RU2208809C1 - Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere - Google Patents
Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208809C1 RU2208809C1 RU2002104727/09A RU2002104727A RU2208809C1 RU 2208809 C1 RU2208809 C1 RU 2208809C1 RU 2002104727/09 A RU2002104727/09 A RU 2002104727/09A RU 2002104727 A RU2002104727 A RU 2002104727A RU 2208809 C1 RU2208809 C1 RU 2208809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- delay
- ionosphere
- signals
- pseudorange
- navigation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения ионосферной задержки распространения сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) с помощью навигационной аппаратуры потребителей (НАП) ГНСС, работающей на одной частоте. The invention relates to the field of satellite navigation and can be used to determine the ionospheric delay propagation of signals of global navigation satellite systems (GNSS) using the navigation equipment of consumers (NAP) GNSS operating at the same frequency.
Известен способ определения задержки сигналов ГНСС в ионосфере на одной частоте [1, С. 125-128], основанный на применении упрощенной модели ионосферы. Исходными данными для расчета ионосферных поправок являются приближенные значения координат НАП ГНСС, угол места, азимут навигационных космических аппаратов (НКА), время и коэффициенты модели. Коэффициенты модели передаются в навигационном сообщении системы GPS и обновляются каждые 6 дней [1, С.114]. A known method for determining the delay of GNSS signals in the ionosphere at a single frequency [1, C. 125-128], based on the use of a simplified model of the ionosphere. The initial data for calculating ionospheric corrections are approximate values of the coordinates of the GNSS NAP, elevation angle, azimuth of navigation spacecraft (NSC), time and model coefficients. The coefficients of the model are transmitted in the GPS navigation message and are updated every 6 days [1, P.114].
Недостатком данного способа является, низкая точность определения задержки сигналов в ионосфере. Применение упрощенной модели ионосферы позволяет уменьшить, как минимум, в два раза влияние ионосферы на среднеквадратическую погрешность определения положения НАП ГНСС [1, С.125]. С большей погрешностью эта модель предсказывает поведение ионосферы в экваториальных и высоких широтах [2, С.85]. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the delay of signals in the ionosphere. The use of a simplified model of the ionosphere allows us to reduce at least two times the influence of the ionosphere on the standard error of determining the position of the GNSS NAP [1, P.125]. With a greater error, this model predicts the behavior of the ionosphere at equatorial and high latitudes [2, P.85].
Величина задержки сигналов в ионосфере на практике зависит от солнечной активности (11-летний цикл), сезонных и ежедневных вариаций, угла места и азимута НКА, а также от широты и долготы расположения НАП ГНСС. Величина погрешности измерения псевдодальности за счет задержки сигнала в ионосфере может лежать в пределах от 0.15 до 50 метров [3, С.104]. The magnitude of the signal delay in the ionosphere in practice depends on solar activity (11-year cycle), seasonal and daily variations, elevation and azimuth of the spacecraft, as well as the latitude and longitude of the location of the GNSS NAP. The error of measuring the pseudorange due to the delay of the signal in the ionosphere can lie in the range from 0.15 to 50 meters [3, P.104].
Ионосфера, главным образом, влияет на величину погрешностей измерения псевдодальностей, измеренных по дальномерному коду и по фазе несущей частоты. The ionosphere mainly affects the magnitude of the measurement errors of pseudorange measured by the rangefinder code and the phase of the carrier frequency.
