RU2130622C1 - Способ групповой навигации движущихся объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области навигации и может использоваться в дифференциальных подсистемах спутниковых радионавигационных систем. Технический результат заключается в повышении точности местоопределения в дифференциальной подсистеме спутниковой радионавигационной системы. Это достигается за счет введения двух вспомогательных объектов навигации в известном способе групповой навигации движущихся объектов и учете при вычислении координат основного объекта навигации наряду с корректирующей информацией от контрольно-корректирующей станции дополнительной корректирующей информации от вспомогательных объектов навигации. Известные способы групповой навигации движущихся объектов не учитывают зависимости изменений точности радионавигационного поля от взаимного расположения контрольно-корректирующей станции и основного объекта навигации. В предложенном способе групповой навигации поле погрешностей дифференциальной подсистемы аппроксимируется с учетом навигационной информации, получаемой от пространственно разнесенных контрольно-корректирующей станции и двух вспомогательных объектов навигации. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области навигации и может найти применение при создании дифференциальных подсистем спутниковых радионавигационных систем в локальных районах, например в районах аэропортов, в акваториях морских портов, на полигонах различного назначения, где требуется повышенная точность местоопределения.

Известен способ групповой навигации объектов [1, стр.288; 2, стр. 129] (фиг. 1) путем приема радионавигационных сигналов CPHC на контрольно-корректирующей станции (KKC) и на OOH, обработки принимаемых сигналов на KKC и на OOH, расчета на KKC поправок к измеренным псевдодальностям для каждого из наблюдаемых НИСЗ, передачи раcсчитанных поправок по каналу связи от ККС на ООН, приема поправок от ККС на ООН, корректировки измеренных на ООН псевдодальностей на величины полученных от ККС поправок и вычисления координат ООН. Однако рассматриваемый способ радионавигации требует передачи поправок от ККС к ООН по всем наблюдаемым на ККС НИСЗ, что предъявляет высокие требования к каналам связи. Кроме того, рассматриваемый способ не учитывает изменений точности радионавигационного поля в различных точках рабочей зоны дифференциальной подсистемы СРНС.

Известен также способ групповой навигации объектов [1, стр. 287; 2, стр. 129] (фиг. 2) путем приема радионавигационных сигналов СРНС на ККС и на ООН, обработки принимаемых сигналов на ККС и на ООН, вычисления координат в приемоиндикаторах на ККС и на ООН, расчета на ККС поправок к координатам, передачи рассчитанных поправок по каналу связи от ККС на ООН, приема поправок от ККС на ООН и корректировки расcчитанных на ООН координат на величины полученных поправок. Однако рассматриваемый способ также не учитывает изменений точности радионавигационного поля в различных точках рабочей зоны дифференциальной подсистемы (ДП) СРНР, что снижает точность ДП и ограничивает размер ее рабочей зоны.

Целью изобретения является повышение точности местоопределения в ДП СРНС.

В качестве прототипа выбран способ групповой навигации объектов [1, стр. 287; 2, стр. 129] (фиг.2).

Навигация подвижных объектов в ряде локальных районов, например в районах аэропортов, в акваториях морских портов, на испытательных полигонах различного назначения, требует высоких точностей местоопределения.

Одним из путей обеспечения высокоточного местоопределения в указанных локальных районах является применение ДП СРНС. Традиционно реализация ДП предполагает наличие наряду с ООН, 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 ООН, затем используют их для корректировки при вычислении координат на ООН. В зависимости от вида поправок различают ДП с коррекцией измеряемых параметров - псевдодальностей (фиг. 1) и с коррекцией координат (фиг. 2). В предлагаемом изобретении рассматривается ДП с коррекцией координат, поскольку при ее реализации предъявляются менее высокие требования к каналу связи между ООН и ККС.

