода наименьших квадратов
1.8. Повышение точности определения координат воздушных судов за счёт применения дифференциальных режимов работы СРНС
1.8.1. Необходимость дифференциального режима работы СРНС
1.8.2. Структура определения точности дифференциальных подсистем СРНС
1.8.3. Основные методы дифференциальных определений в СРНС
1.8.4. Методы коррекции координат аппаратуры потребителей
1.8.5. Методы коррекции навигационных параметров
1.8.6. Методы разностной коррекции навигационного параметра
1.8.7. Дифференциальный режим с коррекцией координат
1.8.8. Дифференциальный режим с относительными координатами
1.8.9. Дифференциальный режим с использованием псевдоспутников
1.9. Контроль целостности и достоверности передачи корректирующей информации передаваемой ВС в дифференциальном режиме СРНС
1.10. Оценка влияния остаточной погрешности на точностные характеристики дифференциального метода СРНС определения координат воздушных судов
1.11. Анализ эффективности навигационного обеспечения и УВД ВС, на основе дифференциальных подсистем СРНС ГЛОНАСС, GPS и Галилео
1.12. Цели и задачи теоретических и экспериментальных исследований
1.13. Основные результаты и выводы по 1 главе

2: РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РЕТРАНСЛЯЦИИ ПОТРЕБИТЕЛЯМ НАВИГАЦИОННЫХ ПОПРАВОК И СОСТОЯНИИ ЦЕЛОСТНОСТИ ШИРОКОЗОННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ УВД И СВЯЗИ
(Методы исследования нелинейных спутниковых каналов передачи данных СРНС)
2.1.Классификация и сравнительный анализ электродинамических, функциональных и квазистатических методов оценки интермодуляционных искажений на выходе нелинейного ретранслятора спутниковых систем радионавигации, УВД и связи
2.2.Сравнительный анализ квазистатических методов оценки уровня интермодуляционных искажений в каналах передачи навигационных данных через нелинейный ретранслятор широкозонных дифференциальных подсистем СРНС и связи
2.3.Математическое обеспечение спутниковых каналов передачи навигационных данных и корректирующих поправок систем радионавигации, УВД и связи, учитывающих влияние комплексной нелинейности ретранслятора
2.3.1. Основные требования, предъявляемые к разрабатываемому методу
2.3.2. Модель многостанционных каналов связи с ретранслятором
2.3.3. Математическая модель многочасготного сигнала на входе ретранслятора
2.3.4. Математическая модель ретранслятора с комплексной нелинейностью
2.3.5. Напряжение на выходе ретранслятора с комплексной нелинейностью
2.3.6. Условия попадания продуктов ИМИ в полосы частот полезных сигналов
2.3.7. Прохождениенескольких модулированных сигналов через ретранслятор
2.4. Квазистатический метод характеристических функций определения спектра на выходе ретранслятора с комплексной нелинейностью космических аппаратов спутниковых систем радионавигации, управления и связи
2.4.1. Аппроксимации передаточных нелинейных характеристик АХ и ФАХ РТР
2.4.2. Квазистатический метод двойного преобразования Фурье
2.4.3.Метод характеристических функций. БесселеваяаппроксимацияУКН
2.5. Разработка математических, инженерных методов определения мощности полезных сигналов и продуктов интермодуляционных искажений на выходе ретранслятора с комплексной нелинейностью ШДПС СРНСи ССС
2.6.0ценка достоверности расчётов проводимых квазисгатическим методом характеристических функций при изменении параметров исходных данных, вводимых в ЭВМ
2.7. Разработка проблемно-ориентированного пакета программ, формы представления результатов исследований и методология математического обеспечения каналов передачи данных ШДПС СРНС, УВД и связи с учётом влияния нелинейности РТР
2.8.Разработка экспериментальной СВЧ установки полунатурной модели спутникового канала передачи данных ШДПС СРНС с нелинейным РТР
2.9. Методика измерения односигнальных энергетических и фазоамплитудных передаточных характеристик каналов связи с нелинейным РТР ШДПС СРНС
2.10. Методика обнаружения координат и измерения мощности продуктов интермодуляционных искажений на выходе ретранслятора в многосигнальном режиме
2.11. Экспериментальная оценка правомерности и точности расчётов каналов передачи навигационных данных и корректирующих поправок ШДПС СРНС, выполненных квазистатическим методом характеристических функций. Сравнение результатов экспериментальных и расчётно-аналитических исследований
2.12. Основные результаты и выводы по 2 главе

