Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1151848), страница 95
Текст из файла (страница 95)
ЧГлОР— ч'ег6са! ПОР), для временного параметра — Г, (англ. ТООР— Типе РОР). Между этими коэффициентами и суммарным геометрическим фактором существует простая связь: Г =Гп вГ, =Ге+ Гв+Г„. г 2 г г 2 2 495 8. Спутниковые радионавигационные системы Если в навигационном сеансе используется более четырех НКА, выражение для расчета геометрического фактора преобразуется к виду В 11161 показано, что минимальное значение Гп — — 1,5 достигается в случае, когда потребитель находится в центре правильного тетраэдра. Соответственно, для наземного потребителя минимальное значение Г =1,732 достигается тогда, когда один НКА находится в зените, а три других равномерно расположены в горизонтальной плоскости, т.
е. когда объем тетраэдра также максимальный. 8.7. Дифференциальная коррекция н относительные измерения в СРНС Как следует из материалов предыдущего параграфа, современная АП СРНС в стандартном режиме измерений может обеспечить эквивалентную погрешность дальности на уровне 5...10 м (СКО), что позволяет потребителю при типовых значениях геометрического фактора определять абсолютные координаты с точностью до 15...60 м (СКО). Для многих приложений: навигации в открытом море, полетов на высотах более 1000 м, слежения за автотранспортными средствами и так далее — такая точность вполне достаточна, Однако для решения таких задач, как судовождение в проливах, каналах, акваториях портов, автоматическая инстРументальная посадка воздушных судов, геодезическая привязка различных объектов, часто требуется более высокая точность местоопределения. Одним из наиболее эффективных путей решения указанных проблем является применение методов относительных измерении (ОИ) или методов дифференциальной коррекции (ДК).
Основная идея указанных методов состоит в совместной обработке Результатов измерений НП или координат, полученных по крайней мере в двух разнесенных точках рабочей зоны СРНС. Принципиальная возможность повысить таким способом точность НВО обусловлена наличием в ЭПД коррелированной по времени и пространству составляющей, которая при использовании дифференциальных методов устраняется (при сильной корреляции — практически полностью, при слабой — частично). Необходимо отметить, что одновременно возрастает дисперсия иекоррелированной (шумовой) составляющей погрешности дифференциальных НП, поскольку эта погрешность равна сумме дисперсий шумовых ошибок измерений, подвергаемых дифференциальной (разностной) обработке. 496 8. 7.
Дифференциальная коррекция и относительные измерения в СРНС Различие методов ДК и ОИ состоит в том, что первый имеет своей конечной целью определение координат точки нахождения потребителя в национальной или глобальной геодезической системе. При этом геодезические координаты и прочие параметры вектора состояния другой точки считают априори известными с высокой степенью точности, принимают за эталонные и используют для вычисления поправок к результатам НВО потребителя.
В отличие от ДК методом ОИ решается задача определения взаимного положения двух объектов (например, воздушных или надводных судов). В такой постановке выбор системы координат, в которой фиксируют координаты обоих объектов, не является принципиальным так же, как и требование точной геодезической привязки координат одного их них.
Далее рассматриваются основные особенности и способы реализации алгоритмов ДК и ОИ. (Отметим, что с учетом общности идеи и используемого математического аппарата в ряде работ методы ДК и ОИ описывают в рамках единого дифференциального метода). 8.7.1. Принцип дифференциальной коррекции Комплекс технических средств для реализации ДК (см. рис. 8.14), являющийся функциональным дополнением СРНС, принято называть дифференциальной подсистемой (ДПС). Основными составными частями подсистемы являются: контрольно-корректирующая станция (ККС), канал передачи корректирующей информации (КИ), аппаратура приема и обработки КИ КИ Эталонные РНП Рнс.
8.14. Схема реализации метода дифференциальной коррекции 497 о. Спутниковые радионавигационные системы в АП. На контрольно-корректирующей станции, собственные геодезические координаты которой известны с высокой точностью и используются в качестве эталонных. размещается прецизионная АП с малым уровнем случайной погрешности измерения РНП. С помощью этой АП определяют текущие значения РНП, которые сравнивают с эталонными. Разница между текущими измерениями и эталонными значениями используется для формирования поправок, передаваемых потребителю в составе КИ.
