RU2492499C1 - Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation - Google Patents

Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2492499C1
RU2492499C1 RU2012107880/28A RU2012107880A RU2492499C1 RU 2492499 C1 RU2492499 C1 RU 2492499C1 RU 2012107880/28 A RU2012107880/28 A RU 2012107880/28A RU 2012107880 A RU2012107880 A RU 2012107880A RU 2492499 C1 RU2492499 C1 RU 2492499C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
navigation
output
time
matrix
Prior art date
Application number
RU2012107880/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Матэвич Урличич
Александр Исаакович Жодзишский
Вадим Олегович Большаков
Олег Валерьянович Нестеров
Дмитрий Владимирович Кишко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
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 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") filed Critical Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы")
Priority to RU2012107880/28A priority Critical patent/RU2492499C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2492499C1 publication Critical patent/RU2492499C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: corresponding system (dwg. 3) and the sequence of operations for work on two orbit groups (dwg. 4) are proposed. In addition, a special-purpose control unit is introduced, in which in the system of navigation equations the fifth time parameter is considered responsible for the divergence of hours of the navigation receiver from the system time of the second orbit group. At that a conversion to a certain linear vector space is carried out, in which the solution of navigation equations system is determined in the parametric form relatively two unknowns, with subsequent determination of these unknowns by calculation of the roots of a polynomial equation.
EFFECT: enhanced functionality.
3 cl, 6 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области спутниковой навигации и геодезии.The present invention relates to the field of satellite navigation and geodesy.

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) позволяют определять координаты (x, y, z) объекта (фазового центра расположенной на объекте антенны навигационного приемника) по измеренным значениям псевдодальностей до спутников и их эфемеридам (пространственным координатам спутников, заданным на строго определенные моменты времени).Global navigation satellite systems (GNSS) allow you to determine the coordinates (x, y, z) of an object (phase center of the antenna located on the object of the navigation receiver) from the measured values of the pseudorange to the satellites and their ephemeris (spatial coordinates of the satellites given at strictly defined points in time).

Геометрическое расстояние между объектом и j-ым спутником равно:The geometric distance between the object and the j-th satellite is:

D j = ( x j x ) 2 + ( y j y ) 2 + ( z j z ) 2 ( 1 )

Figure 00000001
D j = ( x j - x ) 2 + ( y j - y ) 2 + ( z j - z ) 2 ( one )
Figure 00000001

где {х, y, z} - искомые координаты объекта в момент приема сигнала,where {x, y, z} are the desired coordinates of the object at the time of signal reception,

{xj, yj, zj] - координаты j-го спутника в момент излучения сигнала.{x j , y j , z j ] - coordinates of the j-th satellite at the moment of signal emission.

Приемник на объекте измеряет время прохождения сигнала с момента его излучения до момента приема, которое, умноженное на скорость света c, равняется так называемой «псевдодальности» ρj. Ввиду того, что сигнал распространяется в атмосфере, а не в вакууме, то измеряемое время включает в себя атмосферные задержки, погрешности, связанные с переотражением сигнала, и др. Кроме того, метка времени, транслируемая спутником в излучаемом сигнале, оказывается смещенной относительно системного времени ГНСС из-за нестабильности частоты бортового генератора. Еще большее отличие псевдодальности ρj от величины Dj связано с уходом часов навигационного приемника относительно системного времени орбитальной группировки.A receiver at an object measures the time it takes for a signal to pass from the moment of its emission to the moment of reception, which, multiplied by the speed of light c, equals the so-called “pseudorange” ρ j . Due to the fact that the signal propagates in the atmosphere, and not in vacuum, the measured time includes atmospheric delays, errors associated with signal re-reflection, etc. In addition, the time stamp transmitted by the satellite in the emitted signal is shifted relative to the system time GNSS due to the instability of the frequency of the on-board generator. An even greater difference in the pseudorange ρ j from the value of D j is associated with the departure of the clock of the navigation receiver relative to the system time of the orbital grouping.

Обозначим момент излучения (emission) сигнала j-тым спутником t j e

Figure 00000002
, а время приема (reception) приемником - tr. Тогда выражение для результата измерения псевдодальности, который не был обработан или скорректирован (далее просто псевдодальность) можно представить в виде:We denote the moment of emission of the signal by the j-th satellite t j e
Figure 00000002
and the time of reception by the receiver is t r . Then the expression for the pseudorange measurement result that has not been processed or adjusted (hereinafter simply pseudorange) can be represented as:

ρ ˜ j = c ( t r t j e ) + c ( δ t r δ t j e ) + c T а т м + ε j r ,

Figure 00000003
ρ ˜ j = c ( t r - t j e ) + c ( δ t r - δ t j e ) + c T but t m + ε j r ,
Figure 00000003

или с учетом (1),or subject to (1),

ρ ˜ j = ( x j x ) 2 + ( y j y ) 2 + ( z j z ) 2 + c ( δ t r δ t j e ) + c T j а т м + ε j r , ( 2 )

Figure 00000004
ρ ˜ j = ( x j - x ) 2 + ( y j - y ) 2 + ( z j - z ) 2 + c ( δ t r - δ t j e ) + c T j but t m + ε j r , ( 2 )
Figure 00000004

где δtr - отклонение временной шкалы приемника от шкалы системного времени ГНСС в момент приема сигнала приемником,where δt r is the deviation of the receiver timeline from the GNSS system timeline at the time the receiver receives the signal,

