Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации и их применения (2000) (1151868), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Глава Совместное использование сигналов ГЛОНАСС и ОРЗ Одним из важнейших направлений совершенствования и развитию спупшковой радионавигации является совместное использование сигналов ГЛОНАСС и ОРЯ. Основные цели этого процесса — повышение точности и надежности (доступности, непрерывности обслуживания и целостности) навигационных определений. Наиболее важными предпосылками, облегчающими совместное использование и интегрирование, служат: е общность принципов баллистического цосгроеиия обеих систем (высота орбиты ж20000 км, наклонение орбит а60', период обращения КА я~ 12 ч н др.); е общность используемого частотного диапазона (и!б00 МГц 1,! и ~!200 МГц 12), а также общность сигнально-кодовых конструкций, использующих фазовую манипуляцию и псевдослучайные последовательности; ° общность принципов синхронизации и измерения навигационных параметров; е близость используемых систем координат; ° практическая одновременность создания и совершенствояавня СРНС ГЛОНАСС н ОРЯ; ° готовность Правительств США и России предоставить системы для использования различными потребителями мирового сообщества.
Рассмотрим точностиые аспекпя совместного использования сигналов ГЛОНАСС и ОРЯ (ГЛОНАСС + ОРЯ). В табл. 4.1 приведены цо материалам !!) средние вероятности (Р) наблюдения заданного числа КА (с4) полной группировки ГЛОНАСС и соответствующие геометрические факторы при определении плановых координат (НООР), высоты (УПОР) и времеви (Т1!ОР), Таблица 4.1. Характеристики наблюдаемости КА ГЛОНАСС и геометрические Факторы Считая вероятностные характеристики набяюдаемости КА ОРЯ аналогичными приведенным для ГЛОНАСС, из анализа данных первой строки табл.
4,1 следует, что средняа ве- ГЛАВА 4 роятность нахождения в поле видимости не менее !6 КА ГЛОНАСС+ОРЗ составляет примерно 0,99, а 13 и более КА — 0,34. Таким образом, представляется целесообразным проследить дальнейшую тенденцию улучшения геометрических факторов, наметившуюся в расчетах для табл.
4.1. Зто тем более имеет смысл вследствие определившегося стремления к увеличению числа каналов аппаратуры потребителей СРНС н дифференциальных станций (до 16-20) и приема сигналов всех КА, иаходяшихся в поле зрения БА н ДС. В табл. 4.2 приведены рассчитанные усредненные значения геометрическлх факторов для района г. Москвы, как функции числа используемых при навигационных определениях спутников. Таблица 4.2. Зависимость геометрических факторов от числа КА Из табл. 4,2 следует, что использование всех КА ГЛОНАСС и ОРЗ в дифференциальном режиме или в случае отсутствия селективного доступа к ОРЗ приводит к повышению точности определения координат и высоты примерно в 1,6 н 1,4 раза по отношению к варианту определений по 8 и 1О КА ГЛОНАСС соответственно.
В табл, 4.3 приведены также рассчитанные аналогичным образом усредненные по времени точности определения координат (среднеквадратическое радиальное отклонение; дппз) и высоты (СКО) в номинальном и дифференциальном режимах с селективным доступом ОРЗ (СД). Таблица 4.3. Точности определения координат н высоты с помощыа СРНС ГЛОНАСС и ОРЗ ' буквы "и" и "л" обозначают иомииьчьный и лиффереициальимй режимы СРНС соответственно. Из табл. 4.3 следует, что использование КА ОРЗ в номинальном режиме с селективиым доступом в дополнение к КА ГЛОНАСС приводит к повышению точности лишь на 5...10аА по координатам и на ЗаА по высоте. Предполагалось, что точности (СКО) измерения псевдолальностей ГЛОНАСС и ОРЗ в номинальном режиме равны !О и 30 м соответственно.
В дифференциальном режиме точности (СКО) определения псевдодальностей предполагались равными 2 м дая обеих СРНС. Как слелует нз табл. 43, в дифференциальном режи- СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС И ОРВ ме привлечение измерений ОРЯ приводит к повышению точности по координатам и высоте в 1,3...!,5 раза. Необходимо замеппь, что для потребителей„первоначально ориентированных на ОРБ, использование сигналов ГЛОНАСС дает пракптчески троекратное повыйение точности. Вопросы повышения надежности навигационного обеспечения при совместном использования КА ГЛОНАСС и ОРИ исследованы пока меньше. Представляется, что наиболее продвинутымн являются результаты обширного моделирования процесса навигационных определений [2]. В табл.
4,4 и 4,5 приведенм напученные в [2] оценки доступности функции ЕА1М [требуетсл иметь в ноле видимости не менее б НКА) и максимальной продолжительности нерабочего состояния при использовании только КА ОРБ и ОРЯ+ГЛОНАСС . Таблица 4,4. Доступность СРНС на различных этапах полета ВС, % Таблица 4.б. Максимальная продолжительность нерабочего состояния, мин Прн моделировании в [2] прелполагалось, что при выполнении функпни контроля целостности (ЕА!М) используется базовый алгоритм, работающий с изыерениями не менее, чем от б КА, и исключающий нз решения некондиционный сигнал. Анализ доступиостя проводился по группировке ОРЯ из 24 КА и группировке ГЛОНАСС также из 24 КА, а также по действующей на декабрь 1994 г, группировке ГЛОНАСС (15 КА).