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШДПС СРНС ПУТЁМ ОИТИМИЗАЦИИ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ КОРРЕКТИРУЮЩИХ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ О СОСТОЯНИИ ЦЕЛОСТНОСТИ СИСТЕМЫ,
ЗА СЧЁТ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ РЕТРАНСЛЯТОРА НАВИГАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ЗЛ. Оптимизируемая целевая функция, потенциальная и оптимальная помехоустойчивость (пропускная способность) идеализированных и реальных каналов передачи данных ШДПС СРНС ГЛОНАСС, GPS, систем УВД и связи
3.1.1. Оптимизируемая целевая функция реальных каналов передачи данных .„163
3.1.2. Потенциальная и оптимальная пропускные способности идеализированных систем
3.7.3. Критерии оценки эффективности спутниковых каналов передачи данных
3.1.4. Идеализированные каналы передачи данных ГЛОНАСС, ССС с МДЧР
3.1.5. Идеализированные спутниковые каналы передачи данных GPS (МДВР)
3.1.6. Оптимальная пропускная способность идеализированных каналов связи
3.2.Ансамбль помехоустойчивых свёрточных-, циклических кодов, частотно-
и фазоманипулированных сигналов, спутниковых каналов передачи данных
систем УВД ШДПС СРНС ГЛОНАС, GPS, Галилео и ССС
33. Оценка энергетической эффективности обобщённого конструктивного параметра каналов передачи навигационных корректирующих поправок ШДПС СРНС и ССС. 172 3.4.0ценка оптимального сигнала в идеализированных каналах передачи данных в ШДПС СРНС и ССС с учётом обобщённого энергетического параметра канала связи
3.5. Оценка влияния комплексной нелинейности спутника-ретранслятора на энергетические показатели качества функционирования каналов передачи навигационных данных и корректирующих поправок ШДПС СРНС
3.5.1. Методика оценка влияния продуктов интермодуляционных искажений на величину энергетического проигрыша канала передачи данных ШДПС СРНС
3.5.2. Методика оценки влияния уменьшения выходной мощности спутника-ретранслятора на энергетику канала передачи данных ШДПС СРНС
3.5.3. Методика оценка влияния продуктов интермодуляционных искажений и уменьшения выходной мощности ретранслятора с комплексной нелинейностью на величинуэнергетическогопроигрышаканалапередачиданныхШДПССРНС
3.6. Оценки оптимального сигнала по критерию обеспечения максимальной пропускной способности РТР в реальных каналах передачи данных ШДПС СРНС и ССС с учётом совместного влияния комплексной нелинейности РТР и нестабильности частот
3.7.Повышение целостности и достоверности каналов передачи данных и корректирующих поправок ШДПС СРНС путём снижения влияния нелинейности ретранслятора за счёт квазиогоимальных неравномерно-групповых расстановок частот
3.8. Оценка минимальной величины энергетического проигрыша реальных систем ШДПС СРНС ГЛОНАСС, ССС с МДЧР при неравномерной расстановке частот
3.9. Выбор оптимального сигнала в каналах передачи данных СРНС, ССС с учётом
влияния нелинейности РТР и неравномерно-групповой расстановки частот
ЗЛО.Обеспечения требуемых навигационных характеристик СРНС за счёт уменьшения влияния АМ/АМ, АМ/ФМпреобразований. Моделирование АХ и ФАХ
3.11. Методы увеличения эффективности систем обеспечения требуемых навигационных характеристик ШДПС СРНС, ССС путём оптимизации каналов передачи данных за счёт уменьшения влияния АМ/АМ АМУФМ преобразований ретранслятора
3.12. Основные результаты и выводы по 3 главе

Типовые передаточные амплитудные и фазоамплитудные характеристики АХ и ФАХ устройств с комплексной нелинейностью представлены на рис. 1.8.
Р„ых/Рвы* нас.уДБ
1,0-

0,4-

▲ ..4J JIB] Î
у ' А МПЛР тудн 1Я ШТ> tviV
ха эакте рист пса ( АХ) *♦ Ч
у .♦* "***«
Pexï р А ВХ Н! сДБ
V -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3
*« Фаз хар? э-ам1 ктер литу лгти( цная а iX

f,r рад ЛБ!
Рис. 1.8. Передаточные односигнальные амплитудные и фазоамплитудные характеристики (АХ и ФАХ) нелинейного усилителя мощности ретранслятора
1.3.4. Оценка влияния комплексной нелинейности ретранслятора* на показатели качества канала передачи данных СРНС и ССС
Через ретранслятор с комплексной нелинейностью проходит большого ко-
личество сигналов
uBi(t) = Ubxî (t)cos[ СО oit + |/ i(t)],
(1.1)
где UBX,i (t) и щ (t) представляют собой амплитудную и угловую модуляцию i-ro сигнала на входе ретранслятора с комплексной нелинейностью, N-число сигналов на входе ретранслятора с комплексной нелинейностью. Недостатки каналов передачи данных спутниковых систем СРНС, ССС.
При прохождении большого количества сигналов (многочастотной работе) через нелинейный спутник - РТР (приёмо-передающий тракт) в РТР возникают нелинейные явления, которые снижают помехоустойчивость и пропускную способность канала передачи данных. Для количественной оценки влияния нелинейности РТР на показатели качества каналов передачи данных СРНС и ССС необходимо исследовать их в многосигнальном режиме.
Это непростая задача, так как необходимо одновременно учитывать влияние двух нелинейных явлений АМ/АМ и АМ/ФМ преобразований.
Они тесно взаимосвязаны и совместно влияют на все процессы происходящие в ретрансляторе и учитывать их необходимо совместно.
Недостатки ШДПС СРНС проявляются в том, что происходит:
- снижение выходной мощности передатчика ретранслятора на 1,5...2,5 дБ,
- подавление в ретрансляторе сильными сигналами слабых до 4...6 дБ,
- появление на выходе РТР продуктов интермодуляционных искажений (ИМИ).