δ t j e

Figure 00000005
- отклонение временной шкалы j-го спутника от шкалы системного времени ГНСС в момент излучения сигнала, δ t j e
Figure 00000005
- deviation of the time scale of the j-th satellite from the GNSS system time scale at the time of signal emission,

T j а т м

Figure 00000006
- задержка, возникающая при распространении сигнала j-го спутника в атмосфере, T j but t m
Figure 00000006
- delay arising from the propagation of the signal of the j-th satellite in the atmosphere,

ε j r

Figure 00000007
- инструментальная погрешность оценки псевдодальности до j-го спутника в приемнике в сумме с некомпенсированными ошибками в момент приема сигнала. ε j r
Figure 00000007
- instrumental error in estimating the pseudorange to the jth satellite in the receiver in total with uncompensated errors at the time of signal reception.

Используя эфемеридную информацию и соответствующие математические модели, можно частично скомпенсировать и учесть в выражении (2) отклонение δ t j e

Figure 00000008
, задержку T j а т м
Figure 00000009
и записать уравнение для скорректированной псевдодальностиу j-го спутника:Using the ephemeris information and the corresponding mathematical models, it is possible to partially compensate and take into account the deviation in expression (2) δ t j e
Figure 00000008
delay T j but t m
Figure 00000009
and write the equation for the corrected pseudorange of the jth satellite:

ρ j = ( x j x ) 2 + ( y j y ) 2 + ( z j z ) 2 + a + ε j r , ( 3 )

Figure 00000010
ρ j = ( x j - x ) 2 + ( y j - y ) 2 + ( z j - z ) 2 + a + ε j r , ( 3 )
Figure 00000010

где a = c δ t r ; ( 4 )

Figure 00000011
Where a = c δ t r ; ( four )
Figure 00000011

a - временной параметр, характеризующий расхождение временной шкалы приемника и системной шкалы времени спутниковой группировки. a is a time parameter characterizing the discrepancy between the receiver timeline and the satellite constellation system timeline.

Выражение (3) называется навигационным уравнением. В нем имеется четыре неизвестных (x, y, z, δtr).Expression (3) is called the navigation equation. It has four unknowns (x, y, z, δt r ).

При этом погрешность ε j r

Figure 00000012
обычно входит в невязку решения системы навигационных уравнений и подлежит минимизации.In this case, the error ε j r
Figure 00000012
usually included in the residual of solving the system of navigation equations and should be minimized.

Таким образом, для определения местоположения объекта необходимо, как минимум, четыре уравнения, т.е. четыре одновременно видимых спутника. Для повышения надежности и точности определения координат объекта современные навигационные приемники делаются двух системными, т.е. одновременно принимающими сигналы двух (ГЛОНАСС и GPS) орбитальных группировок.Thus, to determine the location of an object, at least four equations are necessary, i.e. four simultaneously visible satellites. To increase the reliability and accuracy of determining the coordinates of the object, modern navigation receivers are made two system, i.e. simultaneously receiving signals of two (GLONASS and GPS) orbital groups.

Обычно данную систему линеаризуют, раскладывая в ряд Тейлора, в окрестности первого приближения (x0, y0, z0, δ t 0 r

Figure 00000013
), используя только линейные члены, то есть:Usually, this system is linearized, expanding into a Taylor series, in the vicinity of the first approximation (x 0 , y 0 , z 0 , δ t 0 r
Figure 00000013
) using only linear terms, i.e.:

ρ j ( x , y , z , δ t r ) = ρ j ( x 0 , y 0 , z 0 , δ t 0 r ) + ρ j ' ( x , y , z , δ t r ) [ Δ x Δ y Δ z Δ δ t r ] , ( 5 )

Figure 00000014
ρ j ( x , y , z , δ t r ) = ρ j ( x 0 , y 0 , z 0 , δ t 0 r ) + ρ j '' ( x , y , z , δ t r ) [ Δ x Δ y Δ z Δ δ t r ] , ( 5 )
Figure 00000014

где [ Δ x Δ y Δ z Δ δ t r ] = [ x y z δ t r ] [ x 0 y 0 z 0 δ t 0 r ]

Figure 00000015
Where [ Δ x Δ y Δ z Δ δ t r ] = [ x y z δ t r ] - [ x 0 y 0 z 0 δ t 0 r ]
Figure 00000015

Известны различные аналитические (безитерационные) способы вычисления координат объекта при использовании 4 спутников: способы, предложенные Краузе [1] в 1987 г, Клеусбергом [2] в 1994 г., Графаредом и Шаном [3] в 1996 г. Недостатками данных способов является невозможность использования в них избыточного количества спутников.There are various analytical (non-iterative) methods for calculating the coordinates of an object using 4 satellites: methods proposed by Krause [1] in 1987, Kleusberg [2] in 1994, Grafared and Shan [3] in 1996. The disadvantages of these methods are the impossibility the use of excess satellites in them.