Факт доступности устанавливался в том случае, если при нарушениях подавался сигнал тревоги с вероятностью не менее заданной в течение пролета указанного предельного участка при заданном максимально допустимом уровне вероятности ложной тревоги. При моделировании [2] использовались исходные данные, сведенные в табл. 4.6. Таблица. 4.б. Условия определения доступности Как слстпит из табл. 4.4, использоваане ОРВ совместно с ГЛОНАСС прнводвт к существенному повышению доступностн особеано дла неточного (неитегорнрованмого) захода на посадку (с б7% до 100%). Прм этом также нскшочаются нерабочие состояния, максимальные длительности которых ари нспользованаи только ОРВ састашшют от 35 до 295 ммн.
Необходимо заметить, что здесь используется несколью необычное поанмание достуаности системы. Последняя, по существу, проявляется в виде способности обеспечивать выполнение функпии контроля целостности (см. гшву 1). Оценим возможные точностаые характеристакм навнгашюнных определений потребмпиш, опирающегося на ГЛОНАСС, в случае сушеспювашш орбитальной группировки системы в усеченном варианте, иапртааер, 12 НКА (сентябрь 1999 г.). При этом появлаотся "мертвые зоны", когда наватационные определения по ГЛОНАСС отсутствуют, а также ухудшается точность определения НП за счет ухудшения геометрии НХА ГЛОНАСС и использования более грубых измерений ПД и ПС системы ОРВ, В качестве примера приведем результаты расчета с помощью программы МРФЛ4 фирмы МабеПал геометрического фактора при определении координат ЛА (НООР) и видимости НКА ГЛОНАСС (рис.
4.1-4.4) для Москвы на 1.3.99 г. При этом рис. 4.1 относится к группировке из 15 НКА, которая была в начале июня 1999 г., рис. 42, 4.3 относятся к группировке из 12 НКА. Рис. 4.3 дает указанные характеристики для случая навипщюнных определений с известной высотой (режим 2Д), которая может, например, определшъся с помощью СВС возлушюго судна. Из рмс. 4.1 следует, что неблагоприятные условия вндммостм и соответствующие величины Н13ОР имели место с 1 до 2 ч. 30 мнн (время московское), с 8 до 10 часов, с 10 ч. 30 мнн. до 12 ч., с 17 ч.
до 17 ч. 30 мнн. и с 21 ч. до 24 ч. Еще худшие условия складываются при 12 НКА (рис. 4.2). Несколько лучшие условна имеют место при определении координат в режиме 2Д (рнс. 4.3), когда длательаосп неблагопрнятаых периодов сокращается в 2- 3 раза (сравним рис. 42 и 4.3). Дополнительное использование ОРВ в условиях рю.
4.2 существенно улучшает обстановку: так в псле вндвмости посюанно находитса от 8 до 1б НКА (рис. 4.4), а геометрический факптр (Н1)ОР) в болыпанстае случаев оказывается меньше 1. Для сравнения можно использовать тазже данные наблюденмй [3[, проведенных с помощью приемника фирмы Аеас)т ОО-24 Лаборатории Лиакальив МТИ (Ы. МЩ 13.1.1999 [3). Видимость НКА ГЛОНАСС, ОРВ и совместно ГЛОНАСС/ОРВ характеризуется рнс. 4.5.
Полученные при использовании толью снпвлов 11 НКА ГЛОНАСС погрешности навипшнонных определений сведены а табл. 4.7, а также иллнктрируются рис. 2.6, 2.7 пивы 2. Таблица 4Л. Ошибки определения НП по 11 НКА ГЛОНАСС В ходе проведенных наблюдений из рис. 4.5 определено, что полные навапщиоиные определенна координат, высоты в составляюп~нх сюростн могут быть получены в 57% времени суток, При этом в 37% времена геометрический фактор определения геодезических юордннат окмтывается более двух, Именно для этой ситуации справедливы данные табл. 4Л. В то же время плановые координаты при видимости 3-х н более НКА могут быль получены в 9 1% времена суток.
СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС И ОРВ 71 20 НООР 18 12 10 888 88888 838888 88 888 88868 8 О \ч и 'Ф Ф Ф 1 Ф Ф О сч Ф ч Ф Ф В Ф Ф О Ф Я О 1 8 Ф %ч Ф Рис. 4.1. Геометрический фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (15 НКА) НСОР НКА 20 НООР 18 14 12 1О 888 88888 883888 88 888 88888 3 О СМ Ф Ч Ф Ф Ф Ф Ф О Ф Ф Ч Ф Ф ~ Ф Ф О Ф Ф О Ф Ф Ф Ф Рис.
4.2. Геометрический фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (12 НКА) ГЛАВА 4 НСЮР го ноог 1В 1В 14 1О Рис. 4.3. Геометрический фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (12 НКА), 2Д э" вв 0В 11 Ъ2 16 17 2220 о о о о о о о о о о о а о о о о о о а о о и и и и о и о о 2 4 вв вт 10 14 Ъвгв 17 10, 2122 24 2520 27 гв 21 м с'ъ а Ф Ф ъ Ф Ф О ъч с'ъ 'Ф Ф Ф ъ Ф Ф О чч <'ъ О 1 м м м м о и А 8 8 я я я я я я я о о о о а о о о б '' М И Е о о ма а а о " м' м' о . м м й м 1,Ч Рис. 4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