Известен способ определения задержки сигналов в ионосфере на одной частоте [4], заключающийся в определении разности между псевдодальностями, измеренными по дальномерному коду и по фазе несущей частоты, основанный на том, что в ионосфере скорость распространения фазы сигнала несущей частоты больше скорости света в свободном пространстве настолько, насколько скорость распространения модулирующего сигнала меньше скорости света. Разность измерений псевдодальности по дальномерному коду и по фазе несущей частоты равна удвоенной ионосферной задержке сигнала и может быть использована для ее определения, путем решения следующей системы уравнений [4]
где Ob(γi(k)) - функция для пересчета вертикальной задержки в наклонную; γi(k) - угол места i-го НКА в k-й момент времени; Iν(k) - вертикальная задержка сигнала в ионосфере; a1(k), a2(k) коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере; ΔBi(k),ΔLi(k) - расстояния, соответственно, по широте и долготе от подионосферной точки до точки размещения НАП ГНСС; ri(k) - псевдодальность, измеренная по дальномерному коду; φi(k) - псевдодальность, измеренная по фазе несущей частоты; Ni(k) - начальная неоднозначность измерений фазы несущей частоты; λi - длина волны сигнала; n(k) - число радиовидимых НКА.A known method for determining the delay of signals in the ionosphere at a single frequency [4], which consists in determining the difference between the pseudo ranges measured by the rangefinder code and the phase of the carrier frequency, based on the fact that in the ionosphere the propagation velocity of the phase of the carrier signal is greater than the speed of light in free space as much as the propagation speed of the modulating signal is less than the speed of light. The difference in the measurements of the pseudorange by the ranging code and by the phase of the carrier frequency is equal to twice the ionospheric delay of the signal and can be used to determine it by solving the following system of equations [4]
where Ob (γ i (k)) is the function for converting the vertical delay to the inclined; γ i (k) is the elevation angle of the i-th spacecraft at the k-th point in time; I ν (k) is the vertical delay of the signal in the ionosphere; a 1 (k), a 2 (k) are the coefficients of a polynomial approximating the horizontal variation of the vertical delay of the signal in the ionosphere; ΔB i (k), ΔL i (k) are the distances, respectively, in latitude and longitude from the subionospheric point to the location point of the GNSS NAP; r i (k) is the pseudorange measured by the rangefinder code; φ i (k) is the pseudorange measured by the phase of the carrier frequency; N i (k) is the initial ambiguity of the measurements of the phase of the carrier frequency; λ i is the wavelength of the signal; n (k) is the number of radio-visible spacecraft.
Полученная, путем решения системы уравнений (1) вертикальная задержка сигнала в ионосфере (для НКА с углом места γi(k) = 90°), с учетом горизонтальной вариации пересчитывается в значение задержки сигнала i-го НКА с углом места γi(k)<90°
Оценка величины вертикальной задержки сигналов и начальной неоднозначности фазовых измерений в данном способе производится при помощи фильтра Калмана. Вектор состояния фильтра Калмана включает вертикальную задержку, начальные фазовые неоднозначности, а также коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере. Размерность вектора состояния, используемого в фильтре, зависит от числа НКА и аппроксимирующего полинома. В данном способе размерность вектора состояния равна m=n(k)+3 [4].The vertical signal delay obtained by solving the system of equations (1) in the ionosphere (for a spacecraft with elevation angle γ i (k) = 90 ° ), taking into account the horizontal variation, is converted into the value of the signal delay of the i-spacecraft with elevation angle γ i (k ) <90 °
The magnitude of the vertical delay of the signals and the initial ambiguity of the phase measurements in this method is made using the Kalman filter. The state vector of the Kalman filter includes vertical delay, initial phase ambiguities, and also coefficients of a polynomial approximating the horizontal variation of the vertical delay of the signal in the ionosphere. The dimension of the state vector used in the filter depends on the number of NFA and the approximating polynomial. In this method, the dimension of the state vector is m = n (k) +3 [4].
Недостатком прототипа является большая размерность вектора состояния, что влечет за собой большой объем вычислений при его реализации, а также увеличивает время сходимости. Начальные фазовые неоднозначности, которые входят в состав вектора состояния, приходится заново оценивать при кратковременной потере сигнала НКА и срыве процесса слежения за несущей НКА, а также при появлении нового НКА [4]. При оценке начальных фазовых неоднозначностей не учитывается их целочисленность. Все это снижает быстродействие и устойчивость работы, уменьшает скорость сходимости алгоритма, реализующего известный способ. The disadvantage of the prototype is the large dimension of the state vector, which entails a large amount of computation during its implementation, and also increases the convergence time. The initial phase ambiguities, which are part of the state vector, have to be re-evaluated with a short-term loss of the satellite signal and the failure of the tracking process of the carrier of the satellite, as well as with the appearance of a new satellite [4]. When evaluating the initial phase ambiguities, their integerity is not taken into account. All this reduces the speed and stability of the work, reduces the rate of convergence of the algorithm that implements the known method.