Переданная потребителю КИ используется для внесения поправок в вектор состояния, полученный его АП. Эффективность ДК определяется погрешностями АП эталонной точки и объекта, расстоянием между ними, а также видом зависимости коэффициента корреляции ЭПД от расстояния и времени. Теоретический радиус корреляции ЭПД СРНС достигает 2000 км [1171, но на практике эффективным считается использование ДК при удалениях АП от эталонной точки не более чем на 500 км. 8.7.2. Параметры корректирующей информации По составу параметров корректируемой в АП информации могут быть выделены два метода: ! ) метод дифференциальной коррекции координат потребителя; 2) метод дифференциальной коррекции измеряемых потребителем НП.
Метод дифференциальной коррекции координат предусматривает, что КИ формируется путем сопоставления эталонных координат ККС с координатами, вычисленными в ее АП. Полученные дифференциальные поправки (как разности эталонных и измеренных координат ККС) передаются в составе КИ потребителям, которые могут уточнить по ним свои координаты. Данный метод сравнительно прост, так как не меняет основной алгоритм навигационных определений АП объекта, но налагает существенные ограничения на состав рабочих созвездий ККС и АП и используемых в них алгоритмов навигационных определений. Действительно, поправки к координатам, вычисляемые на ККС по ее рабочему созвездию, могут учитываться только при условии, что АП работает по этому же созвездию и использует идентичные алгоритмы навигационных определений.
При этом переносить поправки, найденные по одному созвездию, на результаты определений, полученные по другому созвездию, недопустимо, поскольку в этом случае использование КИ приводит не к уменьшению, а к увеличению погрешности навигационных определений, По этой причине в современной практике этот метод используется все реже, Суть метода дифференциальной коррекции навигационных параметРов состоит в том, чтобы сообщать потребителям набор поправок к измере- 498 8. 7. Дифференциальная коррекция и относительные измерения е СРНС ниям НП по всем НКА, которые потенциально может использовать их АП, предоставив возможность каждому потребителю выбирать рабочее созвездие и количество используемых для определения НКА.
Иными словами, в данном методе вычисляются поправки к измеренным параметрам (например, к псевдодальности) по всем НКА, находящимся в зоне радиовидимости АП на ККС, Для этого одновременно с измерением псевдодальностей до всех НКА находят их расчетные значения, используя данные эфемерид. Результаты расчетов принимают за истинные псевдодальности, поскольку их вычисления проводят по эталонным координатам ККС. Разности расчетных и измеренных значений в качестве поправок к псевдодальномерным измерениям передаются в составе КИ всем потребителям. При этом отсутствуют ограничения на выбор алгоритмов функционирования АП, поскольку потребитель может выбрать оптимальное для него созвездие и число НКА в нем, а измеренные в его АП псевдодальности корректируются с помощью поправок, относящихся к выбранным НКА.
8.7.3. Прямой и инверсный ДМ В зависимости от места использования КИ в подсистеме потребителей навигационной информации различают прямой и инверсный дифференциальные методы. Прямой метод предусматривает использование КИ непосредственно в навигационной аппаратуре потребителя для уточнения параметров его вектора состояния. Этот метод получил наибольшее распространение, поэтому в большинстве типов АП имеется интерфейс для приема КИ в соответствующем формате, определенном международными или национальными стандартами, Инверсный метод используется в тех случаях, когда необходимо уточнить вектор состояния объекта не в точке его нахождения, а в некотором другом пункте, на котором осуществляется контроль положения объекта или управление его движением.
При этом с АП контролируемого объекта на пункт управления (контроля) транслируют либо результаты первичных измерений, либо текущие координаты, дополненные информацией о составе рабочего созвездия, по которому они вычислены. В пункте управления (контроля) полученные данные подвергают коррекции с использованием КИ, поступающей от ККС, которая может располагаться как в самом пункте управления, так и находиться в другом месте. Уточненные в результате коррекции навигационные данные затем могут ретранслироваться на объект или использоваться информационными системами пункта управления как в реальном времени, так и в режиме постобработки. 499 8.