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. Характерной особенностью большинства остаточных систематических погрешностей в дифференциальном режиме (ДР) является возрастание их величины по мере удаления ООН от ККС, причем закон изменения систематической погрешности зависит от взаимного расположения ККС и ООН. Традиционный подход реализации ДП СРНС предполагает равенство в пределах всей ее рабочей зоны указанных систематических погрешностей независимо от взаимного расположения ККС и ООН. 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 ВОН, оснащенные приемоиндикаторами СРНС, причем координаты ВОН полагаются известными. В том случае, если, например, ООН находится внутри треугольника, образованного линиями, соединяющими ККС и два дополнительных ВОН (фиг. 3), путем расчета дополнительной КИ (ДКИ) на ВОН, передачи ДКИ на ООН наряду с КИ от ККС и учета их при обработке достигается более высокая точность местоопределения по сравнению с традиционной ДП. Изобретение направлено на решение данной задачи, при этом повышается точность и расширяется область применения ДП за счет устранения зависимости погрешностей от взаимного положения ККС и ООН.

Предлагаемый способ групповой навигации движущихся объектов (фиг. 4) состоит в том, что на ООН, ККС и ВОН принимают и обрабатывают радионавигационные сигналы СРНС, на ООН принимают и обрабатывают сигналы КИ от ККС и ДКИ от двух ВОН. ВОН вводят таким образом, чтобы ООН находился внутри треугольника, образованного ККС с двумя ВОН, причем координаты ВОН полагаются известными. Для управления работой ВОН на ККС формируют управляющий сигнал (УС), задающий номера только тех НИСЗ, которые одновременно находятся в зоне видимости ККС, ООН и ВОН, причем для обеспечения решения навигационной задачи на плоскости число НИСЗ выбирают не менее трех и не более числа измерительных каналов каждого из приемоиндикаторов ООН и ВОН. УС от ККС принимают на ООН и ВОН, одновременно осуществляют поиск, прием и обработку радионавигационных сигналов только заданных в УС НИСЗ, затем на ООН и ВОН вычисляют собственные координаты, на ВОН формируют ДКИ, включающую известные и вычисленные координаты ВОН, затем ДКИ передают на ООН, где одновременно принимает КИ с ККС и ДКИ с ВОН, вычисляют коэффициенты d₁, d₂, d₃ и вычисляют уточненные координаты ООН.

Значения коэффициентов d₁, d₂, d₃ зависят от результатов навигационных определений по сигналам СРНС в приемоиндикаторах на ООН, ВОН, ККС и вычисляются путем решения системы линейных уравнений
d₁φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ;
d₁λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ,
d₁+ d₂+ d₃ =1;
где φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ - широта и долгота ООН, получаемые с выхода приемоиндикатора;
φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ - широта и долгота ККС, получаемые с выхода приемоиндикатора на ККС;
φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ - координаты первого и второго ВОН, получаемые с выходов приемоиндикаторов на данных объектах.

При вычислении координат ООН используется метод, изложенный в [3]
φ_оон= d₁φ_ккс+d₂φ_вон1+d₃φ_вон2;
λ_оон= d₁λ_ккс+d₂λ_вон1+d₃λ_вон2,
где
φ_оон, λ_оон- вычисляемые уточненные широта и долгота ООН;
φ_ккс, λ_ккс- известные широта и долгота ККС;
φ_вон1, λ_вон1, φ_вон2, λ_вон2- известные координаты первого и второго ВОН.

Предложенный способ навигации движущихся объектов отличается от прототипа тем, что вводят дополнительно два ВОН, причем таким образом, чтобы ООН находился внутри треугольника, образованного ККС и двумя ВОН, формируют на ККС УС, задающий номера только тех НИСЗ СРНС, которые одновременно находятся в зоне видимости ККС, ООН и ВОН, причем количество заданных НИСЗ выбирают не менее трех и не более числа измерительных каналов каждого из приемоиндикаторов ООН и ВОН, принимают УС на ООН и ВОН, осуществляют одновременно поиск, прием и обработку радионавигационных сигналов только заданных в УС НИСЗ, затем вычисляют на ООН и ВОН собственные координаты, формируют на ВОН ДКИ, включающую известные и вычисленные координаты ВОН, затем передают ДКИ на ООН, где одновременно принимают КИ с ККС и ДКИ с ВОН, вычисляют коэффициенты d₁, d₂, d₃ путем решения системы линейных уравнений
d₁φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ;
d₁λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ,
d₁+ d₂+ d₃=1;
где φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ - широта и долгота ООН, получаемые с выхода приемоиндикатора;
φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ - широта и долгота ККС, получаемые с выхода приемоиндикатора на ККС;
φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ - координаты первого и второго ВОН, получаемые с выходов приемоиндикаторов на данных объектах;
и вычисляют уточненные координаты ООН по формулам
φ_оон= d₁φ_ккс+d₂φ_вон1+d₃φ_вон2;
λ_оон= d₁λ_ккс+d₂λ_вон1+d₃λ_вон2,
где φ_оон, λ_оон- вычисляемые уточненные широта и долгота ООН;
φ_ккс, λ_ккс- известные широта и долгота ККС;
φ_вон1, λ_вон1, φ_вон2, λ_вон2- известные координаты первого и второго ВОН.

