3. Методы НВО, используемые в ГНСС (1151913)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ГЛАВА 3.МЕТОДЫНАВИГАЦИОННО-ВРЕМЕННЫХОПРЕДЕЛЕНИЙ,ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХСИСТЕМАХ3.1. Методы НВО, основанные на измерении задержки сигнала3.1.1 Дальномерный метод.Как уже отмечалось выше, методы НВО, базирующиеся на измерениизадержки сигнала на трассе распространения от ОРНТ до потребителя,относятся к классу дальномерных, поскольку определяемым НП в этом случаеявляется дальность «ОРНТ-АП». Существенно, что возможны различныеметоды определения указанного НП: по результатам измерения временногоположения огибающей импульсного сигнала, по результатам измерения фазынесущей частоты сигнала, а также по результатам совместной обработкиизмерений указанных РНП.

При этом необходимо иметь в виду, что придальностях, превышающих длину волны несущей, фазовые измерения являетсянеоднозначными, что связано с циклическим характером изменения фазы вовремени. Проблема разрешения (устранения) неоднозначности фазовыхизмерений и другие особенности применения фазовых методов в ГНСС будутрассмотрены в разделах №№…. В данном разделе дальномерные методы НВОрассматриваются безотносительно к тому, на основании измерения какогоРНП определен требуемый НП – дальность «ОРНТ-АП».Используемые в ГНСС методы НВО, базирующиеся на измерениизадержки сигнала при распространении от ОРНТ до потребителя, во многоманалогичныдальномернымметодам,применяемымвРНСназемногобазирования (раздел 1.3).

Основное отличие состоит в том, что требования поточности позиционирования, предъявляемые к ГНСС, не могут бытьобеспеченыбезсинхронизациишкалывременипотребителя(ШВП),формируемой внутренним опорным генератором (ОГ) АП, с системной шкалойвремени (СШВ) ГНСС, что предъявляет дополнительные условия к методамНВО (см. ниже). На практике синхронизация ШВП с СШВ осуществляетсяпутем передачи потребителю в составе НС отсчетов бортовой шкалой времени(БШВ), формируемой бортовым синхронизирующим устройством (БСУ) НКАи поправки БШВ относительно СШВ.Стандартная навигационная задача решается в АП ГНСС в трехмерномпространстве в следующей постановке.Будем полагать, что в АП получены значения дальностей до несколькихНКА R1, R2,…Ri,…Rn, где i — индекс НКА, 1 …i … n, n — общее числонаблюдаемых НКА (размер рабочего созвездия).Поверхность положения для каждого i-гоНКА в трехмерном пространстве представляетсферу радиуса Ri, центр которой расположен вцентре масс НКА (рис.

3.1). Уравнение этойсферы имеет вид:Ri  ( xÍ ÊÀi  x) 2  ( yÍ ÊÀi  y ) 2  ( zÍ ÊÀi  z )2 .ЗдесьxÍ ÊÀi , yÍ ÊÀi ,zÍ ÊÀi ,(3.1)— передаваемые потребителю в составе НС(подробнее см. раздел 6) координаты i-го НКА, относящиеся к некоторомумоменту времени t0; x, y, z — относящиеся к тому же моменту координатыпотребителя, которые необходимо определить.Таким образом, для дальномерного метода навигационная функцияпредставляет собой систему из квадратных уравнений вида (3.1), минимальноечисло таких уравнений, необходимое для трехмерных измерений, равно трем.Ввидунелинейностиуказанныхуравненийвозникаетпроблеманеоднозначности определения координат, устраняемая с помощью имеющейсядополнительнойинформации(априорныекоординаты потребителя,егорадиальная скорость и т.

д.), либо путем увеличения размерности системыуравнений, т.е. за счет измерений по дополнительным НКА.Принципиально важным с точки зрения практического использованиядальномерного метода является следующее. Как уже говорилось, уравнение(3.1) предполагает, что все входящие в это выражение величины относятся кодному и тому же моменту времени. В реальности момент наступления любогособытия, происходящего на борту НКА (например, начало излучения сигнала),может быть определен только относительно БШВ. При этом потребитель (П)фиксирует момент приема этого сигнала в ШВП.

Если БШВ и ШВП идеальносинхронизированы, то проблем не возникает, однако для этого необходимоиметь в АП высокостабильный эталон времени (частоты) и периодическипроводить его калибровку по БШВ НКА или СШВ, что технически сложно иэкономически не оправдано. При наличии смещения ШВП относительно БШВ = tБШВ–tШВП измеренная потребителем величина п задержки сигнала на трассераспространения «НКА–П» будет отличаться от истинной задержки  навеличину , поэтому величина п фактически является псевдозадержкой.(Болеестрогоеопределениепонятияпсевдозадержкисм.в[12].)Соответственно, рассчитанная на основании измеренного потребителемзначения п дальность до i-го НКА Ri = cп отличается от истинной на величинуR = c, т.е. представляет собой псевдодальность:Rˆi  ( xÍ ÊÀi  x) 2  ( yÍ ÊÀi  y ) 2  ( zÍ ÊÀi  z )2  c ,(3.2)где с — скорость света.Координаты потребителя x, y, z в этом случае также определяются спогрешностью, значение которой с учетом реальных значений смещения шкал может достигать десятков и сотен метров.

