Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Тем не менее, как показал опыт эксплуатации ОРИ, использование даже относительно грубой (восьмнпараметрической) модели позволяет уменьшить значение ионосферной погрешности на 75 %. Параметры этой модели рассчитываются на НКУ ОРИ и затем закладываются в навигационное сообщение НКА для передачи потребителю, который использует их в своей аппаратуре. В навигационном сообщении ГЛОНАСС подобная информация отсутствует, поэтому для реализации процедуры компенсации ионосферной погрешности в одночастотном приемнике должна привлекаться информация от других источников или результаты избыточных измерений.
Остаточная погрешность в этом случае составляет 10...15 нс, что соответствует ЭПД = 3...4,5 м. Тропосфериые погрешности. На скорость распространения сигнала в тропосфере оказывают влияние нейтральные атомы и молекулы, различие концентрации которых приводит к появлению локальных неоднородностей, отличающихся величиной диэлектрической проницаемости и, соответственно, величиной тропосферной задержки. Поскольку в диапазоне СРНС величина задержки в тропосфере не зависит от частоты (дисперсия сигнала отсутствует), измерить эту задержку с помощью двухчастотного сигнала невозможно.
Поэтому оценка тропосферной задержки выполняется прогнозным методом. По данным теории и экспериментов для частот сигналов порядка нескольких гигагерц диэлектрическая проницаемость тропосферы, в основном, зависит от температуры, давления и влажности воздуха, а также от взаимных координат НКА и АП [11. Указанные параметры обычно достаточно точно известны и хорошо прогнозируются, поэтому в АП используется метод расчета тропосферной задержки, позволяющий уменьшить остаточную погрешности до единиц наносекунд. Как показывают расчеты, величина тропосферной задержки может составлять от 7 нс (ЭПД = 2 м) для спутников, расположенных вблизи зенита, до 85 нс (ЭПД = 28 м) для спутников, расположенных под углами места менее 5', С учетом 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'. Многнлучевое распространение. Многолучевой характер распространения сигналов НКА в точке расположения антенны АП обусловлен их отражением от земной и морской поверхностей и близлежацих обьектов, например, элементов конструкции носителя АП. Уровень отраженного сигнала может быть соизмеримым с прямым сигналом, а его задержка относительно прямого сигнала для НКА, находящегося в зените, может состашить от единиц до сотен микросекунд (при расположении АП на борту самолета); при небольших углах возвьлпения НКА это значение уменьшается на порядок.
Интерференционная картина, возникающая при многолучевом распространении, приводит к существенным искажениям параметров (задержки, часшты и фазы) полезного сигнала и к соответствующим погрешностям в схемах слежения. Очевидно, что поскольку для ФМ-сигналов ширина пика автокорреляционной функции (АКФ) не превышает длительности символа т„влиянием переотраженных сигналов, задержанных на величину порядка тр и более, можно пренебречь. Следовательно, оценка максимальной величины погрешности, обусловленной многолучевым распространением, А(тм„р) < т с.
Эта величина для СТ-кода ГЛОНАСС составляет Атм„р = 2 мкс, а для ВТ-кода Атм = 0,2 мкс. Полагая погрешность гауссовской случайной величийой, получаем следующие оценки СКО ЭПД: <у = ""р <100 м — СТ-код и и = р ь10м — ВТ-код. мар 6 млр Таким образом, для снижения влияния переотраженных сигналов желательно использовать широкополосные сигналы высокой точности с узким главным пиком взаимнокорреляционной функцией (ВКФ) и низким уровнем ее боковых лепестков. При использо- 126 ванин в условиях многолучевою приема более узкополосных сигналов стандартной точности применяют методы коррекции импульсной характеристики коррелятора, а также дискриминаторы с узкой апертурой дискриминационной характеристики, что позволяет снизить вероятность захвата схемами слежения пиков ВКФ, обусловленных приемом отраженных сигналов. Находят применение также методы поляризациопной селекции, основанные на том, что поляризация сигналов изменяется при спражении ог местных предметов.