Наиболее близким к заявленному способу является способ, предложенный в 1985 г Банкрофтом [4]. Он предназначен для решения избыточной системы навигационных уравнений в случае одной орбитальной группировки, но не применим при одновременном использовании сигналов от двух группировок. Это связано с тем, что уход часов приемника от системного времени орбитальных группировок ГЛОНАСС и GPS различен. Кроме того, в навигационных приемниках пользователя обычно частоты гетеродинов в каналах ГЛОНАСС и GPS имеют независимые уходы частоты. Поэтому неизвестными становятся пять величин: координаты объекта x, y, z и времена δt1 и δt2 ухода часов приемника (или a 1, a 2 определяемых по формуле 4) в каналах ГЛОНАСС и GPS.Closest to the claimed method is the method proposed in 1985 by Bancroft [4]. It is intended to solve an excess system of navigation equations in the case of one orbital constellation, but is not applicable when using signals from two constellations at the same time. This is due to the fact that the receiver clock moves away from the system time of the GLONASS and GPS orbital groups. In addition, in user navigation receivers, usually the local oscillator frequencies in the GLONASS and GPS channels have independent frequency drifts. Therefore, five quantities become unknown: the coordinates of the object x, y, z and the times δt 1 and δt 2 of the receiver’s clock departure (or a 1 , a 2 determined by formula 4) in the GLONASS and GPS channels.

Актуальной является задача определения местонахождения объекта, когда часть навигационных спутников принадлежит орбитальной группировке ГЛОНАСС, а другая - GPS (например, имеется три спутника ГЛОНАСС и два GPS).The urgent task is to determine the location of an object when some of the navigation satellites belong to the GLONASS orbital constellation, and the other belongs to GPS (for example, there are three GLONASS satellites and two GPS).

Типовая реализация системы определения местоположения объекта, наиболее распространенная в настоящее время, описана в патенте US 4672382 «Система определения местоположения» от 04.12.1985, выбранная в качестве аналога. Блок-схема системы приведена на фиг.1, где:A typical implementation of the location system of the object, the most common at the present time, is described in patent US 4672382 "Positioning system" from 12/04/1985, selected as an analogue. The block diagram of the system is shown in figure 1, where:

1. Орбитальная группировка навигационных спутников;1. Orbital constellation of navigation satellites;

2. Приемная антенна навигационных сигналов;2. Receiving antenna of navigation signals;

3. Блок формирования измерений;3. Block forming measurements;

4. Блок условия;4. Block conditions;

5. Блок грубой начальной оценки;5. Block rough initial assessment;

6. Блок итерационных вычислений координат;6. Block iterative calculation of coordinates;

7. Блок оценки хранения координат в памяти;7. The block estimates the storage of coordinates in memory;

8. Блок управления маршрутом.8. The control unit of the route.

В блоке формирования измерений происходят измерение (оценка) псевдодальностей и выделение эфемерид всех спутников. В блоке итерационного вычисления координат производится селекция навигационных спутников, присвоение весов каждой из оценок псевдодальности, расчет координат спутников на момент измерения псевдодальностей, далее методом последовательных приближений решается линеаризованная система навигационных уравнений (5) с последующим сглаживанием и выдачей рассчитанных координат на средство, использующее эту информацию, например, в блок управления маршрутом.In the unit of formation of measurements, the measurement (estimation) of pseudorange and the separation of the ephemeris of all satellites take place. In the block of iterative calculation of coordinates, navigation satellites are selected, the weights of each pseudorange estimate are weighted, satellite coordinates are calculated at the moment of pseudorange measurement, then a linearized system of navigation equations is solved by successive approximations (5) with subsequent smoothing and output of the calculated coordinates to the tool using this information , for example, in the route control unit.

Система навигационных уравнений (3), связывающая координаты объекта x, y, z и величину δt с текущими значениями координат спутников, является нелинейной. Она решается итерационным методом с помощью линеаризации уравнений в окрестности априорно известных координат объекта. Если количество спутников более четырех, число уравнений в системе становится избыточным. Применением метода наименьших квадратов оно сводится к четырем. Как правило, критерием сходимости итерационного алгоритма решения навигационных уравнений является минимизация некоего функционала.The system of navigation equations (3), connecting the coordinates of the object x, y, z and the value δt with the current values of the coordinates of the satellites, is nonlinear. It is solved by an iterative method using linearization of equations in a neighborhood of a priori known coordinates of the object. If the number of satellites is more than four, the number of equations in the system becomes redundant. Using the least squares method, it boils down to four. As a rule, the criterion for convergence of an iterative algorithm for solving navigation equations is the minimization of a certain functional.

Последовательность операций для аналога (фиг.1) показана на фиг.2, где:The sequence of operations for the analogue (figure 1) is shown in figure 2, where:

9. Прием навигационного сигнала;9. Reception of a navigation signal;

10. Первичная цифровая обработка навигационных сигналов (с выделением эфемерид и служебной информации) и формирование псевдодальностей;10. Primary digital processing of navigation signals (with the separation of ephemeris and service information) and the formation of pseudo-ranges;

11. Присвоение весов псевдодальностям, селекция спутников, коррекция псевдодальностей;11. Assigning weights to pseudorange, satellite selection, correction of pseudorange;

12. Прогноз координат спутников по актуальным эфемеридам на моменты времени излучения сигналов;12. The forecast of the coordinates of the satellites on the actual ephemeris at the time moments of the emission of signals;

13. Условия существования первого приближения x, y, z, δtr;13. Conditions for the existence of the first approximation x, y, z, δt r ;

14. Вычисление первого приближения x, y, z, δtr;14. The calculation of the first approximation x, y, z, δt r ;

