RU2152625C1 - Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем - Google Patents

Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем Download PDF

Info

Publication number
RU2152625C1
RU2152625C1 RU98109415A RU98109415A RU2152625C1 RU 2152625 C1 RU2152625 C1 RU 2152625C1 RU 98109415 A RU98109415 A RU 98109415A RU 98109415 A RU98109415 A RU 98109415A RU 2152625 C1 RU2152625 C1 RU 2152625C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
interferometer
phase
navigation
antenna
Prior art date
Application number
RU98109415A
Other languages
English (en)
Other versions
RU98109415A (ru
Inventor
Н.Е. Армизонов
А.Г. Козлов
А.Н. Армизонов
М.К. Чмых
Original Assignee
Научно-производственное объединение прикладной механики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение прикладной механики filed Critical Научно-производственное объединение прикладной механики
Priority to RU98109415A priority Critical patent/RU2152625C1/ru
Publication of RU98109415A publication Critical patent/RU98109415A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2152625C1 publication Critical patent/RU2152625C1/ru

Links

Images

Abstract

Сущность изобретения: способ основан на базе относительных измерений и определений, положительной особенностью которых является то, что при их использовании погрешности измерений и определений, имеющие систематический характер, компенсируются. Второй особенностью предлагаемого способа, позволяющей повысить точность навигационных измерений и определений, является то, что измерения приращений дальностей являются измерения, эквивалентные измерениям линейными интерферометрами, расположенными на орбитах НИСЗ, базами которых являются мерные интервалы, определяемые метками времени шкал времени НИСЗ и передаваемые в составе навигационных сообщений спутниковых навигационных радиосигналов. И третьей особенностью предлагаемого способа является то, что навигационная задача решается в векторном навигационном поле. Решение навигационной задачи в векторном поле позволяет исключить важный источник погрешностей, связанный с геометрическим фактором определения положения объектов. Одновременно предлагаемый способ позволяет пользователям СРНС определить ориентацию объектов в пространстве, дальность, пеленг, координаты местоположения и составляющие вектора скорости путем приема навигационного сигнала от одного НИСЗ последовательно во времени до двух и более положений его на орбите. Технический результат заключается в повышении точности определения местоположения объектов. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области спутниковой радионавигации, геодезии и может быть использовано для определения пользователями спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов СРНС.

Известен способ определения углового положения и курсового угла с помощью четырех приемников сигналов навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ) Navstar, установленных на объекте таким образом, что они образуют прямоугольную систему координат, оси которой параллельны осям объекта [1].

Рассмотрены различные составы измерений, псевдодальности, измеренные с использованием дальномерных кодов путем измерения временных сдвигов дальномерных кодов, формируемых генераторами приемных устройств относительно дальномерных кодов, формируемых генераторами спутников, и интегрированные доплеровские измерения.

Недостатками этого способа являются:
- погрешности определения координат центра баз интерферометра, обусловленные эфемеридными данными;
- погрешности оценки углового положения и курсового угла, обусловленные неточностью определения линии визирования вследствие неточного знания местоположения НИСЗ и центра баз;
- погрешности, обусловленные угловым перемещением антенн и нестабильностью фазовых характеристик антенно-приемных устройств;
- погрешности за счет распространения навигационного сигнала от НИСЗ до объекта и нестабильности генераторов НИСЗ и объекта;
- погрешности, обусловленные геометрическим фактором.

Известен способ определения курсового угла и координат местоположения объектов [2], при котором принимают каждым из четырех антенно-приемных устройств, установленных на объектах, навигационные радиосигналы спутников, при этом антенны четырех антенно-приемных устройств образуют прямоугольную систему координат, оси которой параллельны осям объектов. Для повышения точности определений используются разности частот Доплера, измеренные с использованием систем фазовых автоподстроек частот и набеги фаз колебаний с частотами, равными разностям частот Доплера, путем умножения их средних значений на мерный интервал.

Недостатками этого способа являются:
- погрешности определений координат центра баз интерферометра, обусловленные эфемеридными данными;
- погрешности за счет углового перемещения антенн и нестабильности фазовых характеристик антенно-приемного устройства;
- погрешности, обусловленные геометрическим фактором.

Известен также способ определения угловой ориентации объектов, составляющих векторов скорости и координат местоположения по навигационным радиосигналам КА Российской системы ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система) и американской GPS (Global Navigation Satellite System) с использованием интерферометра [3], который принят в качестве прототипа.

Для ориентации объекта в пространстве с использованием СРНС измеренными навигационными параметрами являются углы между осями объекта и прямой, соединяющей определенную точку объекта и НИСЗ (фиг. 1). Координаты спутника и объекта А известны, следовательно, можно определить ориентацию прямой СА в геоцентрической системе координат, а измеренные углы αпп и γп между осями Xп, Yп, Zп объекта и направлением СА позволят найти положение этих осей в системе координат XYZ. При необходимости можно перейти в иную систему координат.

Известный интерферометрический способ определения угловой ориентации объектов состоит в том, что разнесенные на некоторые расстояния (базы) четыре антенны принимают сигнал одного НИСЗ. Приемное устройство пользователя оценивает разность хода (разность расстояний, разность фаз) до антенн. Принцип определения угловой ориентации базы в двухмерном пространстве с использованием интерферометра с короткой базой, жестко связанной с объектом, поясняется на примере базовой линии длиной d, образованной двумя разнесенными антеннами.

На фиг. 2 показано взаимное расположение базовой линии d для антенн A и B, двух НИСЗ на плоскости XOY.

Разность хода определяет положение базовой линии относительно оси НИСЗ - центр базовой линии, но не в пространстве. Для оценки ориентации базовой линии в двухмерном пространстве необходимо измерить разность хода относительно второго НИСЗ. На фиг. 2 показаны величины, определяющие ориентацию базы в двухмерном пространстве; C1 и C2 - соответственно НИСЗ1 и НИСЗ2, AB - базовая линия с центром D, если она лежит в плоскости C1C2D, или проекция базовой линии на эту плоскость.

Рассмотрим случай, когда AB = d и лежит в плоскости C1C2D, а эта плоскость, в свою очередь, совпадает с плоскостью XOY. Обозначения остальных величин ясны из фиг. 2.

Расстояние от C до антенн A и B

Figure 00000002

Figure 00000003

Полагая
Figure 00000004
получаем
Figure 00000005

Figure 00000006

Разлагая в ряд и оставляя члены ряда не выше второго, имеем:
Figure 00000007

Figure 00000008

Δr1= r1B-r1A= d•cosθ1.
Аналогично Δr2= r2B-r12A= d•cosθ2. Найдем разность
Δr1-Δr2= d×(cosθ1-cosθ2) (1)
но α1= θ1-φ; α2= θ2-φ и, подставив эти соотношения в (1), имеем
(E 2 1 +E 2 2 )cos2φ-E1E2cosφ+E 2 3 -E 2 2 = 0, (2)
где
Figure 00000009

Углы α1 и α2 находятся по известным координатам НИСЗ и центра базы D, определение которых изложено выше. Длина базы d считается известной. Разности Δr1 и Δr2 измеряются путем измерения разности фаз с использованием фазометров.