Поэтому использование на приеме антенн, согласованных с поляризацией спутникового сигнала (правая круговая), позволяет уменьшить мощность переотраженного сигнала в пределах до 3 дБ. Наконец, существенное влияние на уровень и структуру переозраженных сигналов оказывают углы, под которыми сигналы НКА падают на местные предметы, а также взаимное расположение антенны АП, отражателей и НКА. С этой точки зрения целесообразно при выборе рабочего созвездия использовать «углы маски», а также внимательно относиться к выбору точки расположения антенны, в частности, располагать ее по возможности над предметами, которые могут сыгразь роль озражагелей.
Применение перечисленных и других мер позволяет снизить величину ЭПД, обусловленной переотражениями, до значений порядка 2...3 м. 9.3. Погрешности АП Основными источниками погрешностей в АП являются погрешности опорною генератора, а также шумы схем слежения за задержкой, частотой, фазой и несущей сигналов НКА. Детальный анализ влияния этих факторов на погрешности НВО приведен в различных источниках [2, 7, 181, однако по своему обьему этот материал выходит за рамки данного пособия. Поэтому ниже приводятся лишь основные формулы, позволяющие получить инженерную оценку достижимой точности измерений в стандартной и угломерной АП. 9.3.1. Погрешности опорного генератора На точность работы следящих систем приемника оказывает влияние, прежде всего, кратковременная нестабильность частоты опорного генератора, приводящая к сдвигам ШВП и флуктуациям фазы опорных сигналов.
Для современных кварцевых генераторов, обеспечивающих спадание спектральной мощности фазовых шумов 127 порядка 40 дБ на декаду в работе [1Ц предложена следующая формула для дисперсии погрешности слежения за задержкой 11 [с ], обусловленной нестабильностью опорного генератора в установившемся режиме: 0,05Ф„ (А/ссз) где /у„— односторонняя спектральная плотность фазового шума опорного генератора. Для современных кварцевых генераторов это значение составляет 10 ~~...10~~ Гц. Если принять, что полоса пропускания ССЗ составляет 1 Гц, то при А/„= 1О '~ Гц СКО погрешности и, =,/Ъ, = ~Г5 10 ~~ с = 0,22 нс, что соответствует погрешности измерения дальности порядка 0,0бб м.
Это значительно меньше погрешностей, обусловленных другими факторами (см. далее, подразд. 9.3.3). Однако если попытаться повысить точность позиционирования малоподвижного объекта за счет дальнейшего сужения полосы пропускания, например до 0,2 Гц, тогда значение Р возрастет в 5з =- 125 раз соответственно, и =,ф = 0,22ъ625 2,5 нс, линейная погрешности при этом составит около 0,7 м, что уже сравнимо с другими составляющими погрешности АП. Формула для дисперсии флуктуаций оценки доплеровского сдвига 11/ [Гц~] в установившемся режиме схемы слежения за доплеровским сдвигом некогерентного приемника имеет вид 0,2/У„/„'~ /)Х = А/ссч где /я — несущая частота; Ь/ ~ц — полоса пропускания системы слежения за частотой (ССЧ).
Расчет, аналогичный проведенному выше, приводит к следующему выводу: при ширине полосы пропускания Л/~гч = 2 Гц СКО ошибки составляет порядка 0,5 Гц, соответственна СКО измерений скорости — порядка 0,1 м/с. При сужении полосы Ь/~ ~ в 10 раз до 0,2 Гц эта ошибка составит уже 0,25 м/с, что сравнимо с флуктуационной ошибкой следящей системы. Аналогичная формула для когерентного (следящего за фазой) приемника имеет внд 1,2А"„ /„' 211 = Ь/' 128 Расчеты по этой формуле подтверждают ранее сделанный вывод: флуктуации частоты опорного генератора АП делают неэффективными попытки повысить точность работы следяших систем за счет неограниченного сужения их полосы пропускания.
9З.2. Шумовые (фпуктуационные) ошибки следящих систем Среднее квадратическое отклонение шумовой погрешности типовой некогерентной схемы слежения за задержкой описывается следующим выражением [18]: 0,5 Й~Пссз йзПссзПпч Ж/АО)' где тв — длительность элемента кода ПСП; кп (сз — постоянные коэффициенты, зависящие от выбранной схемы слежения; Пссз, Ппч— односторонняя ширина полосы замкнутой схемы слежения за задержкой (ССЗ)' и тракта промежуточной частоты (ПЧ) соответственно; Р, /)т'0 — отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума на входе АП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