15. Решение линеаризованной системы навигационных уравнений, итерация вычисления очередных x, y, z, δtr;15. The solution of the linearized system of navigation equations, iteration of the calculation of the next x, y, z, δt r ;

16. Условие выполнимости Δδtr<ε, где ε - допустимая величина невязки по времени между шкалой приемника и системного времени ГНСС;16. The feasibility condition Δδt r <ε, where ε is the allowable value of the residual in time between the receiver scale and the GNSS system time;

17. Норма невязки исходной системы должна быть меньше заданной величины;17. The norm of the residual of the original system should be less than a given value;

18. Сглаживание результатов фильтром Калмана;18. Smoothing the results with a Kalman filter;

19. Запись вычислений и вывод x, y, z, δtr для пользователя.19. Record of calculations and output x, y, z, δt r for the user.

Недостатками итерационных способов решения системы навигационных уравнений являются:The disadvantages of iterative methods for solving the system of navigation equations are:

- необходимость задания начального приближения;- the need to set the initial approximation;

- вероятность несходимости вычислений для заданной точности;- the probability of convergence of calculations for a given accuracy;

- время расчета (объем вычислений) зависит не только от количества спутников, но и от условий наблюдения.- the calculation time (calculation volume) depends not only on the number of satellites, but also on the observation conditions.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа и системы определения местоположения объекта при использовании двух орбитальных группировок навигационных спутников с аналитической оценкой навигационных параметров.The problem to which the invention is directed is to create a method and system for determining the location of an object using two orbital constellations of navigation satellites with an analytical assessment of navigation parameters.

Техническим результатом, заявляемого изобретения является безитерационное получение оптимального результата определения местонахождения объекта по методу наименьших квадратов (МНК) для избыточного количества спутников двух орбитальных группировок за фиксированное время.The technical result of the claimed invention is the iteration-free obtaining of the optimal result of determining the location of an object using the least square method (OLS) for an excess of satellites of two orbital constellations in a fixed time.

Технический результат достигается тем, что способ определения местоположения объекта при использовании глобальных навигационных спутниковых систем заключающийся в том, что:The technical result is achieved by the fact that the method of determining the location of the object when using global navigation satellite systems is that:

- принимают сигналы от первой GPS и второй ГЛОНАСС орбитальных группировок навигационных спутников;- receive signals from the first GPS and the second GLONASS orbital constellations of navigation satellites;

- производят первичную цифровую обработку навигационных сигналов с выделением эфемерид и псевдодальностей;- produce primary digital processing of navigation signals with the allocation of ephemeris and pseudorange;

- рассчитывают скорректированные псевдодальности;- calculate the corrected pseudorange;

- прогнозируют координаты спутников по актуальным эфемеридам на моменты времени излучения навигационных сигналов;- predicting the coordinates of the satellites according to the actual ephemeris at time instants of radiation of navigation signals;

- определяют координаты x, y, z, временной параметр a 1, соответствующий расхождению часов навигационного приемника от системного времени первой орбитальной группировки и временной параметр a 2, соответствующий расхождению часов навигационного приемника от системного времени второй орбитальной группировки методом наименьших квадратов, используя информацию от всех спутников с одинаковым весом первой и второй орбитальных группировок, путем аналитического решения системы нелинейных уравнений с минимизацией невязок;- determine the coordinates x, y, z, the time parameter a 1 corresponding to the divergence of the clock of the navigation receiver from the system time of the first orbital group and the time parameter a 2 corresponding to the divergence of the clock of the navigation receiver from the system time of the second orbital group using the least squares method, using information from all satellites with the same weight of the first and second orbital constellations, by analytically solving a system of nonlinear equations with minimizing residuals;

- проверяют выполнимость условия a 1<ε, где ε - допустимая величина невязки по времени между шкалой навигационного приемника и системного времени глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС);- check the validity of the condition a 1 <ε, where ε is the permissible time difference between the scale of the navigation receiver and the system time of the global navigation satellite system (GNSS);

- подводят часы навигационного приемника до системного времени ГНСС;- bring the clock of the navigation receiver to the GNSS system time;

- сглаживают результаты определения фильтром Калмана;- smooth out the results of the determination by the Kalman filter;

- записывают результаты определения x, y, z, a 1, a 2 и выводят их для пользователя.- record the results of determining x, y, z, a 1 , a 2 and display them for the user.

Система определения местоположения объекта при использовании глобальных навигационных спутниковых систем включающая:A system for determining the location of an object using global navigation satellite systems, including:

- первую орбитальную группировку навигационных спутников GPS;- The first orbital constellation of GPS navigation satellites;

- вторую орбитальную группировку ГЛОНАСС;- the second orbital group GLONASS;

- приемную антенну навигационных спутниковых сигналов от первой орбитальную группировки навигационных спутников GPS и второй орбитальной группировки ГЛОНАСС;- a receiving antenna for navigation satellite signals from the first orbital constellation of GPS navigation satellites and the second GLONASS orbital constellation;

- блок формирования измерений;- unit for forming measurements;

- блок вычислений координат и временных параметров;- unit for calculating coordinates and time parameters;

- блок записи и вывода результатов вычислений на пользователя;- a unit for recording and outputting calculation results to a user;

причем выход приемной антенны навигационных спутниковых сигналов соединен с входом блока формирования измерений, вход блока вычислений координат и временных параметров соединен с выходом блока формирования измерений, вход блока вывода результатов вычислений соединен с выходом блока вычислений координат и временных параметров, выход блока записи и передачи результатов вычислений является выходом системы.moreover, the output of the receiving antenna of the navigation satellite signals is connected to the input of the unit for forming measurements, the input of the unit for calculating coordinates and time parameters is connected to the output of the unit for forming measurements, the input of the unit for outputting calculation results is connected to the output of the unit for calculating coordinates and time parameters, the output of the unit for recording and transmitting calculation results is the output of the system.

