Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Коэффициент а, входящий в соотношение (2.59) и зависящий от концентрации свободных электронов в ионосфере, известен лишь приблизительно. Поэтому точность расчетов ограничена. Если использовать значение так называемых коэффициентов модели ионосферы а и Р, передаваемых в навигационном сообщении, то ионосферную погрешность удается уменьшить лишь наполовину при условии приемлемого объема вычислений.
Расчет сложной параметрической модели в стационарных условиях позволяет снизить влияние ионосферной погрешности на 60...70/. Коэффициенты модели ионосферы обновляются раз в 10 дней, но могут обновляться чаще в периоды повышения солнечной активности. Двухчастотный метод основан на эффекте рефракции сигналов 104 Общие принципы функционирования спутниковых НС в ионосфере.
Эффект проявляется в том, что при распространении сигналов с разной несущей частотой вносится разная ионосферная задержка. При использовании двухчастотного метода измеряют дальности на двух частотах, Р(Ц и РЯ. Затем вычисляют разность задержек этих сигналов в ионосфере б4 = Щ) — РЯ), равную разности дополнительных групповых задержек в ионосфере на частотах ~~ и $. Существует соотношение 1 !1,531И; для ГЛОНАСС; м,,=й,, =!' ' (~ у~ )2 1 ~1,546Й; для6Р8; где ~,/$ = 9/7 = 1,2857 для ГЛОНАСС и ~/$ = 77160 = 1,283для 6Р8— значения, применяемые для коррекции псевдодальности, измеренной на частоте ~~.
Рефракция в ионосфере вносит погрешность и в измерение скорости потребителя. Погрешность измерения скорости может быть скорректирована по аналогии с коррекцией погрешности псевдодальности, измерением псевдодоплеровского сдвига на двух частотах и подстановкой результатов измерений в соотношение ~ — $2 Г3,5И для ГЛОНАСС ~3,534И для 6Р8 Двухчастотный метод позволяет свести ионосферную погрешность к десяткам сантиметров, но усложняет аппаратуру потребителя и увеличивает составляющую погрешности, обусловленную радио шумами. В соответствии с методом избыточных одночастотных измерений проводят измерения по нескольким (более восьми) НКА. Влияние ионосферы удается ощутимо снизить за счет усреднения пространственных характеристик ионосферы.
К погрешностям, возникающим на трассе распространения сигнала, можно отнести погрешности, возникающие по причине многолучевого распространения. В реальных условиях на вход приемоиндикатора обычно поступает не только прямой сигнал со спутника, но и множество переотраженных сигналов от соседних зданий, морской и земной поверхностей. Причем, в некоторых случаях, уровень отраженного сигнала может оказаться сопоставимы с уровнем прямого.
Влияние отраженных сигналов особенно заметно для авиационных потребителей, которые находятся на большом расстоянии от отражающих объектов, так как в этом случае возрастает разность между задержками прямого и отраженного сигналов. 105 Глава 2 Из-за одновременного поступления на антенну приемоиндикатора нескольких переотраженных сигналов возможна их взаимная интерференция и срыв слежения фазовых систем. Наиболее тяжелая картина многолучевого приема возникает в городских условиях, в окружении высотных зданий, когда погрешность может достигать 100 м.
Для снижения погрешности в приемниках стандартной точности применяются узкополосные корреляторы, уменьшающие погрешность до 10 м. Использование сигналов высокой точности снижает погрешность многолучевого приема до 3 м. Следующим, по порядку прохождения сигнала, источником дальномерных погрешностей является схема приемоиндикатора. Основным источником погрешностей являются схемы слежения за задержкой огибающей и несущей сигнала. Принято различать шумовые и динамические погрешности.
Огибающей сигнала НКА является двоичная ПСП. Шумовая погрешность некогерентной схемы слежения за задержкой ПСП имеет СКО Я где тз — длительность элементарного символа ПСП; В, — односторонняя ширина полосы пропускания схемы слежения за задержкой; В, — односторонняя ширина полосы пропускания тракта промежуточной частоты; РIИ~ — отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума на входе приемника. Динамическую составляющую погрешности приемоиндикатора можно оценить, как е„= 1,12т/4В;, где т — задержка сигнала.
На точность определения пространственно-временных координат потребителя оказывает влияние взаимное расположение НКА и потребителя. Следовательно, возникает задача выбора оптимального рабочего созвездия НКА, при котором обеспечивается заданная точность измерений. Существует такое понятие, как коэффициент геометрии Кв, являющийся мерой уменьшения точности навигационных определений из-за особенностей взаимного расположения НКА и потребителя. Коэффициент геометрии численно определяется для случая, когда погрешности определения псевдодальностей до четырех НКА равновелики и некоррелированы, и в общем случае описывается выражением 106 Общие принципы функционирования спутниковых НС г г г гР/г Кв — — [о„+о„+о +о, ) /оо, (2.60) где сгс — дисперсия измерения псевдодальностей. Выражение (2.60) может быть записано в другом виде: Кв = Кв + Квт ° г г г (2.61) где Квр — — [о„+о +о,) /ор — пространственный коэффициент; г г Квг =о,/ао — временной коэффициент.
