Алгоритмы вторичной обработки

Как было сказано выше, для нахождения полного вектора потребителя необходимо измерить задержку и доплеровское смещение относительно четырех спутников. Для нахождения координат в СНС обычно используются псевдодальномерные методы; для

Нахождения составляющих скорости псевдорадиально­скоростной метод.

При решении нелинейных уравнений вида применяются как прямые, так и итерационные алгоритмы. Прямые алгоритмы используют для начального определения вектора потребителя при значительной исходной неопределенности координат.

Итерационные алгоритмы чаще применяются для уточнения априорно известных координат потребителя (отыскания поправок). Условием применимости итерационного алгоритма является равенство числа определяемых параметров числу измерений. Иными словами, необходимо измерить псевдодальности до четырех спутников. На практике, причем в большинстве случаев, потребитель может получить результаты более, чем четырех измерений. Логично будет предположить, что большее число измерений можно использовать для повышения точности. Возникает потребность в алгоритме обработки избыточных измерений.

Факторы, влияющие на точность определения вектора потребителя

В реальных условиях на точность определения вектора потре­бителя влияет множество факторов. Рассмотрим эти факторы при­менительно к псевдодальномерному методу. Будем полагать, что применяется минимально возможное число измерений, равное ко­личеству неизвестных координат потребителя.

Источники возникновения дальномерной погрешности можно разделить на три группы по их происхождению:

• вносимые контрольно-измерительным комплексом;

• вносимые оборудованием навигационного спутника;

• возникающие на трассе распространения сигнала;

• вносимые приемоиндикатором потребителя.

Первые две группы погрешностей связаны между собой и обу­словлены, в основном, неидеальностью частотно-временного и эфемеридного обеспечения НКА. Погрешности частотно­временного обеспечения возникают при сверке и хранении борто­вой шкалы времени НКА. Эти погрешности непосредственно и весьма значительно влияют на определение расстояния до спутни­ка. Например, сдвиг излучаемых дальномерных кодов и меток вре­мени на 1 мс соответствует погрешности измерения дальности в 300 км. Стабильность бортовой шкалы времени зависит от ста­бильности бортового эталона частоты ("атомные часы").

Кроме аппаратных методов повышения стабильности шкалы, применяются алгоритмические методы, основанные на известных математических моделях поведения бортовых эталонов, и позво­ляющие прогнозировать отклонение. К дальномерным погрешностям частотно-временной области можно отнести и погрешности, вносимые групповой задержкой на­вигационного сигнала в аппаратуре спутника.

Степень достоверности частотно-временных поправок зависит от их "возраста", т.е. от срока, прошедшего с момента их загрузки в па­мять бортового вычислителя. В ситуации, когда происходит затмение спутника или коррекция его орбиты, возможно длительное отсутствие коррекции. Погрешности в определении параметров НКА и непрогнозируе­мые смещения НКА относительно экстраполированной орбиты при­водят к возникновению эфемеридных погрешностей.

Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала относятся к наименее предсказуемым и в силу этого могут значи­тельно влиять на точность местоопределения. Атмосфера Земли способна влиять на распространение радиоволн, причем это влия­ние не всегда поддается прогнозированию. Рефракция радиоволн (искривление пути распространения) вносит дополнительные за­держки сигнала. На распространение радиоволн влияют тропосфе­ра, расположенная у поверхности Земли и до высоты в 12 - 18 км, и ионосфера, представляющая собой слой атмосферы от 60... 100 и до 500... 1000 км.

Основная проблема при компенсации ионосферной задержки состоит в том, что значение задержки очень широко меняется в за­висимости от региона, в котором расположен приемоиндикатор, времени суток и года, солнечной и геомагнитной активности. Известно, что ионосферные задержки наиболее сильны на низких широтах.

К погрешностям, возникающим на трассе распространения сиг­нала, можно отнести погрешности, возникающие по причине мно­голучевого распространения. В реальных условиях на вход приемоиндикатора обычно поступает не только прямой сигнал со спут­ника, но и множество переотраженных сигналов от соседних зда­ний, морской и земной поверхностей. Причем, в некоторых случаях, уровень отраженного сигнала может оказаться сопоставимы с уровнем прямого. Влияние отраженных сигналов особенно заметно для авиационных потребителей, которые находятся на большом расстоянии от отражающих объектов, так как в этом случае возрас­тает разность между задержками прямого и отраженного сигналов.

Из-за одновременного поступления на антенну приемоиндикато­ра нескольких переотраженных сигналов возможна их взаимная интерференция и срыв слежения фазовых систем. Наиболее тяже­лая картина многолучевого приема возникает в городских условиях, в окружении высотных зданий, когда погрешность может достигать 100 м. Для снижения погрешности в приемниках стандартной точ­ности применяются узкополосные корреляторы, уменьшающие по­грешность до 10 м. Использование сигналов высокой точности сни­жает погрешность многолучевого приема до 3 м.

Следующим, по порядку прохождения сигнала, источником дальномерных погрешностей является схема приемоиндикатора. Основным источником погрешностей являются схемы слежения за задержкой огибающей и несущей сигнала. Принято различать шу­мовые и динамические погрешности.

На точность определения пространственно-временных коорди­нат потребителя оказывает влияние взаимное расположение НКА и потребителя. Следовательно, возникает задача выбора оптималь­ного рабочего созвездия НКА, при котором обеспечивается задан­ная точность измерений. Существует такое понятие, как коэффи­циент геометрии К_в, являющийся мерой уменьшения точности навигационных определений из-за особенностей взаимного распо­ложения НКА и потребителя.