09. Дифференциальная коррекция и относительные измерения в СРНС

9. Дифференциальная коррекция и относительные измерения в СРНСКак следует из материалов предыдущего раздела, современная АПСРНС в стандартном режиме измерений может обеспечить ЭПД на уровне5…10 м (СКО), что позволяет потребителю при типовых значениягеометрического фактора определять абсолютные координаты с точностью15…60 м (СКО). Для многих приложений: навигации в открытом море,полетов на высотах более 1000 м, слежения за автотранспортнымисредствами и т.п. такая точность вполне достаточна. Однако для решениятаких задач, как судовождение в проливах, каналах, акваториях портов,автоматическая инструментальная посадка воздушных судов, геодезическаяпривязка различных объектов и т.п.

часто требуется более высокая точностьместоопределения. Одним из наиболее эффективных путей решенияуказанныхпроблемявляетсяприменениеметодовотносительныхизмерений (ОИ) или методов дифференциальной коррекции (ДК).Основная идея указанных методов состоит в совместной обработкерезультатов измерений НП или координат, полученных, по крайней мере, вдвухразнесенныхточкахрабочейзоныСРНС.Принципиальнаявозможность повысить таким способом точность НВО обусловленаналичиемвЭПДкоррелированнойвовремениипространствесоставляющей, которая при использовании дифференциальныхметодовкомпенсируется (при сильной корреляции – практически полностью, прислабой – частично). Необходимо отметить, что одновременно возрастаетдисперсия некоррелированной (шумовой) составляющей погрешностидифференциальных НП,поскольку эта погрешностьравна суммедисперсий шумовых ошибок измерений, подвергаемых дифференциальной(разностной) обработке.Различие ДК и ОИ состоит в том, что метод ДК имеет своейконечной целью определение координат точки нахождения потребителя вгеоцентрическойилигеодезическойсистеме(национальнойилиглобальной).

При этом геодезические координаты и прочие параметры1вектора состояния другой точки считаются априори известными с высокойстепенью точности,принимаются за эталонные и используются длявычисления поправок к результатам НВО потребителя.В отличие от ДКвзаимногоположенияметодом ОИ решается задача определениедвухобъектов(например,воздушныхилинадводных судов). Очевидно, что требование точной геодезическойпривязки координат по отношению к таким объектам теряет смысл,соответственно, появляется свобода выбора системы координат, в которойфиксируютсякоординатыобоихобъектов.Вчастности,могутиспользоваться топоцентрические системы координат (подробнее см.раздел 10).Ниже рассматриваются основные особенности и способы реализацииалгоритмов ДК и ОИ. (Отметим, что с учетом общности идеи ииспользуемого математического аппарата в ряде работ ДК и ОИ описываютв рамках единого дифференциального метода).9.1.

Принцип дифференциальной коррекцииКомплекс технических средств для реализации ДК, являющийсяфункциональным дополнением СРНС, принято называть дифференциальнойподсистемой (ДПС) (см. рис. 9.1).2Рис. 9.1Основными составными частями подсистемы являются: контрольнокорректирующаястанция(ККС),каналпередачикорректирующейинформации (КИ), аппаратура приема и обработки КИ в АП. На ККС,собственные геодезические координаты xккс, yккс, zккс которой известны свысокой точностью и используются в качестве эталонных, размещаетсяпрецизионная АП с малым уровнем случайной погрешности измерения НП.С помощью этой АП обычным методом измеряется текущее значение НПизм.(например - псевдодальностиR̂iккк , см.

ниже), которое сравниваются сэталонным значением НПэт., вычисленным на основе известных координатККС xккс, yккс, zккс и полученных из эфемеридной информации координатНКА xci, yci, zci . Разница между текущими измерениями и эталоннымизначениями НП  НП изм.  НП эт. используется для формирования поправок,передаваемых потребителю в составе КИ. Потребитель, на основаниипринятой КИ, вносит поправки в значение НПизм., измеренное его АП, азатем скорректированное значение НПкорр.

используется при расчетепараметров его вектора состояния .Эффективность ДК определяется погрешностями АП эталоннойточки и объекта, расстоянием между ними, а также видом зависимостикоэффициентакорреляцииЭПДотрасстоянияивремени.Хотятеоретический радиус корреляции ЭПД СРНС достигает 2000 км [117], напрактике эффективным считается использование ДК при удалениях АП отэталонной точки не более чем на 500 км.8.7.2. Параметры корректирующей информацииПо составу параметров корректируемой в АП информации могутбыть выделены два метода:1.

