Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е издание, 1993) (1141982), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Ионосферная задержка с точностью до постоянного множителя повторяет аппроксимацию интегральной концентрации. На рис. 5.2 приведен пример [160, 178) суточного хода измеренной ионосферной вертикальной задержки и его косинусная аппроксимация. Косинуснан функция представляется в виде Лтхз — — тн + Асов) 2п( ! — Т,) /Р1, (5. 24) Величины т„и Т, взяты постоянными: т„=5 нс, Т,=!4.00 ч (50 400 с) местного времени.. Амплитуда А и период Р косинусной аппроксимации представляются полиномами третьей степени от геомагнитной широты подионосферной точки ррии 4 з А= Х а,гР, Р= Х [)»1Р".
(5.26), (5.27) Коэффициенты полиномов а„и [1„, а=О, 1, 2, 3, передаются через спутники в кадре навигационного сообщения; эта информация обновляется каждые 10 дней. Коэффициенты рассчитываются по прогнозу гелио-геофизических условий. Для расчета геомагннтной прироты подионосферной точки необходимы следую1цие данные: приближенные значения географических координат потребителя ррп, Г,п; угол места у и азимут из П на НИСЗ аг: рр =ррн +! 1,6'соз(Хà — 291'), (5.28) где ррг, )ч — географические координаты подионосферной точки, (5.29) ~рн = нрп + нрсозаг, Ц = йп + нрз!паг/соз1рГ, (5.30) нр — центральный угол между П и НИСЗ, аппроксимируемый 445 фун~ц~ей нР .4.20 4.
т+ 20 (5.31) Окончательно ионосферная поправка к квазидальности рассчитывается по формуле Л Г = сК(у)~ тн + А(1 — — + — ) <, [х[ 24 2 (5 32) сК (у) [х] ) Коэффициент К(у), называемый фактором наклона, учитывает отличие от вертикального распространение радиосигналов от НИСЗ к П и аппроксимируется формулой К(у) 1 + 2](96 — у)/90] '. (5.33) Исходными данными для расчета ионосферных поправок на П по приведенному алгоритму являются приближенные значения координат П и НИСЗ, время и коэффициенты а„, !1„. 84 По оценкам, приведенным в [160, 178, 182, 184], алгоритм обеспечивает остаточную среднеквадратическую ионосферную погрешность квазидальности не более 50 9н от нескомпенсированной погрешности.
Это объясняется тем, что алгоритм ие воспроизводит вариации ЛГ» день ото дня, дает усредненные за 1О дней значения. Кроме того, алгоритм плохо воспроизводит поведение ионосферы на экваториальных широтах ввиду ограниченности возможностей кубической аппроксимации. Использовать алгоритм на высоких широтах, по мнению автора [160, 178], нецелесообразно, так как при грп )80' интегральная электронная концентра- ция меньше, чем на средних и низких широтах, а ее вариации во времени значительны.
Можно построить более точные алгоритмы ионосферной коррекции, однако при этом необходимо сообщать потребителю больший объем ионосферных данных и усложненное математическое обеспечение на потребителе. Алгоритм, разработанный в [160, 178], является в известной степени компромиссным решением между сложностью организации прогноза гелиогео-физических условий и точностью введения коррекции. М е т о д и о л у с у м м ы. Основан на том известном факте, что ионосферные поправки на фазовый и групповой пути одинаковы, но противоположны по знаку: ЛГ»~р= Лгиф=ЛГ». Действи~ельно, измерив квазидальность по дальномерному коду Гннн ~ — ГН+ ЛГ» + ЛГ~ И ПО фаЗЕ НЕСущсй ЧаетатЫ Гнн»1 ГН+ ЛГн + +Лгн и взяв их полусумму, можно убедиться, что результат не содержит ионосферной составляющей: (5.34) 2 = Го+ Шумовая составляющая погрешностей измерений квазидальности (ЛГ, +Лгн)/2 в этом случае определяется в основном шумами измерений по дальномерному коду, так как точность фазовых измерений значительно выше.
Однако фазовым измерениям прису1ца неоднозначность и для практической реализации алгоритма (5.34) на потребителе следует устранить многозначность фазовых измерений, что для подвижных потребителей представляет непростую задачу. С другой стороны, для геодезической аппаратуры, где не требуется быстрого решения навигационной задачи, неоднозначности фазовых отсчетов можно избежать, но получаемая при этом результирующая точность измерения квазидальности определяется точностью не фазовых, а групповых измерений, что неприемлемо для геодезической АП. Метод полусуммы можно использовать для сужения начальной области неопределенности отсчетов при фазовом способе измерения разностей квазидаль-, ностей [184]. г„,„= г~,' + о, 1 ' .1- Лгн ! Лг(о (5.
35) где г[( — истинное значение параметра; о~ — коэффициент, хаоо— рактеризующнй состояние ионосферы; Лгщ — остаточная погрешность измерения параметра, обусловленная рефракцией в тропосфере и неточностью знания скорости света; Л4' — аппаратурная погрешность. Второе слагаемое в правой части уравнения представляет собой погрешность измерения параметра г1о, обусловленную рефракцией радиоволн в ионосфере [см. (5.!О), (5.!4)]. Если для измерения используются две когерентные частоты )~ н )м свЯзанные соотношением и)» — — т)ь т, и — целые числа, (5.36) то истинное значение параметра гУ можно получить, совместно решив два уравнения вида (5.35) для каждой из частот с учетом соотношения (5.36): 2 «~ Ошибки Лгь» не зависят от частоты и одинаковы в обоих ~о измерительных каналах (индексы «1» и «2» здесь и далее соответствуют первому и второму частотным каналам); Лг)о=Лгэо; аппаратурные погрешности Лго[д в двух каналах будем считать некоррелированными случайными величинами, отношение дисперсий которых зависит от отношения частот: о г,г /о г'1 = К7()~ ')») (5.37) вв Для уменьшения рефракционных погрешностей по результатам дополнительных текущих измерений используется многочастотный способ исключения ионосферной ошибки [25[, а также способ, основанный на разностных измерениях по нескольким НИСЗ.