Спутниковые радионавигационные системы 8.7.4, Методы относительных измерений Наиболее простой и наглядный вариант реализации метода ОИ с использованием СРНС сводится к следующему, Пусть на двух объектах, разнесенных в пространстве, установлены комплекты АП, которые по одним и тем же созвездиям НКА в совпадающие моменты времени определяют свои геоцентрические координаты 1х,, у„г, ~,1хг, у, г ~. Вычисленные координаты по соответствующему каналу связи передаются с одного объекта на другой.
На каждом объекте вычитание одноименных компонент этих векторов положения позволяет определить проекции базовой линии, соединяющей эти два объекта: Ах= х, — х2, Ау =у~ — у2, Лг= г1 — г2, расстояние между объектами 27 = Лх + Лу + Лг, а также углы а, 13, 7, характеризующие направ- 2 2 2 ление базовой линии в пространстве: Ат Лу Лг а = агссоз —, Д = агссоз —, у = агссоз —, 11 12 11 Однако в таком предельно упрощенном виде метод ОИ в настоящее время применяется редко, поскольку выигрыш в точности, получаемый при использовании только координатной информации, не окупает усложнения системы.
Современные высокоточные системы ОИ работают по принципу совместной обработки РНП измеренных АП объектов, при этом наряду с дальномерными измерениями используются измерения фазы несущей частоты сигналов НКА 1см. 8 8.б), что требует точной частотной и временной синхронизации АП объектов. Для исключения начального рассогласования и дрейфа шкалы времени АП используют разностные методы. Рассмотрим принцип применения этих методов на примере обработки фазовых измерений. Принципиальная особенность фазовых измерений состоит в том, что, поскольку интервал однозначного определения фазы равен (-я, и), измерения разности фаз между двумя АП являются однозначными только при длине базовой линии 1 < Х/2.
Если длина базовой линии превосходит указанную величину, измерения содержат неизвестный параметр Мж — целое число длин волн в разности расстояний от 2-го НКА до антенн АП (далее— параметр фазовой неоднозначности). Фаза сигнала 2-го НКА, принятого потребителем в момент времени т, относительно фазы сигнала ОГ АП может быть представлена в виде 1120, 1211 <р(т)=<р„— <р. +/' ~ — + т,.
— т„— т,.„+т, + т„р„+М„.+еко (8.11) е е ~д гг) с 500 8, 7. Диффврвнциальная коррекция и относительные измерения в СРНС где <р„, <р — начальные фазы сигналов генераторов АП и 1'-го НКА;7з — не о о сущая частота сигнала у-го НКА; Я„, — расстояние между 1'-м НКА и потребителем; т — расхождение между шкалой времени7'-ю НКА и системной шкалой времени; т„— расхождение между шкалой времени потребителя и системной шкалой времени; т „, т„— задерхски, вызванные ионосферной и тропосферной рефракциями; т„р„— задержка сигнала в радиочастотном тракте АП; е„, — шумовая ошибка измерения псевдодоплеровской фазы, Если прием сигналов ~'-го НКА ведется одновременно двумя потребителями П1 и Пь то для исключения начальной фазы сигнала генератора у-го НКА и расхождения между шкалой времени 1'-го НКА и системной шкалой времени сформируем первую разность псевдодоплеровских фаз А, з = <р, — <рз, используя выражение (8.11): ( Я„н (т) — Я„ц (т) Ьгд(т)=81 (тв)+ 7 ~ и ц — Лт„— Ат „+Ьт, +Лтяз„+АМ +Ае, с (8.12) где б, з(то) — расхождение фаз сигналов генераторов потребителей П~ и Пз', Ат„= тя — т„— разность расхождений шкал времени потребителей П1 и Пз и системной шкалы времени; Лт„=т1„— тз„, Ьт, =т,, — тзя — разности задержек сигналов, принятых потребителями П~ и Пь обусловленные ионосферной и тропосферной рефракциями; Лт„з„= т„„— т„„— разность задержки сигналов в радиочастотных трактах потребителей П1 и Пг', АМ = = М„,з -М„ , — первая разность значений параметров фазовой неоднозначности; Ае =е — е — шумовая ошибка измерения псевдодопле= и,,/ п,,т ровской фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