Метод дифференциальной коррекции координат потребителя.2. Метод дифференциальной коррекции измеряемых НП.3Метод дифференциальной коррекции координат предусматривает,что КИ формируется путем сопоставления эталонных координат ККС скоординатами, вычисленными в ее АП. Полученные дифференциальныепоправки (как разности эталонных и измеренных координат ККС)передаются в составе КИ потребителям, которые могут уточнить по нимсвои координаты.Данный метод наиболее прост, так как не меняет основной алгоритмнавигационныхопределений АП объекта (поправки вводятся в ужевычисленные координаты), но налагает существенные ограничения насостав рабочих созвездий ККС и АП и используемых в них алгоритмовнавигационныхопределений.Аименно,поправкиккоординатам,вычисляемые на ККС по ее рабочему созвездию, могут использоватьсятолько при условии, что АП работает по этому же созвездию и используетидентичныеалгоритмынавигационныхопределений.Действительно,переносить поправки, найденные по одному созвездию, на результатыопределений, полученные по другому созвездию, недопустимо, поскольку вэтом случае использование КИ приводит не к уменьшению, а к увеличениюпогрешности навигационных определений.

Аналогично, при использованиив аппаратуре ККС и потребителя неидентичных алгоритмов, могутвозникнутьдополнительныенекоррелированныесоставляющиеалгоритмической погрешности. По этим причинам в современной практикеэтот метод используется все реже.Сутьметодадифференциальнойкоррекциинавигационныхпараметров состоит в том, чтобы сообщать потребителям набор поправок кизмерениям НП по всем НКА, которые потенциально может использоватьих АП, предоставив возможность каждому потребителю выбирать рабочеесозвездие и число используемых для определения НКА.

Иными словами, вданномметодевычисляютсяпоправкикизмереннымпараметрам(например, к квазидальности) по всем НКА, находящимся в зонерадиовидимости АП на ККС. Для этого, одновременно с измерением4квазидальностей до всех НКА, находят их расчетные значения, используяданныеэфемерид.Результатырасчетовпринимаютзаистинныеквазидальности, поскольку их вычисления проводят по эталоннымкоординатам ККС. Разности расчетных и измеренных значений в качествепоправок к псевдодальномерным измерениям передаются в составе КИ всемпотребителям.

При этом отсутствуют ограничения на выбор алгоритмовфункционирования АП, поскольку потребитель может выбрать оптимальноедля него созвездие и число НКА в нем, а измеренные в его АПквазидальности корректируются с помощью поправок, относящихся квыбранным НКА.8.7.3. Прямой и инверсный дифференциальные методыВ зависимости от места использования КИ в системе потребителейнавигационнойинформацииразличаютпрямойиинверсныйдифференциальные методы.Прямой метод предусматривает использование КИ непосредственнов навигационной аппаратуре потребителя для уточнения параметров еговектора состояния. Этот метод получил наибольшее распространение,поэтому в большинстве типов АП имеется интерфейс для приема КИ всоответствующемформате,определенноммеждународнымиилинациональными стандартами.Инверсный метод используется в тех случаях, когда требуетсяуточнение вектора состояния объекта не в точке его нахождения, а внекотором другом пункте, на котором осуществляется контроль положенияобъекта или управление его движением.

При этом с АП контролируемогообъекта на пункт управления (контроля) транслируются либо результатыпервичныхизмерений,либотекущиекоординаты,дополненныеинформацией о составе рабочего созвездия, по которому они вычислены. Впункте управления (контроля) полученные данные корректируются сиспользованием КИ, поступающей от ККС, которая может располагаться5как в самом пункте управления, так и находится в другом месте.Уточненные в результате коррекции навигационные данные затем могутретранслироваться на объект или использоваться информационнымисистемами пункта управления как в реальном времени, так и в режимепостобработки.8.7.4. Методы относительных измеренийНаиболее простой и наглядный вариант реализации методаОИ,аналогичный методу дифференциальной коррекции координат (см.

выше),сводится к следующему. Пусть на двух объектах, разнесенных впространстве, установлены комплекты АП, которые по одним и тем жесозвездиям НКА в совпадающие моменты времени определяют своигеоцентрические координатыx 1 , y 1 , z 1 , x 2 , y 2 , z 2 .Вычисленныекоординаты по соответствующему каналу связи передаются с одногообъекта на другой.

На каждом объекте вычитание одноименных компонентэтих векторов положения позволяет определить проекции базовой линии,соединяющейэтидваобъектаx  x1  x 2 , y  y1  y 2 , z  z1  z 2 ,расстояние между объектами D  x 2  y 2  z 2 , а также углы , ,  ,характеризующие направление базовой линии в пространстве:  arc cosyxz,   arc cos,   arc cos .DDDОднако в таком предельно упрощенном виде метод ОИ в настоящеевремя применяется редко, поскольку выигрыш в точности, получаемый прииспользовании только координатной информации, не окупает усложнениясистемы. Современные высокоточные системы ОИ работают по принципусовместной обработки РНП, измеренных АП объектов, при этом наряду сдальномерными измерениями используются измерения фазы несущейчастоты сигналов НКА, что требует точной частотнойивременнойсинхронизации АП объектов.