RU2175771C1 - Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах - Google Patents

Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах Download PDF

Info

Publication number
RU2175771C1
RU2175771C1 RU2000132270/09A RU2000132270A RU2175771C1 RU 2175771 C1 RU2175771 C1 RU 2175771C1 RU 2000132270/09 A RU2000132270/09 A RU 2000132270/09A RU 2000132270 A RU2000132270 A RU 2000132270A RU 2175771 C1 RU2175771 C1 RU 2175771C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
errors
satellite
ground measuring
vector
scalar
Prior art date
Application number
RU2000132270/09A
Other languages
English (en)
Inventor
В.В. Дворкин
С.С. Калинчев
Ю.М. Урличич
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" filed Critical Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения"
Priority to RU2000132270/09A priority Critical patent/RU2175771C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2175771C1 publication Critical patent/RU2175771C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности радионавигационных систем определения местоположения. Это достигается за счет того, что способ выделения погрешностей в спутниковой радионавигационной системе основан на приеме навигационных сигналов от спутников на наземных измерительных пунктах, один из которых является опорным. В измерительных пунктах измеряют псевдодальности и псевдоскорости. Результаты этих измерений от каждого измерительного пункта передают в центр обработки, в котором определяют векторно-скалярные погрешности, из выражений: Rизмij=DDij + CΔtнипj + ΔDDcпi,
Figure 00000001
, а полученные скалярные погрешности усредняют на заданном интервале. Полученные векторно-скалярные погрешности не зависят от местоположения опорных измерительных пунктов. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокации, и может быть использовано в радионавигационных системах определения местоположения объектов, использующих режим дифференциальной коррекции.
Уровень техники.
Известны способы выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах (СРНС) (см. , например, Шебшаевич В.С., Балов А.В., Химулин В.И. "Развитие дифференциального метода навигационных определений в спутниковой РНС ГЛОНАСС", Радионавигация и время, РИРВ, 1992, "Глобальная система местоопределения (GPS)" или "Navstar", Navigation (USA), 1978, v. 25, N 2). Эти способы основаны на определении дифференциальных погрешностей в априорно известной точке пространства и распространении их действия на прилежащую область, именуемую рабочей зоной опорной станции. В пределах рабочей зоны максимальная точность достигается в центре и убывает к ее периферии, ограничивая тем самым размер рабочей области.
Для уменьшения погрешности в крупных регионах требуется развернуть в том же регионе непрерывную сеть из опорных станций и аппроксимировать поправки от соседних станций для сглаживания ошибок в пределах рабочей зоны региона (патент US N 5621646, 1997 г.). Поскольку градиент поля погрешностей в произвольной точке между станциями неизвестен, а также изменяется при движении спутника, то для аппроксимации можно использовать только простейший полином первого порядка, что не позволяет получить достаточную точность выделения погрешностей для дифференциальной коррекции не только для расширенной, но и для локальной рабочей зоны отдельной опорной станции.
Сущность изобретения.
Для повышения точности определения погрешностей предлагается выделять векторные и скалярные погрешности, которые в совокупности и позволяют повысить точность. Это достигается за счет того, что способ выделения погрешностей в спутниковой радионавигационной системе заключается в приеме навигационных сигналов от i спутников, где i = 2, 3,..., n на наземных измерительных пунктах, один из которых является опорным. В наземных измерительных пунктах, номера которых j = 0, 1, 2,..., N производят измерение псевдодальности и псевдоскорости. Результаты этих измерений от каждого наземного измерительного пункта передают в центр обработки, в котором сначала определяют векторные погрешности, а затем скалярные погрешности, которые определяют с помощью результатов, полученных на опорном измерительном пункте, при этом указанные погрешности определяют из выражений: Rизм ij = DDij + С Δ tнипj + Δ DDcпi
Figure 00000004