Блок вычислений координат и временных параметров содержит арифметико-логическое устройство с возможностью операций сложения, умножения и вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, блок расчета комплексно-сопряженной матрицы, вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, блок расчета скалярных построчных произведений вектора с матрицей и матрицы с матрицей, вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, второй и третий входы арифметико-логического устройства соединены с выходами комплексно-сопряженной матрицы и блока расчета скалярных построчных произведений вектора с матрицей и матрицы с матрицей соответственно, блок расчета корней полинома, вход которого соединен с выходом арифметико-логического устройства с возможностью операций сложения, умножения и вычитания, блок вычисления вектора состояний {x, y, z, a 1, a 2}, вход которого соединен с выходом блока расчета корней полинома, выход блока вычисления вектора состояний {x, y, z, a 1, a 2} является выходом блока вычислений координат и временных параметров.The unit for calculating coordinates and time parameters contains an arithmetic-logical device with the possibility of addition, multiplication and subtraction, the first input of which is connected to the output of the unit for forming measurements, the unit for calculating the complex conjugate matrix, the input for which is connected to the output of the unit for forming measurements, the unit for calculating scalar line-by-line products of a vector with a matrix and a matrix with a matrix, the input of which is connected to the output of the unit for forming measurements, the second and third inputs of the arithmetic-logical device inens with outputs of a complex conjugate matrix and a block for calculating scalar row-wise products of a vector with a matrix and a matrix with a matrix, respectively, a block for calculating the roots of a polynomial whose input is connected to the output of an arithmetic-logic device with the possibility of addition, multiplication and subtraction, block for calculating the state vector { x, y, z, a 1, a 2}, whose input is connected to the output of the polynomial roots calculation unit, calculation unit output state vector {x, y, z, a 1, a 2} is the output of the coordinate calculations and temporary parameter in.

Обобщенная блок-схема заявляемой системы определения местоположения объекта при использовании глобальных навигационных спутниковых систем приведена на фиг.3., где:A generalized block diagram of the inventive system for determining the location of the object when using global navigation satellite systems is shown in figure 3., where:

20. Первая орбитальная группировка навигационных спутников GPS;20. The first orbital constellation of GPS navigation satellites;

21. Вторая орбитальная группировка навигационных спутников ГЛОНАСС;21. The second orbital constellation of GLONASS navigation satellites;

22. Приемная антенна навигационных сигналов;22. The receiving antenna of navigation signals;

23. Блок формирования измерений;23. Block forming measurements;

24. Блок вычислений координат и временных параметров;24. Block for calculating coordinates and time parameters;

25. Блок записи и вывода результатов вычислений на пользователя.25. A unit for recording and outputting calculation results to a user.

Блок-схема последовательности определения координат для заявленной системы, работающей по двум ГНСС, показана на фиг.4., где:A block diagram of the sequence for determining coordinates for the claimed system operating on two GNSSs is shown in figure 4., where:

26. Прием навигационного сигнала;26. Reception of a navigation signal;

27. Первичная цифровая обработка навигационных сигналов (с выделением эфемерид и служебной информации) и формирование псевдодальностей. Выполнение коррекции псевдодальностей;27. The primary digital processing of navigation signals (with the separation of ephemeris and service information) and the formation of pseudorange. Performing correction of pseudorange;

28. Прогноз координат спутников по актуальным эфемеридам на моменты времени излучения сигналов;28. Prediction of satellite coordinates by actual ephemeris at time points of signal emission;

29. Определение x, y, z, a 1, a 2 путем аналитического решения системы нелинейных уравнений с минимизацией невязок;29. Determination of x, y, z, a 1 , a 2 by analytical solution of a system of nonlinear equations with minimization of residuals;

30. Условие выполнимости a 1<ε, где ε - допустимая величина невязки по времени между шкалой приемника и системного времени ГНСС;30. The feasibility condition is a 1 <ε, where ε is the allowable value of the residual in time between the receiver scale and the GNSS system time;

31. Подвод часов приемника до системного времени ГНСС;31. Drive receiver clock to GNSS system time;

32. Сглаживание результатов фильтром Калмана;32. Smoothing the results with a Kalman filter;

33. Завершение вычисления и вывод x, y, z, a 1, a 2.33. Completion of the calculation and output x, y, z, a 1 , a 2 .

На фигуре 5 представлена блок-схема блока вычислений координат и временных параметров для получения аналитического решения системы навигационных уравнений, где:The figure 5 presents a block diagram of a unit for calculating coordinates and time parameters to obtain an analytical solution to the system of navigation equations, where:

34. Арифметико-логическое устройство (сложение, умножение, вычитание);34. Arithmetic-logical device (addition, multiplication, subtraction);

35. Блок расчета комплексно-сопряженной матрицы;35. Block calculation complex conjugate matrix;

36. Блок расчета скалярного произведения для пар векторов, вектор-матрица (построчно), матрица-матрица (построчно);36. The unit for calculating the scalar product for pairs of vectors, the vector matrix (line by line), the matrix matrix (line by line);

37. Блок расчета корней полинома;37. Block for calculating the roots of a polynomial;

38. Блок вычисления вектора состояний {x, y, z, a 1, a 2}.38. The unit for computing the state vector {x, y, z, a 1 , a 2 }.