Figure 00000010

Figure 00000011

где n - число целых длин волн, укладывающихся на трассе НИСЗ точка D;
φ - фаза колебания, принятого соответствующей антенной от соответствующего НИСЗ.

Решая уравнение (2), находим значение φ.
Угол φ характеризует положение базы в двухмерном пространстве. Для определения положения базы в трехмерном пространстве необходимо использовать измерения относительно трех НИСЗ.

Для определения положения трех осей объекта в пространстве достаточно двух неколлинеарных баз и трех НИСЗ. Две неколлинеарные базы могут иметь одну общую антенну, и тогда вместо четырех антенн понадобится три.

В известном способе НИСЗ СРНС выполняют функции опорных радионавигационных точек (РНТ), относительно которых измеряются пользователями навигационные параметры (НП). По результатам прогнозирования движения НИСЗ, каждым НИСЗ в составе навигационных сигналов передаются время, эфемериды, составляющие вектора скорости и соответствующие поправки, характеризующие положение и движение НИСЗ в связанной с Землей в геоцентрической системе координат, рассчитанные для фиксированных моментов времени.

Эфемериды - значения координат НИСЗ в геоцентрической системе координат, рассчитанные для фиксированных моментов времени по результатам прогнозирования движения НИСЗ.

Формирование массивов служебной информации (время, эфемериды, значения составляющих вектора скорости, состояние спутников и т.д.), а также передачу (загрузку) их в память соответствующих НИСЗ производится наземными измерительными комплексами, контролирующими орбиты НИСЗ, расхождение шкал времени НИСЗ с системным временем, уход бортового времени и предсказывающие эфемериды каждого НИСЗ [3].

Пользователи СРНС, используя антенно-приемные устройства интерферометра с взаимно ортогональными базами, осуществляют прием сигналов от четырех спутников и с помощью схем слежения за задержками (ССЗ) и схем слежения за несущими частотами (ССН) производят измерения соответственно псевдодальности и псевдоскорости. После установления фазовой синхронизации осуществляется когерентная демодуляция принятых сигналов и выделение навигационных сообщений, в которых содержатся данные о координатах спутников, составляющих вектора скорости и т. д., с использованием которых центральный процессор рассчитывает координаты антенн интерферометра и центра баз интерферометра, составляющие вектора их скорости.

Для определения координат местоположения антенны и центра баз интерферометра в трехмерной системе координат и поправки к шкале часов объекта необходимо осуществить прием сигналов от четырех НИСЗ и решить систему из четырех уравнений с четырьмя неизвестными
R1=[(X1-X01)2+(Y1- Y01)+(Z1+Z01)2]1/2+ΔRT+ΔR1;
R2=[(X2-X01)2+(Y2-Y01)+ (Z2+Z01)2]1/2+ΔRT+ΔR2;
R3=[(X3-X01)2+(Y3-Y01)+ (Z3+Z01)2]1/2+ΔRT+ΔR3;
R4=[(X4-X01)2+(Y4-Y01)+ (Z4+Z01)2]1/2+ΔRT+ΔR1,
где R1, . . . , R4 - результаты измерений, полученные с помощью ССЗ (псевдодальности);
X01, Y01, Z01 - координаты объекта в геоцентрической прямоугольной системе координат;
ΔRт - разница между истинной дальностью "объект - НИСЗ" и измеренной псевдодальностью Ri, обусловленная сдвигом шкалы времени объекта относительно шкалы времени системы;
Ri - погрешность измерений, обусловленная атмосферой, шумом приемника и т. п.

Аналогичным образом с использованием результата измерений псевдоскорости определяются три составляющие скорости объектов

Figure 00000012
и поправка
Figure 00000013
к частоте эталона частоты объекта, используемого для формирования шкалы времени.

Figure 00000014

Figure 00000015

Figure 00000016

Figure 00000017

где
Figure 00000018
результаты измерений, полученные с помощью ССН (систем слежения за несущей);
Figure 00000019
составляющие вектора скорости НИСЗ;
Figure 00000020
разница между истинной скоростью и измеренной, обусловленная расхождением частот эталонов частоты НИСЗ и пользователя;
Figure 00000021
погрешности измерений, обусловленные условиями распространения радиоволн и другими факторами.

Измерение дальности в аппаратуре пользователя осуществляется путем измерения временных сдвигов последовательностей, сформированных генераторами НИСЗ относительно кодовых последовательностей, сформированными генераторами аппаратуры пользователей, а измерение радиальной скорости путем измерения доплеровского сдвига частоты.

Измерение доплеровского сдвига частоты основано, в свою очередь, на измерении приращения дальности на частоте несущей с использованием ССН.

Недостатками этого способа (прототипа) являются:
- определение координат местоположения центра баз;
- неоднозначность измерения разности фаз;
- погрешности оценки угловой ориентации, обусловленные неточностью определения линии визирования вследствие ошибочного знания координат местоположения НИСЗ и центра баз;
- нестабильность фазовых характеристик антенно-приемных устройств;
- изменение (перемещение) положения фазовых центров антенн;
- погрешности, обусловленные влиянием ионосферы, тропосферы и многолучевого характера распространения радиоволн;
- нахождение в зоне радиовидимости пользователя четырех НИСЗ;
- погрешности, обусловленные геометрическим фактором;
- беззапросные измерения псевдодальностей и псевдоскоростей до четырех НИСЗ.

Известный способ, реализованный в навигационной аппаратуре пользователя для определения пользователями спутниковых радионавигационных систем ориентацией объектов в пространстве, составляющих вектора скорости и координат местоположения по навигационным радиосигналам космических аппаратов систем ГЛОНАСС и GPS в настоящее время не удовлетворяют ряд пользователей, например, воздушных судов (ВС), совершающих посадку по точности определения местоположения, доступности и практически всех пользователей по точности ориентации в пространстве.

Под доступностью понимается вероятность того, что в любое время и в любой точке пространства навигационная аппаратура пользователей (НАП) обеспечивает соответственно пользователей информацией и измерение радионавигационных параметров, достаточными для определения ориентации объектов в пространстве, составляющих вектора скорости и координат местоположения с требуемой точностью.

Под интерферометром понимается система из двух и более антенн в сочетании с измерителем разности фаз или разности времен прихода сигналов (разности дальностей), предназначенная для определения направления на источник радиоизлучения.

Разность хода

Figure 00000022

где d - база; θ - угол прихода волны.

Если α = 1' ≈ 0,0003 рад; d = 2 м, то Δr = 0,6 мм.

При длине волны навигационных радиосигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS 200 мм разность фаз, соответствующая разности хода 0,6 мм, составит

Figure 00000023

Таким образом, для оценки ориентации базы с погрешностью около 1', необходимо обеспечить погрешность измерения разности фаз около 1o. Все величины находятся в пределах, освоенных в настоящее время современной техникой.

Известный способ характеризуется следующей совокупностью действий над принимаемыми спутниковыми радионавигационными сигналами:
- одновременный прием навигационных радиосигналов четырех НИСЗ;
- измерение псевдодальностей (дальностей) до четырех НИСЗ и определение координат местоположения объектов с использованием эфемерид НИСЗ;
- измерение доплеровских сдвигов частот и определение составляющих вектора скорости объектов с использованием составляющих векторов скорости НИСЗ;
- определение разностей дальностей путем измерения разностей фаз во взаимно ортогональных базах;
- определение ориентации объектов в пространстве.