Поэтому дальномерный метод ненаходитприменениявмассовойАП,вместонегоиспользуютпсевдодальномерный метод, позволяющий в процессе НВО определить и учестьвеличину , либо разностно-дальномерный метод, при котором навигационнаяфункция не зависит от этой величины.3.1.2 Псевдодальномерный методПоверхностью положения в псевдодальномерном методе по-прежнемуявляется сфера с центром в точке центра масс НКА, но радиус этой сферыотличается от истинной дальности R на неизвестную величину R = c.Существенно, что поскольку БШВ всех НКА синхронизированы с высокойточностью, величина R, считается одинаковой для всех НКА (рис.3.2).Измерение псевдодальностей до трехНКА позволяет составить систему только изтрех уравнений вида 3.2, содержащих четыренеизвестных – координаты потребителя x, y, z ивеличинуR.Длянеопределенностиустранениявозникшейнеобходимоизмеритьпсевдодальность еще до одного (четвертого)спутника.

Полученная таким образом система четырех уравнений имеетоднозначное решение и, следовательно, местоположение потребителя приизмерениях псевдодальностей определяется как точка пересечения четырехповерхностей положения. Именно необходимость обеспечить в любой точкиЗемли возможность одновременного наблюдения как минимум четырех НКАбыларешающим аргументоморбитальной группировки ГНСС.привыбореструктурыипараметровНеобходимообратитьвнимание,чтоположенноевосновупсевдодальномерного метода допущение о том, что бортовые шкалы всех НКАсинхронизированы с высокой точностью, справедливо только для каждой изГНСС — ГЛОНАСС и GPS — по отдельности.

Если же в рабочее созвездиевключены НКА обеих ГНСС, то, поскольку их БШВ в настоящее время несинхронизированы, система уравнений, которую необходимо решить для НВО,содержит не четыре, а пять неизвестных – три псевдодальности и две величинысмещения шкал: ГЛОНАСС и GPS. Соответственно возрастает необходимое числонезависимых измерений.Псевдодальномерный метод не накладывает жестких ограничений навеличину сдвига ШВП относительно БШВ, поскольку позволяет одновременнос определением местоположения вычислять эту величину и при необходимостискорректировать ШВП.3.1.3 Разностно-дальномерный методМетод основан на измерении разности дальностей от потребителя донескольких НКА.

Применять его целесообразно только при наличии вдальномерных измерениях неизвестных сдвигов R, т.е. в случаях, когда этиизмерения представляют собой псевдодальность.Величина R, как и впсевдодальномерном методе, считается одинаковой для всех НКА и постояннойза время навигационных определений. Очевидно, что при этом допущенииизмеряемый НП – разность псевдодальностей до двух НКА Rˆij  Rˆi  Rˆ j , равенразности истинных дальностей и не зависит от величины смещения R.

Длятрехмерных измерений разностно-дальномерным методом необходимо решитьсистему из трех независимых уравнений относительно величин разностейдальности Rˆij . до четырех НКА.Поверхности положения в разностно-дальномерном методе определяютсяиз условия Rˆij  const и представляют собой поверхности двухполостногогиперболоида вращения, фокусами которого являются координаты ОРНТ i и j(центров масс i-го и j-го НКА). Расстояние между этими ОРНТ называютбазой измерительной системы. Если расстояния от опорных точек (НКА) допотребителя велики по сравнению с размерами базы, то гиперболоидвращения в окрестности точки потребителя практически совпадает со своейасимптотой – конусом, вершина которого находится в середине базы.Влитературепоказано,чторазностно-дальномерныйипсевдодальномерный методы при одномоментных измерениях обеспечиваютодинаковую точность определения координат потребителя [7].

Недостаткомразностно-дальномерного метода является то, что при его использованиинельзя получить в явном виде оценку смещения R̂ , а следовательно,невозможна корректировка ШВП.3.1.4 О возможности перехода от одномоментных к последовательнымизмерениямРассмотренные выше методы получения оценок ВС потребителя наоснове одномоментных измерений соответствующих РНП ориентированы,преждевсего,применениянаНВОявляетсявысокодинамичныхвозможностьобъектов. Условиемодновременногоихнаблюдениянеобходимого числа НКА (при трехмерных измерениях – не менее четырех).Однако в определенных ситуациях возникает необходимость НВО приограниченном (менее четырех НКА) составе рабочего созвездия, при этомперемещениепотребителязавремяизмерениядопустимосчитатьпренебрежимо малым.

В таких случаях, возможна замена одновременныхизмерения по четырем НКА на два последовательных измерения по двумНКА или на четыре последовательных измерений по одному НКА, которыезатем, с учетом высокой стабильности БСУ, могут быть приведены к одномумоменту времени.3.2. МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗМЕРЕНИИ ДОПЛЕРОВСКОГОСДВИГАВ разделе 2 были описаны дифференциальный и интегральный методыопределения координат потребителя, основанные на измерении доплеровскогосдвига несущей частоты сигнала НКА. Было отмечено, что основнымнедостатком обоих методов является необходимость наблюдения НКА втечение интервала времени, за которое радиальная составляющая скоростидвижения НКА относительно потребителя заметным образом изменится. ВГНСС этот недостаток особенно ощутим, поскольку из-за большой высотыорбиты НКА градиент радиальной скорости на поверхности Земли мал, поэтомувремя, необходимое для достоверной оценки приращения доплеровского сдвигаоказывается неприемлемо большим.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций