СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ НАВИГАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА Российский патент 2015 года по МПК G01S19/06 

Изобретение относится к способам навигации по Спутниковым Радионавигационным Системам (СРНС) и может быть использовано для определения координат навигационного приемника. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения координат навигационного приемника СРНС с частичной компенсацией погрешностей.

Известны различные способы определения координат навигационного приемника. В [патенте США No 7535414] изложен способ, который предполагает, что перед вычислением координат навигационного приемника производится разрешение неопределенностей в неполных псевдодальностях. В [патенте США No 6417801] предлагается разрешение неопределенностей в неполных псевдодальностях путем добавления в вектор оцениваемых параметров поправки ко времени измерения, перебор всех допустимых целочисленных комбинаций неоднозначностей и выбор нужной из них по критерию минимальности остаточных невязок.

Также для повышения точности определения координат навигационного приемника используются различные алгоритмы компенсации погрешностей часов и погрешностей, обусловленных прохождением радиосигнала через атмосферу [Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС (5.1 редакция). - М.: РНИИ КП, 2008. - 57 с.], а также применяется дифференциальный режим измерений по кодовым дальностям, реализуемый с помощью контрольного навигационного приемника с известными географическими координатами - т.н. базовой станции [Bar-Sever, Y. A new Massachusetts model for GPS yaw attitude // Journal of Geodesy, 70, 714723, 1996].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, описанный в [патенте РФ №2432584. Способ определения координат навигационного приемника спутниковой радионавигационной системы / Васильев М.В., Михайлов Н.В., Поспелов С.С., Джалали Биджан].

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения местоположения навигационного приемника.

Поставленная задача возникает при разработке систем контроля и управления транспортными средствами.

Для решения данной задачи используются сигналы измерений расстояния (дальности) между навигационным приемником и спутником Z_R, которые в общем виде могут быть записаны как:

где ξ_с, η_с, ζ_c - известные координаты спутника в гринвичской СК (ГСК), ξ, η, ζ - текущие координаты навигационного приемника в ГСК, С - номинальное значение скорости света в вакууме, Δτ - погрешность часов навигационного приемника, ΔT - погрешность часов спутника, W_И, W_T - погрешности, обусловленные прохождением радиосигнала через ионосферу и тропосферу, W_R - погрешности, включающие аппаратурные погрешности навигационного приемника и передатчика спутника, погрешности многолучевости и случайные погрешности измерения.

При непосредственном использовании информационного сигнала (1) неизбежно возникает проблема подавления всех вышеперечисленных помех, мощность которых может существенно превосходить мощность полезного сигнала (истинной дальности), что, в свою очередь, может приводить к расходимости процесса оценивания координат.

Вышеперечисленные алгоритмы компенсации погрешностей, несмотря на усложнение навигационных вычислений, обеспечивают лишь частичное подавление соответствующих помех, а дифференциальный режим, в силу принципа его организации, или не позволяет избавиться от ошибок смещения часов спутников и базовой станции (при использовании первых кодовых разностей), или требует дополнительной информации от второго спутника (при использовании вторых кодовых разностей) [Savage, P.G. Velocity and Position Algorithms // AIAA Journal Of Guidance, Control, And Dynamics, Vol. 21, No. 2, March-April 1983, pp. 208-221]. Более того, для организации дифрежима на базовой станции необходимо иметь навигационный вычислитель, мощность которого зависит от состава наблюдаемого спутникового созвездия [Dare, P., Saleh, H. Network Design: Logistics Solution Using Optimal and Near-Optimal Methods // Journal of Geodesy, vol. 74, pp. 467-478, 2000].

Для устранения этих недостатков схема организации режима измерений формируется следующим образом. В навигационном приемнике дополнительно реализуется возможность приема сигналов т.н. трекерных измерений - измерений расстояния (дальности) навигационного приемника от базовой станции, передаваемых с базовой станции на навигационный приемник. Трекерный сигнал может передаваться как на частотах спутниковых сообщений и приниматься навигационным приемником (здесь базовая станция выступает в роли псевдоспутника), так и по обычным каналам сети GSM, что не приводит к дополнительным аппаратурным затратам при организации режима трекерных измерений [Интерактивная геоинформационная система «Сириус-навигатор» // Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ №2010614154 от 25.06.2010. - Животченко B.C. и др.].