В основу предлагаемого способа положено знание пользователями СРНС в любое время суток, в любых метеорологических условиях, в любой точке Земного шара по принятой эфемеридной информации в составе навигационных сообщений радиосигналов НИСЗ в совпадающие моменты времени их векторов положения. Вычитание одноименных компонент этих векторов положения НИСЗ позволяет определить в геоцентрической системе координат (с началом в центре Земли и осевыми ортами, направленными соответственно по широте на восток, по меридиану на север и вертикально верх по отношению к поверхности Земли) проекции базовых линий, соединяющих положения НИСЗ на орбитах, расстояния между ними, а также углы α,β,γ (направляющие косинусы), характеризующие положение базовых линий в пространстве.

Но возможно также последовательные во времени положения одного НИСЗ рассматривать как различные НИСЗ, образующие соответствующие базы, учитывая при этом перемещение НИСЗ в интервале измерений.

Знание направляющих косинусов, характеризующих положение базовых линий в пространстве, и результатов измерений интерферометров, установленных на объектах, позволяет определить значение направляющих косинусов осей системы координат объектов, например судна (с началом в центре масс и осевыми ортами, направленными соответственно по правому борту, носу и вверх) в геоцентрической системе координат, дальности между фазовыми центрами антенн интерферометра и фазовыми центрами антенн НИСЗ, а также координаты места положения, составляющие вектора скорости точки пересечения баз интерферометра (центра интерферометра) и пеленг (направление на НИСЗ).

Особенностью способа, которая положена в основу изобретения, является также и то, что навигационная задача решается в векторном поле. Решение задачи в векторном навигационном поле позволяет исключить важный источник погрешностей, связанный с геометрическим фактором определения положения пользователя [3].

Геометрический фактор (ГФ) характеризует во сколько раз увеличивается погрешность определения местоположения объекта по сравнению с погрешностью измерения навигационного параметра, т.е. ГФ является аналитической связью погрешностей определения горизонтальных (X, Y) и вертикальной координат объектов с инструментальными (без ионосферы) погрешностями псевдодальностей до выбранных НИСЗ.

В каждом случае умножения величины среднеквадратичной погрешности измерения, например, дальности от пользователя до НИСЗ на соответствующий параметр ГФ дает соответствующую среднеквадратичную погрешность определения положения объекта.

Направления базовых линий положений НИСЗ на орбите характеризуют направляющие косинусы cosαд,cosβд,cosγд в геоцентрической системе координат, которые в дальнейшем используются для решения навигационной задачи.

Для решения навигационной задачи в векторном навигационном поле в состав служебной информации, загружаемой в память каждого НИСЗ наземными измерительными комплексами для передачи ее потребителям, вводят также расчетные, по результатам прогнозирования, значения расстояний, пройденные НИСЗ за секундные, десятисекундные, стосекундные и т. д. интервалы времени и их направляющие косинусы в геоцентрической системе координат.

Роль секундных меток времени в СРНС ГЛОНАСС выполняют модулирующие кодовые последовательности.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определений пользователями СРНС ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения, составляющих вектора скорости и доступности.

Поставленная цель достигается за счет новой совокупности действий над принимаемыми спутниковыми навигационными радиосигналами.

Сущность предлагаемого способа поясняется на примере двух взаимно ортогональных направляющих отрезков (баз), образованных двумя расстояниями между фазовыми центрами антенн интерферометра d1, d2 и пятью положениями фазового центра антенны одного и того же НИСЗ на орбите t1, t1*, t2, t2*, t3, фиг. 3, 4. Положение фазового центра антенны НИСЗ в моменты времени t1, t1*, t2, t2*, t3 определяют, в свою очередь, значения расстояний между положениями и направления направленных отрезков D. (значения направляющих косинусов). Точки t1, t1*, t2, t2*, t3 одновременно являются границами отсчетов навигационного параметра R(t). Направленные отрезки R0(t1*), R0(t2*) являются векторами направления на НИСЗ, связывающие центр интерферометра с серединами первого

Figure 00000024
и второго
Figure 00000025
мерных интервалов t1*, t2* соответственно.

В центре баз интерферометра установлена пятая антенна. При использовании в интерферометре вместо пяти антенно-приемных устройств трех, третья антенна является общей для двух баз и выполняет функции пятой антенны.

Использование интерферометра с тремя антенно-приемными устройствами, в котором функции пятого антенно-приемного устройства выполняет третье общее для двух неколлинеарных баз, позволит уменьшить габариты, вес антенного поста, повысит надежность интерферометра в целом.

Использование теоремы косинусов и разложение в ряд членами не выше второго порядка для двух положений НИСЗ на орбите в моменты времени t1 и t2 позволяет получить для фазового центра антенны Ан1 интерферометра

Figure 00000026

Figure 00000027

Figure 00000028

где D - расстояние мерного интервала, равное произведению скорости НИСЗ на время.

Для фазового центра антенны Ан3

Figure 00000029

Figure 00000030

Figure 00000031

Аналогично выводятся соотношения для второй базы d2, образованной расстоянием между фазовыми центрами пространственно разнесенных антенн Ан2 и Ан4.

Figure 00000032

Figure 00000033

где cosθi - косинусы углов между векторами-базами (расстояниями между положениями фазового центра антенн НИСЗ) и векторами-направлениями, связывающих (соединяющих) середины векторов - баз с фазовыми центрами антенн интерферометра;
R1 (t1), R2 (t1), R3 (t1), R4 (t1) - расстояния от фазовых центров антенн АН 1, Ан2, Ан3, Ан4 соответственно до фазового центра антенн НИСЗ в момент времени t1;
R1 (t2), R2 (t2), R3 (t2), R4 (t2) - расстояния от фазовых центров антенн Ан1, Ан2, Ан3, Ан4 соответственно до фазового центра антенн НИСЗ в момент времени t2;
R1 (t1*), R2 (t1*), R3 (t1*), R4 (t1*) - расстояния от фазовых центров антенн Ан1, Ан2, Ан3, Ан4 соответственно до фазового центра антенн НИСЗ, находящегося в середине мерного интервала t1* (в середине расстояния между положениями НИСЗ);
t2 - t1 - мерный интервал, определяемый метками времени шкалы времени НИСЗ;
Figure 00000034

Разности ходов навигационных сигналов - приращения дальностей ΔR1(t * 1 ),ΔR2(t * 1 ),ΔR3(t * 1 ),ΔR4(t * 1 ) дают информацию о проекции путей, пройденных фазовым центром антенны НИСЗ из точки t1 в точку t2 на направление прямых R1 (t1*), R2 (t1*), R3 (t1*), R4 (t1*), соединяющих точку t1* с фазовыми центрами антенн интерферометра. В зависимости от величины значений мерного интервала ΔR1(t * 1 )-ΔR4(t * 1 ) называют как приращения дальностей, так и разности дальностей [7].

Значения величин ΔR1(t * 1 )-ΔR4(t * 1 ),(t2-t1) и cosθ1-cosθ4 уравнений (4), (5), (6), (7) неизвестны и их определения требуют соответствующих измерений.

