Автореферат (Повышение точности местоопределения приемника сигналов ГНСС при изменении режима работы), страница 3

В11реальности в условиях наличия разрывов первого рода и коррелированных ошибок измерений ФКне обеспечивает оптимальную по критерию минимума среднего квадрата ошибки оценкунаблюдаемого процесса.Выражения (2), описывающие ФК достаточно трудоемки при реализации и с учетомнекоторых допущений могут быть упрощены. Если предположить, что ошибки оцениванияфазовых приращений координат с помощью МНК и ошибки первичных оценок координат, имеютпостоянные статистические характеристики ошибок (СКО и математическое ожидание (МО)),можно не оценивать медленно меняющиеся ошибки координатных измерений.

Это упрощаетреализацию ФК, что обусловлено уменьшением вектора состояния – не оценивается величина  x ,k .При этом фильтр для координаты х записывается в скалярном виде следующим образом:xk*1 = xk*1 | k +  k 1  [yk 1  xk*1 | k ]xk*1 | k = xk*  x* , k 1 k 1 =( x2 ,k   2 )*,(3)( x2 ,k   2 ) +  y2* x2 ,k 1 = [1   k 1 ]  ( x2 ,k   2 )**где:  - коэффициент фильтра;  x* ,k - второй центральный момент сглаженной оценки.2Выражения (3) описывают ФК для координаты x. Точность результирующей оценки,обусловленная постоянным уменьшением коэффициента  , будет с каждым следующиммоментом времени улучшаться, что эквивалентно сужению полосы фильтра, до значения,характеризуемого точностью фазовых приращений координат. Это позволяет уменьшать шумовыеошибки, но фильтр становится нестабильным и плохо реагирует на изменение наблюдаемойвеличины при не соответствии поведения реального процесса и поведения фазовых приращенийкоординат.

Через некоторое время работы фильтр будет слабо реагировать на первичные оценкикоординат, поступающие на вход, а будет использовать экстраполированную оценку, чтобыоценить текущее значение координаты x. Для сохранения устойчивости фильтра и обеспечениявысоких точностных характеристик навигационного решения, коэффициент фильтра в работеограничен нижним порогом.В работе проведен анализ нескольких вариантов совместных сглаживающих фильтров, в томчисле основанных на использовании ФК, для условий изменения режима работы навигационногоприемника:1.

Сглаживание для любого режима работы навигационного приемника с помощью фильтрапервого порядка астатизма с фиксированным коэффициентом фильтра и подачейцелеуказаний от фазовых приращений координат. Блок-схема такого фильтра представлена на12рисунке 1. Рекуррентные уравнения фильтра для одной из координат, например длякоординаты x, записываются следующим образом:xk 1  (1   )  ( xk  xk 1 )  xk 1   ,где: xk 1 - первичная оценка координаты; xk 1 - приращение координаты;  - коэффициентфильтра.xk 1xk 1-+xk 1xkРисунок 1 - Блок – схема фильтра первого порядка с целеуказаниями.2.

Фильтр с целеуказаниями от фазовых приращений координат, аналогичный варианту 1, но сизменением коэффициента фильтра в зависимости от точности первичных оценок координат.Коэффициент фильтра подбирается для каждого режима местоопределения исходя иззначений СКО оценок первичных координат.3.Фильтр первого порядка астатизма с целеуказаниями от фазовых приращений координат сучетом изменения коэффициента фильтра для каждого режима.

Также в фильтре находитсянелинейный элемент, на который подается сигнал рассогласования, и переключатель, спомощью которого размыкается фильтр при условиях, когда происходит непреднамереннаясмена режима позиционирования с более точного на более грубый. Блок-схема фильтрапредставлена на рисунке 2. Рекуррентные уравнения фильтра:v при    h    при  h    h , v при h  xkpr1  xk  xk 1 ,  xk 1  xkpr1 ,где: h - значение порога, для каждого режима свое; v - значение, определяемое видомнелинейного элемента;  - функция, характеризующая размыкание сглаживающего контура. Еслирежим работы навигационного приемника между k и k+1 моментами времени не изменился, либоизменился с более грубого на более точный, то  =1.

Если же режим работы навигационногоприемника сменился на более грубый, то  =0 до появления более точного решения.xk 1-К1xkxk 1+xk 10Рисунок 2 - Блок – схема нелинейного адаптивного фильтра с целеуказаниями.13В главе также предложен метод фильтрации первичной оценки направления движенияобъекта, целью которого является получение сглаженной оценки. Для этого был модифицированФК. Блок-схема алгоритма работы такого модифицированного ФК представлена на рисунке 3.Первичные оценки модуля вектора скорости и угла направлениядвиженияДаПроверка условиядвиженияРасчет оценки дисперсиипервичной оценки угланаправления движенияНетСглаженная оценкаугла равна своемупредыдущемузначениюРасчет экстраполированной оценки угланаправления движения и ее коррекция нациклическую величинуРасчет сигнала ошибки, его циклическая коррекцияДаПроверка наличияманевра по сигналуошибкиНетРасчет матрицы вторых центральныхмоментов экстраполированной оценки сискусственным загрублением измеренийРасчет матрицы вторых центральныхмоментов экстраполированной оценкиРасчет коэффициента усиления ФКРасчет вектора состояния, циклическая коррекция угла,расчет матрицы вторых центральных моментовВыдача данных пользователюРисунок 3 - Блок – схема алгоритма работы модифицированного ФК для фильтрации оценкинаправления движения.Введен критерий гладкости для оценки качества навигационного решения и численнаяхарактеристика его оценки.

Критерий основан на оценке скорости изменения ошибки - чеммедленнее меняется ошибка, тем решение более гладкое и является более подходящим для рядазадач. В качестве величины, характеризующей качество решения по критерию гладкости,предлагается использовать значение дисперсии первой производной по времени от ошибки14местоопределения. Первая производная по времени от ошибки местоопределения характеризуетскорость изменения ошибки во времени и чем меньше ее дисперсия, тем медленней меняетсяошибка.В третьей главе выбрана имитационная среда и проведено имитационное моделирование длянабора статистических данных, проверки работоспособности сглаживающих фильтров и выбораих параметров. Выполнен анализ конечного множества сглаживающих фильтров по заданнымкритериям (критериям точности и гладкости) и выбран один из них, который далее был проверенна реальных навигационных данных.

Для этого были созданы модели изменения координат вусловиях непреднамеренного переключения режимов работы навигационного приемника,получены первичные оценки координат, затем они были обработаны анализируемымисглаживающими фильтрами и получены сглаженные оценки координат.

При разработкеимитационных моделей для получения навигационных решений в режимах абсолютной, кодовойдифференциальной и фазовой дифференциальной навигации было рассмотрено влияниеразличных некомпенсируемых или плохо компенсируемых ошибок местоопределения. При этомошибки местоопределения были разделены на три класса: шумовые ошибки (шумовые ошибки измерений), которые были смоделированы сиспользованием датчика случайных чисел с нормальным распределением в виде БГШ; медленно меняющиеся ошибки местоопределения (многолучевость, ионосфера и т.д.), длямоделирования которых был выбран гауссовский марковский случайный процесс, дляреализации был использован формирующий фильтр; разрывы первого рода, связанные с изменением рабочего созвездия НКА, эфемериднойинформации и т.д.С учетом наличия медленных ошибок и возможного возникновения разрывов первого родамодель ошибок примет вид:k 1  k  e     n ,(4)где:  - коэффициент формирующего фильтра, характеризующий период колебаний медленныхошибок, для времени корреляции 1000 секунд, он равен 0,001; - период поступленияизмерений;  - величина, определяющая наличие разрыва первого рода, при наличии разрыва этавеличина равна     , при отсутствии разрыва -      1  (e  ) 2 , (   - стационарноезначение СКО ошибки оценивания координат; n - отсчеты БГШ).При работе в дифференциальных режимах местоопределения в модели рассматриваетсявлияние шумовой ошибки и ошибками, порождаемыми наличием переотраженных сигналов.

Приэтом сделано предположение, что базовая станция находится в пределах нескольких километров иионосферная ошибка при формировании разностных измерений вычитается как сильно15коррелированная ошибка. Также в моделях учитывается ошибка, порождаемая неточностьюсамого метода решения навигационной задачи. Например, в реальной аппаратуре дляподдержания высокой производительности при решении нелинейных систем уравнений спомощью линеаризации в окрестности априорной точки часто ограничиваются одной итерацией,что ведет к возникновению дополнительной ошибки оценивания координат.

В модели даннаяошибка задается в виде БГШ с заданной дисперсией.Таким образом, оценка координат для имитационного моделирования в режиме абсолютногоместоопределения,кодовогодифференциальногоифазовогодифференциальногоместоопределения на k-ый момент времени:x* , st ,k  xk   k , st   st  nk , st lnx* ,cd ,k  xk   k ,cd   cd  nk ,dgps ,(5)x* ,rtk ,k  xk   k ,rtk   rtk  nk ,rtkгде:  st ,  cd ,  rtk - СКО ошибок методов оценивания координат; nk ,st ln , nk ,dgps , nk ,rtk - отсчетыБГШ.В таблице 1 приведены СКО ошибок координат и полосы формирующего фильтра,выбранные при моделировании навигационных решений рассматриваемых режимов работынавигационного приемника. Был проведен анализ поведения ошибок, вносимых задержками вионосферном слое и порождаемых переотраженными сигналами.

Исходя из этого в модели времякорреляции медленной ошибки, порождаемой многолучевостью, задано равным 100 секунд, амедленной ошибки, порождаемой многолучевостью и ионосферой – 1000 секунд.Таблица 1 Параметры для моделирования ошибок оценок координат в различных режимах.ПараметрРежим работынавигационногоприемникаСКО ошибокоценивания, мСКО ошибок методарасчета, мПараметрформирующегофильтра Абсолютный режим  = 1,2 st = 0,10,001Кодовый дифф.