Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 21
Текст из файла (страница 21)
(2.57) Для оценки координат потребителя могут быть использованы псевдодальномерный и разностно-дальномерный методы. В литературе (2] показано, что этим методам присуща одинаковая точность, поскольку оптимальные оценки для этих методов совпадают. Аналогичный вывод можно сделать для псевдорадиально-скоростного и разностно-радиально-скоростного методов, которые также обеспечивают одинаковую точность оценки вектора потребителя.
100 Рассмотрим случай, когда навигационная задача решается при помощи псевдодальномерного метода, и измерены псевдодальности 0; до й спутников (! = 1, 2...И). Необходимо определить вектор х = ) х у ~ 01 . Пусть хр — некоторое начальное грубое приближение искомого вектора х. Объединим все измерения Х),.
в одно векторное 0= 0(х)+т). После разложения функции 0(х) в ряд в точке хо и ряда преобразований (21 получаем, что матрица Н в данном случае определяется соотношением Общие принципы функционирования спутниковых НС 2.12. Факторы, влияющие на точность определения вектора потребителя В реальных условиях на точность определения вектора потребителя влияет множество факторов. Рассмотрим эти факторы применительно к псевдодальномерному методу. Будем полагать, что применяется минимально возможное число измерений, равное количеству неизвестных координат потребителя.
Источники возникновения дальномерной погрешности можно разделить на три группы по их происхождению: - ° вносимые контрольно-измерительным комплексом; ° вносимые оборудованием навигационного спутника; ° возникающие на трассе распространения сигнала; ° вносимые приемоиндикатором потребителя. Первые две группы погрешностей связаны между собой и обусловлены, в основном, неидеальностью частотно-временного и эфемеридного обеспечения НКА. Погрешности частотно- временного обеспечения возникают при сверке и хранении бортовой шкалы времени НКА. Эти погрешности непосредственно и весьма значительно влияют на определение расстояния до спутника.
Например, сдвиг излучаемых дальномерных кодов и меток времени на 1 мс соответствует погрешности измерения дальности в 300 км. Стабильность бортовой шкалы времени зависит от стабильности бортового эталона частоты (" атомные часы"). СКО сдвига бортовой шкалы через сутки после коррекции составляет 25,4 нс для цезиевых и 108 нс для рубидиевых эталонов частоты. Гребования к СНС таковы, что СКО сдвига бортовой шкалы должно быть не более 10 нс.
Кроме аппаратных методов повышения стабильности шкалы, применяются алгоритмические методы, основанные на известных математических моделях поведения бортовых эталонов, и позволяющие прогнозировать отклонение. Непрогнозируемые отклонения бортовой шкалы времени относительно системной могут достигать 1 нс на интервале в 1 ч. В настоящее время средствами контрольно-измерительного комплекса ведется постоянное наблюдение за бортовыми эталонами каждого НКА, и для каждого из них рассчитывается индивидуальный алгоритм коррекции.
В качестве модели, как правило, используется полином второй степени. К дальномерным погрешностям частотно-временной области можно отнести и погрешности, вносимые групповой задержкой навигационного сигнала в аппаратуре спутника. Групповая задержка 101 Гпава 2 представляет собой интервал времени между выходным навигационным сигналом в фазовом центре передающей антенны и выходным сигналом бортового эталона частоты и времени. Систематическая составляющая групповой задержки измеряется при сборке и калибровке аппаратуры спутника, она индивидуальна для каждого НКА и передается в составе служебного сообщения НКА. Случайная составляющая рассматривается в составе дальномерной погрешности и обычно не превышает 3 нс. Степень достоверности частотно-временных поправок зависит от их "возраста", т.е.
от срока, прошедшего с момента их загрузки в память бортового вычислителя. В ситуации, когда происходит затмение спутника или коррекция его орбиты, возможно длительное отсутствие коррекции. Дпя уменьшения зависимости от интервала между обновлениями данных применяется режим межспутниковых измерений, реализованный в 6РЯ на спутниках типа В!осК ПЯ и подлежащий реализации в ГЛОНАСС на спутниках типа ГЛОНАСС-М. Для средневысотных СНС имеют значение релятивистские и гравитационные эффекты, обусловленные различиями скоростей НКА и потребителя и гравитационного потенциала в точках расположения НКА и потребителя.