В соответствии с предлагаемой последовательностью (фиг.4), на первых двух шагах происходит прием навигационной спутниковой антенной 22 и первичная цифровая обработка навигационных сигналов (с выделением эфемерид и служебной информации) и формирование псевдодальностей блоком формирования измерений 23. В блоке 23 так же проводится коррекция измеренной псевдодальности ρj на величину атмосферной задержки по общепринятым моделям, учет ухода часов спутников о системного времени. Окончательным этапом обработки данных в блоке 23 является прогноз координат спутников по актуальным эфемеридам на моменты времени излучения сигналов.In accordance with the proposed sequence (figure 4), the first two steps are the reception of the navigation satellite antenna 22 and the primary digital processing of the navigation signals (with the separation of ephemeris and service information) and the formation of pseudorange by the unit for forming measurements 23. In block 23, the correction is also carried out measured pseudorange ρ j by the amount of atmospheric delay according to generally accepted models, taking into account the departure of the satellite clock about the system time. The final stage of data processing in block 23 is the prediction of the coordinates of the satellites according to the actual ephemeris at the time moments of the emission of signals.

На следующем шаге выполняется определение {x, y, z, a 1, a 2} путем аналитического решения в блоке вычислений координат и временных параметров 24.At the next step, the determination of {x, y, z, a 1 , a 2 } is carried out by means of an analytical solution in the block of calculation of coordinates and time parameters 24.

Для минимизации количества вычислений в приемнике его временную шкалу необходимо привязать к системному времени одной из ГНСС. На фиг.4 показан пример с привязкой к шкале времени первой ГНСС. После вычисления решения системы навигационных уравнений, если уход времени приемника больше допустимого, необходимо подвести часы приемника к шкале выбранной ГНСС и пересчитать однократно решение с учетом скорректированного положения спутников.To minimize the number of calculations in the receiver, its timeline must be tied to the system time of one of the GNSS. Figure 4 shows an example with reference to the time scale of the first GNSS. After calculating the solution of the system of navigation equations, if the receiver time deviation is more than acceptable, it is necessary to bring the receiver clock to the scale of the selected GNSS and recalculate the solution once taking into account the corrected position of the satellites.

На последних этапах обработки при необходимости происходит сглаживание информации фильтром Калмана и вывод полученных значений {x, y, z, a 1, a 2}в блок записи и передачи результатов вычислений, выполненного с возможностью записи данных и передачи их пользователю.At the last stages of processing, if necessary, the information is smoothed by the Kalman filter and the obtained values {x, y, z, a 1 , a 2 } are output to the recording and transmission unit of the calculation results, which is capable of recording data and transmitting it to the user.

Ниже описан алгоритм обработки данных в вычислителе.The following describes the data processing algorithm in the computer.

Для понимания последовательности обработки данных необходимо составить систему навигационных уравнений определенного вида, с учетом пяти неизвестных.To understand the sequence of data processing, it is necessary to compose a system of navigation equations of a certain type, taking into account five unknowns.

Для орбитальной группировки под номером 21 (фиг.3.) (ГЛОНАСС), уравнение для j-го спутника в соответствии с (3) имеет вид:For the orbital constellation at number 21 (Fig. 3.) (GLONASS), the equation for the j-th satellite in accordance with (3) has the form:

( x j x ) 2 + ( y j y ) 2 + ( z j z ) 2 + a 1 = ρ j , ( 6 )

Figure 00000016
( x j - x ) 2 + ( y j - y ) 2 + ( z j - z ) 2 + a one = ρ j , ( 6 )
Figure 00000016

где [x, y, z] - искомые координаты приемника,where [x, y, z] are the desired coordinates of the receiver,

[xj, yj, zj) - координаты j-го спутника,[x j , y j , z j ) - coordinates of the j-th satellite,

ρj - скорректированная псевдодальность до j-го спутника,ρ j is the corrected pseudorange to the j-th satellite,

a 1 - временной параметр, характеризующий расхождение временной шкалы приемника от системного времени первой орбитальной группировки, умноженное на скорость света. a 1 - time parameter characterizing the divergence of the receiver timeline from the system time of the first orbital grouping, multiplied by the speed of light.

Для орбитальной группировки под номером 20 (фиг.2) (GPS), уравнение для g-го спутника в соответствии с (6) имеет вид:For the orbital constellation at number 20 (FIG. 2) (GPS), the equation for the gth satellite in accordance with (6) has the form:

( x g x ) 2 + ( y g y ) 2 + ( z g z ) 2 + a 2 = ρ g , ( 7 )

Figure 00000017
( x g - x ) 2 + ( y g - y ) 2 + ( z g - z ) 2 + a 2 = ρ g , ( 7 )
Figure 00000017

где {xg, yg, zg}- координаты g-го спутника,where {x g , y g , z g } are the coordinates of the gth satellite,

ρj - скорректированная псевдодальность до g-го спутника,ρ j is the corrected pseudorange to the gth satellite,

a 2 - временной параметр, характеризующий расхождение временной шкалы приемника от системного времени второй орбитальной группировки, умноженное на скорость света. a 2 - time parameter characterizing the divergence of the receiver timeline from the system time of the second orbital grouping, multiplied by the speed of light.