В основу изобретения положена задача упрощения способа оценки задержки сигналов в ионосфере, а также повышение его быстродействия. The basis of the invention is the task of simplifying the method for estimating the delay of signals in the ionosphere, as well as increasing its speed.
Поставленная задача решается тем, что в способе одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, по которому измеряют псевдодальности по дальномерному коду и по фазе несущей частоты, согласно изобретению дополнительно определяют приращения псевдодальностей за время между текущим и предыдущим измерениями, затем определяют разности приращений псевдодальностей, а задержку сигнала в ионосфере определяют из системы уравнений
где Δrj(k) = rj(k)-rj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по дальномерному коду; Δφj(k) = φj(k)-φj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по фазе несущей частоты; 
where Δr j (k) = r j (k) -r j (k-1) is the pseudorange increment measured by the rangefinder code; Δφ j (k) = φ j (k) -φ j (k-1) is the increment of the pseudorange measured by the phase of the carrier frequency;
Уравнения (3) получены следующим образом. Из каждого уравнения (1) в момент времени k для i-го НКА вычитается соответствующее уравнение для момента времени k-1, номера НКА должны совпадать. В итоге получается система уравнений, где число неизвестных равно числу уравнений. Особенностью уравнений (3) является отсутствие фазовых неоднозначностей Ni(k).Equations (3) are obtained as follows. From each equation (1) at time k for the ith satellite, the corresponding equation is subtracted for time k-1, the numbers of the satellite must coincide. The result is a system of equations where the number of unknowns is equal to the number of equations. A feature of equations (3) is the absence of phase ambiguities N i (k).
При практической реализации данного способа, на основе фильтра Калмана, размерность вектора состояния постоянна и равна m=3, что на несколько порядков уменьшает объем вычислений по сравнению со способом [4], т.к. объем вычислений на один шаг фильтрации пропорционален кубу размерности вектора состояния [5, С.22]. Предлагаемый способ не требует оценки или раскрытия начальных фазовых неоднозначностей. In the practical implementation of this method, based on the Kalman filter, the dimension of the state vector is constant and equal to m = 3, which reduces the amount of computation by several orders of magnitude compared to the method [4], because the volume of calculations per filtering step is proportional to the cube of the dimension of the state vector [5, C.22]. The proposed method does not require assessment or disclosure of the initial phase ambiguities.
Представленный способ может быть реализован в НАП, структурная схема которой приведена, например, в [2, С.157]. The presented method can be implemented in NAP, the structural diagram of which is given, for example, in [2, C.157].
На фиг. 1 приведена блок-схема алгоритма, реализующего предлагаемый способ. В соответствии с блок-схемой, сначала инициализируют переменную j (оператор 1). Затем проверяют условие окончания цикла (оператор 2). Далее вычисляют приращение псевдодальности j-го НКА, измеренной по дальномерному коду (оператор 3). Затем вычисляют приращение псевдодальности j-го НКА, измеренной по фазе несущей частоты (оператор 4). Вычисляют разность приращений псевдодальностей j-го НКА (оператор 5) и записывают в вектор измерений фильтра Калмана. После чего увеличивают на единицу переменную j (оператор 6). После выполнения условия окончания цикла сформированный вектор измерений поступает в блок, где реализуется фильтр Калмана (оператор 7), описанный, например в [5, С.26-29]. С помощью фильтра Калмана оценивают вертикальную задержку сигнала в ионосфере и коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала. Затем инициализируют переменную i (оператор 8) и проверяют условие продолжения цикла (оператор 9). Далее вычисляют задержку сигнала в ионосфере для i-го НКА (операторы 10) и увеличивают на единицу переменную i (оператор 11). После выполнения условия окончания цикла (оператор 9) вычисления заканчиваются. In FIG. 1 shows a block diagram of an algorithm that implements the proposed method. In accordance with the flowchart, the variable j is first initialized (statement 1). Then check the condition for ending the cycle (operator 2). Next, the increment of the pseudorange of the jth satellite measured by the ranging code (operator 3) is calculated. Then, the increment of the pseudorange of the jth satellite measured by the phase of the carrier frequency is calculated (operator 4). The difference between the pseudorange increments of the jth satellite is calculated (operator 5) and written into the Kalman filter measurement vector. After that, the variable j is increased by one (operator 6). After the end of the loop condition is fulfilled, the generated measurement vector enters the block where the Kalman filter (operator 7) is implemented, described, for example, in [5, P.26-29]. Using a Kalman filter, the vertical delay of the signal in the ionosphere and the coefficients of a polynomial approximating the horizontal variation of the vertical delay of the signal are estimated. Then, the variable i is initialized (operator 8) and the loop continuation condition is checked (operator 9). Next, the signal delay in the ionosphere is calculated for the ith satellite (operators 10) and the variable i is increased by one (operator 11). After the conditions for ending the cycle (operator 9) are fulfilled, the calculations are completed.