Остановимся более подробно на первом способе. В диапазоне длин волн, отведенном для СРНС, обычно излучаются только две частоты. Оценим допустимые аппаратурные погрешности измерений дальности г и скорости г при 2-частотном способе измерения и установим оптимальное распределение мощностей между частотами, обеспечивающее минимум суммарной мощности передающего устройства НИСЗ. Способ исключения ионосферной ошибки при измерении параметра г'ч, 1=0; 1, причем 1= 0 соответствует измерению дальности г, а 1= 1 — скорости г по сигналам, излучаемым на двух когереитных частотах, заключается в следующем. В первом приближении измеренное значение параметра гп(» можно представить в виде Параметр К,' определяется условиями приема в каждом частотном канале К»~=(Р,р|~Рм») (Т, (Тх, ) при идентичности сигналов на обеих частотах по всем неэнергетнческим параметрам.
со С учетом изложенного дисперсия оценки параметра г представляется в виде аь («4-»+ К т~ — «) » га 2 ш » го о»г' = о г', + о г.'~ («' — г«') (5. 38) н не содержит ионосферной составляющей. Задаваясь допустимой суммарной погрешностью измерения параметра о, г'", с помощью формул (5.37) и (5.38) можно найти допустимые аппаратурные погрешности в каждом частотном канале. Эти погрешности возрастают с увеличением разноса частот и с уменьшением параметра Кь Однако за счет увеличения разноса частот увеличить допустимые аппаратурные погрешности не всегда возможно из-за трудностей использования одной антенны на две частоты.
Поэтому дальше рассмотрим вариант увеличения допустимых аппаратурных погрешностей путем выбора оптимального значения параметра К, при фиксированном разносе частот между каналами. Оптимальное значение параметра Кь минимизирующее суммарную мощность передатчика НИСЗ на двух когерентных частотах, (5.39) К'; (п~гп)= (Т; й»» (Тх~ Е»~) различно для режимов измерения г и г. Следовательно, и оптимальное значение суммарной мощности передатчика НИСЗ будет также различным при измерении только дальности (Р о ) или только скорости (Р;.„»). Если же в системе предусмотрено одновременное измерение г и г, то значения Км„= К,= К~ должны быть выбраны такими, при которых мощность передатчика НИСЗ удовлетворяет условию Р„„, = гпах[Р,„„„Р,.„, ).
Очевидно, при Р„„,=Р;,„, значение Р„»„будет минимальным (Р„,„,„). Уравнения (5.38) и (5.39) позволяют сформулировать требования, предъявпяемые к допустимым суммарным погрешностям измерения г н г, при которых Р=Р„„„ Двухчастотный алгоритм ионосферной коррекции обеспечивает наибольшую то~ность. Однако для его реализации требуется удвоенное число каналов обработки радионавигационных сигналов. Компромиссным решением между аппаратурной сложностью и точностью коррекции является дискретное введение коррекции, поочередно по каждому спутнику, а также дискретная двух- частотная коррекция в сочетании с использованием ионосферных прогнозов. зт Можно также уменьшить рефракционные погрешности путем перехода к разностным измерениям, к работе АП в дифференциальном режиме.
При этом ошибки, имеющие квазисистематический характер, частично или полностью компенсируются, но подчеркиваются погрешности случайного характера. В5. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ РАДИОЛИНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБСЛУЖИВАЕМОГО СЛОЯ Р анее рассматривался случай приземного расположения П. Рассмотрим теперь, какие особенности сопутствуют энергетическим расчетам навигационных радиолиний для П, расположенных на высоте Н„над поверхностью Земли, вплоть до Н„)Н,. Как уже отмечалось в $5,3, затухание и рефракционные ошибки, обусловленные поглощением и рефракцией радиоволн в атмосфере Земли, зависят от длины пути, проходимого радиоволной в атмосфере Этот путь зависит от угла места у, высоты орбиты спутника — излучателя радионавигационных сигналов Не, высотного расположения определяющегося объекта Н и взаимного расположения НИСЗ и П.
На рис. 5.3 указаны возможные области взаимного расположения П и НИСЗ. Участок 1 — 2 соответствует приземному расположению П (Н.=О) и для него справедливы формулы и соотношения, приведенные в $5.3. Остальные участки, попадающие в зону радиовидимости НИСЗ, соответствуют высотному расположению П. При высотном расположении П (Н„)0) возможны как малые, так и большие длины пути, проходимого радиоволнами через атмосферу при одном и том же значении Н„по сравнению с вариантом приземного его расположения. Так, П, находящийся в области 1, принимает радиосигналы от НИСЗ, вообще не проходящие через тропосферу и ионосферу Земли, а П, расположенные вдоль лучей А и В, принимают радиосигналы,максимально искаженные ионосферой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
