www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Радионавигационные системы, спутниковая радионавигация 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

при навигационных определениях на воздушных объектах. Однако она может компенсироваться самим потребителем, вводящим в используемую модель высоту полета. Считается, что остаточная погрешность за счет тропосферы будет менее 1 м, если углы возвышения НИСЗ будут больше 5 deg;.

Точностный выигрыш дифференциального режима. Точностной выигрыш (ТВ) дифференциального режима удобно оценивать сопоставлением его точности с точностью стандартного режима. Мерой ТВ может явиться отношение погрешности местоопределения стандартного режима Оср к погрешности местоопределения дифференциального режима Одр.

Выразительные характеристики ТВ были получены в результате аналитических исследований, проведенных для условий, когда систематические погрешности за счет рефракции в ионосфере и тропосфере составляют менее 0,5 от уровня эфемеридных погрешностей*. Для этих условий ТВ определяется двумя основными факторами: отношением погрешностей измерения в АП радионавигационного параметра сг к эфемеридной погрешности (Тэф и временем устаревания корректирующей информации М. При этом в погрешность измерения РНП включаются случайные погрешности - инструментальная, хранителя времени, из-за многолучевого приема, остаточные рефракционные и все прочие, сопутствующие измерениям.

Типовой характер изменения ТВ в зависимости от упомянутых факторов показан на рис. 20.7. Здесь представлены графики ТВ (Оср/Одр) в функции отношения Ои/Оэф для различных значений времени устаревания Л/ (О, 5, 10 и 15 мин). При этом для каждого значения At приведены две зависимости, верхняя из которых относится к АП в точке расположения контрольной станции, а нижняя - к АП на удалении 1000 км от нее.

Графики показывают, что ТВ будет наибольшим вблизи контрольной станции и при использовании свежей КИ. С удалением от контрольной станции и с устареванием КИ выигрыш будет падать. Однако Ч, наибольшее влияние на значе-

Рис. 20.7. Выигрыш дифференциального режима по сравнению со стандартным режимом


* Исследования проведены канд. техн. наук В. А. Федоровичем.

ние ТВ оказывает отношение погрешности измерения a к эфемеридной погрешности Оэф. Видно, что высокая эффективность ДР достигается при значениях а /аэф0,1, что диктует необходимость снижения Ои. Наряду с этим четко просматривается и малоэф-фективность ДР (ТВ=1) в условиях, когда а gt;аэф. Отсутствие выигрыша в этом случае понятно и из физики явления: несмотря на устранение систематических погрешностей, точность местоопределения будет ограничиваться уровнем шумовых погрешностей измерений.

Если же в измерениях будут присутствовать более значимые систематические погрешности за счет рефракции сигнала, то это приведет к более высоким значениям оценок ТВ.

Одной из кардинальных мер снижения о может явиться переход от измерения по огибающей сигнала к измерениям по фазе несущей частоты.

20.7. ИЗМЕРЕНИЯ РНП ПО ФАЗЕ НЕСУЩИХ КОЛЕБАНИЙ

Сетевые спутниковые РНС целесообразно применять для высокоточного абсолютного и относительного координирования объектов в интересах навигации и геодезии [1б5, 184, 193]. Поскольку точностные характеристики АП ССРНС laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; при штатном режиме работы не позволяют получить требуемых для высокоточной навигации и геодезии определяемых параметров, то необходимо применить специальные способы обработки навигационных радиосигналов. Наиболее перспективны фазовые измерения на несущей частоте радиосигналов и дифференциальные методы обработки навигационной информации.

Эффективность дифференциальных методов навигационных определений возрастает при увеличении отношения систематических погрешностей к шумовым. При определении координат по ССРНС традиционными способами обычно измеряют задержки принимаемых модулирующих ПСП относительно местной ШВ. При таких измерениях эффект от laquo;жжения систематических погрешностей за счет дифференциальной обработки ограничивается уровнем шумовых погрешностей. Поэтому применение только дифференциальных методов не позволяет в желаемой степени улучшить точностные характеристики навигационной АП.

Если для измерения задержек использовать тонкую структуру сигналов - фазы несущих навигационных сигналов, то шумовые погрешности окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с систематическими. Поэтому дифференциальные методы обработки в сочетании с фазовыми измерениями в принципе позволят существенно повысить точность навигационных определений.

С другой стороны, применение фазовых измерений без дифференциальных методов обработки также нецелесообразно,



поскольку вклад квазисистематических составляющих в ошибку местоопределения существен.

Использование в качестве измеряемого параметра фазы несущей обеспечивает [165] определение псевдодальности с милли- . метровой точностью, а кодовой задержки - с точностью порядка одного метра. Однако при фазовых измерениях возникает [ проблема устранения многозначности, так как псевдодальность в . этом случае измеряется только с точностью до целого числа длин волн.

Возможны несколько способов получения дополнительной информации для устранения многозначности фазовых отсчетов:

использование избыточных поверхностей положения за счет дополнительных высокоточных измерений по коду Р и измерений приращений дальности [165]. Аппаратура, использующая такой подход к разрешению многозначности, должна обеспечивать возможность измерений фазы несущей, высокоточных измерений псевдодальности по коду Р и приращений псевдодальностей;

использование разности несупхих частот /i и 2 в режиме дополнительных измерений на разностной частоте Д/ = /, -/2, что позволит расширить зону однозначных отсчетов приблизитель- I но в четыре раза. Аппаратура, использующая такой вариант устранения многозначности, должна обеспечивать возможность фазовых измерений и измерения псевдодальностей по коду Р на двух несущих частотах (/i, /о);

использование информации от избыточных спутников, число которых в ССРНС при углах места не менее 10 deg; колеблется от 1 до 5. Аппаратура должна обеспечивать возможность фазовых измерений и измерений псевдодальностей по коду Р по всем видимым НИСЗ системы.

Метод разрешения многозначности с помощью информации об избыточных поверхностях положения описан, например, в [157, 171] и состоит в отыскании такого набора значений целых чисел длин волн, при котором среднеквадратическая погрешность местоопределения минимальна. Недостатком такого подхода является большая размерность задачи оценивания. Однако время обработки результатов на ЭВМ можно уменьшить, если использовать дополнительную разностную частоту Д/ или специально излучаемую для таких целей частоту /3; при этом вычислительные затраты при трехмерном местоопределении уменьшатся в (/-,/з ) раз.

Следует отметить, что использовать дополнительные частоты - Д/ или /з ~ для расширения интервала однозначных определений можно только при когерентности этих излучений с излучением на частоте т. е. при их согласовании по фазе и частоте. Реализовать указанное требование непросто, особенно при частотном разделении и.злучений различных НИСЗ, как это имеет место в системе laquo;Глонасс raquo;, если на всех НИСЗ системы

использовать идентичную передающую аппаратуру, перестраиваемую в диапазоне всех излучаемых частот.

Для реализации различных способов устранения многозначности (УМ) требуется различное аппаратурное и математическое обеспечение. При отсутствии ограничений на канальность АП и доступности для потребителя высокоточных сигналов СРНС на двух частотах целесообразно устранить многозначность по каждой псевдодальности отдельно, используя два набора данных: измерения по кодам Р и фазовые измерения на каждой из двух частот (/i и /2).

Механизм исключения многозначности в этом случае состоит в следующем 11931.

Рассмотрим приемник, расположенный на неподвижном объекте и измеряющий псевдодальности до НИСЗ по коду Р на частотах / / = 1, 2;

= , + , (- At,) + Ar + Ar , + Дг, . + % (20.11)

и фазы несущих на те же моменты времени;

= с-- f/ + f,(At - At,) + с- f, Дг,ф + Дф , + Аф,р, - п. + (20.12)

В формулах (20.11), (20.12) обозначено: г - геометрическое расстояние между П и НИСЗ на момент измерения; с - скорость света; At - уход часов П и НИСЗ соответственно; Дг , Дф ионосферные групповая и фазовая задержки соответственно; Дг,р, Дф.р - тропосферные групповая и фазовая задержки соответственно; п, - целое число периодов несущей , соответствующее геометрической дальности л;

п.= \-[=]1, (20.13)

-целая часть ( ); , - длина волны частоты /;; - шумовые погрешности псевдодальномерных измерений; е,- - шумовые погрешности фазовых измерений- ф- фазы, выраженные в долях фазового цикла, 0 lt;ф lt;1.

Воспользуемся известными приближенными соотношениями [46] между фазовыми и групповыми задержками, выраженными в одинаковых единицах измерения;

Api = = Афтр! = АФР2 (20-4)

Дг , = Дг 2 fl/fi = - Аф , 1 = - Ч 2 h fVfl

(20.15)

(20.16)

где - интегральная электронная концентрация вдоль луча г; k, k, - коэффициенты пропорциональности, причем k\=kc.