Результатом вычислений являются задержки сигналов в ионосфере всех радиовидимых НКА на k-й момент времени. Полученные задержки сигналов НКА в ионосфере применяются для коррекции измеренных псевдодальностей. The result of the calculations is the delay of signals in the ionosphere of all radio-visible spacecraft at the k-th point in time. The obtained delays of the NKA signals in the ionosphere are used to correct the measured pseudorange.
Литература
1. ICD-GPS-200, Revision C, U.S. Government, October 10, 1993.Literature
1. ICD-GPS-200, Revision C, US Government, October 10, 1993.
Сетевые спутниковые радионавигационные системы. /В.С. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др.; Под ред. В.С. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с. Network satellite radio navigation systems. / B.C. Shebshaevich, P.P. Dmitriev, N.V. Ivantsevich and others; Ed. V.S. Shebshaevich. - 2nd ed., Revised. And add. - M .: Radio and communications, 1993 .-- 408 p.
3. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Springer-Verlag Wien New York, 1994. - 356 p. 3. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. Springer-Verlag Wien New York, 1994 .-- 356 p.
4. Nisner P., Trethewey M. GPS Ionospheric Determinations Using L1 Only // Proceedings of the 5th International conference on "Differential Satellite Navigation Systems", Additional Volume, St. Petersburg, Russia, May, 1996.4. Nisner P., Trethewey M. GPS Ionospheric Determinations Using L1 Only // Proceedings of the 5 th International conference on "Differential Satellite Navigation Systems", Additional Volume, St. Petersburg, Russia, May, 1996.
5. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. - М.: Радио и связь, 1985. - 176 с. 5. Grishin Yu.P., Kazarinov Yu.M. Dynamic fail-safe systems. - M.: Radio and Communications, 1985 .-- 176 p.
Claims (1)
где
- функция для пересчета вертикальной задержки в наклонную;
γj(k) - угол места j-го навигационного космического аппарата (НКА);
Iν(k) - вертикальная задержка сигнала в ионосфере;
a1(k), a2(k) - коэффициенты полинома, аппроксимирующего горизонтальную вариацию вертикальной задержки сигнала в ионосфере;
ΔBj(k), ΔLj(k) - расстояния, соответственно, по широте и долготе от подионосферной точки до точки размещения навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы (НАП ГНСС);
Δrj(k) = rj(k)-rj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по дальномерному коду;
Δφj(k) = φj(k)-φj(k-1) - приращение псевдодальности, измеренной по фазе несущей частоты;
n(k) - число радиовидимых НКА в k-й момент времени.A method of single-frequency determination of the delay of the signals of a navigation satellite system in the ionosphere, by which pseudorange is measured by the rangefinder code and by the phase of the carrier frequency, characterized in that the increments of the pseudorange over the time between the current and previous measurements are further determined, then the difference of the increments of the pseudorange and the signal delay are determined ionosphere is determined from the system of equations
Where
- function for recalculation of vertical delay in inclined;
γ j (k) is the elevation angle of the j-th navigation spacecraft (NSC);
I ν (k) is the vertical delay of the signal in the ionosphere;
a 1 (k), a 2 (k) are the coefficients of a polynomial approximating the horizontal variation of the vertical delay of the signal in the ionosphere;
ΔB j (k), ΔL j (k) are the distances, in latitude and longitude, respectively, from the subionospheric point to the location of the navigation equipment of the consumers of the global navigation satellite system (GNSS GNP);
Δr j (k) = r j (k) -r j (k-1) is the increment of the pseudorange measured by the rangefinder code;
Δφ j (k) = φ j (k) -φ j (k-1) is the increment of the pseudorange measured by the phase of the carrier frequency;
