ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. А.И.Перова (2010) (1151961), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Пусть ОИС находится в точке с известными координатами (х,„, у,„, г,„1= х,„. Тогда геометрическая дальность между ОИС и 1-м НС в момент времени 1о определяется выражением г 2 21 1/2 л„,г~~ю)=[)*~ою) *„) +)Уою) У„) ~)~;оо) ~„) ] (12.4) В момент времени 1о на ОИС измеряется псевдо дальность Д,„, (1о), для которой справедливо выражение (12.1). Поэтому для скалярной поправки Лр, (1о, х,„) к измерению псевдо дальности можно записать р) (1О~ Хоп) = Допю (1О) Допл (~О) = (А1НС| (1О) А1пр (~О)) ~д) (1О>Хоп) ' (12.5) Дифференциальные поправки Лр, (1о,х,„) формируются на ККС для всех видимых НС (1=1, Ю ) и передаются потребителям. Поскольку время формирования поправок го на ОИС не совпадает с временем их применения 1 в НАП, для улучшения качества коррекции можно использовать экстраполированную поправку к псевдо дальности Лр,.
(1, х.,) = Лр, (1о,х.„)+ Ьр, (го,х,„)(1 — 1о), 444 где Лр, (г,х„,) = ИАр, (1,х,„)/й ., характеризует скорость изменения дифференциальной поправки во времени. Глава 12 мер, погрешности многолучевого распространения навигационных сигналов. Поскольку при распространении ДП по линиям связи возникает задержка сигнала, зависящая от расстояния между ОИС и НС, необходимо решать проблему согласования времени формирования ДП и времени их использования в НАП (например, использовать экстраполированные поправки (12.б)). Из формулы (12.5) для скалярной поправки Лр, (1о,х„) видно, что можно выделить различные медленно меняющиеся составляющие, например, смещение БШВ ЬТнс, (1) и ионосферную погрешность оД„,„(1,х) .
Поэтому на ОИС можно формировать отдельные поправки для каждой из указанных составляющих суммарной погрешности и передавать их потребителю. Таким образом, получается векторнси поправка, т.е. поправка, состоящая из нескольких составляющих. Для высокоточного ДР используются измерения псевдо фаз на ОИС и в НАП. Сигнал от 1-го НС на входе приемника может быть записан в виде и,„, (1) = АЬ „(1 — г (1)) 6„, (1 — г Я)со3~ сц(1 — т(1))+ ф~), (12.8) где в, = 2л 1", — несущая частота сигнала 1-го НС; фо — начальная фаза излучения, которую для простоты положим нулевой.
Введем текущую полную псевдо фазу, полагая для простоты рассуждений Фо =0: фЯ=сцгЯ=2лХ, +ф(1), (12.9) где Ж, — целое число периодов (частоты Л) полной фазы; ф(г)<2х— «дробная часть» периода фазы высокочастотного заполнения. В когерентном приемнике сигналов НС осуществляется слежение за фазой сигнала (12.8), и в контуре следящей системы формируется оценка дробной части фазы, т.е. ф.
Пусть на ОИС проведены измерения псевдо дальности (12.1) и псевдо фазы (12.9) для 1-го НС. Тогда, подставляя (12.1) в (12.9), запишем — л,.'!!!= — (л(г!4!!т~.,(!) — ьт (!))с-;Блф)=2!!й! !!-ф(!) ! или ~, (1)Я, ' =Д;(1)+(1~Тнс, (1) АТЬ(1)) + лД'(1) 1~;1оис)А (12 0) где Ж,.1 и 1 — целое число периодов полной фазы сигнала с частотой ~, принятого на ОИС. Из (12.10) видно, что фазовые измерения зависят, во-первых, от погрешностей (ЛТнс, (1) — ЛТ„р (1))с+6Д, (1), характерных и для псевдо дальномерных 446 Дифференциальный режим СРНС ГЛОНАСС измерений (12.1), а во-вторых, от параметра М,.1оис), определяющего неоднозначность фазовых измерений. Действительно, поскольку ф(~) < 2~г, измерив ф из (12.9), нельзя определить точное значение псевдо дальности Д,, если неизвестно У;.