Будем полагать, что для исключения тропосферных погрешностей использован один из известных высокоточных способов коррекции [63] и остаточная тропосферная погрешность фазы Дф,ро. Тогда уравнения (20.11), (20.12) для скорректированных измерений с учетом соотношений (20.13) - (20.16) и введения в уравнение (20.11) относительной переменной ф, путем нормирования псев-лодальностей к laquo;длине волны raquo; модулирующего колебания лр, соответствующего коду Р: г з = 0изм = с-7рг, з laquo;, где /р = тГ, т, - длительность элементарного символа кода, могут быть представлены в следующем виде:



fp fpfr

Р + т

fp fpfT

/, -/Г

laquo;1

/2 -/2-

laquo;2

(20.18)

вели- о.-о deg;д1 содержит четыре уравнения н четыре неизвестные представитьид- Р-пРметры п, н можно

П = -Ф, -Ьа, г5, + 6, laquo;2 = - Ф2 + ф, -Ь 62 Ф2,

fi - fl f.

0 2 1

2 - 72- *2 =

/1 - /2 P

/, /2

n~fi

n + fl

f]~fl

(20.19) (20.20)

Коэффициенты Oj, для системы laquo;Навстар raquo; будут иметь одни и те же значения при УМ по всем НИСЗ системы, а для системы laquo;Глонасс raquo; они будут различными при УМ по различным НИСЗ.

Таким образом, при фазовых измерениях многозначность можно в принципе устранить, использовав алгоритмы (20.19) либо (20.20), если доступны измерения по высокоточному коду на двух частотах.

Наличие в измерениях шумов ; и е; приводит к погрешностям А laquo;, в определении величины Условие устранения 308

неоднозначности при наличии шумов может быть записано в следующем виде:

Ап/ lt;0,5. (20.21)

Вероятность Ру выполнения условия (20.21) характеризует надежность УМ.

При фазовых измерениях по системе laquo;Глонасс raquo; в погрещность Ап/ дополнительно к шумовой войдет еще систематическая составляющая, обусловленная отсутствием привязки фазы дальномерного кода к фазе несущей, поэтому при одном и том же объеме обрабатываемых данных вероятность Ру для системы laquo;Глонасс raquo; будет меньше. Для устранения этой дополнительной систематической погрешности следует включить начальное рассогласование фаз несущей и дальномерного кода в вектор оцениваемых параметров.

Получаемая таким способом точность местоопределения при полностью доступных высокоточных сигналах на двух частотах может составить единицы сантиметров. Для широкого класса потребителей доступен меньший объем информации. Однако и в этом случае использование совместной обработки фазовых измерений и псевдодальномерных по коду С/А в сочетании с оптимальным сглаживанием результатов позволит получить точность местоопределения вплоть до дециметров [164, 218, 219] для подвижных объектов и более высокую - для геодезических [205, 206].

20.8. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ. РЕАЛИЗАЦИЯ ДПС

Интерес к использованию системы laquo;Навстар raquo; в ДР проявляют специалисты различных ведомств и служб. Для оценки практических возможностей методики в большом объеме проводились натурные испытания, результаты которых подтвердили эффективность ДР [168, 191].

Испытания на морских судах. В ноябре 1983 г. Гидрографической службой Канады совместно с фирмой Nortech (Норвегия) был проведен эксперимент в открытом море для определения точности и надежности DGPS на различных расстояниях от береговой ККС. Данная серия испытаний показала, что на удалениях до 300 км ДР может обеспечить точность порядка 5...10 м, существенно снижая систематинеские погрешности, при этом исключение ионосферной ошибки оказывается более эффективным, чем при двухчастотном способе работы.

Испытания на военных и гражданских вертолетах и самолетах. Серии испытаний были посвящены применению ДР при навигационном обеспечении авиационных объектов. В 1984 г. на полигоне Армии США Юма Управление объединенной программы GPS провело испытания ДМ с коррекцией псевдодальностей. Испытания проводились в интересах отработки системы бомбометания. В результате экспериментов было показано, что в ДР точность местоопределения вертолета составила 2...3 м, причем использование кодов Р и С/А дает вполне сравнимые точности. Наряду с этим выяснено, что период обновления дифференциальных поправок может достигать нескольких минут.

, = /р(Р + т) + тг*г + .. ll

% = /р (P + X) + -rfeAf, + l

2 I (20.17)

Ф, = /i (P + T) - feAj - И, + e,. /1

Ф2 = ?2 (P + - 4- fe-Vj - laquo;2 + 2-/2

В уравнениях (20.17) приняты следующие обозначения: - скорректированные результаты измерения, соответствующие величинам ij, 3 , ф/из raquo;; р = с~ л - задержка сигнала, соответствующая геометрическому расстоянию между П и НИСЗ; т - суммарная остаточная погрешность, обусловленная расхождением временных шкал П и НИСЗ, погрешностями прогноза эфемерид и остаточной тропосферной погрешностью.

Уравнения наблюдения (20.17) можно представить в матричном виде при



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67