Способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере

 

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения ионосферной задержки распространения сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с помощью навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы, работающей на одной частоте. В предлагаемом способе определение задержки сигналов в ионосфере производится путем решения системы уравнений, составленной по разностям приращений псевдодальностей, измеренных по дальномерному коду и по фазе несущей частоты для каждого навигационного космического аппарата. Достигаемым техническим результатом изобретения является упрощение способа оценки задержки сигналов в ионосфере, а также повышение его быстродействия. 1 ил.

Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения ионосферной задержки распространения сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) с помощью навигационной аппаратуры потребителей (НАП) ГНСС, работающей на одной частоте.

Известен способ определения задержки сигналов ГНСС в ионосфере на одной частоте [1, С. 125-128], основанный на применении упрощенной модели ионосферы. Исходными данными для расчета ионосферных поправок являются приближенные значения координат НАП ГНСС, угол места, азимут навигационных космических аппаратов (НКА), время и коэффициенты модели. Коэффициенты модели передаются в навигационном сообщении системы GPS и обновляются каждые 6 дней [1, С.114].

Недостатком данного способа является, низкая точность определения задержки сигналов в ионосфере. Применение упрощенной модели ионосферы позволяет уменьшить, как минимум, в два раза влияние ионосферы на среднеквадратическую погрешность определения положения НАП ГНСС [1, С.125]. С большей погрешностью эта модель предсказывает поведение ионосферы в экваториальных и высоких широтах [2, С.85].

Величина задержки сигналов в ионосфере на практике зависит от солнечной активности (11-летний цикл), сезонных и ежедневных вариаций, угла места и азимута НКА, а также от широты и долготы расположения НАП ГНСС. Величина погрешности измерения псевдодальности за счет задержки сигнала в ионосфере может лежать в пределах от 0.15 до 50 метров [3, С.104].

Ионосфера, главным образом, влияет на величину погрешностей измерения псевдодальностей, измеренных по дальномерному коду и по фазе несущей частоты.

Известен способ определения задержки сигналов в ионосфере на одной частоте [4], заключающийся в определении разности между псевдодальностями, измеренными по дальномерному коду и по фазе несущей частоты, основанный на том, что в ионосфере скорость распространения фазы сигнала несущей частоты больше скорости света в свободном пространстве настолько, насколько скорость распространения модулирующего сигнала меньше скорости света. Разность измерений псевдодальности по дальномерному коду и по фазе несущей частоты равна удвоенной ионосферной задержке сигнала и может быть использована для ее определения, путем решения следующей системы уравнений [4] где Ob(i(k)) - функция для пересчета вертикальной задержки в наклонную; i(k) - угол места i-го НКА в k-й момент времени; I(k) - вертикальная задержка сигнала в ионосфере; a1(k), a2(k) коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере; Bi(k),Li(k) - расстояния, соответственно, по широте и долготе от подионосферной точки до точки размещения НАП ГНСС; ri(k) - псевдодальность, измеренная по дальномерному коду; i(k) - псевдодальность, измеренная по фазе несущей частоты; Ni(k) - начальная неоднозначность измерений фазы несущей частоты; i - длина волны сигнала; n(k) - число радиовидимых НКА.

Полученная, путем решения системы уравнений (1) вертикальная задержка сигнала в ионосфере (для НКА с углом места i(k) = 90), с учетом горизонтальной вариации пересчитывается в значение задержки сигнала i-го НКА с углом места i(k)<90 Оценка величины вертикальной задержки сигналов и начальной неоднозначности фазовых измерений в данном способе производится при помощи фильтра Калмана. Вектор состояния фильтра Калмана включает вертикальную задержку, начальные фазовые неоднозначности, а также коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере. Размерность вектора состояния, используемого в фильтре, зависит от числа НКА и аппроксимирующего полинома. В данном способе размерность вектора состояния равна m=n(k)+3 [4].

Недостатком прототипа является большая размерность вектора состояния, что влечет за собой большой объем вычислений при его реализации, а также увеличивает время сходимости. Начальные фазовые неоднозначности, которые входят в состав вектора состояния, приходится заново оценивать при кратковременной потере сигнала НКА и срыве процесса слежения за несущей НКА, а также при появлении нового НКА [4]. При оценке начальных фазовых неоднозначностей не учитывается их целочисленность. Все это снижает быстродействие и устойчивость работы, уменьшает скорость сходимости алгоритма, реализующего известный способ.

В основу изобретения положена задача упрощения способа оценки задержки сигналов в ионосфере, а также повышение его быстродействия.

Поставленная задача решается тем, что в способе одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, по которому измеряют псевдодальности по дальномерному коду и по фазе несущей частоты, согласно изобретению дополнительно определяют приращения псевдодальностей за время между текущим и предыдущим измерениями, затем определяют разности приращений псевдодальностей, а задержку сигнала в ионосфере определяют из системы уравнений где rj(k) = rj(k)-rj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по дальномерному коду; j(k) = j(k)-j(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по фазе несущей частоты; - число НКА, которые были радиовидимы одновременно в моменты времени k и k -1.

Уравнения (3) получены следующим образом. Из каждого уравнения (1) в момент времени k для i-го НКА вычитается соответствующее уравнение для момента времени k-1, номера НКА должны совпадать. В итоге получается система уравнений, где число неизвестных равно числу уравнений. Особенностью уравнений (3) является отсутствие фазовых неоднозначностей i(k).

При практической реализации данного способа, на основе фильтра Калмана, размерность вектора состояния постоянна и равна m=3, что на несколько порядков уменьшает объем вычислений по сравнению со способом [4], т.к. объем вычислений на один шаг фильтрации пропорционален кубу размерности вектора состояния [5, С.22]. Предлагаемый способ не требует оценки или раскрытия начальных фазовых неоднозначностей.