После переноса временного параметра в правую часть уравнений (6), (7) и возведения в квадрат получим:After transferring the time parameter to the right side of equations (6), (7) and squaring we get:

Figure 00000018
Figure 00000018

Далее необходимо учесть, что из каждой ОГ может наблюдаться разное кол-во спутников, пусть в ОГ ГЛОНАСС наблюдается количество спутников =n1, а в GPS - n2, общее кол-во спутников n=n1+n2. Отклонение шкалы приемника от ГЛОНАСС и GPS будут a 1 и а 2 соответственно. В результате получим систему из n уравнений вида (8).Further, it is necessary to take into account that from each exhaust gas a different number of satellites can be observed, let the number of satellites = n 1 be observed in the GLONASS exhaust gas, and n 2 , the total number of satellites n = n 1 + n 2 in GPS. The deviation of the receiver scale from GLONASS and GPS will be a 1 and a 2, respectively. As a result, we obtain a system of n equations of the form (8).

Для решения данной системы необходимо перейти в пятимерное линейное пространство векторов L(R), такое, что для двух векторов r = { r 1 , r 2, r 3 , r 4 , r 5 }

Figure 00000019
и t = { t 1 , t 2, t 3 , t 4 , t 5 }
Figure 00000020
скалярным произведением r , t
Figure 00000021
будет называться произведение вида:To solve this system, it is necessary to go to the five-dimensional linear space of vectors L (R), such that for two vectors r = { r one , r 2 r 3 , r four , r 5 }
Figure 00000019
and t = { t one , t 2 t 3 , t four , t 5 }
Figure 00000020
scalar product r , t
Figure 00000021
will be called a product of the form:

r , t = r 1 t 1 + r 2 t 2 + r 3 t 3 r 4 t 4 r 5 t 5 r 4 t 5 r 5 t 4 ( 9 )

Figure 00000022
r , t = r one t one + r 2 t 2 + r 3 t 3 - r four t four - r 5 t 5 - r four t 5 - r 5 t four ( 9 )
Figure 00000022

Определим следующий искомый 5-мерный вектор:We define the following desired 5-dimensional vector:

Figure 00000023
Figure 00000023

Решение системы уравнений вида (8).Solution of a system of equations of the form (8).

Определим следующие 5-мерные векторы:We define the following 5-dimensional vectors:

Figure 00000024
Figure 00000024

Где индекс k обозначает размерность единичного вектора e k

Figure 00000025
.Where the index k denotes the dimension of the unit vector e k
Figure 00000025
.

Тогда система будет решаться относительно искомого вектора u

Figure 00000026
.Then the system will be solved with respect to the desired vector u
Figure 00000026
.

Для выбранных векторов, в соответствии с (8) имеем:For the selected vectors, in accordance with (8), we have:

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
при любом j
Figure 00000028
for any j

s j , s j = x j 2 + y j 2 + z j 2 p j 2

Figure 00000029
, при любом j s j , s j = x j 2 + y j 2 + z j 2 - p j 2
Figure 00000029
for any j

В этом случае систему навигационных уравнений для ГЛОНАСС и GPS можно записать в следующем виде:In this case, the system of navigation equations for GLONASS and GPS can be written in the following form:

Figure 00000030
Figure 00000030

Систему уравнений (14) можно переписать в матричном виде. Для этого необходимо перейти к операциям линейной алгебры, заменив скалярное произведение и арифметические операции с векторами в каждом отдельном уравнении системы на матрично-векторные операции.The system of equations (14) can be rewritten in matrix form. For this, it is necessary to go over to linear algebra operations, replacing the scalar product and arithmetic operations with vectors in each separate equation of the system by matrix-vector operations.

Введем обозначения:We introduce the following notation:

Λ = u , u 2

Figure 00000031
; B = [ x 1 y 1 z 1 p 1 0 x n y n z n 0 p n ]
Figure 00000032
; B * = [ x 1 x n y 1 y n z 1 z n p 1 0 0 p n ]
Figure 00000033
; Λ = u , u 2
Figure 00000031
; A. B = [ x one y one z one - p one 0 ... ... ... ... ... x n y n z n 0 - p n ]
Figure 00000032
; B * = [ x one ... x n y one ... y n z one ... z n p one ... 0 0 ... p n ]
Figure 00000033
;

P = [ p 1 0 0 0 0 0 0 p n ]

Figure 00000034
; D = d i a g ( B B * ) = [ x 1 2 + y 1 2 + z 1 2 p 1 2 x n 2 + y n 2 + z n 2 p n 2 ]
Figure 00000035
P = [ p one ... 0 0 ... 0 ... ... ... 0 ... 0 0 ... p n ]
Figure 00000034
; D = d i a g ( B B * ) = [ x one 2 + y one 2 + z one 2 - p one 2 x n 2 + y n 2 + z n 2 - p n 2 ]
Figure 00000035

Λ - скалярная величина,Λ is a scalar quantity,

B и B* - матрица системы и комплексно сопряженная ей матрица,B and B * are the matrix of the system and its complex conjugate matrix,

D - вектор, составленный из значащих элементов диагональной матрицы, с элементами главной диагонали произведения BB*.D is a vector composed of significant elements of the diagonal matrix, with elements of the main diagonal of the product BB * .