Положение НИСЗ на орбите в моменты времени t1 и t2 определяются эфемеридами. Вычитание одноименных компонент эфемерид позволяет определить
роекцию вектора расстояния (вектора-базы) между положениями фазового центра антенны НИСЗ, определяемые мерным интервалом (t2 - t1), на оси геоцентрической системы координат.

ΔX1=X(t2)-X(t1); ΔY1=Y(t2)-Y(t1); ΔZ1=Z(t2)-Z(t1).

Расстояние (база) между двумя положениями НИСЗ на орбите определяется выражением

Figure 00000035

Углы α,β,γ характеризуют направления векторов-баз между положениями фазового центра антенны НИСЗ в пространстве в соответствии с соотношениями
Figure 00000036

Направляющими косинусами направленного отрезка D называются косинусы углов между D и положительными направлениями осей X, Y, Z соответственно
Figure 00000037

Из уравнений (4), (5), (6), (7) определяются косинусы: cosθ1,cosθ2,cosθ3,cosθ4 как
Figure 00000038

Figure 00000039

Figure 00000040

Figure 00000041

Затем определяются значения углов θ1234.
Для установления функциональной зависимости между направленным отрезком D и вектором направления R0(t1*) [5]
Figure 00000042

где
Figure 00000043
- направляющие косинусы векторов D и R соответственно необходимо определить значение угла между ними
Figure 00000044

В соответствии с фиг. 3 углы между D и R0(t1*), измеренные с использованием базовых расстояний, образованных антеннами Ан1 - Ан3, Ан2 - Ан4 интерферометра, соответственно равны
Figure 00000045

Figure 00000046

Figure 00000047

Значения угла
Figure 00000048
и соответственно значения
Figure 00000049
можно выразить через измеренные приращения дальностей, определяемые выражениями (4), (5), (6), (7).

Вторично используя теорему косинусов, разлагая в ряд и оставляя члены ряда не выше второго порядка для фазового центра антенны НИСЗ, находящегося в точке t1*, позволяет получить

Figure 00000050

Figure 00000051

Как отмечалось выше, дальности R1(t1*) и R3(t1*) содержат в себе проекции пути, пройденные фазовым центром антенны НИСЗ из точки t1 в точку t2. Поэтому, беря разность расстояний Δ R1,3(t1*) = R1(t1*) - R3(t1*), находим информацию о проекции разности хода радиосигналов между фазовым центром антенны НИСЗ, находящегося в точке t1*, и фазовыми центрами антенн интерферометра на направление прямой R0(t1*), соединяющей центр баз интерферометра с фазовым центром антенны НИСЗ.

Figure 00000052

Аналогичным образом выводится соотношение разности приращений дальности для второй базы интерферометра
Figure 00000053

где
Figure 00000054
углы между векторами базами d1, d2 и вектором направления на НИСЗ R0(t1*).

В соответствии с вышеизложенным разностям приращений дальностей - разностям хода радиосигналов между фазовым центром антенны НИСЗ и фазовыми центрами антенн интерферометра в каждой базе выражения (10) и (11) соответствуют разности измеренных на мерном интервале приращений фаз, обусловленных доплеровскими сдвигами несущей частоты.

Разности приращений фаз колебаний несущих следующим образом связаны в системе координат пользователя с азимутом αп и углом места βп :

Figure 00000055

Figure 00000056

где
Figure 00000057
- направляющие косинусы
Figure 00000058
соответственно.

Совместное решение уравнений (10), (11) позволяет определить угол βп, направление на НИСЗ находящегося в точке t1*

Figure 00000059

Поскольку оценка доплеровского сдвига частоты с использованием ССН производится путем деления приращения фазы на мерный интервал, то целесообразно выражение, определяющее направление на НИСЗ, выразить через доплеровские сдвиги частоты.

Figure 00000060

где c - скорость света; d = d1 = d2.

Из треугольника Ot1*A определяется разница высот НИСЗ

Figure 00000061
над плоскостью XпOYп интерферометра как
Figure 00000062

где R0(t1*) - дальность от фазового центра антенны интерферометра, установленной в точке пересечения фаз d1 и d2 (центре интерферометра), до фазового центра антенны НИСЗ, находящегося в точке t1*, и измеренная навигационной аппаратурой пользователей с использованием дальномерных кодов.

Далее, также с использованием дважды теоремы косинусов, разлагая в ряд, но уже для интервала времени (t3 - t2), фиг. 3, как и для мерного интервала (t2 - t1), выводятся соотношения

Figure 00000063

Figure 00000064

Figure 00000065

Figure 00000066

Figure 00000067

Figure 00000068

Figure 00000069

Figure 00000070

Figure 00000071

Figure 00000072

Figure 00000073

Figure 00000074

Определяется разница высот
Figure 00000075

Угол между скрещивающимися прямыми определяется как угол между параллельными им прямым, выходящими из одной точки [5].

Из Δ At1*t22 (фиг. 4) определяем значение косинуса угла Ct2*t* - направленными отрезками, отрезком t2*t1* и нормалью к плоскости XпOYп интерферометра

Figure 00000076

Определение направляющих косинусов вектора-нормали (OZп) осуществляется на основе уравнения
Figure 00000077

где cosαД,cosβД,cosγД - направляющие косинусы вектора-базы D в геоцентрической системе координат;
Figure 00000078
- направляющие косинусы нормали OZп.

Число неизвестных в уравнении (15) - три. Для однозначного определения всех неизвестных необходимо три уравнения. Для определения положения вектора-нормали в пространстве требуется измерить углы ψ и определить значения косинусов углов между направленными отрезками относительно двух НИСЗ. В этом случае система уравнений будет иметь следующий вид

Figure 00000079

Figure 00000080

Figure 00000081

Система уравнений (16) содержит два линейных уравнения на основе результатов измерений углов ψi и одного уравнения связи между углами
Figure 00000082

Определение направляющих косинусов векторов направления R0(t1*), R0(t2*) осуществляется на основе решения систем уравнения соответственно
Figure 00000083

Figure 00000084

Figure 00000085

Figure 00000086

Figure 00000087

Figure 00000088

Определение направляющих косинусов орт системы координат пользователя OXп, OYп производится на основе решения систем уравнений относительно векторов OZп, R0(t1*) или OZп, R0(t2*)
Figure 00000089

Figure 00000090

Figure 00000091

Figure 00000092

Figure 00000093

Figure 00000094

Figure 00000095
- направляющие косинусы, определяемые выражениями (12), (13).

Значения направляющих косинусов векторов направления на НИСЗ R0(t1*), R0(t2*) в геоцентрической системе координат и в системе координат пользователя позволяют определить углы между ортами двух систем. А знание значений углов, например, между ортами судовой системы координат с началом в центре масс и ортами, направленными соответственно по правому борту, носу и вверх, и ортами геоцентрической системы координат с началом в центре масс Земли и ортами, направленными соответственно по широте на восток, по меридиану на север и вертикально вверх по отношению к поверхности Земли, является практически исчерпывающей информацией для определения ориентации объектов в пространстве.

