СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК G01S5/02 

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.

Известен способ навигации объектов [1, стр. 288; 2, стр. 129] (фиг. 1) путем приема радионавигационных сигналов СРНС на контрольно-корректирующей станции (ККС) и на объекте навигации (ОН), обработки принимаемых сигналов на ККС и на ОН, расчета на ККС поправок к измеренным псевдодальностям для каждого из наблюдаемых НИСЗ, передачи рассчитанных поправок по каналу связи от ККС на ОН, приема поправок от ККС на ОН, корректировки измеренных на ОН псевдодальностей на величины полученных от ККС поправок и вычисления координат ОН. Однако рассматриваемый способ радионавигации не учитывает изменений погрешностей радионавигационного поля в различных точках рабочей зоны дифференциальной подсистемы СРНС [1, стр. 301-302].

Известен также способ групповой навигации объектов [3] (фиг.2) путем приема радионавигационных сигналов СРНС на ККС, основном ОН (ООН) и на двух вспомогательных ОН (ВОН), обработки принимаемых сигналов на ККС и на ВОН, передачи вычисленных и известных координат по канату связи от ККС и ВОН на ООН и корректировки координат ООН. Рассматриваемый способ учитывает изменение точности радионавигационного поля в различных точках рабочей зоны дифференциальной подсистемы (ДП) СРНС, однако требует одинакового созвездия НИСЗ, что ограничивает размер ее рабочей зоны и требует дополнительных каналов связи и управления, приводящих к усложнению аппаратуры потребителя и снижению надежности навигационных определений.

Целью изобретения является повышение точности местоопределения в ДП СРНС при значительном удалении потребителя от ККС. В качестве прототипа выбран способ групповой навигации объектов [1, стр. 288; 2, стр. 129] (фиг. 1).

Навигация объектов при выполнении экологического мониторинга, поисково-спасательных, геологоразведочных и других видов работ, когда потребитель СРНС находится на значительном удалении (более 500 км) от ККС, требует высоких точностей местоопределения.

Одним из путей обеспечения высокоточного местоопределения при выполнении указанных видов работ требует применения ДП СРНС. Традиционно реализация ДП предполагает наличие наряду с ОН, определяющим свои координаты, ККС, координаты которой известны с геодезической точностью. Знание координат ККС позволяет путем приема и обработки сигналов СРНС рассчитать поправки, соответствующие систематическим погрешностям местоопределения. Рассчитанные поправки передают по каналу связи на ОН, затем используют их для корректировки при вычислении координат на ОН. В зависимости от вида поправок различают ДП с коррекцией измеряемых параметров-псевдодальностей и с коррекцией координат. В предлагаемом изобретении рассматривается ДП с коррекцией измеряемых параметров, поскольку при ее реализации не предъявляются требования идентичности созвездия НИСЗ, по которому проводятся навигационные определения на ККС и ОН.

Основными причинами возникновения систематических погрешностей местоопределения выступают ограничения, вводимые мерами избирательного доступа, задержка сигналов в ионосфере и тропосфере, неточность прогноза эфемерид и уход бортовой шкалы времени. Традиционный подход реализации ДП СРНС предполагает равенство в пределах всей ее рабочей зоны указанных систематических погрешностей независимо от взаимного расположения ККС и ОН. Характерной особенностью большинства остаточных систематических погрешностей в дифференциальном режиме (ДР) является возрастание их величины по мере удаления ОН от ККС, причем закон изменения систематической погрешности зависит от взаимного расположения ККС и ОН [1, стр. 301-302]. Для повышения точности местоопределения необходимо привлечение дополнительной информации, учитывающей изменение точности навигационного поля в пределах рабочей зоны ДП. В качестве источника дополнительной корректирующей информации (КИ) могут выступать другие ККС, с которых возможен прием КИ.

В этом случае путем расчета поправок к положению НИСЗ, прогнозируемому на основе кадра эфемеридной информации, достигается более высокая точность местоопределения по сравнению с традиционной ДП.

Изобретение направлено на решение данной задачи, при этом повышается точность и расширяется зона действия ДП за счет устранения зависимости погрешностей от взаимного положения ККС и ОН.

Фиг. 3 поясняет предлагаемый способ.

Предлагаемый способ дифференциальной навигации состоит в том, что на ОН принимают и обрабатывают радионавигационные сигналы СРНС и принимают КИ одновременно от четырех ККС, на которых синхронизированы шкалы времени. В кадре КИ содержится информация о координатах ККС и поправки к псевдодальностям для каждого НИСЗ, видимого с ККС. На основе этих данных, а также эфемеридной информации, полученной на ОН из кадра эфемеридной информации, принятой с видимых НИСЗ, вычисляют для каждого НИСЗ частные производные от псевдодальности, измеряемой с ККС, по его координатам и смещению шкалы времени, а затем путем решения системы линейных уравнений получают на ОН поправки к координатам (ΔX_в, ΔY_в, ΔZ_в) и шкале времени (ΔΨ_в) каждого НИСЗ [4, стр. 92-95] . Таким образом для каждого НИСЗ, видимого на ОН, должна быть решена система дифференциальных уравнений вида




где - частные производные от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по координатам; - частная производная от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по смещению шкалы времени; Δd_i - поправка к псевдодальности до НИСЗ, принятая с i-й ККС; ΔΨ_в - поправка к шкале времени НИСЗ.