В свою очередь, пространственный коэффициент может быть разбит на составляющие, характеризующие точность определения координат потребителя в горизонтальной и вертикальной плоскостях: г г г Кв~ =Квн+Кви (2.62) г г~'г где Квн — — [а + о ) /ор — горизонтальный коэффициент; Кв~ = о,/ор — вертикальный коэффициент. Последние коэффициенты используются чаще, так как точность местоопределения считается основной характеристикой СНС.
Показано (23, 241, что минимальное значение Квр = 1,5 достигается, когда потребитель находится в центре правильного тетраэдра. Если потребитель находится на поверхности Земли или возвышается пренебрежимо мало, то минимальное значение Квн — — 1,63 достигается, когда один НКА расположен в зените, а три остальных равномерно распределены в горизонтальной плоскости, когда объем тетраэдра максимален. СНС присущи периоды неудачного расположения НКА, которые длятся от 5 до 30 мин.
В такие периоды геометрический фактор значительно возрастает. 2.13. Дифференциальная подсистема 107 Спутниковые навигационные системы позволяют определить координаты потребителя с точностью порядка 10...15 метров. Но в ряде случаев требуется более высокая точность определения.
К таким случаям относятся геодезические измерения и картография, строительные работы, точная проводка судов в береговой зоне, навигация в городских условиях и т.д. Добиться существенного увеличения точности определения координат (до единиц и долей сантиметра) удается при помощи функционального дополнения к СНС, называемого дифференциальной подсистемой. Глава 2 Основу дифференциальной подсистемы составляет наземная контрольно-корректирующая станция (ККС), координаты которой известны и определены с большой точностью. Как правило, в подобных случаях говорят о координатах фазового центра приемной антенны.
Путем сравнения измеренных значений псевдодальностей до спутников с достоверными значениями, вычисленными на основе полученной от главной станции информации об орбитах НКА, вычисляются поправки к псевдодальностям. Полученные значения поправок передаются потребителям по специально выделенным линиям передачи данных. Потребитель должен иметь соответствующий приемник, оснащенный модулем для приема радиосигналов ККС.
Как правило, расстояние между потребителем и наземной ККС пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием до НКА. Поэтому с большой долей приближения можно считать, что на расстояниях до 200 — 300 км потребитель и ККС находятся в идентичном по всем параметрам навигационном поле. Следовательно, поправки, вычисленные для ККС, справедливы и для потребителя. Так, при расстоянии между ККС и потребителем, составляющем 100 км, погрешность определения координат потребителя, вызванная непостоянством ошибок псевдодальности в пространстве составляет единицы сантиметров, а при расстоянии до ККС порядка 1000 км— десятки сантиметров.
На практике стараются располагать ККС не далее 500 км от целевых потребителей. Принято различать широкозонные, региональные и локальные дифференциальные подсистемы, хотя такое деление зачастую является условным. Широкозонные дифференциальные подсистемы (ШДПС).
Основой широкозонной подсистемы является сеть специальных широкозонных ККС, информация о поправках с которых передается на главную станцию. После дополнительной проверки на главной станции вырабатывается комплекс общих поправок и сигналов целостности. Выработанные сигналы передаются, как правило, на геостационарные спутники, с которых транслируются на приемники потребителей.
Применение геостационарных спутников позволяет обеспечить радиус рабочей зоны порядка 5000...6000 км. Достаточно часто ККС, входящие в состав широкозонной подсистемы, обеспечивают и локальный сервис с применением дополнительных каналов передачи данных. Примером развитой ШДПС может являться сервис, предостав- 108 Общие принципы функционирования спутниковых НС ляемый компанией "Отп~ЗТАН" (подразделение корпорации "Риего"). В данном случае поправки транслируются на всю поверхность земного шара через созвездие геостационарных спутников.
Сервис является платным. Для клиента, заявившего о приблизительной зоне своего местонахождения, формируется комплекс индивидуальных поправок, именуемый виртуальной базовой станцией (ЧВВ). Могут быть сформированы ЧВЯ с континентальным, региональным и локальным охватом. Региональные дифференциальные подсистемы (РДПС) имеют диаметр зоны обслуживания от 400 до 2000 км и предназначены для навигационного обеспечения отдельных регионов континента или моря/океана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