Систему уравнений из выражений систем (17), (18), (19), определяющих функциональную зависимость R0(t1*), ΔX,ΔY,ΔZ от D, направляющих косинусов D орт системы координат пользователя и направления на НИСЗ, можно записать следующим образом

Figure 00000096

Figure 00000097

Figure 00000098

Figure 00000099

Система уравнений (20), содержащая четыре линейных уравнения, позволяет однозначно определить три проекции вектора R0(t1*) на оси геоцентрической системы координат ΔX,ΔY,ΔZ и расстояние между фазовым центром антенны интерферометра, находящегося в точке пересечений баз с фазовым центром антенны НИСЗ, в момент времени t1* (модуль вектора R0(t1*)).

Δ X = X(t1*) - X0; Δ Y = Y(t1*) - Y0; Δ Z - Z(t1*) - Z0,
где X(t1*), Y(t1*), Z(t1*) и X0, Y0, Z0 - координаты местоположения фазового центра антенны НИСЗ и центра баз интерферометра соответственно.

Знание значений проекций направляющего отрезка R0(t1*) на оси геоцентрической системы координат и координаты фазового центра антенны НИСЗ в точке t1* позволяет определить координаты местоположения центра баз интерферометра, а следовательно, и координаты центра масс пользователя.

X1 = X(t1*) - Δ X1; Y0 = Y(t1*) - Δ Y1; Z0 - Z(t1*) - Δ Z1.

Дополнительно координаты местоположения центра баз интерферометра можно определить из выражений

Figure 00000100

Figure 00000101

Figure 00000102

Значения составляющих вектора скорости центра баз интерферометра определяются из решения системы уравнений
Figure 00000103

Figure 00000104

Figure 00000105

Значения направляющих косинусов векторов направления R0(t1*),R0(t2*), найденные из систем уравнений (17), позволяют определить пеленг α (азимут в геоцентрической системе координат) из системы уравнений
Figure 00000106

Figure 00000107

и из системы
Figure 00000108

Figure 00000109

С целью установления более точных функциональных зависимостей, уравнения системы (15), между направляющими косинусами направленных отрезков D и направляющими косинусами нормали интерферометра, а следовательно, с целью определения более точных значений направляющих косинусов нормали, определяющих, в свою очередь, точность определения угловой ориентации пользователей, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости, функциональные зависимости устанавливаются относительно трех НИСЗ. В этом случае система уравнений будет содержать три линейных уравнения с тремя неизвестными
Figure 00000110

Figure 00000111

Figure 00000112

Как отмечалось выше, в прототипе для определения местоположения, составляющих векторов скорости объектов и их ориентации в трехмерной системе координат, необходимо осуществить прием сигналов от четырех НИСЗ.

Для обеспечения глобального радионавигационного поля в СРНС ГЛОНАСС, GPS используются созвездия из 24 НИСЗ, которые восполняются по мере выхода их из рабочего состояния.

Предложенный способ позволяет также определить направление на НИСЗ (пеленг), дальность до НИСЗ, координаты местоположения, составляющие вектора скорости и ориентацию пользователей в пространстве путем приема навигационного радиосигнала от одного НИСЗ последовательно во времени до двух и более положений его на орбите. Поэтому для обеспечения глобального радионавигационного поля в СРНС ГЛОНАСС, GPS при реализации предложенного способа путем использования положений одного НИСЗ, достаточно созвездий из 9, 12 НИСЗ соответственно.

В СРНС расчет, формирование информации (время, эфемериды, значения составляющих вектора скорости и т. д.), характеризующей радионавигационное поле, а также передачу (загрузку) ее в память соответствующих НИСЗ, производится наземными измерительными комплексами. Для характеристики радионавигационного поля как векторного, которое является основой предложенного способа, наземными измерительными комплексами, наряду с вышеперечисленной информацией, по результатам прогнозирования НИСЗ для фиксированных моментов времени кратному одной секунде для мерных интервалов 10 с, 100 с и т.д., дополнительно рассчитываются и загружаются в память НИСЗ значения модулей и значения направляющих косинусов направленных отрезков, соединяющие фиксированные положения НИСЗ на орбите.

При приеме навигационных радиосигналов от НИСЗ последовательно во времени или параллельно до двух и более положений его на орбите интерферометром как пятью, так и тремя антенно-приемными устройствами, определение дальностей до второго и последующих положений производится путем суммирования измеренной дальности до первого положения, с использованием дальномерных кодов, с приращениями дальности, измеренными с использованием систем фазовых автоподстроек частот (ФАПЧ). В этом случае погрешности измерения дальности до первого положения, входящие в измерения дальностей до второго и последующих положений, будут носить систематический характер и при определениях разностей высот, определяемых выражениями (14), скомпенсируются. В результате повысится точность функциональных зависимостей выражений (15), (16), повысится точность определения пользователями СРНС своей ориентации в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости.

Под ОПРЕДЕЛЕНИЕМ понимается логическая операция, состоящая в раскрытии содержания понятия. ОПРЕДЕЛЕНИЕМ называют также результат этой операции [6]. То есть определение в рамках этой заявки - это решение уравнений, системы уравнений, результатом решения которых являются корни решений - значения неизвестных.

Отличительные признаки предложенного способа:
- одновременный последовательный или параллельный во времени прием двухбазовым интерферометром навигационных радиосигналов от двух, трех НИСЗ пятью антенно-фидерными устройствами, пятое из которых установлено в центре баз интерферометра;
- определение каждым периферийным антенно-приемным устройством приращений дальностей (приращение фаз) по двум, трем НИСЗ и более, обусловленные доплеровскими сдвигами частот с использованием систем фазовых автоподстроек частот (ФАПЧ), при этом измерения приращений фаз в каждом приемном устройстве производят с использованием одной и той же метки времени, сформированной в любом из трех-пяти приемных устройств, антенны которых, в свою очередь, синфазно ориентированы в пространстве;
- определение косинусов углов между направленными отрезками- базами, соединяющими два и более положений НИСЗ на орбите и векторами направления (направленными отрезками на НИСЗ), соединяющими центр баз интерферометра (фазовый центр третьей общей антенны при трехантенном исполнении) с серединами мерных интервалов;
- определение разностей приращений дальностей во взаимно ортогональных базах интерферометра путем взаимного вычитания измеренных приращений фаз;
- определение азимутов и углов места векторов-направлений на фазовые центры антенн НИСЗ, находящихся на серединах мерных интервалов в системе координат интерферометра;
- определение пятым антенно-приемным устройством псевдодальностей от центра баз интерферометра до НИСЗ последовательно во времени для двух, трех НИСЗ, находящихся на серединах мерных интервалов путем измерения временных сдвигов дальномерных кодов, формируемых генераторами приемных устройств относительно кодов формируемых генераторами НИСЗ;
- определение высот НИСЗ над горизонтальной плоскостью интерферометра;
- определение разности высот;
- определение по эфемеридным данным проекций направленных отрезков, соединяющих два положения фазовых центров антенн НИСЗ, находящихся в серединах мерных интервалов, с центром баз интерферометра (фазовым центром третьей общей антенны) путем вычитания одноименных компонент векторов положения НИСЗ;
- определение значений модулей направленных отрезков, соединяющих положения НИСЗ на орбите, значения направляющих косинусов и размножение их на борту спутников по результатам прогнозирования движения спутников;
- определение значений косинусов углов между направленными отрезками (векторами-базами) и нормалью к горизонтальной плоскости интерферометра;
- определение значений направляющих косинусов нормали горизонтальной плоскости интерферометра в геоцентрической системе координат;
- определение значений направляющих косинусов векторов положения фазовых центров антенн НИСЗ (векторов направлений на НИСЗ) в геоцентрической системе координат;
- определение значений направляющих косинусов баз интерферометра в геоцентрической системе координат;
- определение пеленга, дальности, координат местоположения, составляющих вектора скорости и ориентации объектов в пространстве;
- одновременный прием навигационных радиосигналов от трех НИСЗ, определение пеленга, дальности, координат местоположения, составляющих вектора скорости и ориентацию объектов в пространстве;
- прием радионавигационных сигналов от одного НИСЗ последовательно во времени до двух и более положений его на орбите, определение пеленга, дальности, координат местоположения, составляющих вектора скорости и ориентацию объектов в пространстве;
- определение дальностей до второго и последующих положений НИСЗ на орбите путем суммирования измеренных дальностей до первого положения с использованием дальномерных кодов с приращениями дальностей, измеренных с использованием ФАПЧ;
- определение дальностей до второго и последующих положений НИСЗ на орбите путем суммирования измеренной дальности до первого положения с использованием дальномерных кодов с приращениями дальностей, измеренных с использованием ФАПЧ, третьим антенно-приемным устройством, являющимся общим для двух неколлинеарных баз.

