Широкозонная система спутниковой дифференциальной навигации (теоретический аспект)

Скачать работу - Широкозонная система спутниковой дифференциальной навигации (теоретический аспект)

Подсистема SBAS состоит из (см. рис. 1): сети наземных станций слежения. На этих станциях стоят двухчастотные геодезические приёмники, которые осуществляют непрерывный сбор данных от всех навигационных спутников. Все измерения с этих станций передаются в мастер-станцию в реальном времени; мастер-станции, которая необходима для обработки данных со станций слежения и формирования коррекций; станций закладки корректирующей информации на геостационарные спутники; геостационарных космических аппаратов (ГКА или GEO) для передачи поправок на большую территорию всем пользователям. Рис. 1. Схема работы подсистемы SBAS Подсистема выполняет следующие функции: · сбор данных от всех находящихся в поле радиовидимости навигационных спутников; · составление карты вертикальных ионосферных задержек; · контроль надёжности навигационных спутников; · определение и уточнение параметров орбит навигационных спутников; · определение коррекций орбит и временных поправок для навигационных спутников; · обеспечение потребителей корректирующей информацией и дополнительными измерениями псевдодальностей на частоте L 1 (в системе GPS ), позволяющими повысить надежность и точность спутниковых определений; · обеспечение независимого контроля выходных данных предыдущих шести функций перед их использованием потребителями; · обеспечение работоспособности и нормального функционирования подсистемы. Так как в сигнале, передаваемом с геостационарного спутника, содержится кодированная информация о коррекциях состояния, то дадим описание входящим в этот сигнал сообщениям. Весь перечень этих сообщений представлен в табл. 1 [1] . Таблица 1

Номер сообщения	Содержание сообщения
0	Использовать или не использовать геостационарный спутник
1	Номер спутника согласно PRN (Pseudo Range Noise)
2-5	Информация о короткопериодных коррекциях
6	Информация о целостности
7	Фактор ухудшения точности короткопериодных коррекций
8	Зарезервировано для будущих сообщений
9	Эфемеридная информация о геостационарном спутнике (X,Y,Z, время и т.д.)
10	Параметры деградации
11	Зарезервировано для будущих сообщений
12	Параметры расхождения шкал системного времени SBAS и времени UTC
13-16	Зарезервировано для будущих приложений
17	Альманах геостационарного спутника
18	Данные об ионосферной сетке (координаты точек «прокола»)
19-23	Зарезервировано для будущих сообщений
24	Смешанные коррекций для эфемерид спутников
25	Долгопериодные коррекции эфемерид
26	Информация о вертикальных ионосферных задержках (применительно к частоте L1 в GPS)
27	Служебная информация
28	Ковариационная матрица для ошибок часов и эфемерид
29-61	Зарезервировано для будущих сообщений
62	Резервируется для внутреннего пользования и отладки самой подсистемы
63	Нулевое сообщение

Таким образом, при использовании сигналов от геостационарных систем улучшается точность за счет: использования уточненных данных об эфемеридах навигационных спутников; использования уточненной модели ионосферы; использования дополнительного GPS сигнала на частоте L1=1575.42 МГц (или дополнительных сигналов, в случае если приемник отслеживает несколько геостационарных спутников) от геостационарных спутников системы.

Остановимся на корректирующий информации передаваемой с геостационарного спутника. С целью уменьшения ошибок, вызванных неточностью эфемерид, в GPS предусмотрено обновление эфемеридной информации для навигационных спутников каждый час. С целью получения более точной информации о положениях навигационных спутников, в подсистеме SBAS осуществляется трансляция коррекций эфемерид. При этом коррекция осуществляется не один раз в час (как в GPS), а один раз за несколько минут. При этом коррекции к эфемеридам навигационных спутников делятся на два типа: долгопериодные и короткопериодные.

Долгопериодная составляющая коррекции для каждого навигационного спутника имет вид (см. табл. 2): Таблица 2

Номер спутника

Эпоха коррекций (обозначается в литературе как IODE)

Этот вид поправок передается не реже, чем через две минуты и их применение в аппаратуре пользователя не нуждается в пояснении со стороны автора статьи.

Короткопериодная составляющая поправки к положению каждого спутника перевычисляется в поправку к псевдодальности на определенный момент времени, причем эта поправка отсылается всем пользователям вне зависимости от того где он находится.

Данный вид поправок может лежать в диапазоне от -256.000 до +255.875 м и её значение всегда кратно 0.125 м.

Расчет поправки, которую необходимо вводить в измеренную псевдодальность осуществляется по формуле [1] : (1) где на требуемый момент i, t 1 и t 2 – смежные моменты времени, на которые имеются коррекции, причем t 1 2 i . То есть для каждого требуемого момента времени вычисление короткопериодной составляюшей поправки осуществляется с использованием экстраполяции. Что касается ионосферной модели,то в подсистеме SBAS реализована гораздо более детальная модель (по сравнению с GPS ), но на локальную область. По наблюдениям наземных станций слежения системы SBAS осуществляется оценка вертикальных ионосферных задержек, и вся покрываемая область разделяется сеткой. В общем случае, сетка не является регулярной. Для каждой i -ой точки (ионосферная точка) этой сетки, которая имеет координаты Li , Bi (см. рис. 2), с геостационарного спутника передаётся результат измеренной вертикальной ионосферной задержки для частоты L 1 системы GPS в метрах. Такая сетка, в узлах которой известна величина вертикальной ионосферной задержки, называется картой вертикальных ионосферных задержек.

Информация об ионосферных задержках, передаваемых с геостационарного спутника, является весьма оперативной и обновляется один раз в несколько минут (по данным от геостационарного спутника номер 131 системы EGNOS , один раз в три с половиной минуты). Величины ионосферных задержек, передаваемых с геостационарного спутника, кратны 0.125 метрам. Рис. 2. Карта вертикальных ионосферных задержек Для того чтобы оценить влияние ионосферы для конкретного навигационного спутника, необходимо сначала определить координаты точки пересечения ионосферы и линии «приёмник-навигационный ИСЗ». Данная точка называется ионосферной точкой. При этом в качестве поверхности ионосферы выбирается эллипсоид, высота которого над эллипсоидом WGS -84 (для системы GPS ) составляет h i =350 км при условии, что центры этих двух эллипсоидов совпадают. Такая высота h i соответствует высоте максимальной концентрации электронов в ионосферном слое. Таким образом, приёмник, принимающий ионосферные коррекции, может интерполировать величину вертикальной ионосферной задержки тем или иным способом для каждого конкретного навигационного спутника, используя информацию о задержках в узлах сетки, координаты которых известны, и найденные координаты ионосферной точки для навигационного ИСЗ. Далее эту вертикальную ионосферную задержку необходимо привести к реальной (наклонной) задержке по формуле [1]: (2) где K – коэффициент преобразования, вычисляемый по формуле [1]: (3) где R e – средний радиус Земли (принимается равным 6378.1363 км для системы WGS -84); E – угол возвышения навигационного спутника над горизонтом. Более точная информация об эфемеридах и состоянии ионосферы достигается за счет использования гораздо большего числа наземных станций слежения (по сравнению с GPS ), входящих в подсистему SBAS , а также за счет её оперативного обновления.

оценка нематериальных активов в Брянске
оценка ноу хау в Смоленске
оценка стоимости автомобиля для наследства в Курске