Поэтому Ж,.1 ис1 иногда называют параметром неоднозначности фазовых измерений. Заметим, что если в приемнике сигналов СРНС обеспечивается слежение за фазой сигнала без перескоков оценки фазы ф Я на целое число периодов, то параметр Ж,.1ои 1 остается постоянным в процессе слежения. Из сравнения (12.1) и (12.10) следует, что они принципиально отличаются наличием (или отсутствием) параметра неоднозначности У,. Из этого факта вытекает отличие высокоточного от стандартного ДР, а именно: в высокоточном ДР на ОИС формируются не только дифференциальные поправки псевдо дальности и псевдо скорости, но и оценка параметра неоднозначности У,.1ои ) фазовых измерений, которая также должна передаваться потребителю.
Из (12.10) видно, что для установления однозначности и высокой точности определения дальности Д, по фазовым измерениям ф,, необходимо оценить погрешность (ЛТнс,Я вЂ” ЬТ„р(г) 1с+ оД, (к) (которая есть не что иное, как погрешность дальномерных измерений), параметр неоднозначности Ж, и вычесть эти оценки из ф, . Поэтому, принимая в качестве указанных оценок полученные от ОИС поправки Лр, (г), Лр, (~) и Х,.1кк,), в НАП можно сформировать скорректированное значение псевдо фазы по формуле ф..., (~') 1, ф, „(~') 1, 2~т 2л — '+М(~')+~1оис) = = Дю (~')+ ~~Тнс г (~') — ~~Тнс г (~'))+(~Тпроп (~') — АТр ('))с+ «-(гд„.„<!') — юд„.„(г')) «-(юд „'П"1 — адп .„(г'))+ +(~д„, Я-~д,„Я~~4а,-„~(~)-кд.„(~))- -(п~~~п)4-Х~оиц4) С'2"~ где г' — время проведения измерений в НАП; ЛУ,.
== Ж,.1н~п)Я,. — -У, и Л,.— разность параметров неоднозначности фазовых измерений по линиям НС— ОИС и НС вЂ” НАП соответственно. 447 Глава 12 Если НС находится в плоскости, перпендикулярной линии НАП вЂ” ОИС и проходящей через середину этой линии, то д,у, = О (при условии небольших расстояний между НАП и ОИС). 12.3. Пространственно-временные характеристики дифференциальных поправок Характерной особенностью дифференциальных режимов является то, что дифференциальная поправка Лр(го,х,„) формируется в одной точке пространства (с координатами х,„) и в один момент времени (го), а используются они в другой точке пространства и в другой момент времени.
Наименьшая погрешность измерений при использовании ДР получается, если НАП расположена в той же точке, что и ОИС, а измерения в НАП проводятся в тот же момент времени, в который формируются ДП. В этом случае поправка Лр(1о,х,„) является наилучшей в том смысле, что поправки Лр(1,х), полученные от ОИС, расположенных в других точках (с координатами х ), и сформированные в другой момент времени (1), будут приводить к худшим результатам коррекции измерений псевдо дальности в НАП.
Представим теперь обратную ситуацию: НАП находится в точке с координатами х, измерения проводятся в момент времени г, а от ОИС получены поправки Лр(10,х,„) . Для такой НАП поправка Лр(1,х) (при ее наличии) была бы наилучшей, а поправка Лр(10,х,„) будет хуже. Разложим Лр(го,х,„) в ряд Тейлора в точке (1, х) и ограничимся линейными членами разложения Ьр(1о,х,„) = Ьр(~,х)+ (х„— х)+ (10 — 1). дЛр(1,х) дЛр(~,х) (12.12) оп О Здесь первое слагаемое в правой части равенства является наилучшей поправкой для рассматриваемой НАП, а два вторых слагаемых характеризуют отклонение принятой от ОИС поправки от наилучшей. Причем первое слагаемое соответствует ухудшению, обусловленному различием пространственного положения ОИС и НАП.
