Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Московский государственный технический
университет имени Н.Э. Баумана»
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Методы прецизионных измерений в спутниковой
навигации
1. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ И ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
1.4. Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
1
Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
Погрешности, возникающие на трассе распространения, в основном
обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере
Земли cа от скорости их распространения в вакууме c0, а также зависимостью
скорости cа от физических свойств различных слоёв атмосферы. Очевидно, что
неопределённость скорости cа и других параметров атмосферы приводит к
появлению в расчете псевдодальности погрешности
ΔRа = (c0 – cа)а,
где а –– время распространения сигнала через атмосферу, и соответствующей
погрешности НВО. Кроме того, на точность НВО влияет интерференция сигналов в
точке приёма, возникающая при многолучевом распространении.
При анализе атмосферных погрешностей следует иметь в виду, что
механизмы, влияющие на скорость распространения сигнала в тропосфере
(нижний слой атмосферы, расположенный на высотах 0…10 км) и ионосфере
(верхние слои атмосферы, расположенные на высотах 60…1000 км) различны,
соответственно отличаются методы определения соответствующих погрешностей
и их компенсации.
2
Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
На скорость распространения сигнала в тропосфере оказывают влияние
нейтральные атомы и молекулы, различие концентрации которых приводит к
появлению
локальных
неоднородностей,
отличающихся
значением
диэлектрической проницаемости и, соответственно, значением тропосферной
задержки.
Поскольку на частотах менее 15 ГГц значение задержки в тропосфере не зависит
от частоты (дисперсия сигнала отсутствует), измерить эту задержку с помощью
двухчастотного сигнала невозможно. Поэтому тропосферная задержка
оценивается прогнозным методом. Наибольшее распространение получили
модели Хопфилда (предложена в 1969 г.) и Саастамоинена (предложена в 1973 г.).
В модели Хопфилда на основе измерений атмосферного давления p,
температуры T и парциального давления водяных паров e определяют
приращение псевдодальности Rтроп, обусловленное тропосферной задержкой:
где E – угол места направления АП –– НКА относительно плоскости
горизонта, рад; hвл –– высота влажного слоя тропосферы (в зависимости
от региона Земного шара изменяется от 10 000 до 13 000 м, на практике
принимают 11 500 м)
3
Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
Высота
сухого
слоя
тропосферы,
м.
Модель
Саастамоинена
позволяет
непосредственно оценить Rтроп:
В обеих моделях давления p и e
измеряются в миллибарах, а температура
T –– в градусах Кельвина.
Модифицированная
модель
Саастамоинена учитывает изменение
значения задержки в зависимости от
высоты АП и зенитного угла:
где B –– коэффициент, учитывающий высоту АП, мбар; D –– коэффициент,
учитывающий угол места НКА и высоту АП, м.
4
5
6
Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
Как
показывают
расчёты,
величина
тропосферной
задержки
навигационного радиосигнала НКА для потребителя, находящегося на уровне
моря, при условиях отсутствия осадков (p = 1013,25 мбар, T = 273,16 K, e = 0 мбар)
может составлять от 2,3 м (ЭПД) для спутников, расположенных вблизи зенита, до
25 м (ЭПД) для спутников, расположенных под углами места менее 5˚.
С
учётом этого обстоятельства, в рабочее созвездие, по которому проводятся НВО,
рекомендуется включать только те НКА, угол возвышения которых превышает
некоторое значение (угол маски), устанавливаемое потребителем. Обычно этот
угол составляет 5. . .10˚.
7
Погрешности, обусловленные тропосферной рефракцией.
Хотя значение тропосферной задержки при постоянном угле места
медленно меняется во времени, его вклад в общий бюджет погрешности
может изменяться гораздо быстрее из-за изменения угла места НКА
вследствие его движения по небесной сфере.
Так, для стационарного потребителя, скорость изменения угла места НКА
с ϕ = 5°, может достигать 0,5 °/мин, при этом ЭПД тропосферы меняется
со скоростью 2 м/мин, а для ϕ = 10° - со скоростью 0,64 м/мин.
8
Спасибо за внимание
9