где DDij = [(Xi-xj)2 + (Yi-yj)2 + (Zi-zj)2]0.5,
С - скорость света,
Δ tнипj - смещение шкалы времени j-го наземного измерительного пункта,
xj, yj, zj - априорные координаты j-го наземного измерительного пункта,
Δ DDспi VΔDDi- скалярные погрешности соответственно для псевдодальности и псевдоскорости,
Figure 00000005
вектор действительных координат i-го спутника, представленный в виде транспонированной (т) матрицы-строки,
Figure 00000006
вектор действительной скорости i-го спутника, представленный в виде транспонированной матрицы-строки,
Figure 00000007
априорные (по данным эфимерид) координаты и скорость i-го спутника, представленные в виде транспонированной матрицы-строки,
Figure 00000008
векторные погрешности для координат и скорости i-го спутника соответственно, представленные в виде транспонированной матрицы- строки,
λ - длина волны сигнала спутника,
f0i, fпj - частота опорного генератора на i-м спутнике и j-м наземном измерительном пункте соответственно,
а полученные скалярные погрешности усредняют на заданном интервале.
На чертеже представлен пример реализации способа в соответствии с изобретением, где показано:
1 - система радионавигационных спутников;
20 - опорный наземный измерительный пункт;
21-2N - наземные измерительные пункты;
3 - канал связи;
4 - центр обработки.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Предложенный способ поясняется конкретным примером осуществления. Навигационные сигналы, излучаемые системой 1 радионавигационных спутников, принимаются всеми наземными измерительными пунктами 20-2N (НИП). В измерительных пунктах производят измерение соответствующих псевдодальностей и псевдоскоростей. Результаты этих измерений от каждого измерительного пункта, находящегося в зоне действия системы 1 радионавигационных спутников, передают по каналу связи 3 в центр обработки 4. В центре обработки 4 по принятым результатам определяют сначала векторные погрешности из выражений:
Rизм ij = DDij + C Δ tнипi + ΔDDспi
Figure 00000009

где DDij=[(Xi-xj)2 + (Yi + yj)2 + (Zi-zj)2]0.5
С - скорость света,
Δ tнипi - смещение шкалы времени j-гo наземного измерительного пункта,
xj, yj, zj - априорные координаты j-го наземного измерительного пункта,
Δ DDспi, VΔDDi - скалярные погрешности соответственно для псевдодальности и псевдоскорости,
Figure 00000010
вектор действительных координат i-го спутника, представленный в виде транспонированной матрицы-строки,
Figure 00000011
вектор действительной скорости i-го спутника, представленный в виде транспонированной матрицы-строки,
Figure 00000012
априорные (по данным эфимерид) координаты и скорость i-го спутника, представленные в виде транспонированной матрицы-строки,
Figure 00000013
векторные погрешности для координат и скорости i-го спутника соответственно, представленные в виде транспонированной матрицы-строки,
λ - длина волны сигнала спутника,
f0i, fпj - частота опорного генератора на i-м спутнике и j-м наземном измерительном пункте соответственно.
Уравнения (1) можно записать в виде:
Figure 00000014

Figure 00000015

где F1 и F2 означают функционал (1)
Для определения массива погрешностей решается обратная навигационная задача: выбрав за опорные точки пространства точки расположения наземных измерительных пунктов (НИП) 20 - 2N, задаваемых в системе уравнений (1) векторами:
Figure 00000016

Figure 00000017

определяют вектор действительного текущего положения каждого видимого спутника. Векторные погрешности получаются как разность между действительными и априорными (эфемеридными) векторами спутника.
Ограниченная сеть НИП 20 - 2N состоит из нескольких независимых, двухчастотных, геодезически привязанных приемников, расположенных на максимально возможном удалении, которые проводят автономные измерения псевдодальности и псевдоскорости относительно собственного эталона времени и частоты (ЭВЧ). НИП 20 в сети выбран в качестве опорного и проводит измерения относительно ЭВЧ системы радионавигационных спутников. Никакой синхронизации и сверки шкал между пунктами не требуется.
Сначала по результатам проведенных измерений строится система нелинейных уравнений относительно следующих неизвестных:
- компонент действительного вектора координат спутников:
Figure 00000018