В описании изобретения фигурирует понятие фазовый центр антенны. Физически фазовый центр - точка, из которой для наблюдателя, находящегося в дальней зоне антенны исходят сферические волны излучаемого поля. Понятие фазовый центр антенны неразрывно связано с понятием фазовой характеристикой антенны. Под фазовой характеристикой антенны в какой-либо плоскости понимается зависимость фазы поля основной поляризации от угловых координат в дальней зоне антенны при постоянном расстоянии от точки наблюдения до начала выбранной системы координат. Нелинейность фазовых характеристик антенн вызывает заметное смещение фазовых центров антенн, смещение несущей по частоте и смещение по частоте составляющих спектра принимаемого интерферометром навигационного сигнала. Смещение спектра сигналов меток времени шкалы времени НИСЗ, передаваемых в составе навигационных сигналов, вызывает искажение их форм, а следовательно, погрешности навигационных измерений, определений, обусловленных шкалой времени НИСЗ.

Для обеспечения систематического характера погрешностей измерений приращений дальностей интерферометром, обусловленные фазовыми характеристиками антенн, а также приемными устройствами при формировании меток времени, определяющими мерные интервалы, измерения производятся с использованием одной и той же метки времени, сформированной в любом из четырех и более антенно-приемных устройств, антенны которых, в свою очередь, синфазно ориентированы в пространстве. При определениях разностей приращений дальностей погрешности навигационных измерений с точностью до значений коэффициентов взаимной корреляции скомпенсируются.

Технический результат использования предложенного технического решения заключается в следующем:
1. Предлагаемый способ в зависимости от типа объекта, воздушное или морское судно, буровая платформа и т. д., позволяет решить свои целевые задачи с использованием 1-2 НИСЗ. В то же время для решения целевых задач известными способами необходимо, чтобы в зоне радиовидимости пользователя находилось не менее 4 НИСЗ.

2. Предложенный способ основан практически на базе относительных измерений и определений. Положительной особенностью относительных измерений (измерение приращений дальностей) относительных определений (определение базового расстояния D по эфемеридным данным, определение разностей высот) является то, что при их использовании ряд погрешностей, имеющих систематический характер, компенсируются. То есть предложенный способ вобрал в себя методики дифференциальных навигационных определений и определений навигационных параметров. По этой причине погрешности определения по эфемеридным данным базовых расстояний D составляют, в самом худшем случае, не более 10 мм, а погрешности измерений разностей дальностей (погрешности измерений приращений фаз за определенный мерный интервал времени) на частотах СРНС ГЛОНАСС, GPS при соотношении сигнал/шум C/N0 = 30 дБ и BCCH = 20 Гц, составляет 6,2 мм, стр. 175 [7] Учитывая, что при использовании предложенного способа для решения целевых задач пользователем требуется 1-2 НИСЗ, то они могут использовать направленные антенны с коэффициентом усиления не 0 дБ как при известных способах, а 10 дБ. В этом случае погрешности измерений приращений дальностей составят ~1-2 мм. Измерение приращений дальностей производится с использованием схем слежения за несущей (CCH) путем измерения с высокой точностью набега фаз колебаний на выходе схемы за время t, обусловленного доплеровским сдвигом. При этом пределы измерений приращений фаз не ограничиваются интервалом длиной 2π, т. е. нет проблемы многозначности измерений разности фаз.

Второй особенностью предлагаемого способа является то, что измерения приращений дальностей (разности хода сигналов) по своей сути эквивалентны измерениям линейными интерферометрами, расположенными на орбитах НИСЗ, базами которых являются мерные интервалы, определяемые метками времени шкал времени НИСЗ и передаваемые в составе навигационных сообщений спутниковых навигационных радиосигналов.

С учетом изложенного, погрешности измерения углов θД в выражении (9), определяющие функциональные зависимости, по которым определяются ориентации векторов дальности в пространстве, на односекундном мерном интервале составит ~1,55•10-6 рад, а на десятисекундном 4,5•10-7 рад.

Сравнивая погрешность измерения ориентации баз известным способом, определяемую выражением (3), взятым в качестве прототипа, и погрешности измерений ориентации векторов дальности предлагаемым способом, видно, что погрешности предлагаемого способа меньше погрешностей известного на 3 порядка.

3. Предложенный способ помимо высокоточных измерений и определений значений направляющих косинусов, определяющих ориентацию объектов в пространстве, позволяют также реализовать высокоточные определения дальностей между фазовыми центрами антенн спутников и фазовыми центрами антенн объектов, пеленг, координаты местоположения и составляющих векторов скорости, выражения (17), (18), (19), (20).

Пеленг в навигации - угол между плоскостью меридиана объекта и плоскостью, проходящей через объект и наблюдаемый НИСЗ.

4. Вследствие того, что предложенный способ вобрал в себя методики относительных измерений и определений, то повысится вероятность того, что навигационная аппаратура пользователей обеспечивает пользователей СРНС информацией, достаточной для решения своих целевых задач с требуемой точностью, т. е. повышается доступность.

В настоящее время в отечественных и зарубежных приемоиндикаторах (навигационной аппаратуре пользователей) СРНС ГЛОНАСС, GPS широко используется измерение доплеровского сдвига частоты, основанное на измерении приращения дальности на частоте несущей с использованием схем слежения за несущей, предназначенных для слежения за фазой несущей [7], [8]. Поэтому для реализации предложенного способа нет никаких проблем, остается только использовать измеряемые в эксплуатируемой, в настоящее время, навигационной аппаратуре приращения фаз (приращение дальностей).

