Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Движение наземного транспорта по произвольным маршрутам (одиночные средства и группы) Решение специальных задач Картография и геодезия, землеустрой- 20м 8м 1 — 100 м 5 — 15 м 3-5 м 0,25 — 3,0 м Районы рек Районы каналов Районы рек, каналов Региональная, локаль- ная 100 м Локальная Глобальная, региональная, локальная 5 — 15 м 0„25 — 5,0 м 0,1-0,2 и 136 В отличие от ДК методом ОИ решается задача определение взаимного положения двух обьектов (например, воздушных или надводных судов). Очевидно, что требование точной привязки (эталонирования) координат по отношению к таким объектам теряет смысл, поэтому выбор системы, в которой фиксируются координаты обоих объектов, не является принципиальным.
В частности, могут использоваться люиоиентрическае системы координат (см. разд. 5) (111. Ниже рассмотрены основные особенности и способы реализации алгоритмов ДК и ОИ. (Отметим, что с учетом общности идеи и используе- мого математического аппарата во многих работах ДК и ОИ описывают в рамках единого дифференциального мепюда.) 10Л. Методы относительных измерений Наиболее простой и наглядный вариант реализации метода ОИ сводится к следующему. Пусть на двух объектах, разнесенных в пространстве, установлены комплекты АП, которые по одним н тем же созвездиям НКА в совпадающие моменты времени определяют свои геоцентрические координаты [х1,' у1, я1), [хз, уз, яз). Вычисленные координаты по соответствующему каналу связи передаются с одного объекта на другой.
На каждом объекте вычисляют разности одноименных координат: Лх = х1 — хз, Лу =у1 — уз, Ья = я1 — яз, т. е. проекции на соответствующие осн базовой линии, соединяющей эти два объекта. Затем определяют длину базовой линии (расстояние между объектамн) Р= Лх +Ау +Лг, атакжеуглыа,~3,7, 2 2 2 характеризующие направление базовой линии в пространстве: Лх Лу Ьг а=агссоз —; ~3 =агссоз —; у=агссоз —. Р Р Р Совокупность величин Р, а, ~3 и 'у однозначно описывает взаимное положение обьектов в пространстве.
Однако в таком предельно упрощенном виде метод ОИ в настоящее время применяется редко, поскольку выигрыш в точности, получаемый при использовании только координатной информации, оказывается невелик. Причина в том, что координаты, вычисляемые АП, содержат погрешности, обусловленные расхождением между шкалой времени потребителя и системной шкалой времени т„; задержками т „, т .„вызванными ионосферной и тропосферной рефуи> )т* ракциями; задержкой сигнала в радиочастотном тракте приемника АП т„; шумовыми ошибками измерений еа . Современные системы ОИ работают по принципу совместной обработки РНП, измеренных АП объектов, при этом наряду с дальномерными измерениями используются измерения фазы несущей частоты сигналов НКА.
Существует три варианта ор~анизации таких ОИ [2]: 1) потребители обмениваются результатами «сырых» измерений псевдодальности и псевдоскорости для каждого НКА; 2) обрабатываются измерения псевдодальностей и псевдофаз (послцдние используются для сглаживания псевдодальномерных измерений). Эти два метода образуют группу стандартных ОИ; 1л7 3) измеряются фазы несущей.
Соответствующие методы носят название высокоточных и используются для прецизионных измерений, например в геодезии. Главная сложность в разработке и применении высокоточных ОИ связана с упомянутой в разд. 8 проблемой неоднозначности фазовых измерений. 10.1.1. Разностные методы Для исключения начального рассогласования и дрейфа шкалы времени АП, атмосферных задержек, а также фазовой неоднозначности используются Разностные методы. Рассмотрим применение этих методов на примере обработки фазовых измерений.