- компонент действительного вектора скорости спутников:
Figure 00000019

- скалярных погрешностей к дальностям и скоростям:
ΔDDспi, VΔDDi
- смещений шкал времени Δ tНИП j и частот Δ fij опорного генератора (на чертеже не показан) каждого НИП 2:
Δ tНИП j, Δ fij = (f0i - fпj),
где j = 0,1,2,...,N, i=2,3,...,n
Общее число неизвестных в системе определяется числом (N) НИП 2 в сети и числом (n) обрабатываемых спутников (сп.). Минимальное число спутников nmin= 2. Число уравнений в системе должно удовлетворять неравенству:
nN ≥ 4n+N,
откуда следует соотношение между числом НИП в сети и числом наблюдаемых спутников, что и показано в нижеследующей таблице. Там же указана и размерность матрицы системы уравнений.
Система нелинейных уравнений для координат может быть записана в следующем виде:
Figure 00000020

Аналогичная система записывается для скоростей:
Figure 00000021

Как видно, системы (2) и (3) - уравнения второго порядка в общем виде. Численное решение таких уравнений может быть найдено с помощью широко распространенного в спутниковых радионавигационных системах (СРНС) метода наименьших квадратов (МНК). Для получения быстрой сходимости решения системы (2) и (3) должны быть приведены к виду с общим постоянным членом в правой части уравнений. Это может быть сделано путем перехода к разностным уравнениям: взяв первые разности для каждого спутника между измерениями НИП 2j, где j = 1,2,3...N, и НИП 20, а затем вторые разности по спутникам, получим искомый вид системы. Например, при n = 2 спутниках и N = 8 НИП 2, система разностных уравнений для координат запишется в виде:
Figure 00000022

Система (4) из 8 уравнений с 6 неизвестными имеет стандартный для навигационной задачи СРНС вид и решается известным способом (МНК) относительно действительных координат спутников
Figure 00000023

Аналогично путем взятия первых и вторых разностей так же преобразуют (3) в систему разностных уравнений, которую после подстановки уже найденных выше действительных координат решают относительно действительных скоростей спутников:
Figure 00000024

Найденный полный вектор действительного положения спутника (т.е. вектор его координат и скорости) позволяет теперь вычислить искомые векторные погрешности к их эфемеридным значениям:
Figure 00000025

Figure 00000026

После этого переходят ко второму этапу обработки - определению скалярных погрешностей.
Для получения скалярных погрешностей используется метод измерения радионавигационных параметров относительно ЭВЧ спутниковой РНС при снятых векторных погрешностях. Для их вычисления используются измерения, полученные на опорном НИП 20. Уравнения (1) для момента времени (t) записываются в виде:
Figure 00000027

Figure 00000028

где Δ tНИП 0 - известные смещения шкалы времени для НИП 20,
ErrΔt НИПo, ErrΔf НИПo- погрешности синхронизации по времени и частоте НИП 20.
Подставляя в (5) текущие результаты измерений, найденные выше действительные координаты и скорости спутника, а также априорно известные смещения шкал времени и частоты опорного генератора для НИП 20, вычисляют текущие значения скалярных погрешностей. Окончательные значения скалярных погрешностей получают после их усреднения:
Figure 00000029

Figure 00000030

где m - объем выборки измерений.
Интервал усреднения выбирается исходя из соотношения шумовой погрешности используемого приемника и допустимой погрешности измерения скалярных погрешностей.
Поскольку погрешности синхронизации эталона времени и частоты НИП 20 входят во все скалярные погрешности, то для конечного потребителя на точность его местоопределения они не повлияют.
Итак, в предлагаемом способе для каждого спутника вместо одной дифференциальной погрешности определяется расширенный массив следующих скалярно-векторных погрешностей:
Figure 00000031

