РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИДЕНТИФИЦИРУЕМЫХ ПРОЦЕССОВ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Для совершенствования математических моделей идентифицируемых процессов необходимо проанализировать их и исследовать сигналы неконтролируемых излучений. В связи с этим во втором разделе диссертационной работы проводится анализ характеристик нестабильности частоты задающих генераторов, способов оценки нестабильности и признаков источников нестабильности. После проведения анализа определим с помощью измерения каких параметров лучше проводить идентификацию по НКИ.
2.1. Анализ особенностей сигналов неконтролируемого излучения и обоснование математических моделей идентифицируемых процессов бортовой аппаратуры КА.
Исследуем особенности получения и обработки информации при идентификации КА.
В качестве идентифицируемых показателей при этом целесообразно использовать сигналы неконтролируемого излучения (НКИ) постоянно функционирующих блоков бортовой аппаратуры (БА) КА, "просачивающиеся" через антенные системы КА. В частности, в качестве таких блоков могут использоваться гетеродины и задающие генераторы приемного тракта РТС КА.
Проведение идентификации космических аппаратов по НКИ гетеродинов приемного тракта и задающих генераторов подразумевает измерение характера изменения параметров колебаний и выделение признаков, отличающих колебания одного генератора от другого. Поскольку НКИ гетеродинов является гармоническими колебаниями, то параметрами данных сигналов является амплитуда, частота и начальная фаза. Использование для целей идентификации амплитуды сигнала и начальной фазы не представляется возможным, т.к. на данные параметры сильно влияет среда распространения. Наиболее информативной для целей идентификации является частота колебания, а точнее, характер изменения частоты во времени. Такое изменение связано с нестабильностью частоты бортовых задающих генераторов (ЗГ). Характер изменения частоты зависит от поэкземплярных особенностей каждого бортового генератора [46], что и является основой идентификации. При этом следует отметить, что процесс идентификации условно можно разделить на два этапа: первый этап связан с решением задачи обоснования моделей и алгоритмов обработки (оценивания), а также второй этап, предполагающий классификацию результатов обработки (оценивания). Рассмотрим характеристики процесса нестабильности частоты ЗГ КА и выделим составляющие процесса, представляющие интерес с точки зрения идентификации.
Прежде всего, проведем анализ характеристик нестабильности частоты НКИ.
ЗГ КА обеспечивает формирование колебаний, которые после умножения являются опорными для гетеродинов приемного тракта, нестабильность определяется величиной [47,68]
, (2.1)
где - изменение частоты генератора;
- номинальное значение частоты;
- интервал времени между моментами измерения частоты;
- номер интервала усреднения частоты.
При этом относительную нестабильность частоты определим через величину фазы сигнала опорного генератора [69]. Если принимаемый РТС сигнал представим в виде
, (2.2)
где - огибающая, то значения относительной нестабильности определяется следующим образом:
. (2.3)
Величины и связаны следующей зависимостью;
(2.4)
На практике применяют и спектральное определение нестабильностей, рассматривая плотность мощностей фазы или частоты сигнала генератора.
Нестабильность частот ЗГ бортовой РТС может быть оценена спектральной плотностью мощности процесса этой нестабильности. Однако непосредственными измерениями сложно оценить эту спектральную плотность мощности, ее составляющие малы по сравнению с мощностью составляющей основной частоты [70]. Более доступными для измерения сигналов НКИ являются временные характеристики нестабильности частоты. При этом нестабильность определяется усреднением во времени значения фазового сдвига колебаний исследуемого и опорного генераторов, отнесенное к отрезку времени измерения и номинальному значению частоты. На практике, если для второго направления оценки нестабильности ЗГ БРТС в большинстве случаев достаточно использование штатных РТС [49], то для измерения плотности мощности процесса нестабильности частоты ЗГ необходима разработка и использование дополнительно к штатным технических средств РТС, в частности специальных коррелометров [39,71]. Поэтому представляется целесообразным для универсальности в исследуемом в настоящей работе наземном РТС для идентификации КА предусмотреть различную оценку процессов нестабильности ЗГ БРТС.
Условно источники нестабильностей частоты БРТС можно классифицировать по следующим признакам [31,37,72]:
1. Систематические изменения частоты, вызываемые уходами или дрейфами. Эти изменения происходят за счет старения материала резонатора и являются чрезвычайно медленными. Их называют также "долговременной" нестабильностью, оценивают относительным изменением частоты в час, сутки, месяц или год в зависимости от типа устройства или характера применения.
2. Детерминированные периодические отклонения частоты, возникающие вследствие паразитной частотной модуляции сторонними процессами, например за счет нестабильности источников питания, наводок, изменения температуры, вибрации, давления и т.п.
3. Изменения частоты за счет случайных флуктуаций, обусловленные применением в аппаратуре электронных компонентов. Соответствующие флуктуации частоты называют "кратковременной" нестабильностью [50
Типичные характеристики нестабильности частоты кварцевых генераторов приведены на рисунке 2.1.
Рис. 2.1. Характеристики нестабильности частоты
кварцевых генераторов
На нем представле