Такое ухудшение называют пространственным декоррелирующим фактором. Второе слагаемое (из указанных двух) обусловлено отличием времени использования ДП от времени ее формирования, а соответствующее ухудшение ДП называют временным декоррелирующим фактором Разные составляющие погрешностей дальномерных измерений могут иметь свойства либо пространственной, либо временной декорреляции, либо и той и другой одновременно. Например, ионосферная погрешность обладает свойствами пространственной и временной декорреляции, а погрешность, обусловленная расхождением шкал времени НС и потребителя, характеризуется лишь временной декорреляцией. 448 Дифференциальный режим СРНС ГЛОНАСС и выполнив дифференцирование в (12.18), получаем (12.19) где вектор й = Лг — Лг'Ь, оис Ь, оис представляет собой проекцию вектора Лг на нормаль к линии ОИС вЂ” НС;, лежащую в плоскости, образованной векторами р„ис, и Ь,.
Используя неравенство Коши — Шварца, для (12.19) можно записать )лк, )а( (лк,) )лг( Рпр.декор— Из (12.19), (12.20) следует, что с увеличением расстояния )Лг! между ОИС и НАП возрастает влияние пространственного декоррелирующего фактора для поправок эфемеридного обеспечения. 12.5. Бюджет погрешностей определения псевдодальности в дифференциальном режиме В результате использования дифференциального режима в СРНС снижаются отдельные составляющие погрешностей в интегрированном бюджете погрешностей определения псевдо дальностей (см. табл. 7.4).
В табл. 12.1 приведены ожидаемые значения погрешностей в этом случае, заимствованные из 16.8). Приведенные данные соответствуют положению потребителя в радиусе 50 км от ККС. Таблица 12.1. Интегрированный бюджет погрешностей определения псевдо дальности при использовании ДР 451 Глава 12 При большем удалении потребителя от ККС необходимо учитывать пространственные и временные декоррелирующие факторы, рекомендуемые значения которых приведены в табл. 12.2. Таблица 12.2.
Пространственные декоррелирующие факторы 12.6. Контроль целостности СРНС в дифференциальных подсистемах Одним из важных требований к системам глобальной навигации, как отмечалось в и. 1.6, является нелостность, под которой понимают способность системы своевременно выявлять и предоставлять потребителю информацию об отказах в системе. В системе ГЛОНАСС предусмотрен контроль целостности, основные способы реализации которого описаны в и.
11.5. Однако время информирования потребителей о произошедших в системе отказах с использованием только средств системы не удовлетворяет требованиям ряда важных приложений, например, гражданской авиации. Поэтому существует потребность в дополнительных, независимых методах и средствах контроля целостности СРНС. Одним из возможных подходов к решению данной проблемы является создание сети наземных станций мониторинга, основная задача которых — выявление отклонений от штатного функционирования СРНС и оперативное информирование об этом пользователей. Другой подход основан на использовании имеющихся или создающихся дифференциальных подсистем для дополнительного контроля целостности СРНС. В основе такой возможности лежит аналогичность проводимых измерений.
Так, на ККС осуществляется прием и обработка сигналов всех НС, в результате чего формируются оценки координат ККС, которые сравниваются с точно известными координатами. Отклонение характеристик сигнала того или иного НС от стандартных приводит к изменению оценок координат, что фиксируется и может быть использовано для набора статистических данных о характеристиках сигналов, излучаемых НС. Наличие сети ККС позволяет организовать дополнительную совместную обработку данных, полученных на каждой ККС, что повышает качество контроля целостности. Совмещение функций формирования дифференциальных поправок и контроля целостности в ДПС полезно также и в интересах исключения передачи недостоверных поправок потребителям.
452 Дифференииалъный режим СРНС ГЛОНАСС В качестве характеристик целостности могут использоваться следующие параметры: вероятность выявления отказа в течение времени, равного заданному или менее; время обнаружения отказа — интервал времени между фактом наступления отказа и фактом его обнаружения; частота отказов на заданном интервале времени; допустимые значения ошибок при решении навигационной задачи. При осуществлении контроля целостности решаются следующие задачи: оценивание в реальном времени ошибок измерения псевдо дальностей по сигналам всех НС; оценивание точности определения горизонтальных и вертикальных составляющих координат с учетом лишь погрешностей эфемерид, частотно- временных поправок и текущей геометрии НС; оценивание точности определения горизонтальных и вертикальных составляющих скорости с учетом лишь погрешностей эфемерид, ЧВП и текущей геометрии НС; оценивание отношения сигнал/шум по сигналам всех НС; контроль количества наблюдаемых НС; поддержка баз данных, содержащих перечисленные выше параметры; фиксация ситуаций, когда НС функционирует аномально.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