Фаза сигнала 1-го НКА, принятого потребителем в момент времени т„относительно фазы сигнала опорного генератора АП может быть представлена в виде 111„19] Фт) =Чп 91 +У) +ту тп+ туп +т1т +тпрм + о о 1%® со +М . +еп, (10.1) где <рп, д — начальные фазы сигналов генераторов АП и 1тго НКА; о о ~1 — несущая частоты сигнала 1-го НКА; Я„; — расстояние между 1'-м НКА и П; т- — расхождение между шкалой времени 1-го НКА и системной шкалой времени; тп — расхождение между шкалой времени потребителя и системной шкалой времени; 'г „, т — задержки, вызванные ионосферной и тропосферной рефракциями; тп „вЂ” задержка сигнала в радиочастотном тракте АП; Мп — параметр фазовой неоднозначности (см.
разд. 8); еп - шумовал ошибка измерения псевдодоплеровской фазы, которую будем для простоты считать гауссовской случайной величиной с единичной дисперсией и нулевым математическим ожиданием. Если прием сигналов 1-го НКА ведется одновременно двумя потребителями П~ и Пз, то для исключения начальной фазы сигнала генератора 1-го НКА и расхождения между шкалой времени 1'-то НКА и системной шкалой времени сформируем первую разность псевдодоплеровских фаз Ь~ з = ~р~ — <рз, используя выражение (10.1): глм1(т)-ЯД21(т) ЛЬ2(т)=бд(то)+~. — Атп+Ат.п+Лт +Лт „, + о +АМ +Леу, (10.2) 138 где Ь~ з(то) — расхождение фаз сигналов генераторов потребителей П~ н Пз,.
Лт„— разность расхождений шкал времени потребителей П, и Пз и системной шкалы времени, Лт„=- т„~ — т„з, Лт„, Лт,— разности задержек сигналов, принятых потребителями П~ и Пз, обусловленные ионосферной и тропосферной задержками, Лт„= = т,„— тз„,. Лт = тм — тзт, Лтлри разность задержки сигналов в радиочастотных трактах потребителей П~ и Пз, Лт, = т, и — т„риз, М~- — разность значений параметров фазовой неоднозначности, ЛМ = М~ — Мз -; Ле- — разность шумовых ошибок измерения пееву ' Р додоплеровской фазы, которая остается гауссовской случайной величиной, однако ее дисперсия удвоится относительно дисперсии первичных измерений, Ле = ещ — е„э; В соотношении (10.2), кроме дальностей 11 ~;(т); 11„з (т), неизвестными являются значения Ь(то) н Лт„„+ Лт „— Лт ., — Лт, одинаковые для первых разностей, вычисленных по всем НКА Исключить указанные неизвестные можно путем вычисления вторых разностей, т е.
путем вычитания первой разности по любому НКА из всех остальных. Прн этом для сигналов ГЛОНАСС необходимо учитывать различие литерных частот разных НКА, т. е. в общем случае вторые разности псевдодоплеровских фаз можно записать в следующем виде: Я~ну (т) Я 2 (т) к (т) л (т) со — (~' — ~~)(Лт„-Лт .„+ Лт + Лт )+ ЧЛМг ьЧЛе. (10.3) Здесь ЧЛМ = ЛМ -ЛМь — вторая разность параметров фазовой неоднозначности; ЧЛе — вторая разность гауссовской шумовой ошибки, дисперсия которой теперь равна четырем. Величины Лта + Лт-„— Лт., — Лт„р,„можно оценить по измерениям псевдодальностн 112], поэтому вторые разности фаз могут рассматриваться как функции только координат потребителей, параметра фазовой неоднозначности и шумовой ошибки.