которые не связаны с местоположением опорной станции и в сумме компенсируют погрешности РНС в любой точке зоны радиовидимости спутника.
В зависимости от требований конечных пользователей механизм применения предлагаемых скалярно-векторных погрешностей может быть различен. Это может быть:
1. передача погрешностей в центр управления базовой РНС для коррекции оперативной информации спутников,
2. пересчет в привычные дифференциальные погрешности с центром рабочей зоны, выбираемым по усмотрению пользователей. В качестве такого центра могут быть выбраны как координаты центра желаемой зоны высокоточной навигации объектов, так и местоположение отдельного потребителя. Поскольку интервал корреляции дифференциальных погрешностей измеряется десятками километров, то погрешность априорных координат центра может достигать нескольких километров. Это позволяет не проводить дополнительных уточняющих местоопределений в выбранной точке центра;
3. ввод скалярно-векторных погрешностей непосредственно в аппаратуру пользователей для прямой коррекции результатов измерений (если такой режим поддерживается математическим обеспечением аппаратуры).
Для этого:
а) при коррекции оперативной информации спутников каждую компоненту массива погрешностей:
Figure 00000032

складывают с текущим значением соответствующего параметра передаваемой со спутника оперативной информации - векторами текущих координат и скорости спутника, а также со смещением бортовой шкалы времени спутника относительно шкалы СРНС и прогнозируемым уходом номинала частоты его опорного генератора. После этого к потребителю будут попадать эфемериды с уже снятыми погрешностями и никакой дополнительной коррекции ему проводить не потребуется;
б) при пересчете скалярно - векторных погрешностей в дифференциальные с избранным центром локальной рабочей зоны в точке
Figure 00000033
используют формулы:
Diffкоорд i= |ΔKСПi|cos(γ1)+ΔDDспi
Diffскор i= |ΔVСПi|cos(γ2)+ΔVΔDDi,
где γ1 и γ2 - углы между соответствующими векторами погрешностей
Figure 00000034
и линией визирования спутника из точки
Figure 00000035
для которой рассчитываются обычные дифференциальные погрешности.
в) при непосредственном вводе скалярно - векторных погрешностей в аппаратуру потребителя сначала корректируются априорные (эфимеридные) параметры спутника
Figure 00000036

Figure 00000037

а затем обычным порядком решается навигационная задача (1).
Для специалистов в указанной области и других областях при ознакомлении с настоящим описанием будут ясны другие возможные модификации данного изобретения. Такие модификации могут включать другие известные по предшествующему уровню техники признаки. Описанный выше вариант реализации системы не исчерпывает все их многообразие, которое можно осуществить в соответствии с нижеследующей формулой изобретения.
Формула изобретения составлена без ограничительной части, т. к. она в таком виде более четко отражает сущность изобретения.

Claims (1)

  1. Способ определения погрешностей спутниковой радионавигационной системы, заключающийся в том, что принимают навигационные сигналы от i спутников, где i= 2,3,...,n, на наземных измерительных пунктах, номера которых j=0,1,2,..., N, измеряют на наземных измерительных пунктах соответствующие псевдодальности Rизмij и псевдоскорости VRизмij, результаты измерений от каждого наземного измерительного пункта передают по каналу связи в центр обработки, отличающийся тем, что по крайней мере, один из наземных измерительных пунктов является опорным, при этом по принятым в центре обработки результатам измерений для псевдодальности Rизмij и псевдоскорости VRизмij определяют векторные и скалярные погрешности из выражений
    Rизмij=DDij+CΔtнипj+ΔDDспi,
    Figure 00000038

