Анализ погрешностей спутниковой радионавигационной системы, работающей в дифференциальном режиме

В автономном режиме в режиме P, устраняется существенная часть ионосферных задержек.

4.3 Анализ ошибок при работе в дифференциальном режиме

В основе метода дифференциальной навигации, как написано выше в разделе 3, лежит относительное постоянство значительной части погрешности измерения навигационной величины или погрешности расчета координат во времени и в пространстве.

Крат

кий обзор стабильности характеристик составляющих погрешности дает следующее. Ошибки за счет синхронизации шкал времени на ИСЗ практически постоянны в пространстве. Для погрешности определения координат ИСЗ 20 м изменчивость ошибок псевдодальностей составляет сантиметры при разности расстояний между АП порядка 100 км и дециметры при взаимных удалениях порядка 1000 км. Изменчивость во времени и пространстве стабильных составляющих ионосферных погрешностей, обусловленных запаздыванием сигнала при прохождении в ионосфере, характеризуется корреляционной функцией, которая имеет временные и пространственные радиусы корреляции на уровне соответственно нескольких часов и тысяч километров. Поэтому на интервале в несколько единиц минут и сотен километров ионосферные погрешности в условиях спокойной ионосферы можно полагать достаточно стабильными. Их уровень составляет от 10 до 40 м и достигает минимума при максимальном угле места визируемого ИСЗ, а их изменчивость через 1 мин составляет 0,1–0,2 м (СКО), а через 6 мин — 0,3–1,4 м.

Точность местоопределения после ввода дифференциальных поправок определяется остаточными погрешностями, обусловленными изменчивостью квазисистематических ошибок синхронизации, эфемеридного обеспечения и ошибок за счет ионосферы, а также ошибками, обусловленными шумами и помехами, многолучевостью за счет приема отраженных окружающими объектами сигналов и воздействием тропосферы. Остаточная погрешность местоопределения составляет единицы метров на больших расстояниях разноса и менее одного метра на малых.

В отличие от автономного метода, дифференциальный метод позволяет устранить постоянные составляющие ошибок. Также целый ряд относительно медленно меняющихся случайных составляющих ошибок.

Ошибки часов спутника и эфимеридная ошибка полностью компенсируются дифференциальным режимом, пока приемник пользователя и опорная станция используют данные одних и тех же спутников. Эфемеридные ошибки, если они достаточно велики (30 м и больше) точно так же компенсируются дифференциальным режимом. Для пользователей, находящихся вблизи опорной станции, пути соответствующих сигналов от спутников достаточно близки, так что компенсация является почти полной. Когда удаление пользователь - опорная станция возрастает и различные пути прохождения сигналов от спутников через ионосферу и тропосферу будут отличаться достаточно сильно, атмосферные неоднородности могут вызывать до некоторой степени различные задержки. Так как их протяженность различна, они вызывают ошибку в дифференциальных измерениях GPS, называемую пространственной декорреляцией. Эта ошибка становится больше при увеличении расстояния пользователь-станция, т.е. при нескольких сотнях километров.

Таким образом, в дифференциальном режиме остаются шумовые погрешности, погрешности из-за внешних источников шума, погрешности из-за переотражений, частично ионосферная ошибка и тропосферная ошибка. Эти погрешности, за исключением ионосферной составляющей, будут примерно равными как для P кода, так и для C/A кода.

4.3 Выводы

В автономном режиме с использованием C/A кода остаются ионосферные задержки, тропосферные задержки, эфимеридная ошибка, ошибки частотно-временной синхронизации, ошибки от внутренних и внешних шумов и ошибки из-за многолучевости.

При оценочных расчетах, ошибка в таком режиме составляет 70-100 метров. Метод временного усреднения позволяет исключить тропосферные ошибки что приводит к существенному улучшению точности до единиц метров.

В автономном режиме с использованием P кода устраняются ошибки: эфимеридная, частотно-временная и ионосферная. Таким образом, оценочная точность повышается до 20-30 сантиметров.

В дифференциальном режиме устраняются ионосферные задержки, ошибки часов спутника, эфимеридная ошибка. Таким образом, оценочная точность при использовании фазовой коррекции в этом методе становится равна 20-30 сантиметров. При этом, при использовании временного усреднения, можно исключить непостоянную составляющую ионосферной ошибки и тропосферную ошибку, что приводит к снижению уровня ошибки до 10-15 сантиметров.

5. Экспериментальная оценка точности координат GPS приемника

5.1 Подготовка экспериментов

Оценка точности производилась в три этапа.

Первый этап проводился с целью выяснения эффективности временного усреднения. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (SCA-12) состоящий из одного приемника.

Второй этап проводился с целью выяснения использования дифференциального режима и дифференциального режима с фазовым уточнением. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (sca-12) состоящий из двух приемников.

Третий этап проводился с целью выяснения влияния затенения и переотражения навигационных сигналов городской застройкой. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (SCA-12) состоящий из двух приемников.

5.2 Аппаратура

Работа дифференциального режима АП оценивалась с помощью комплекта аппаратуры, состоящей из двух приемников сигналов СРНС «Навстар» Z12. Первый приемник выступал в роли базовой (корректирующей) станции, формирующей дифференциальные поправки. Вторым приемником производились измерения координат с учетом дифференциальных поправок, передаваемых по радиоканалу с базовой станции.

Приемник Z12 имел следующие технические характеристики.

1. Приемник Z12 фирмы Ashtech (сертифицирован и разрешен к применению в РФ) является 36 канальным Р-кодовым приемником (12 параллельных каналов по С/А-коду, частота L1; 12 параллельных каналов по Р-коду, частота L1; 12 параллельных каналов по Р-коду, частота L2) сигналов системы GPS "Навстар" с двухбитным аналого-цифровым преобразованием сигнала.

2. В приемнике используется специальная Z-технология для подавления зашумления Р-кода (Anti-Spoofing - A/S).

3. Точность измерения линий в режиме СТАТИКА, БЫСТРАЯ СТАТИКА, КИНЕМАТИКА, ПСЕВДОКИНЕМАТИКА составляет 5мм+1мм/км.

4. Определение координат выполняется в реальном времени, без последующей обработки, с точностью не хуже 3 cм.

5. Время измерений составляет 0,5 секунды на одно независимое измерение.

6. Дальность в дифференциальном режиме достигает значений 50 км в зависимости от используемого радиооборудования.

7. Время старта составляет не более 2 минут (от включения до начала съемки) и не более 30 секунд с текущими эфемеридами.

8. Сбор данных осуществляется во внутреннюю память приемника.

9. Программное обеспечение приемника обеспечивает сверхбыстрые определения координат.

Радиоканал для передачи дифференциальных поправок был организован на радиомодемах RF96 c мощностью излучения 20 Вт на частоте 412 МГц.

 Скачать реферат