Глобальные спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС и GPS являются, в настоящее время, одними из основных систем, обеспечивающих высокую точность определения навигационных параметров мобильных средств как военного, так и гражданского сектора пользователей. К концу нынешнего столетия системы смогут заменить все другие радионавигационные средства, используемые для обслуживания военных и гражданских пользователей. Сигналы этих систем будут использоваться для обеспечения точной доставки боеприпасов к цели, навигации искусственных спутников Земли на околоземных орбитах, самолетов, кораблей и средств наземного транспорта, управления посадкой самолетов, навигационной привязки результатов аэрофотосъемки, геодезических измерений, обеспечения встречи самолетов в воздухе для проведения операции дозаправки горючим, корректировки навигационных средств, проведении операций поиска и спасения т. д.

Более сотни фирм во всем мире оспаривают право на производство навигационной аппаратуры пользователей (НАП) СРНС, рынок которой имеет устойчивую тенденцию к увеличению. Таким образом, в мире практически сформировался заказ на НАП СРНС. Следовательно, предлагаемый способ соответствует требованиям условию "промышленная применяемость" п. 19.5.1. "Правил СП-2".

Таким образом, предложенный способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов обладает новизной, существенными отличиями и дает при использовании положительный эффект, заключающийся в повышении точности ориентации пользователей в пространстве, определения, пеленга, дальности, решения навигационной задачи в средневысоких СРНС по 1-2 НИСЗ и повышении доступности.

ЛИТЕРАТУРА
1. Applications of Navstar GPS for presion attitude determination. Roht Ben. d. Singh Ram-Nandan P. "Proc. 4th. Geod. Symp Sattel. Position., Austin, Тех., 28 Apr.-28 max, 1986, vol. 2" S.I., s.a., 1345 -1359.

2. Патент N 2022294 Российской Федерации.

3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. В.С.Шебшаевича -М.: Радио и связь, 1993 г.

4. Г.Корн и Т. Корн. Справочник по математике.- М.: Наука, 1984 г.

5. И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике. -М.: Наука, 1967 г.

6. Большая советская энциклопедия.

7. Бортовые устройства спутниковой радионавигации под ред. B.C. Шебшаевича. - М.: Транспорт, 1988 г.

8. Справочник. Цифровые радиоприемные системы под ред. М.И. Жодзижского. - М.: Радио и связь, 1990 г.

Claims (5)

1. Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем, при котором каждым из четырех антенно-приемным устройством двухбазового интерферометра со взаимно ортогональными базами, установленным на объектах, принимают навигационные радиосигналы навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), содержащие время, эфемериды, значения составляющих векторов скорости, состояние спутников, определяют дальности до четырех НИСЗ путем измерения временных сдвигов кодовых последовательностей, сформированных генераторами НИСЗ относительно кодовых последовательностей, сформированных генераторами объектов, и радиальные скорости с использованием схем слежения за несущими, определяют координаты местоположения центра баз интерферометра и значения составляющих векторов скорости объектов, при этом одновременно в каждой базе путем измерения разности фаз колебаний несущих с использованием фазометров, определяют двойные разности дальностей путем взаимного вычитания измеренных значений разностей дальностей и по эфемеридным данным, найденному положению центра баз интерферометра определяют ориентацию объектов в пространстве, отличающийся тем, что навигационные радиосигналы принимают одновременно пятью антенно-приемными устройствами, пятое из которых установлено в центре баз интерферометра, и измеряют периферийными антенно-приемными устройствами приращения дальностей на двух и более мерных интервалах путем измерения приращений фаз на несущих частотах с использованием систем фазовых автоподстроек частот, при этом измерения приращений фаз в каждом приемном устройстве производят с использованием одной и той же метки времени, сформированной в любом из пяти приемных устройств, антенны которых, в свою очередь, синфазно ориентированы в пространстве; разности приращений дальностей во взаимно ортогональных базах путем взаимного вычитания измеренных приращений фаз; пятым антенно-приемным устройством, размещенным в центре баз интерферометра, дальности между фазовым центром антенны интерферометра до двух и более положений фазовых центров антенн НИСЗ, находящихся в серединах мерных интервалов, путем измерения временных сдвигов кодовых последовательностей, сформированными генераторами НИСЗ, относительно кодовых последовательностей, сформированных генераторами интерферометра, затем определяют по эфемеридным данным модули двух и более векторов-баз, как корни квадратные из сумм квадратов проекций векторов-баз на оси выбранной системы координат; значения направляющих косинусов, характеризующих направления векторов-баз в пространстве как отношения их проекций к значениям соответствующих модулей векторов-баз; значения косинусов углов и значения углов между двумя и более векторами-базами, соединяющими два и более положений НИСЗ на орбите, и векторами направления на НИСЗ, соединяющими положение фазового центра антенны, размещенной в центре баз интерферометра, и положения фазовых центров антенн НИСЗ, находящихся в серединах мерных интервалов, как отношения соответствующих приращений дальностей к значениям модулей векторов-баз и как арки соответствующих косинусов углов; азимуты и углы места направлений на фазовые центры антенн НИСЗ, как арки тангенсов отношений разностей приращений дальностей в ортогональных базах интерферометра и как арки косинусов отношений произведений длины волны навигационного радиосигнала на корни квадратные из сумм квадратов приращений дальностей к произведениям 2π радиан на длину базы; значения высот НИСЗ над горизонтальной плоскостью интерферометра, как произведения дальностей между фазовым центром антенны радиоинтерферометра, размещенной в точке пересечения баз до фазовых центров антенн НИСЗ, находящихся в серединах мерных интервалов на синусы углов места; значения разностей высот путем взаимного вычитания; значения косинусов углов между векторами-базами, соединяющими середины мерных интервалов и нормальным вектором к горизонтальной плоскости интерферометра как отношения значений разностей высот к соответствующим значениям модулей векторов-баз, а затем устанавливают систему из трех линейных функциональных зависимостей между известными значениями направляющих косинусов векторов-баз и неизвестными значениями направляющих косинусов вектора нормали к горизонтальной плоскости интерферометра и определяют значения направляющих косинусов вектора нормали в выбранной системе координат; систему функциональных зависимостей между известными значениями направляющих косинусов вектора базы, вектора нормали и неизвестными значениями вектора направления на фазовый центр антенны НИСЗ и определяют значения направляющих косинусов вектора направления; системы функциональных зависимостей между известными значениями направляющих косинусов вектора нормали, вектора направления и неизвестными значениями направляющих косинусов орт системы координат интерферометра и определяют значения направляющих косинусов орт; систему навигационных уравнений между известными значениями направляющих косинусов вектора базы, известными значениями направляющих косинусов орт системы координат интерферометра и известными значениями направляющих косинусов вектора направления, выраженные через его модуль, координаты фазового центра антенны НИСЗ, координаты фазовых центров антенн интерферометра и определяют дальность между фазовым центром антенны НИСЗ и фазовыми центрами антенн интерферометра; систему навигационных уравнений между известными значениями направляющих косинусов векторов направления, известными значениями составляющих вектора скорости фазовых центров антенн НИСЗ и неизвестными значениями составляющих скорости фазового центра антенны интерферометра и определяют значения составляющих вектора его скорости.
2. Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по п.1, отличающийся тем, что значения углов между направленными базами, соединяющими два и более положений НИСЗ на орбите и векторами направлений на НИСЗ, соединяющими центр баз интерферометра с серединами направленных баз определяют как среднеарифметические значения углов, вычисленных по измерениям антенно-приемными устройствами взаимноортогональных баз интерферометра.
3. Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по п.1, отличающийся тем, что в состав эфемерид, рассчитанные по результатам прогнозирования НИСЗ для определенных моментов времени, в память НИСЗ загружают значения модулей и значения направляющих косинусов направленных отрезков, соединяющие положения НИСЗ на орбите, соответствующие определенным мерным интервалам.
4. Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по п.1, отличающийся тем, что определения дальностей от фазового центра антенны пятого антенно-приемного устройства до фазового центра антенны НИСЗ до второго и последующих положений НИСЗ на орбите производят путем суммирования измеренных дальностей до первого положения с использованием дальномерных кодов с приращениями дальностей, измеренные с использованием фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ).
5. Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по п.4, отличающийся тем, что определение дальностей до второго и последующих НИСЗ путем суммирования измеренной дальности до первого положения с использованием дальномерных кодов с приращениями дальностей, измеренных с использованием ФАПЧ, производится третьим антенно-приемным устройством общим для двух неколлинеарных баз интерферометра.
RU98109415A 1998-05-18 1998-05-18 Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем RU2152625C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98109415A RU2152625C1 (ru) 1998-05-18 1998-05-18 Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98109415A RU2152625C1 (ru) 1998-05-18 1998-05-18 Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98109415A RU98109415A (ru) 2000-03-20
RU2152625C1 true RU2152625C1 (ru) 2000-07-10