Изобретение основано на приеме и обработке сигналов СРНС на ККС, ООН и двух введенных дополнительно ВОН, формировании КИ на ККС, ДКИ на двух ВОН, передаче КИ и ДКИ на ООН и обработке навигационной информации на ООН.

Рассмотрим возможности осуществления предлагаемого способа групповой навигации движущихся объектов. Поиск, прием и обработка сигналов СРНС на ККС, ООН, ВОН 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. Поэтому для формирования КИ, ДКИ и управляющей информации используется универсальная ЦВМ. Указанные выше типы приемоиндикаторов допускают принудительное задание рабочего созвездия НИСЗ, в том числе и через порты последовательной связи. В связи с этим упомянутая ЦВМ используется и для управления выбором рабочих созвездий НИСЗ. Прием и передача КИ, ДКИ и УС осуществляются через УКВ-каналы связи, которые традиционно задействуются в ДП. Сопряжение приемопередающих устройств с ЦВМ выполнено через модем, поддерживающий стандарт RS232. Расчет коэффициентов и уточнение координат выполняются в указанной выше ЦВМ на ООН.

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

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

3. Подобед В.В., Нестеров В.В. Общая астрометрия. - М.: Наука, 1982. - 576 с.

Claims (1)

1. Способ групповой навигации объектов путем приема и обработки радионавигационных сигналов спутниковой радионавигационной системы (СРНС) и корректирующей информации (КИ) контрольно-корректирующей станции (ККС), отличающийся тем, что вводят дополнительно два вспомогательных объекта навигации (ВОН) таким образом, чтобы основной объект навигации (ООН) находился внутри треугольника, образованного ККС и двумя ВОН, формируют на ККС управляющий радиосигнал, задающий номера только тех навигационных ИСЗ (НИСЗ) СРНС, которые одновременно находятся в зоне видимости ККС, ООН и ВОН, причем количество заданных НИСЗ выбирают не менее трех и не более числа измерительных каналов каждого из приемоиндикаторов ООН и ВОН, принимают управляющий радиосигнал на ООН и ВОН, осуществляют одновременно поиск, прием и обработку радионавигационных сигналов только заданных в управляющем радиосигнале НИСЗ, затем вычисляют на ООН и ВОН собственные координаты, формируют на ВОН дополнительную КИ (ДКИ), включающую известные и вычисленные координаты ВОН, затем передают ДКИ на ООН, где одновременно принимают КИ с ККС и ДКИ с ВОН, вычисляют коэффициенты d₁, d₂, d₃ путем решения системы линейных уравнений
   d₁φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ,
   d₁λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ +d₂λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ +d₃λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ = λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ ,
   d₁ + d₂ + d₃ =1,
   где φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{оон}}$ - широта и долгота ООН, получаемые с выхода приемоиндикатора;
   φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{ккс}}$ - широта и долгота ККС, получаемые с выхода приемоиндикатора на ККС;
   φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон1}}$ , φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ , λ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{вон2}}$ - координаты первого и второго ВОН, получаемые с выходов приемоиндикаторов на данных объектах;
   и вычисляют уточненные координаты ООН по формулам
   φ_оон= d₁φ_ккс+d₂φ_вон1+d₃φ_вон2,
   λ_оон= d₁λ_ккс+d₂λ_вон1+d₃λ_вон2,
   где φ_оон, λ_оон- вычисляемые уточненные широта и долгота ООН;
   φ_ккс, λ_ккс- известные широта и долгота ККС;
   φ_вон1, λ_вон1, φ_вон2, λ_вон2- известные координаты первого и второго ВОН.

Images