Затем, применяя известные алгоритмы решения навигационных задач [1, стр. 220-234], вычисляют собственные координаты ОН на основе принятой эфемеридной информации и измерений псевдодальностей, используя вычисленные поправки к координатам и шкале времени НИСЗ. Таким образом устраняется ошибка, вызванная погрешностью прогноза эфемерид и сдвига шкал времени [1, стр. 301).

Предложенный способ дифференциальной навигации движущихся объектов отличается от прототипа тем, что принимают сигнал одновременно от четырех ККС. Вычисляют для каждого НИСЗ частные производные от псевдодальности, измеряемой с ККС, по его координатам и смещению шкалы времени, а затем получают на ОН поправки к координатам (ΔX_в, ΔY_в, ΔZ_в) и шкале времени (ΔΨ_в) каждого НИСЗ путем решения системы линейных уравнений:




где - частные производные от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по координатам; - частная производная от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по смещению шкалы времени; Δd_i - поправка к псевдодальности до НИСЗ, принятая с i-ой ККС; ΔΨ_i - поправка к шкале времени НИСЗ,
и вычисляют собственные координаты ОН на основе принятой эфемеридной информации и измерений псевдодальностей, используя вычисленные поправки к координатам и шкале времени НИСЗ.

Изобретение основано на приеме и обработке сигналов СРНС на четырех ККС и ОН, формировании на ОН поправок к координатам и шкале времени НИСЗ и использовании их при вычислении собственных координат ОН.

Рассмотрим возможности осуществления предлагаемого способа дифференциальной навигации. Поиск, прием и обработка сигналов СРНС на ККС и ОН выполняются с помощью известных образцов приемоиндикаторов типа "Бриз". В указанных приемоиндикаторах имеется возможность получать в цифровом виде с выхода их портов последовательной связи информацию о состоянии СРНС, видимом и используемом созвездии НИСЗ, о результатах обсервации и измеренных значениях псевдодальности. Поэтому для формирования КИ используется универсальная ЦВМ. Передача КИ осуществляется через УКВ-каналы связи, которые традиционно задействуются в ДП. Сопряжение приемопередающих устройств с ЦВМ выполнено через модем, поддерживающий стандарт RS232. Расчет поправок и уточнение собственных координат выполняются в указанной ЦВМ на ОН.

Источники информации
1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др.: Под ред. B.C. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

2. Шкирятов В.В. Радионавигационные системы и устройства. - М.: Радио и связь, 1984. - 161 с.

3. Заявка 97121983/09 (022855), МПК 6 G 01 S 5/12.

4. Шебшаевич B. С. Введение в теорию космической навигации. - М.: Сов. Радио, 1971.-296 с.

В способе дифференциальной навигации путем приема и обработки радионавигационных сигналов спутниковой системы (СРНС) и корректирующей информации (КИ) контрольно-корректирующей станции (ККС) на объекте навигации (ОН) принимают КИ одновременно от четырех ККС, на которых синхронизированы шкалы времени, осуществляют поиск, прием и обработку радионавигационных сигналов с тех навигационных искусственных спутников земли (НИСЗ) СРНС, которые находятся в зоне видимости ОН и для которых получена КИ от четырех ККС. Затем вычисляют на ОН поправки к координатам ΔX_в, Y_в, ΔZ_в и шкале времени ΔΨ_в каждого НИСЗ путем решения системы линейных уравнений, с учетом поправок к псевдодальности до НИСЗ, принятой на ОН с i-й ККС, частных производных от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС по координатам и по смещению шкалы времени, и вычисляют собственные координаты ОН на основе принятой эфемеридной информации и измерений псевдодальностей, используя вычисленные поправки к координатам и шкале времени НИСЗ. Технический результат заключается в повышении точности местоопределения дифференциальной подсистемы СРНС при значительном удалении потребителя от ККС. 3 ил.

Способ дифференциальной навигации путем приема и обработки радионавигационных сигналов спутниковой радионавигационной системы (СРНС) и корректирующей информации (КИ) контрольно-корректирующей станции (ККС), отличающийся тем, что на объекте навигации (ОН) принимают КИ одновременно от четырех ККС, на которых синхронизированы шкалы времени, осуществляют поиск, прием и обработку радионавигационных сигналов с тех навигационных искусственных спутников земли (НИСЗ) СРНС, которые находятся в зоне видимости ОН и для которых получена КИ от четырех ККС, затем вычисляют на ОН поправки к координатам ΔX_в, Y_в, ΔZ_в и шкале времени ΔΨ_в каждого НИЗС путем решения системы линейных уравнений




где частные производные от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по координатам;
- частная производная от псевдодальности, измеряемой с i-й ККС, по смещению шкалы времени;
Δd_i - поправка к псевдодальности до НИСЗ, принятая на OH с i-й ККС;
ΔΨ_в - поправка к шкале времени НИСЗ;
и вычисляют собственные координаты OH на основе принятой эфемеридной информации и измерений псевдодальностей, используя вычисленные поправки к координатам и шкале времени НИСЗ.