Перспективы системы ГЛОНАСС

[Yura_L.]

2. Точность определения азимута с помощью одной антенны - совершенно никакая. При любом способе измерений.

Не могу с этим согласиться. Вот, например, простой способ. Условное название - "Навигатор с дисководом".

Антенна ГЛОНАСС расположена горизонтально. Над ней расположен прозрачный горизонтальный диск. Вдоль одного радиуса диска нанесена полоска из поглощающего материала.  Диск вращается, ось вращения диска совпадает с осью симметерии антенны.

При приближении полоски к направлению на спутник, уровень его сигнала уменьшается. Уровень сигнала минимальный, когда направление на спутник совпдает с полоской.

Для определения направления на север используется значительное количество измерений, полученных для различных спутников.

Вроде как, при испытаниях получалась какая-то приличная точность. Какие факторы, по Вашему мнению, сделают точность "совершенно никакой"?

Вы сами проводили эксперименты? И какую же точность вы получили?

Амплитуда сигнала сама по себе изменяется довольно значительно, и изменение амплитуды при частичном затенении просто утонет в шумах. А производная от угла положения полоски - очень маленькая. Если умножить производную от полезной функции (изменение амплитуды при угловом перемещении затеняющей полоски ) на флуктуационную составляющую изменения амплитуды, получится величина погрешности в десяток-другой градусов, а то и больше..
 Для усреднения нужно количество измерений, равное квадрату от эффекта усреднения, например, для понижения погрешности в 10 раз надо 100 измерений. А дискретность выдачи данных - довольно низкая, поэтому крутить быстро не получится. И усреднение потребует значительного времени, за которое ориентация объекта может поменяться.  Да еще из-за этой дискретности опять-таки минимум амплитуды будет определить довольно трудно.
 
Не лучше ли поставить просто две или лучше три антенны, вместо этой вращающейся конструкции, и с первого же измерения получить погрешность в десяток-другой угловых минут, и при этом сильно сэкономив и на габаритах, и на весе, и на энергопотреблении, что очень важно для спутника, особенно для небольшого?

[Ded]

ДалекийГость

Вы можете четко сформулировать то, о чем Вы пишете?

Дело в том, что есть очень легкие датчики определения ориентации КА. И для "небольшого" КА (это сколько?) их более чем достаточно.

[ДалекийГость]

Вы сами проводили эксперименты? И какую же точность вы получили?

Нет, не сам. Я когда-то изучал разные материалы на эту тему. Насколько помню, точность была порядка градуса, без калибровки и с использованием упрощенной расчетной модели измерений. Меньше, чем три градуса, потому что три градуса было для другого метода - с  одной неподвижной антенной (без затенений) на вращающемся спутнике. В еще одном методе, с неподвижной антенной (тоже без затенений) на наземном стенде, точность была порядка десяти градусов. Еще было несколько материалов типа с такой же точностью, либо просто чисто теоретических.

Амплитуда сигнала сама по себе изменяется довольно значительно, и изменение амплитуды при частичном затенении просто утонет в шумах.

Проблем с шумами не было. Если бы были, то они просто увеличили бы размер область затенения так, чтобы изменение амплитуды "не тонуло в шумах".

А производная от угла положения полоски - очень маленькая.

Производные в этом способе не использовались. Азимут спутника определялся путем сравнения измерений аплитуды (полученными за полный поворот) с расчетными амплитудами (функция от известного угла поворота, известного угла возвышения спутника и неизвестного азимута спутника).  Азимуты нескольких спутников, пересчитывались в азимут прибора (с отбраковкой). Азимут прибора осреднялся фильтром Калмана для серии поворотов (тоже с отбраковкой). Как-то так. Хотя, точно не помню на каком этапе они применяли фильтр Калмана, но вроде бы применяли.

А дискретность выдачи данных - довольно низкая, поэтому крутить быстро не получится. И усреднение потребует значительного времени, за которое ориентация объекта может поменяться.

К сожалению, не помню ни скорости вращения, ни времени сходимости оценки. Прибор у них был, конечно, неподвижен. А изменения направлений на спутники, они вроде бы учитывали.

