ГЛАВА 10. ТОЧНОСТЬ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ

§ 10.1. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННОГО ПАРАМЕТРА

Точность измерения координат и параметров движения объекта является важнейшей характеристикой радиолокационных и радионавигационных систем. Она определяется погрешностями измерений радионавигационного параметра (РНП) — параметра радиосигнала, несущего информацию о координате или скорости объекта.

В дальномерных и разностно-дальномерных системах измеряемым параметром может быть временной, частотный или фазовый сдвиг колебаний принимаемого сигнала относительно опорного, формируемого в системе. Соответственно измеряемому параметру различают импульсные, частотные и фазовые системы. В угломерных системах РНП является угол между направлением на объект и опорным направлением, а в системах измерения скорости — доплеровское смещение частоты принимаемых колебаний относительно частоты опорных.

В первой части книги рассмотрены алгоритмы оптимальных измерителей, обеспечивающих наивысшую (потенциальную) точность определения перечисленных параметров сигнала, ограниченную собственными шумами приемника измерителя. Однако в реальных условиях работы РЛС и РНС потенциальная точность практически недостижима из-за несовершенства метода измерений, его технической реализации и условий эксплуатации. Различают методические, инструментальные (аппаратурные) погрешности, а также погрешности, обусловленные условиями эксплуатации системы.

К методическим относятся погрешности, обусловленные допущениями и приближениями при обосновании принципа действия системы и расчете ее характеристик, к инструментальным — погрешности, непосредственно связанные с техническим исполнением измерителя.

Методические и инструментальные погрешности можно уменьшить путем:

— повышения качества проектирования при использовании более совершенных моделей, применении ЭВМ для моделирования и расчета, переходе от аналоговых к цифровым методам обработки;

— максимального привлечения априорной информации

о характеристиках сигналов и помех;

— совместной обработки (комплексирования) данных различных датчиков информации.

Погрешности, вызванные изменениями условий эксплуатации систем, разнообразны по происхождению. Источниками этих погрешностей являются внешние помехи, изменяющиеся условия распространения радиоволн, вибрации аппаратуры, колебания температуры, влажности, напряжения питания и т. д.

Для уменьшения влияния перечисленных факторов при создании системы должны быть выбраны рациональные схемотехнические и конструктивные решения, размещение аппаратуры должно производиться с их учетом.

Кроме того, необходимо предусмотреть возможность периодической проверки и калибровки параметров аппаратуры в процессе эксплуатации.

По характеру проявления погрешности подразделяют на систематические и случайные.

Систематические погрешности постоянны от измерения к измерению или медленно меняются во времени по определенному закону; они могут быть исключены или сведены к допустимому минимуму при калибровке системы.

Случайные погрешности полностью неустранимы, но рациональным построением системы могут быть снижены до приемлемого уровня. Обычно погрешность , так же как и измеряемый параметр , является функцией времени, т. е. , где - истинное значение измеряемого параметра; — его оценка, полученная в результате измерения.

Исчерпывающее статистическое описание содержится в многомерных ПВ или в функционале ПВ, однако на практике чаще используют лишь среднее и дисперсию .

Когда погрешность соответствует эргодическому случайному процессу, статистическое усреднение при вычислении показателей точности и заменяют усреднением по времени, а вместо корреляционной функции погрешности находят ее спектральную плотность .

Математическое ожидание погрешности , называемое смещением, дает систематическую составляющую погрешности, которую рациональным проектированием и эксплуатацией системы можно сделать много меньше случайной составляющей, т. е. .

Для характеристики точности измерителя используют средний квадрат погрешности или ее среднеквадратическое значение .

Эти показатели определяют точность системы лишь в среднем и не позволяют судить о том, сколь часто возможны погрешности, превышающие их усредненные значения. Поэтому точность зависит также от вероятности того, что погрешность не превысит допустимого значения .

В связи с большим числом разнообразных причин, влияющих на измерение РНП, можно считать, что погрешность измерений, согласно центральной предельной теореме, имеет нормальное распределение и вероятность полностью задается значениями и . Так, вероятность того, что погрешность несмещенных измерений не превысит , равна 0,683. Часто точность характеризуют максимальной погрешностью, равной и соответствующей вероятности , и ее предельным значением при вероятности . В последнем случае только 0,3% измерений имеют погрешность, превышающую .

В радионавигации широко применяют позиционный метод определения положения объекта в пространстве, точность которого зависит от погрешностей фиксации поверхностей и линий положения.