Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Краткосрочный прогноз эфемерид для предельно точных расчетов значений координат и составляющих вектора скорости НКА на момент измерений. Исходные данные для задачи — номера рабочих НКА и моменты времени измерений, а также оперативная служебная информация по НКА на ближайший узловой момент времени. 4. Формирование массива измерений. Проводится с темпом считывания измерений квазидальностей и радиальной квазискорости соответствующих схем слежения за параметрами радиосигнала. При решении этой задачи измеренные значения НП корректируются с учетом поправок нз служебной информации НКА и данных двухчастотных измерений для компенсации ионосферной погрешности; могут использоваться также данные дифференциальной коррекции (ДК) (см. ~ 8.7).
5. Собственно задача НВО, т. е. расчет пространственных координат и составляющих вектора скорости и определение текущего времени в системах отсчета СРНС и потребителя. Для решения этой задачи используются исходные данные в виде уточненных измеренных РНП, результатов краткосрочного прогноза эфемерид, данные других средств навигации. 6. Прием и обработка НИ. Задача обеспечивает формирование и обновление данных альманаха, эфемерид и других поправок, передаваемых в кадре служебной информации за период сеанса для каждого рабочего НКА.
В состав сервисных задач ВО входят, как правило, запись массивов измерений НП и координат, вывод визуальной информации о траектории объекта, расчет различных вспомогательных данных, например времени входа в заданный район, контроль траектории в заданных пределах и т. п. Особо следует выделить задачу априорной и апостериорной оценки точности полученных определений, что позволяет оценить качество навигационного обеспечения сеанса измерений. Поскольку минимальное число НКА, при котором навигационновременнйя задача имеет единственное решение, равно четырем (см.
з 8.4), одномоментную выборку измерений РНП, содержащую не менее четырех независимых значений псевдодальностей (псевдоскоростей), принято называть полной. Кроме одномоментных выборок могут использоваться результаты разновременных измерений РНП по каждому из НКА рабочего созвездия, т. е. выборки нарастающего объема. Отметим, что современная АП, как правило, использует измерения всех радиовидимых НКА, при этом измерения по различным НКА могут быть несинхронными. Рассмотрим основы статистической обработки полной выборки измерений применительно к методу наименьших квадратов. 487 8. Спутниковые радионавигационные системы Координаты НКА и потребителя при решении навигационно- временной задачи удобно описывать в геоцентрической экваториальной прямоугольной системе с центром в центре масс Земли.
В этом случае определение координат в АП по данным полной выборки измерений псевдодальностей сводится к решению системы нелинейных уравнений вида (8.2). При линеарнзации такой системы в окрестностях расчетных значений определяемых параметров формируется градиентная (4 х 4)-матрица вида дЯ, дЯ, дЯ, дЯ, дх ду дх доте дЯз дЯг дЯ, дЯ, дх ду дг дет, дЯз дЯз дЯз дЯз дх су дг дете дЯе дЯе дЛ4 дЯе дх ду де дст„ (8.7) где дЯ, (хы - х) дЯ, (уы — у) дЯ, (г„— г) дЯ, дх Я,, ду Я,.
дг Я,. дот„ Решение системы линеаризованных уравнений методом последовательных приближений Ньютона проводится по формуле -! 8» =йе-~ +еге- 'Ж-1 (8.8) где 8 =(гьх Ау Аг сАт„)' — вектор оцениваемых параметров; "'Я (Я1 Я1 Яг Яг Яг Яг Я4 Я41 — разница измеренных и расчетных дальностей от потребителя до НКА. Начальные условия итерационного алгоритма определяют исходя из имеющейся у потребителя априорной информации. Заканчивается итерационный процесс при достижении заданной погрешности значений определяемых параметров. Практические алгоритмы определения координат обьекта по измерениям четырех псевдодальностей могут отличаться используемыми численными методами решения системы уравнений и, главным образом, методами обРащения матрицы (8.7).
В.5. Навигационная аппаратура потребителя Если число НКА превышает число неизвестных, возникает избыточность системы. В данном случае при использовании метода наименьших квадратов уравнение (8. 8) приобретает вид т 1-' йл =йл- +(Ол-1езл-1) Ол-1М-1 При этом матрица (8.7) имеет размерность 4 х Ф, где Ф вЂ” число независимых измерений РНП. Рассмотренный выше алгоритм получен в предположении того, что измерения по всем НКА приведены к одному моменту времени.
На практике вследствие конечной точности сведения шкач времени НКА и АП это условие нарушается, однако для низкодннамичных объектов возникающая по указанной причине погрешность может считаться пренебрежимо малой. В случае динамичного объекта для высокоточного измерения и интерполяции координат необходима фильтрация высокочастотных составляющих погрешностей, которая должна выполняться с учетом модели динамики объекта, позволяющей прогнозировать текущие значения скорости, ускорения, а также использовать разновременные измерения. В качестве навигационного фильтра, учитывающего модель динамики объекта, обычно используется дискретный фильтр Калмана или его модификации 1115, 116, 119) (см. гл.
6). Такой фильтр, как известно, является оптимальным при условии, что модели системы и измерителя линейны, а случайные возмущения и ошибки распределены по гауссовскому закону. В режиме навигации без использования информации от внешних навигационных датчиков для высокодинамичных объектов выработка текущих значений вектора состояния проводится с помощью оцененных фильтром значений скорости и ускорения.