Не лучше ли поставить просто две или лучше три антенны, вместо этой вращающейся конструкции, и с первого же измерения получить погрешность в десяток-другой угловых минут, и при этом сильно сэкономив и на габаритах, и на весе, и на энергопотреблении, что очень важно для спутника, особенно для небольшого?

Этот метод с вращающейся областью затенения для спутников не предназначался. Для спутников предлагались методы с одной антенной (без вращающихся элементов), для экономии на габаритах, весе и т.п. по сравнению с использованием двух или трех антенн.

[ДалекийГость]

Вы можете четко сформулировать то, о чем Вы пишете?

Дело в том, что есть очень легкие датчики определения ориентации КА. И для "небольшого" КА (это сколько?) их более чем достаточно.

Давайте я совсем просто напишу.

Есть две системы навигации для небольшого спутника. Обе системы умеют определять и положение и ориентацию спутника с нужной точностью.

Первая система: один приемник ГЛОНАСС с одной антенной.
 
Вторая сиcтема: один приемник ГЛОНАСС с одной антенной плюс дополнительный датчик ориентации.

В обоих системах есть датчики угловых скоростей.

Приемники ГЛОНАСС и антенны в обоих системах - одинаковые или примерно одинаковые по весу, размеру, энергопотреблению.

Положение спутника должно определяться автономно на спутнике по сигналам ГЛОНАСС. В первой системе используются дополнительные алгоритмы для определения ориентации по сигналам ГЛОНАСС.

Какую систему Вы выберете?

[PIN]

О какой именно "нужной точности" идет речь?

Для начального построения ориентации после разделения, перехода в защитный режим и поддержания ориентации в нем - про такие датчики забудьте. Full stop, как говорится.

[ДалекийГость]

О какой именно "нужной точности" идет речь?

А какая разница какая именно?

Для начального построения ориентации после разделения, перехода в защитный режим и поддержания ориентации в нем - про такие датчики забудьте. Full stop, как говорится.

Не понял, про какие датчики я должен забыть. По сигналам ГЛОНАСС можно определять ориентацию во всех перечисленных Вами случаях

[PIN]

А какая разница какая именно?

Если коротко - то принципиальная. Дополнительно нужно определиться, о какой ориентации идет речь - на конкретные объекты (Землю или Солнце) и по скольким осям.

По сигналам ГЛОНАСС можно определять ориентацию во всех перечисленных Вами случаях

Можно еще много чего придумать. Если вам непонятно, почему нельзя это "можно" реализовать, то впереди доолгая лекция и это полный оффтопик здесь. Заводите ветку в другом месте, если интересуетесь, какие требования предъявляются к датчикам, используемым в таких случаях и почему.

[ДалекийГость]

Если коротко - то принципиальная.

Интересно, какая принципиальная разница возникнет между случаями, когда требуется точность 1 градус и 5 градусов, если метод обеспечивает ту точность, которая требуется. А если не обеспечивает нужную точность, то тоже разницы нет. Если обеспечивает, значит, может использоваться. Если не обеспечивает - стало быть, не судьба.

Дополнительно нужно определиться, о какой ориентации идет речь - на конкретные объекты (Землю или Солнце) и по скольким осям.

Допустим, метод может дать ориентацию по трем осям, если нужно по трем осям. Или только два угла для ориентации одной оси, если требуется только это.

Можно еще много чего придумать.

Это не я придумал.

[Yura_L.]

Производные в этом способе не использовались.

Я е о том. Не помните формулу, по которой погрешность измерения одного параметра пересчитывается в другой? Например, амплитуды А в угол У? А она равна погрешности dА, умноженную на производную dУ/dА, или наоборот, деленную на dА/dУ, которая в данном случае очень мала - амплитуда при частичном затенении изменяется довольно слабо. Затените полностью - сорвется слежение за сигналом и вы вообще ничего не измерите.
В результате, малое случайное изменение амплитуды сигнала эквивалентно большому угловому перемещению, и это далеко не единицы градусов.
Из моей практики, путем затенения сумкой с ноутбуком я как-то определял, где какая антенна стоит, при этом при полном затенении (буквально положил ноутбук на антенну) амплитуда сигнала уменьшилась всего раза в два.