Family

ID=20206149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98109415A RU2152625C1 (ru) 1998-05-18 1998-05-18 Способ определения ориентации объектов в пространстве, дальности, пеленга, координат местоположения и составляющих вектора скорости по навигационным радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2152625C1 (ru)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475777C2 (ru) * 2010-03-04 2013-02-20 Денсо Корпорейшн Устройство позиционирования
RU2553272C1 (ru) * 2014-04-18 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" Способ измерения дальности и радиальной скорости в рлс с зондирующим составным псевдослучайным лчм импульсом
RU2580827C1 (ru) * 2015-02-17 2016-04-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Способ угловой ориентации объекта
RU2583450C1 (ru) * 2015-04-14 2016-05-10 Игорь Александрович Маренков Способ определения местоположения наземного источника радиоизлучения системы спутниковой связи
RU2604053C1 (ru) * 2015-10-01 2016-12-10 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Наземный комплекс управления спутниковой навигационной системой
RU2606241C1 (ru) * 2015-07-21 2017-01-10 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Способ определения относительного положения летательных аппаратов при межсамолетной навигации
RU188175U1 (ru) * 2019-02-13 2019-04-02 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры
RU2692702C1 (ru) * 2018-11-06 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки
RU2692698C1 (ru) * 2018-09-06 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки
RU2703718C1 (ru) * 2019-02-11 2019-10-22 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели
RU2703987C1 (ru) * 2018-12-26 2019-10-23 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ отождествления позиционных измерений и определения местоположения воздушных объектов в многопозиционной радионавигационной системе с использованием многолучевых радиопередатчиков
RU2704540C1 (ru) * 2019-01-25 2019-10-29 Иван Владимирович Чернов Способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сетевые спутниковые радионавигационные системы. /Под ред. В.С.Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993. *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475777C2 (ru) * 2010-03-04 2013-02-20 Денсо Корпорейшн Устройство позиционирования
US8593346B2 (en) 2010-03-04 2013-11-26 Denso Corporation Positioning apparatus
RU2553272C1 (ru) * 2014-04-18 2015-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи" Способ измерения дальности и радиальной скорости в рлс с зондирующим составным псевдослучайным лчм импульсом
RU2580827C1 (ru) * 2015-02-17 2016-04-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Способ угловой ориентации объекта
RU2583450C1 (ru) * 2015-04-14 2016-05-10 Игорь Александрович Маренков Способ определения местоположения наземного источника радиоизлучения системы спутниковой связи
RU2606241C1 (ru) * 2015-07-21 2017-01-10 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Способ определения относительного положения летательных аппаратов при межсамолетной навигации
RU2604053C1 (ru) * 2015-10-01 2016-12-10 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Наземный комплекс управления спутниковой навигационной системой
RU2692698C1 (ru) * 2018-09-06 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки
RU2692702C1 (ru) * 2018-11-06 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ первичного отождествления позиционных измерений и определения местоположения целей в наземной пространственно распределенной радионавигационной системе в условиях многоцелевой обстановки
RU2703987C1 (ru) * 2018-12-26 2019-10-23 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ отождествления позиционных измерений и определения местоположения воздушных объектов в многопозиционной радионавигационной системе с использованием многолучевых радиопередатчиков
RU2704540C1 (ru) * 2019-01-25 2019-10-29 Иван Владимирович Чернов Способ определения угловых элементов внешнего ориентирования снимка
RU2703718C1 (ru) * 2019-02-11 2019-10-22 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Способ отождествления сигналов, рассеянных воздушными целями, многопозиционной пространственно распределенной радионавигационной системой с использованием измерений направлений на воздушные цели
RU188175U1 (ru) * 2019-02-13 2019-04-02 Иван Владимирович Чернов Устройство для совместного определения линейных и угловых элементов внешнего ориентирования съемочной аппаратуры

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grewal et al. Global navigation satellite systems, inertial navigation, and integration
Godha Performance evaluation of low cost MEMS-based IMU integrated with GPS for land vehicle navigation application
US7711476B2 (en) Aided INS/GPS/SAR navigation with other platforms
US6839017B1 (en) Method and apparatus for using anti-jam technology to determine the location of an electromagnetic radiation source
Lu Development of a GPS multi-antenna system for attitude determination.
Kaplan et al. Understanding GPS: principles and applications
US5451964A (en) Method and system for resolving double difference GPS carrier phase integer ambiguity utilizing decentralized Kalman filters
US5831576A (en) Integrity monitoring of location and velocity coordinates from differential satellite positioning systems signals
US4881080A (en) Apparatus for and a method of determining compass headings
US5359332A (en) Determination of phase ambiguities in satellite ranges
US5583513A (en) System and method for generating precise code based and carrier phase position determinations
US5646857A (en) Use of an altitude sensor to augment availability of GPS location fixes
US6313790B2 (en) Method and system for determining a position of a transceiver in a communications network
Langley Dilution of precision
US7667645B2 (en) GPS gyro calibration
JP3408593B2 (ja) 衛星をベースとするナビゲーションシステムにおいて衛星の位置を予測する方法及び装置
US5933110A (en) Vessel attitude determination system and method
US5379045A (en) SATPS mapping with angle orientation calibrator
CA2132245C (en) Sar/gps inertial method of range measurement
US9709656B2 (en) Tracking a radio beacon from a moving device
US7855678B2 (en) Post-mission high accuracy position and orientation system
EP1982208B1 (en) A method for combined use of a local positioning system, a local rtk system, and a regional, wide- area, or global carrier-phase positioning system
Langley Rtk gps
Getting Perspective/navigation-the global positioning system
Grewal et al. Global positioning systems, inertial navigation, and integration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090519