Погрешности навигационных определений

Приведем качественное описание характера погрешностей определения местоположения пользователя и выявим способы уменьшения их величин. Эти вопросы целесообразно увязать и с методом дифференциального режима, поскольку только в дифференциальном режиме спутниковые радионавигационные системы обеспечивают возможность обеспечения высокоточных навигационных определений.

Эфемеридные погрешности. Этот вид погрешностей связан с неточностью определения параметров орбит навигационных спутников, а также непредсказуемым смещением положения спутников на орбите из-за различных случайных факторов. По различным оценкам величина эфемеридной погрешности достигнет 0,6 – 10 м.

Эфемеридные погрешности зависят от времени, прошедшего с момента их закладки наземным центром управления.

Так, если рассчитывать местоположение пользователя по данным альманаха, то можно привести такие цифры: погрешность (одна s) – 900 м при возрасте данных альманаха сутки, 1200 м – 7 суток; 3600 м - 2 недели.

Тропосферные и ионосферные погрешности. Этот вид погрешностей связан с прохождением электромагнитного сигнала по трассе «навигационный спутник – потребитель».

Известно, что земной шар окружен атмосферой. Атмосфера преимущественно заполнена заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли. Если магнитное поле невозмущенное, то верхняя граница атмосферы находится на высоте 2 - 3 земных радиусов (радиус Земли = 6 370 км.). При возмущенном магнитном поле верхняя граница атмосферы смещается до 20 радиусов Земли.

При оценке погрешностей из-за распространения электромагнитных волн в атмосфере, последнюю разделяют на 2 области: тропосферу до высот 10 км в средних широтах, до 20 км в экваториальных, до 7 км в полярных и ионосферу – та часть которая находится за тропосферой.

Ионосфера характеризуется наличием большого количества свободных зарядов электронов и ионов.

Естественно, что при прохождении электромагнитных волн, через атмосферу их скорость вдоль трассы «навигационный спутник –потребитель» отличается от скорости света в свободном пространстве. Это различие в скорости и приводит к ошибкам при проведении навигационных определений. Изменение скорости распространения электромагнитных волн при прохождении их через атмосферу обусловлены изменением и неоднородностью диэлектрической проницаемости атмосферы и поглощением энергии.

Однако, характер тропосферных и ионосферных погрешностей различен. Поэтому в спутниковых навигационных системах используют две модели: тропосферную и ионосферную.

Применение тропосферной модели позволяет оценивать задержку сигнала с погрешностями несколько наносекунд (без модели десятки наносекунд).

Аналогичные результаты получают и при использовании ионосферной модели.

Снижение ионосферных погрешностей осуществляется несколькими методами: моделирование трассы «спутник- потребитель», двухчастотные измерения, избыточные одночастотные измерения.

Погрешности за счет шумов. Погрешности за счет шумов определяются качественными решениями, заложенными в аппаратуру потребителя, методами обработки сигналов. Эти погрешности зависят от характеристик антенно-фидерного тракта, приемника, корреляторов и других составляющих. В высококачественной аппаратуре потребителя порядок этих величин определяется единицами метров.

Погрешности обусловленные помехами. Это один из наиболее серьезный вид погрешностей. Помехи могут быть естественные и специально организованные.

Естественные помехи связанны с определенной электромагнитной обстановкой в зоне приема сигналов навигационных спутников. Снижение этого вида помех до приемлемых размеров регламентируется правилами стандартов по электромагнитной совместимости.

Специально организованные помехи – это радиосигналы, которые умышленно создаются в области приема полезных сигналов для их искажения.

Одним из действенных методов борьбы со специально- организованными помехами является их пространственная фильтрация. Для пространственной фильтрации применяется специальная антенна (адаптивная антенная решетка), которая подавляет сигнал помехи и не воздействует на полезные сигналы навигационных спутников.

Погрешности из-за многолучевого распространения. Поскольку антенна аппаратуры потребителя может быть окружена различными предметами, то в ее апертуру помимо сигнала непосредственно приходящего с навигационного спутника могут поступать и переотраженные сигналы от окружающих предметов. В результате на вход приемника поступают несколько сигналов, что и создают дополнительные погрешности при обнаружении, а в последующем и при проведении навигационных вычислений.

Можно выделить три метода уменьшения погрешностей из-за многолучевого распространения:

1. Установка антенны в тщательно изученном месте в точках, где прием многолучевых сигналов невозможен или их интенсивность мала.

2. Формирование специальных диаграмм направленности приемных антенн.

3. Программные методы.

Погрешности частотно-временного обеспечения. Погрешности частотно-временного обеспечения сводятся к минимуму благодаря применению высокоточных бортовых элементов времени и частоты. Тем не менее, в аппаратуре потребителя производится учет уходов частоты и времени навигационных спутников.

Дата добавления: 2014-01-20