Если уж применять что-то вращающееся, то уж лучше вращать саму приемную антенну вокруг некой оси с достаточным плечом. Тогда можно как-то определить ориентацию. Но с очень большой погрешностью, по крайней мере, больше градуса.

По крайней мере, об антенне с вращающимся затеняющим экраном из известных мне специалистов еще никто не додумался. Даже в качестве шутки.   А специалистов я знаю действительно выдающихся, и с прекрасным чувством юмора.
     

[ssb]

Наткнулся на статью Ипатова и Шебшаевича 2010 года, в которой они убедительно показывают преимущества кодов Кердока над кодами Касами -- набор кодов Кердока длиной 4094 состоит аж из 2048 штук вместо всего лишь 64 кодов Касами при практически равных прочих характеристиках.  Также они рассуждают о применении MSK вместо BPSK для уменьшения внеполосных помех.

Интересно бы узнать, какова ныне наиболее вероятная структура будущих CDMA сигналов ГЛОНАСС и не планируются ли там описанные в статье нововведения...

[ДалекийГость]

По крайней мере, об антенне с вращающимся затеняющим экраном из известных мне специалистов еще никто не додумался. Даже в качестве шутки.   А специалистов я знаю действительно выдающихся, и с прекрасным чувством юмора.

Я легко, минут за двадцать, нашел в Google другую, аналогичную работу. Это, по-видимому, доклад на какой-то международной конференции по навигации, 2008 год.

Идея - та же самая. ГЛОНАСС-компас в виде неподвижной антенны с вращающимся затемняющим экраном. Конструкция немного другая, но это не принципиально.

В качестве экрана тестировались разные материалы. В том числе, плитка WX-A-020. У нее толщина 0.5 миллиметра. С помощью нее сигнал ослаблялся на 10-15 дБ. Можно сравнить с поглощающей способностью Вашего ноутбука.

В работе приведены результаты реальных измерений. Там нет никакого "утопания в шуме" и других проблем из Вашего списка "почему-это-не-будет-работать". Измерения выглядят вполне приличными.

В работу приводится вполне приличный график взаимнокорреляционной функции, составленной по последовательности измерений сигналов двух спутников.  По ней можно определить угол между направлениями на эти спутники.

Если бы вместо измерений сигналов второго спутника, использовалась расчетная модель измерений для сигналов спутника с известным направлением относительно антенны, то с помощью этой функции можно было бы определить направление на первый спутник и, следовательно, направление на север.

Вот ссылка:
http://www.mcg.ethz.ch/papres/Grimm_09.pdf

Предлагаю показать эту простую и наглядную работу Вашим выдающимся специалистам.

[Yura_L.]

Вот ссылка:
http://www.mcg.ethz.ch/papres/Grimm_09.pdf

Предлагаю показать эту простую и наглядную работу Вашим выдающимся специалистам.

Могу сказать, что за рубежом у ребят чувство юмора таки есть.

А по конструкции - чушь собачья.  Работать нормально она не будет. По ряду причин. Не говоря уж об изящной механике, которую серьезно просто никто не воспримет.

Поясняю.
Судя по картинке, эта самая "затеняющая полоска" на самом деле ничего затенять не будет, у ней ширина явно меньше длины волны, и сигнал просто будет обтекать эту полоску.
Для примера: мы устанавливали аппаратуру под винтами вертолета, ширина лопасти у вертолета всяко шире той, что в статье, но никакого изменения амплитуды мы не заменили, ни при раскрутке винтов, ни в полете. Разве что раза в два увеличился фазовый шум. А условия - примерно те же, только что высота винтов над антенной чуть больше.

Но в данном случае изменение амплитуды они таки получат, и именно по синусу. Но это будет не из-за затенения, а от переотражения от этой самой "затеняющей полоски". Эффект будет большой, поскольку полоска находится очень близко от антенны, и хотя она и узкая, но длинная, самое то для переотражений. но этот эффект - очень непредсказуемый, поскольку переотражения - вещь очень неприятная и трудно управляемая.
Можно прикинуть область влияния этой полоски - это примерно длина волны по радиусу и по дуге, т.е. примерно 1 радиан, или около 60 градусов. Максимум как раз приходится градусов на 10-20. Как я и сразу говорил.