Вектор состояния в этом случае включает одиннадцать компонент: трн пространственные координаты, две оценки погрешностей опорного генератора АП (фазы и частоты), три составляющие вектора скорости, три составляющие вектора ускорения. Третьи производные перемещения объекта по времени и члены более высоких порядков трактуются как возмущающие силы в уравнениях погрешностей.
Опыт построения АП на основе рассмотренных принципов показал, что обеспечиваемая с их использованием погрешность навигационных определений оказывается достаточной для большинства приложений. Более сложные алгоритмы целесообразно использовать только в специальной АП, предназначенной для прецизионных измерений. 8.
Слутниковые радионавигационные сисмечы 8.6. Точность навигационно-временных определений в СРНС На точность навигационно-временных определений с помощью СРНС влияет множество факторов. Они связаны с характеристиками используемых сигналов, среды распространения, с особенностями построения АП и используемых в ней алгоритмов определения РНП и НП и т. д. Рассмотрим основные источники погрешностей этих измерений применительно к псевдодальномерному методу навигационно-временных определений (см. з 8.4). В зависимости от локализации источника составляющие дальномерной погрешности измерений СРНС можно разделить иа три категории; 1) погрешности, вносимые на НКА или КИК СРНС; 2) погрешности, вносимые на трассе распространения сигнала от НКА до АП; 3) аппаратурные погрешности АП. Ниже рассмотрены основные причины возникновения погрешностей, относящихся к перечисленным категориям.
8.6.1. Погрешности, вносимые на НКА или КИК СРНС Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры НКА и КИК СРНС обусловлены, в основном, несовершенством частотно- временного и эфемеридного обеспечения. Погрешности частотно- временного обеспечения возникают вследствие несовершенства аппаратуры, а также процедур сверки бортовой ШВ с системным эталоном. Они проявляются, например, в смещении фаз излучаемых дальномерных кодов и меток времени, что приводит к погрешностям измерения расстояния до спутника и расчета его координат. По результатам многолетних наблюдений СКО сдвига бортовой ШВ через 2 часа после коррекции составляет примерно 9 нс, а через сутки после коррекции достигает 25,4 нс для цезиевых и !08 нс для рубидиевых эталонов. Командно-измерительный комплекс СРНС корректирует бортовой ШВ таким образом, чтобы СКО ее сдвига относительно системной ШВ не превосходила 10 нс.
При этом погрешность бортовой ШВ обусловлена двумя основными факторами: — собственными погрешностями измерений, выполняемых «беззапросным» и «запросным» методами; — погрешностью используемой модели прогноза расхождения бортовой ШВ относительно системной ШВ. Погрешности беззапросных измерений псевдодальности составляют 3" 5 м, погрешности запросных измерений дальности не превышают 1...2 м, соответственно, методическая погрешность измерений сдвига бортовой ШВ 490 8.6, точность навигационно-временных определений в СРНС относительно ШВ системы составляет в среднем 5 нс.
Погрешность прогноза бортовой ШВ на 12 ч при использовании простейшей (линейной) модели расхождения составляет в среднем 14 нс 1115). Кроме указанных факторов должны учитываться релятивистские и гравитационные эффекты: поперечный доплеровский и гравитационный сдвиги частоты, а также эффекты, связанные с пересчетом моментов излучения и приема сигналов, вращением используемых систем координат и др, 11151. Для компенсации влияния указанных эффектов частоту бортового эталона несколько уменьшают относительно номинала (на 4,55 10 ~ Гц в СРНС ОРИ) 1114„1181. Погрешности эфемеридного обеспечения вызваны неточностью расчета параметров орбит НКА на КИК и непрогнозируемыми отклонениями реальной орбиты НКА относительно экстраполированной. Составляющие вектора этой погрешности лежат в пределах 0,6...10 м 11161.
Порождаемая эфемеридными погрешностями составляющая эквивалентной погрешности дальности (ЭПД) равна примерно 1 м (СКО). Суммарная составляющая ЭПД, вносимая на КИК и НКА (включая погрешности ШВ НКА, эфемеридные и другие компоненты), в СРНС ГЛОНАСС не превышает 9,2 м (наиболее пессимистическая оценка) (1161. Существует еще один вид погрешности дальномерных измерений— фазовый сдвиг (групповая задержка) навигационного сигнала относительно бортового эталона времени в аппаратуре спутника (114). Информация о систематической составляющей содержится в НИ НКА (параметры коррекции бортовой шкалы времени), случайная составляющая, не превышающая 3 нс (СРНС ОРБ)„входит в дальномерную погрешность.
8.6.2. Погрешности, вносимые на трассе распространения сигнала от НКА до АП Погрешности, возникающие на трассе распространения, в основном обусловлены рефракцией сигналов в атмосфере (тропосфере и ионосфере) Земли, а также особенностями интерференции сигналов НКА, связанной с их многолучевым распространением в точке расположения антенны АП. Основная составляющая тропосферной погрешности навигационных определений в СРНС обусловлена рефракцией в тропосфере, связанной с неоднородностями ее диэлектрической проницаемости. Дополнительная задержка сигнала НКА в тропосфере может достигать 8...80 нс (экспериментальные данные для СРНС ОРИ) 1115, 1161.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