Аналогично методом первых и вторых разностей могут быль устранены расхождения шкал и неизвестные задержки при измерениях псевдодальностей. Сохранившийся в формуле (10.3) параметр фазовой неоднозначности можно исключить, сформировав третьи разности на базе вторых ражостей, относящихся к разным моментам времени. При этом должно выполняться условие непрерывности слежения приемниками за сигналами НКА между этими моментами времени: 139 АЧАЛО(т1 ~ т2 ) ЧА за(т2 ) ЧА у» (т1 ) ~п11 (т1 ) ~пп22 (т1 ) О =-11 1 1 пп11 (т2) — ~йп21 (т2) й.1е(т2)-й 2е(т2) СО пп!к(т!) ппзк(т1) О (10.4) В формуле (10.4) единственными неизвестными являются дальности йп1 (т); й„21(т), т. е.
погРешности, опРеделмемые Расхождением фаз и частот генераторов потребителей и НКА, оказываются скомпенсированными, устранена и фазовая неоднозначность. Вместе с тем число полученных таким образом измерений фазы в 4 раза меньше первоначального числа независимых наблюдений, а дисперсия шумовой ошибки снова удвоится и в 8 раз превысит исходную. Отсюда прямо следует, что при высокоточных ОИ должна использоваться аппаратура с минимальным фазовым шумом. Основным недостатком процедуры устранения фазовой неоднозначности методом третьих разностей является необходимость длительного наблюдения (для измерений с сантиметровой точностью оно составляет около 20 мин). Поэтому в последнее время предпочтение отдают более эффективным методам разрешения фазовой неоднозначности путем оценки параметра М 10.1.2.
Методы оценки параметра фазовой неоднозначности 140 Для оценки параметров фазовой неоднозначности может привлекаться различная информация: априорные оценки координат, избыточность измерений псевдодальности и псевдофазы за счет использования второго частотного канала, результаты совместной оценки относительных координат при измерениях более, чем по восьми НКА, и др.
(2, 12). В зависимости от условий, в которых решается задача разрешения неоднозначности, различают три вида методов: статические, кинематические и «в движении» (от англ. Он-гйе с1у — ОТг). Статические методы применяют, когда приемники неподвижны на протяжении всей процедуры измерений. В кинематических методах неоднозначность устраняется до начала движения, когда приемники находятся в точках с известными координатами. Наконец, метод ОТГ позволяет решать зацачу разрешения неоднозначности непосредственно в процессе взаимного перемещения приемников. Наиболее эффективными на настоящее время являются методы, основанные на избыточных измерениях. В самых общих чертах этот метод может быть пояснен следующим образом.
Пусть аппаратура находится в точке А (рис. 10.1), тогда полная фаза принятого сигнала 1Рл~ = 1Рл> + Мли ще зРл~ — опРеделЯемал в пРоцессе измеРений дробная часть полной фазы. Рис. 10.1. Разрешение неоднозначности е помощью избьпочнмх измерений На рис. 10.1, а приведены линии положения, удовлетворяющие условию <рл1 = сопз1 при приеме одного сигнала, приходящего с направления Ф1. На рис.
10.1, б изображены линии положения при приеме двух сигналов с различными длинами волн, приходящими с различных напРавлений %1 и Жз. Решению системы УРавнений виДа 1Рл ~ = сопз1 и ~Рлз = сопз1 в этом случае соответствуют точки пересечения линий положения, однако отдать предпочтение какой-либо из них при неизвестных значениях Мл ~ и Млз невозможно, поскольку с позиций фазовых измерений все эти точки равноправны. Ориентировочные значения координат, полученные путем измерений по огибающей, позволяют ограничить область правдоподобных результатов фазовых измерений. Однако поскольку погрешности таких измерений (5 м и более СКО) существенно превышщот длину волны несущей НКА (около 20 см), в указанную область попадает большое количество точек, координаты которых могут считаться правдоподобными. Если теперь ввести дополнительное измерение по сигналу,приходящему с направления Из (формально, с точки зрения основной задачи определения координат точки на плоскости, оно является избыточным), то точек, где одновременно пересекаются все три линии Члз = сопз1, окажется существенно меньше и расположатся они реже 141 (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