Скорее всего, это какая-то студенческая работа, таких работ много. Бывает, подобным образом даже их "доктора философии" отжигают - где-то как-то получат какой-то синус, а потом усердно этот синус изучают.

[ДалекийГость]

А по конструкции - чушь собачья.  Работать нормально она не будет. По ряду причин. Не говоря уж об изящной механики, которую серьезно просто никто не воспримет.

Это конструкция исключительно для испытаний. Она такая, потому что плитка WX-A020 имеет большие размеры, 30 см на 30 см. Поэтому ее пришлось отодвигать от антенны, чтобы уменьшить перекрытие поля обзора небольшой антенны. Поэтому и использовалсь такая "изящная механика".

[Yura_L.]

Могу сказать, что за рубежом у ребят чувство юмора таки есть.

Понятно. Возражений по существу у Вас нет, начинаете разговор ни о чем. Похоже пора заканчивать.

А по конструкции - чушь собачья.  Работать нормально она не будет. По ряду причин. Не говоря уж об изящной механики, которую серьезно просто никто не воспримет.

Это конструкция исключительно для испытаний. Она такая, потому что плитка WX-A020 имеет большие размеры, 30 см на 30 см. Поэтому ее пришлось отодвигать от антенны, чтобы не перекрыть половину всего обзора антенны. Поэтому и использовалсь такая "изящная механика".

И наконец.
Вот они как-то убедительно на рисунках показывают, что провал амплитуды будет в аккурат тогда, когда полоска будет находиться ровно над антенной. А это очень небольшая часть от периода вращения. И они так и рисуют его - в виде узкого прямоугольного провала.

А на практике - получили практически синус. То есть полоска "затеняет" антенну, даже находясь далеко от нее.
То есть теория "затенения" - в корне не верна?

Да, забыл сказать, что расположение провалов будет зависеть в первую очередь от взаимного положения антенны и и этой самой полоски, а потом уж от азимута, и что характерно, от угла места спутника. Ток что никакой ориентации вы не измерите.

[ДалекийГость]

А на практике - получили практически синус.

Я не вижу синуса. На обоих графиках по обоим спутникам видно, что минимумы более острые, чем максимумы.

То есть полоска "затеняет" антенну, даже находясь далеко от нее. То есть теория "затенения" - в корне не верна?

Полоска, естественно, может уменьшать сигнал, поступающий в антенну, даже не перекрывая направление на спутник. Потому что полоска может поглощать переотраженные сигналы, которые попали бы в антенну, если бы ее не было.

По этой же причине, полоску нужно использовать из поглощающего материала, а не из отражающего. Сигнал отраженный от отражающей полоски, может попасть в антенну. В том числе и после переотражения от другой поверхности. Автор пишет, что этот эффект наблюдался при испытаниях.

[ДалекийГость]

Да, забыл сказать, что расположение провалов будет зависеть в первую очередь от взаимного положения антенны и и этой самой полоски, а потом уж от азимута, и что характерно, от угла места спутника. Ток что никакой ориентации вы не измерите.

Эта система измеряет направление на проекцию спутника на горизонтальную плоскость. В идеальном случае (нет помех и переотражений, круговая диаграмма направленности антенны, равномерный сигнал спутника, неподвижный спутник и т.п), направление на проекцию проходит через центр провала. Потому что в идеальном случае все симметрично.

Угол между направлением на проекцию и направлением на север рассчитывается по измеренным координатам приемника ГЛОНАСС и известным координатам спутника.

Если измеренное направление повернуть в горизонтальной плоскости на расчетный угол, то получится направление на север.


(Отвечаю на более раннее сообщение.)
 

Судя по картинке, эта самая "затеняющая полоска" на самом деле ничего затенять не будет, у ней ширина явно меньше длины волны, и сигнал просто будет обтекать эту полоску.

Это "затеняющая полоска", WX-A020, не может не затенять. Она поглощает электромагнитное излучение. Она именно для этого разработана и производится.