Для компенсации релятивистских и гравитационных эффектов в опорную частоту бортового эталона вносят так называемую релятивистскую поправку, уменьшая ее на некоторую величину. Окончательная коррекция осуществляется в аппаратуре потребителя, при помощи поправки, рассчитываемой на основе служебных данных НС [21: И„=Ее. ажЕ, где Г= -2~/р/с ; р — универсальная гравитационная постоянная Земли; с — скорость света; а и е — большая полуось и эксцентриситет орбиты спутника; Š— эксцентрическая аномалия. Погрешности в определении параметров НКА и непрогнозируемые смещения НКА относительно экстраполированной орбиты приводят к возникновению эфемеридных погрешностей. Наряду с погрешностью бортовой шкалы времени, эфемеридные погрешности могут быть представлены, как компонент эквивалентной дальномерной погрешности (ЭДП).
Для СНС ГЛОНАСС суммарная ЭДП, вносимая контрольно-измерительным комплексом и НКА по самым негативным оценкам не превышает 9,2 м. Для 6РЯ среднеквадратическое значение одной лишь эфемеридной составляющей ЭДП составляет примерно 1 м. 102 Общие принципы функционирования спутниковых НС где К~- параметр, характеризующий состояние тропосферы, р — угол места НКА, и — коэффициент преломления радиоволн, Я', — протяженность тропосферного участка трассы радиосигнала.
При малых углах места тропосферная рефракция (и ионосферная тоже) достигает максимума, так как радиоволны проходят при таких углах наибольший путь. Поэтому в приемоиндикаторах принимают во внимание только те спутники, которые находятся выше, чем так называемый угол маски величиной 5...10'. Рефракция в ионосфере также обусловлена неоднородностями и изменением диэлектрической проницаемости с высотой. Задержка сигнала с частотой сможет быть аппроксимирована, как а Ь с а М = — + — + — +...=— р2 ~3 ~4 '" ~2 ' (2.59) Экспериментально подтверждено, что вторым и третьим слагаемыми можно пренебречь. Для рабочих частот СНС ГЛОНАСС и ОРЯ их значения оцениваются соответственно, как 0,08 нс и 0,25 нс.
103 Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала относятся к наименее предсказуемым и в силу этого могут значительно влиять на точность местоопределения. Атмосфера Земли способна влиять на распространение радиоволн, причем это влияние не всегда поддается прогнозированию. Рефракция радиоволн (искривление пути распространения) вносит дополнительные задержки сигнала. На распространение радиоволн влияют тропосфера, расположенная у поверхности Земли и до высоты в 12 — 18 км, и ионосфера, представляющая собой слой атмосферы от 60...100 и до 500...1000 км.
Рефракция сигналов НКА в тропосфере обусловлена неоднородностями и изменением диэлектрической проницаемости с высотой. Значение тропосферной рефракции зависит от факторов, влияние которых хорошо изучено и поддается прогнозу (влажность воздуха, давление, температура). С точки зрения влияния на распространение радиоволн, тропосферу рассматривают как смесь сухого воздуха и водяных паров. Показатели преломления для этих компонентов точно измерены.
Зная влажность воздуха, можно рассчитать значение коэффициента преломления для смеси. Для средних метеоусловий тропосферная погрешность может быть спрогнозирована, как Л6 = —.' 1 (л — 1)ДЯ, К, г (2.58) вопр Глава 2 Основная проблема при компенсации ионосферной задержки состоит в том, что значение задержки очень широко меняется в зависимости от региона, в котором расположен приемоиндикатор, времени суток и года, солнечной и геомагнитной активности. Значения задержки лежат в диапазоне 5...500 нс, среднее значение составляет 5...10 нс ночью и 30...50 днем для углов места, близких к 90 .
С приближением к углу маски ионосферная задержка возрастает в 2 — 3 раза. Обычно ночным влиянием ионосферы пренебрегают. Известно ~24), что ионосферные задержки наиболее сильны на низких широтах. Ионосферные задержки необходимо учитывать, если необходимо достичь точность определения координат больше 8 м. В СНС ОРЯ для этой цели применяется постоянный мониторинг состояния ионосферы, для чего используются все доступные методы, включая наблюдение за солнечной активностью, прямые и косвенные методы измерения концентрации свободных электронов в ионосфере, а также аппаратное измерение задержки сигнала 6РЯ на различных станциях слежения.
На основании собранных данных вычисляются коэффициенты, позволяющие потребителю смоделировать в приемоиндикаторе условия распространения сигнала в ионосфере. Более скромная наземная инфраструктура СНС ГЛОНАСС не позволяет в данное время организовать мониторинг ионосферной задержки в различных регионах Земли. Существуют методы определения и учета ионосферной задержки на стороне потребителя: ° метод моделирования трассы; ° двухчастотные измерения; ° избыточные одночастотные измерения. Первый метод широко применяется в одночастотных приемоиндикаторах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