    где DDij=[(Xi-xj)2+(Yi-yj)2+ (Zi-zj)2]0.5;
    C - скорость света,
    Δtнипj - смещение шкалы времени j-ro наземного измерительного пункта;
    xj, yj, Zj - априорные координаты j-ro наземного измерительного пункта;
    Figure 00000039
    вектор действительных координат i-ro спутника, представленный в виде транспонированной (т) матрицы - строки;
    Figure 00000040
    вектор действительной скорости i-ro спутника, представленный в виде транспонированной матрицы - строки;
    Figure 00000041
    априорные, по данным эфимерид, координаты и скорость i-го спутника, представленные в виде транспонированной матрицы - строки;
    Figure 00000042
    векторные погрешности для координат и скорости i-ro спутника соответственно, представленные в виде транспонированной матрицы - строки;
    λ - длина волны сигнала спутника;
    f0i, fnj - частота опорного генератора на i-м спутнике и j-м наземном измерительном пункте соответственно,
    ΔDDспi, VΔDDi- скалярные погрешности соответственно для псевдодальности Rизмij и псевдоскорости VRизмij, определяемые с использованием измерений, полученных на опорном наземном измерительном пункте, при этом окончательные значения скалярных погрешностей получают после их усреднения на заданном интервале времени.
RU2000132270/09A 2000-12-22 2000-12-22 Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах RU2175771C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000132270/09A RU2175771C1 (ru) 2000-12-22 2000-12-22 Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000132270/09A RU2175771C1 (ru) 2000-12-22 2000-12-22 Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2175771C1 true RU2175771C1 (ru) 2001-11-10

Family

ID=20243806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000132270/09A RU2175771C1 (ru) 2000-12-22 2000-12-22 Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2175771C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053395A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 Joint Stock Company "Russian Space Systems" (Jsc "Rss") Method and device of satellite navigation system's integrity control

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAVIGATION (USA), 1978, v.25, N2. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010053395A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 Joint Stock Company "Russian Space Systems" (Jsc "Rss") Method and device of satellite navigation system's integrity control
US8242954B2 (en) 2008-11-05 2012-08-14 Joint Stock Company “Russian Space Systems” (JSC “RSS”) Method and device of satellite navigation system'S integrity control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5944770A (en) Method and receiver using a low earth orbiting satellite signal to augment the global positioning system
US5831576A (en) Integrity monitoring of location and velocity coordinates from differential satellite positioning systems signals
KR100684541B1 (ko) Gps 지상 하이브리드 위치 시스템 방정식에 대한대수적 해답을 결정하는 방법 및 장치
US6636744B1 (en) Obtaining pilot phase offset time delay parameter for a wireless terminal of an integrated wireless-global positioning system
RU2354991C2 (ru) Способ использования трех частот gps для разрешения целочисленных неоднозначностей фазы несущей
CN104102822B (zh) 一种多频gnss观测值随机特性建模方法
KR101360918B1 (ko) 무선항법 신호 처리방법
EP2622369B1 (en) Multiple gnss receivers positioning and common space segment error correction without reference receiver
JP2000512018A (ja) 衛星位置決定システムのためのスプーフィング検出システム
JP2010071686A (ja) 測位装置、コンピュータプログラム及び測位方法
CN105974440B (zh) 一种获取观测噪声的方法和装置
Quddus et al. Validation of map matching algorithms using high precision positioning with GPS
US6608998B1 (en) Method for reducing inter-frequency bias effects in a receiver
US20090091494A1 (en) Positioning apparatus and positioning system
TWI528045B (zh) 定位模組、定位裝置和衛星定位方法
CN110568464B (zh) 基于bds/gnss多模芯片的精密定位方法及装置
CN113777641A (zh) 一种区域网络化节点高精度自定位方法及***
RU2624268C1 (ru) Способ определения взаимного положения объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем
CN112630811A (zh) 一种实时ppp-rtk组合定位方法
KR20090071783A (ko) Gps반송파 측정값의 미지정수 결정방법
RU2175771C1 (ru) Способ выделения погрешностей в спутниковых радионавигационных системах
JP4928114B2 (ja) キャリア位相相対測位装置
RU2285934C2 (ru) Способ однопозиционного определения местоположения дкмв передатчиков
KR100295827B1 (ko) 지피에스 수신기의 위치추정 방법
Aloi et al. A relative technique for characterization of PCV error of large aperture antennas using GPS data

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041223

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171223