n (k) is the number of radio-visible spacecraft at the k-th point in time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002104727/09A RU2208809C1 (en) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002104727/09A RU2208809C1 (en) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2208809C1 true RU2208809C1 (en) | 2003-07-20 |
Family
ID=29211577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002104727/09A RU2208809C1 (en) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2208809C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584243C1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of determining navigation satellite system signal delay in ionosphere |
-
2002
- 2002-02-21 RU RU2002104727/09A patent/RU2208809C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NISNER P., TRETHEWEY M. GPS Ionospheric determinations using LI only. Proceedings of the 5 th International conference on "Differential Satellite Navigation Systems". Additional Volume. St. Petersburg, Russia, May, 1996. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584243C1 (en) * | 2015-03-23 | 2016-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) | Method of determining navigation satellite system signal delay in ionosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7522099B2 (en) | Position determination using carrier phase measurements of satellite signals | |
| US8130143B2 (en) | Fast decimeter-level GNSS positioning | |
| US8525727B2 (en) | Position and velocity uncertainty metrics in GNSS receivers | |
| US7679555B2 (en) | Navigation receiver and method for combined use of a standard RTK system and a global carrier-phase differential positioning system | |
| CN109459778A (en) | Code pseudorange based on robust variance component estimation/Doppler combines speed-measuring method and its application | |
| US6701253B2 (en) | Total correction strategy | |
| MXPA06007941A (en) | A method for combined use of a local rtk system and a regional, wide-area, or global carrier-phase positioning system. | |
| US6407700B1 (en) | Method and apparatus for autonomously measuring ionospheric delay and single-frequency, GPS time receiver incorporating same | |
| US20050203702A1 (en) | Method for backup dual-frequency navigation during brief periods when measurement data is unavailable on one of two frequencies | |
| CN110456388A (en) | A kind of spaceborne GNSS-R sea level height element robot scaling equipment and method | |
| Olynik | Temporal characteristics of GPS error sources and their impact on relative positioning | |
| CN115480279A (en) | GNSS navigation method and terminal, integrated navigation system and storage medium | |
| RU2624268C1 (en) | Method of determining mutual position of objects by signals of global navigation satellite systems | |
| Elsheikh et al. | Low-cost PPP/INS integration for continuous and precise vehicular navigation | |
| Karetnikov et al. | Prospects of application of mass-produced GNSS modules for solving high-precision navigation tasks | |
| RU2253128C1 (en) | Method for determination of object relative coordinates with survey to arbitrary point of space and system for its realization | |
| CN113917509B (en) | Double-difference ambiguity fixing method, device and readable storage medium | |
| RU2208809C1 (en) | Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere | |
| Zhang et al. | GNSS position-aided delay-locked loops for accurate urban navigation | |
| AMAMI | Enhancing Stand-Alone GPS Code Positioning Using Stand-Alone Double Differencing Carrier Phase Relative Positioning | |
| Koohzadi et al. | Implementation and comparison of different tropospheric models to reduce error low-cost real-time GPS positioning | |
| Innac et al. | Multi-GNSS single frequency precise point positioning | |
| Chang et al. | An algorithm for combined code and carrier phase based GPS positioning | |
| RU2313103C1 (en) | Method for single-frequency determination of delay of satellite navigation system signals in ionosphere | |
| Sulaiman et al. | Global Positioning System Performance Assessment with Precise Point Positioning and Relative Positioning |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110222 |