На фиг. 1 показана схема передачи трекерных сигналов, где использованы обозначения: спутники l_i, i=1,N, базовая станция 2, навигационный приемник 3.

В заявленном способе определения координат навигационного приемника предлагается, во-первых, с базовой станции на объект передавать не поправки дальности, а просто трекерный сигнал дальности базовой станции до объекта Z_RT:

где ξ_Б, η_Б, ζ_Б - известные координаты базовой станции, Δτ_Б - погрешность часов базовой станции, W_RT - погрешности, включающие аппаратурные погрешности передатчика базовой станции и навигационного приемника, погрешности многолучевости и случайные погрешности измерения.

Во-вторых, с базовой станции непосредственно транслировать на навигационный приемник принятый ею сигнал кодовых измерений дальности спутника до базовой станции Z_RБ:

где W_RБ - погрешности, включающие аппаратурные погрешности приемника базовой станции и передатчика спутника, погрешности многолучевости и случайные погрешности измерения.

В-третьих, в качестве сигнала измерения (используемого далее для определения координат объекта) рассматривать не кодовые измерения дальности спутника до объекта, а линейную комбинацию Z_R* сигналов Z_R, Z_RБ, Z_RT:

Z_R*=Z_R-Z_RБ-Z_RT.

В этом случае в соответствии с (1), (2), (3) сигнал Z_R* имеет вид:

Комбинированный сигнал Z_R* свободен от погрешностей, в наибольшей степени влияющих на точность спутниковой навигации: погрешностей часов объекта, базовой станции и спутника, а также погрешностей, обусловленных прохождением радиосигнала через ионосферу и тропосферу.

В свою очередь, линейная комбинация погрешностей W_R-W_RБ-W_RT не зависит от характерных для традиционной схемы помех, также существенно влияющих на общую точность решения навигационной задачи: аппаратурных погрешностей передатчика спутника и погрешностей многолучевости при передаче навигационных сообщений от спутника. В целом это резко снижает уровень помех в сигнале Z_R*, что при использовании его для определения вектора координат повышает точность оценки последнего.

При этом навигационный приемник использует сообщения, полученные от базовой станции, для всех спутников, находящихся в видимости навигационного приемника, а сформированные в соответствии с (4) линейные комбинации сигналов от первого, второго, третьего и более спутников используются для традиционного итеративного решения [Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС (5.1 редакция). - М.: РНИИ КП, 2008. - 57 с.] соответствующей системы уравнений с тремя неизвестными ξ, η, ζ с целью высокоточного определения координат навигационного приемника.

Простота и точность данного способа определения координат навигационного приемника делают его весьма перспективным при разработке систем контроля и навигации транспортных средств.

Изобретение относится к средствам навигации и может быть использовано в транспортных средствах для определения местоположения транспортного средства. Достигаемый технический результат изобретения - обеспечение определения координат навигационного приемника с частичной компенсацией погрешностей. Указанный результат достигается за счет того, что спутниковые измерения дальности принимаются навигационным приемником и базовой станцией, причем сигналы измерения дальности, принятые базовой станцией, непосредственно транслируются в навигационный приемник, одновременно с базовой станции в навигационный приемник передается трекерный сигнал дальности базовой станции до навигационного приемника, а для определения координат навигационного приемника используется разность сигналов, полученных от спутника непосредственно и через базовую станцию. 1 ил.

Способ определения координат навигационного приемника, заключающийся в том, что спутниковые измерения дальности принимаются навигационным приемником и базовой станцией, причем сигналы измерения дальности, принятые базовой станцией, непосредственно транслируются в навигационный приемник, одновременно с базовой станции в навигационный приемник передается трекерный сигнал дальности базовой станции до навигационного приемника, а для определения координат навигационного приемника используется разность сигналов, полученных от спутника непосредственно и через базовую станцию.