Представленный способ может быть реализован в НАП, структурная схема которой приведена, например, в [2, С.157].

На фиг. 1 приведена блок-схема алгоритма, реализующего предлагаемый способ. В соответствии с блок-схемой, сначала инициализируют переменную j (оператор 1). Затем проверяют условие окончания цикла (оператор 2). Далее вычисляют приращение псевдодальности j-го НКА, измеренной по дальномерному коду (оператор 3). Затем вычисляют приращение псевдодальности j-го НКА, измеренной по фазе несущей частоты (оператор 4). Вычисляют разность приращений псевдодальностей j-го НКА (оператор 5) и записывают в вектор измерений фильтра Калмана. После чего увеличивают на единицу переменную j (оператор 6). После выполнения условия окончания цикла сформированный вектор измерений поступает в блок, где реализуется фильтр Калмана (оператор 7), описанный, например в [5, С.26-29]. С помощью фильтра Калмана оценивают вертикальную задержку сигнала в ионосфере и коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала. Затем инициализируют переменную i (оператор 8) и проверяют условие продолжения цикла (оператор 9). Далее вычисляют задержку сигнала в ионосфере для i-го НКА (операторы 10) и увеличивают на единицу переменную i (оператор 11). После выполнения условия окончания цикла (оператор 9) вычисления заканчиваются.

Результатом вычислений являются задержки сигналов в ионосфере всех радиовидимых НКА на k-й момент времени. Полученные задержки сигналов НКА в ионосфере применяются для коррекции измеренных псевдодальностей.

Литература 1. ICD-GPS-200, Revision C, U.S. Government, October 10, 1993.

Сетевые спутниковые радионавигационные системы. /В.С. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др.; Под ред. В.С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

3. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Springer-Verlag Wien New York, 1994. - 356 p.

4. Nisner P., Trethewey M. GPS Ionospheric Determinations Using L1 Only // Proceedings of the 5th International conference on "Differential Satellite Navigation Systems", Additional Volume, St. Petersburg, Russia, May, 1996.

5. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. - М.: Радио и связь, 1985. - 176 с.

Формула изобретения

Способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, по которому измеряют псевдодальности по дальномерному коду и по фазе несущей частоты, отличающийся тем, что дополнительно определяют приращения псевдодальностей за время между текущим и предыдущим измерениями, затем определяют разности приращений псевдодальностей, а задержку сигнала в ионосфере определяют из системы уравнений



где

- функция для пересчета вертикальной задержки в наклонную;
j(k) - угол места j-го навигационного космического аппарата (НКА);
I(k) - вертикальная задержка сигнала в ионосфере;
a1(k), a2(k) - коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере;
Bj(k), Lj(k) - расстояния, соответственно, по широте и долготе от подионосферной точки до точки размещения навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы (НАП ГНСС);
rj(k) = rj(k)-rj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по дальномерному коду;
j(k) = j(k)-j(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по фазе несущей частоты;
число НКА, которые были радиовидимы одновременно в моменты времени k и k-1;
n(k) - число радиовидимых НКА в k-й момент времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к телекоммуникационным системам, в которых используется принцип последовательной ретрансляции информационных потоков в радио- и оптическом диапазонах волн от одного подвижного объекта к другому с размещением их в кластерах устойчивых транспортных потоков

Изобретение относится к области построения и эксплуатации систем космической связи

Изобретение относится к технике спутниковой связи

Изобретение относится к способам радиообмена информацией между дистанционно пилотируемым летательным аппаратом (ДПЛА) и наземными пунктами управления (НПУ)

Изобретение относится к космической технике, в частности к способам обеспечения теплового режима ретранслятора связного спутника

Изобретение относится к мобильным системам связи, в частности к наземным сотовым и мобильным спутниковым системам связи

Изобретение относится к видеотехнике, в частности, к конструкции профессиональных видеокамер, относящихся к типу камкодеров, особенностью которых является использование компрессии изображения и цифровой записи в память получаемых звуковых и видеоданных и их хранение в памяти в сжатом виде

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано для радионавигационного определения скорости движущегося объекта как потребителя радионавигационной информации космической навигационной системы (КНС)

Изобретение относится к способу и устройству для уменьшения пространства поиска кодового сдвига в приемнике Глобальной системы позиционирования и, более конкретно, к уменьшению пространства поиска кодового сдвига в приемнике Глобальной системы позиционирования, поддерживающем соединение с сотовой мобильной станцией, работающей в сотовой телефонной системе

Изобретение относится к спутниковой навигации и может быть использовано для определения пространственной ориентации подвижных объектов интерферометрическим методом при размере базы интерферометра до нескольких метров

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для навигационного обеспечения объектов - потребителей навигационной информации, находящихся на земной поверхности, в воздушном и околоземном космическом пространстве

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к способам измерения рельсового пути

Изобретение относится к региональной радионавигации

Изобретение относится к области навигации различных объектов, имеющих на борту инерциальную навигационного систему (самолетов, космических аппаратов, автомобилей, судов)

Изобретение относится к области радионавигации, может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем, работающей по сигналам GPS и ГЛОНАСС частотного диапазона L1 с кодовой модуляцией С/А кодом, с литерными частотами ГЛОНАСС i=-7-4 и i=0-12

Изобретение относится к области навигации и может найти применение при выполнении экологического мониторинга, поисково-спасательных, геологоразведочных и других видов работ, когда потребитель спутниковой радионавигационной системы (СРНС) находится на значительном удалении (более 500 км) от контрольно-корректирующей станции (ККС) и где требуется повышенная точность местоопределения
Наверх