Но это будет не из-за затенения, а от переотражения от этой самой "затеняющей полоски".

Эта полоска специально сделана так, чтобы мало отражать.

[PIN]

Я легко, минут за двадцать, нашел в Google другую, аналогичную работу. Это, по-видимому, доклад на какой-то международной конференции по навигации, 2008 год.

Можно еще много чего найти - в академическом мире и не такое придумывают. Инженерные решения принимают во внимание еще, как минимум, "целесообразно" и "нужно". Когда этого не происходит (по самым разным причинам такое случается) выходят "Фобос-Грунты".

[Yura_L.]

Вы когда-нибудь и где-нибудь изучали электродинамику?
Мне кажется, что нет. Иначе бы мне не пришлось бы в третий раз повторять, что полоска шириной гораздо меньше длины волны в принципе ничего поглотить не может.

Реальные измерения, кажется, тоже никогда не проводили и не видели никогда синуса в реальных шумаx.
На экспериментальных графиках -типичная периодическая функция с долей первой гармоники процентов 80-90, т.е слегка искаженный синус. Вместо прямоугольного импульсного сигнала с большой скважностью, который они рисовали вначале. И потом они старательно исследуют корреляционную функцию этого синуса.
 

Могу еще пояснить, почему такая конструкция работать не будет, даже при использовании гипотетических поглощающих и ничего не отражающих в данном диапазоне материалов полоски.

На рисунке не совсем понятно, что из себя представляет антенна - то ли это маленький круг на подложке, расположенный в стороне от центра или же это вся прямоугольная подложка, и полоска начинается прямо в центре антенны. Но работать не будет и там и там.

Если антенна - это маленький круг в стороне от центра, а полоска полностью поглощает все, что на нее попадает, то провал амплитуды будет только тогда, когда полоска перекрывает антенну, т.е. провал зависит только от взаимного положения антенны и поглощающей полоски и не зависит ни от положения спутников, ни от ориентации всей конструкции в пространстве.

Если же антенна - это большой прямоугольник, а поглощающая полоска начинается в центре антенны, то провала амплитуды вообще не должно быть, поскольку антенна принимает сигнал всей поверхностью, а площадь, которую закрывает полоска всегда одна и та же.
И самое главное, повторяю еще раз - полоска узкая, явно меньше длины волны, и спутник она закрыть никак не может.Электромагнитная волна просто обойдет ее. Или еще и переотразится, что в данном случае и имеет место.

На этом обсуждение проектов вечных двигателей завершаю.


 

[Yura_L.]

Наткнулся на статью Ипатова и Шебшаевича 2010 года, в которой они убедительно показывают преимущества кодов Кердока над кодами Касами -- набор кодов Кердока длиной 4094 состоит аж из 2048 штук вместо всего лишь 64 кодов Касами при практически равных прочих характеристиках.  Также они рассуждают о применении MSK вместо BPSK для уменьшения внеполосных помех.

Интересно бы узнать, какова ныне наиболее вероятная структура будущих CDMA сигналов ГЛОНАСС и не планируются ли там
описанные в статье нововведения...

Сначала рассматривали коды Касами, но затем решили, что если применять усеченные коды, то разницы нет, какой это код - Касами, Голда, или еще какой.
Что будет гражданский сигнал  ВОС, 5,2.5 - это практически вероятность 100%.

МЧМ сигнал - это любимый конек Ипатова, этот вопрос обсуждался в рабочей группе по сигналам ГЛОНАСС, но был отвергнут по причине слабой устойчивости МЧМ сигналов по отношению к переотраженным сигналам. Ну и кроме этого у МЧМ есть недостатки при одном-единственном достоинстве - меньших по сравнению с BPSK уровне боковых лепестков. Которые, кстати, тех же американцев совершенно не волнуют.  Так что МЧМ - точно не будет.

[A]

Что будет гражданский сигнал  ВОС, 5,2.5 - это практически вероятность 100%.

А в каких диапазонах появится это чудо? Это гражданский или военный сигнал? На каком аппарате стоит ждать появления? И ещё любопытно было б пообсуждать способы работы с новыми сигналами...