Автореферат (Высокоточное местоопределение в глобальных навигационных спутниковых системах в абсолютном режиме за счет разрешения неоднозначности псевдофазовых измерений)

На правах рукописи ПОДКОРЫТОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ Высокоточное местоопределение в слобальных навигационных спутниковых системах в абсолютном режиме за счет разрешении неоднозначности псевдофазовых измерений Специальность: 05.12.14 — «Радиолокация и радионавигация» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2014 Работа выполнена на кафедре 402 «Радиосистемы и комплексы управления, передачи информации и информационная безопасность» Московского авиационного института 1нацнонального исследовательского университета) Научный руководитель: Повалнев Александр Александрович доктор технических наук, доцент, Ф1'ЬОУ ВПО Московский авиационный институт 1национальный исследовательский университет) Официальные оппоненты; Харисов Владимир Назарович доктор технических наук.

профессор, директор департамента навигационных и связных систем ОАО «ВНИИР-Прогресс» Булавскнй Николай Тадеушевнч кандидат технических наук, заместитель генерального директора, начальник отделения перспективных разработок и развития навигационных технологий ЗАО «КБ НАВИС» Ведхщая организация: ФГУП «Нентральный научно-исследовательский институт машиност)зоения» Защита диссертации состоится «30» сентября 2014 г, в 15:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125,03 Московского авиационного института (национального исследовательского университета) по адресу: 125993, г,Москва, Л-«0, ГС11-3, Волоколамское шоссе,. д, 4. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Московского авиационного института 1национально~ о исследовательского университета) та)хи.

Автореферат разослан: «» 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125,03 доктор технических наук М.И. Сычев ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования Объект исследовании Объектом исследования являются высокоточные абсолютные местоопределения в ГНСС с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений на основе использования коррсктирукнцсй информации, формируемой по измерениям сети наземных станций. Предмет исследования Алгоритмы формирования корректирующей информации и алгоритмы высокоточных абсолютных местоопределений с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений.

В последние годы в глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС) активно развивается метод высокоточного местоопределения потребителя в абсолютном режиме 1Ргес1зе Рот1 Роз16оп1пй, РРР). Сегодня ошибки таких определений в режиме послесеансной обработки достигшот 1см и менее для неподвижного приймника и нескольких дециметров для подвижного. Традиционным стал подход Ноа1 РРР, прн котором целочисленные неоднозначности псевдофазовых измерений вбирают в себя немоделируемые аппаратурные смещения и поз гому оцениваются как действительные числа. Высокоточное абсолютное местоопределение в ГНСС находит применение во множестве прнложешай. таких как строительство и топографическая съемка„добыча и разведка полезных ископаемых, мониторинг деформаций сооружений, изучение сейсмических процессов н др.

Сугцествснным недостатком методов Г1оа1 РРР является недостаточная оперативность. Время определения высокоточных координат в зависимости от точности может длиться до нескольких часов, что неприемлемо для большого числа прах гических приложений. Использование в процессе местоопределения процедуры целочи слеги юго разрешения неоднозначности псевдофазовых измерений позволяет существенно сократить зто время и приблизиться к месгоопрсделеншо в режиме реального времени. Таким образом, разработка методов высокоточного местоопределения в абсолютном режиме с использованием разреп1ення неоднозначности псевдофазовых измерений является актуальной и востребовщшой задачей.

Цели н задачи диссертационной работы Целью диссертации являются разработка и исследование методов разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений прн высокоточных местоопределениях в ГНСС с целью снижения времени определения высокоточных абсолютных координат потребителя. Для достижения поставленной цели в ходе диссертационного исследования были решены следующие задачи: 1. Разработаны математические модели измерений навигационного приемника на исходных частотах, позволя1ощие осуществлять разрешение целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений прн абсолютных местоопределениях в ГНСС. 2. Разработан и программно реализован алгоритм вычисления по локальной сети наземных навигационных станций поправок к показаниям спутниковых часов, позволяющих осуществлять высокоточное местоопределение в ГНСС с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений.

3. Разработаны теоретические и практические вопросы преодоления дефицита ранга систем линейных уравнений при высокоточном местоопределении в ГНСС в абсолютном режиме с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений ~как в части пользовательского решения, так и при обработке измерений сети наземных станций). 4. Разработан и программно реализован алгоритм высокоточного местоопределения потребителя в ГНСС в абсолютном режиме с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений.

5. Проведено экспериментальное исследование эффективности псгюльзования процедуры разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений при высокоточном местоопределении в ГНСС в абсол|отном режиме. б. Разработан метод фильтрации ~исключа1ощий фильтр Калмана)„позволяющий осуществлять высокоточное абсолютное местоопределение потребителя в ГНСС по пре~пюженному алгоритму обработки измерений на исходных частотах с исключением влияния иопосферных искажений на оценки координат.

Методы исследовании Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы теории всрояттюегей и математической статистики, линейной алгебры и аналитической геометрии, теории оптимальной фильтрации случайных процессов, методы математического моделирования и теория матриц. При экспериментальном исследовании р1пработанных алгоритмов испОльзОВались прогрйммы кОмпыотерного моделирования. программирование и специализированные прикладные программные продукты. Научная новизна 1. Выявлена ортогональность ядра информационной сингулярной матрицы системы линеаризованных уравнений для измерений ГЛОНАСС и ОРБ осям пространства оцениваемых параметроВ.

ПО которым ОткладыВИОтся поправки к коорди1гатам навигационного приемника. Это позволяет несмотря на сингулярность информационной матрицы линеаризованной системы уравнений оценивать поправки к координатам прибмника 1эднозначно с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений, 2. Обосновано и экспериментально подтверждено снижение периода сходимости решения при высокоточном местоопределении в ГНСС в абсол1отном режиме при использовании разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений. 3. Разработано приложение теории з-преобразования и теории графов для высокоточного абсо.потного местоопределения в ГНСС с разрешением целочисленной неоднозначности пссвдофазовых измерений и вычисления разделбнных поправок к показаниям сц1 тниковых часов.

4. Разработан метод фильтрации, позволяющий при местоопределении в ГНСС работать с измерениями на исходных частотах без использования ионосферосвободных комбинаций измерений ~исключающий фильтр Калмана). Практическая значимость работы 1, Продемонстрировано существенное 1'„В десятки и даже сотни раз) снижение периода сходимости решения высокоточного абсолютного местоопределения в ГНСС при исполь'.ювании разрешения целочисле1шой неоднозначности псевдофазових измерений.

2. Разработан и программно реализован алгоритм вычисления по локальной сети наземных навигационных станций разделенных поправок к показаниям спутниковых часов, позволяющих реализовать высокоточное местоопределение потребителя в ГНСС с разрешением неоднозначности псевдофазовых измерений. Теоретическая значимость работы 1. Выявленная в работе ортогональность ядра матрицы сингулярной системы линеаризованных уравнений для измерений ГНСС может быть положена в основу новых перспективных методов и алгоритмов обработки навигационных измерений в Разработан алгоритм преодоления дефицита ран~а в системах линейных уравнений в ГНСС при высокоточном местоопределении в абсолкпном режиме с.

разрешением неоднозначности пссвдофазовых измерений 1как в части пользовательского решения, так и при обработке измерений сети наземных станций). 3. Разработанный метод фильтрации 1исключающий фильтр Калмана) предчожсно использовать в задачах квазиоптимального оценивания для исключения мешающих параметров.

Достоверность полученных научных результатов Достоверность полученных резуль'штов обеспечена строгим и корректным использованием адекватного математического аппарата, опа подтверждается соответсгвием результатов исследований известиэям из литературы результатам по рассматриваемой тематике. Разработанные алгоритмы протестированы на реальных измерениях навигационной системы ОРБ, Внедрение результатов работы Результаты работы использованы во ФГУП ЦНИИмаш при выполнении НИР «Системные и комплексные научные исследования направлений развития системы ГЛОНАСС» (шифр НИР «Развитие»), а также в ОАО «Российские космические системы» и учебном процессе МАИ, гго подтверждается соответствующими актами внедрения. В дальнейшем планируется использование результатов при разработке программного обеспечения навигационной аппаратуры потребителя дэи вьюокото шых абэсолютных определений по сигналам ГЛОНАСС с кодовым разделением, реализуемым на новых космических аппаратах системы ГЛОНАСС.

Апробация результатов Результаты работы докладывались и обсуждались на международной рабочей группе Оэ1э)ЯЯ Ргес)зе Ро)пс Роз)г)оп)пд %огЫэор: КеасЫпд Гпй Рогепйа1 10тгава, 2013)„ на 1Х и Х Международной 1ЕЕГ Сибирской конференции по управленикэ и связи 31ВСОХ (Красноярск, 2011, 2013) и ряде других научно-технических конференций 1Москва„2011-20! 4).