P - диагональная матрица, с элементами pj на главной диагонали.P is the diagonal matrix, with elements p j on the main diagonal.

Введем также обозначение составного вектора, следующего вида:We also introduce the notation of a composite vector of the following form:

[ e k 1 e k 2 ]

Figure 00000036
, например, [ e n 1 0 e n 2 ] = [ 1 1 0 0 ] } } n 1 э л е м е н т о в n 2 э л е м е н т о в
Figure 00000037
. [ e k one e k 2 ]
Figure 00000036
, eg, [ e n one 0 e n 2 ] = [ one ... one 0 ... 0 ] } } n one - uh l e m e n t about at n 2 - uh l e m e n t about at
Figure 00000037
.

Используя введенные обозначения, получим следующий вид системы навигационных уравнений (14):Using the introduced notation, we obtain the following form of the system of navigation equations (14):

Figure 00000038
,
Figure 00000038
,

после выражения обобщенного произведения Лоренца матричными операциями получим:after expressing the generalized Lorentz product by matrix operations, we obtain:

Figure 00000039
Figure 00000039

Данная система уравнений решается однозначно относительно неизвестного вектора u

Figure 00000040
при количестве спутников, равном количеству неизвестных (пять), или по методу наименьших квадратов при избыточном количестве спутников. Примечательно, что если количество орбитальных группировок равно единице, то a 2=n2=0 и система уравнений сводится к системе уравнений по методу Банкрофта, как к частному случаю решения.This system of equations is solved uniquely with respect to an unknown vector u
Figure 00000040
with the number of satellites equal to the number of unknowns (five), or by the least squares method with an excess of satellites. It is noteworthy that if the number of orbital groupings is equal to unity, then a 2 = n 2 = 0 and the system of equations reduces to a system of equations according to the Bancroft method, as a special case of a solution.

Решение системы будет иметь следующий вид:The solution of the system will be as follows:

u = B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , ( 16 )

Figure 00000041
u = B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , ( 16 )
Figure 00000041

где B+=(BTB)-1BT where B + = (B T B) -1 B T

a 1; a 2 - параметры при поиске решения, а Λ найдем исходя из его определения Λ = 1 2 u , u

Figure 00000042
. Можно заметить, что В+ в данном случае имеет размерность 5×n, а слагаемые в скобках являются векторами размерности n. a 1 ; a 2 - parameters when searching for a solution, and Λ we find based on its definition Λ = one 2 u , u
Figure 00000042
. You may notice that B + in this case has a dimension of 5 × n, and the terms in brackets are vectors of dimension n.

Произведение В+ на любое слагаемое в скобках дает вектор размерности 5. Таким образом (16) является системой из пяти уравнений с шестью неизвестными u = [ x y z a 1 a 2 ]

Figure 00000043
и Λ. Шестое уравнение, позволяющее выразить Λ через параметры a 1, а 2 имеет вид:The product B + by any term in brackets gives a vector of dimension 5. Thus (16) is a system of five equations with six unknowns u = [ x y z a one a 2 ]
Figure 00000043
and Λ. The sixth equation, allowing to express Λ in terms of the parameters a 1 , and 2 has the form:

Λ = 1 2 u , u

Figure 00000044
; Λ = one 2 u , u
Figure 00000044
;

Λ = 1 2 B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) . ( 17 )

Figure 00000045
Λ = one 2 B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) . ( 17 )
Figure 00000045

Используя свойство линейности выбранного скалярного произведения векторов, в результате преобразований получим:Using the linearity property of the selected scalar product of vectors, as a result of transformations we get:

Λ = 1 2 B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , B + Λ e n + 1 2 B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , 1 2 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + 1 2 B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , a 1 a 2 B + e n + 1 2 B + ( Λ e n + 1 2 [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 e n + D 2 ) , 1 2 B + D ; ( 18 )

Figure 00000046
Λ = one 2 B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , B + Λ e n + one 2 B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , one 2 B A. + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + one 2 B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , a one a 2 B + e n + one 2 B + ( Λ e n + one 2 [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 e n + D 2 ) , one 2 B + D ; ( eighteen )
Figure 00000046

Figure 00000047
Figure 00000047

Путем алгебраических преобразований получим выражение вида:Using algebraic transformations, we obtain an expression of the form:

Q 2 Λ 2 + Q 1 Λ + Q 0 = 0, ( 20 )

Figure 00000048
Q 2 Λ 2 + Q one Λ + Q 0 = 0 ( twenty )
Figure 00000048

где Q2, Q1, Q0 имеют следующий вид:where Q 2 , Q 1 , Q 0 have the following form:

Q 2 = 1 2 B + e n , B + e n

Figure 00000049
; Q 2 = one 2 B + e n , B + e n
Figure 00000049
;

Figure 00000050
Figure 00000050

Решения квадратного уравнения с параметрами (20) имеют следующий вид:The solutions of the quadratic equation with parameters (20) have the following form:

Λ 1,2 = Q 1 ± Q 1 2 4 Q 2 Q 0 2 Q 2

Figure 00000051
Λ 1,2 = - Q one ± Q one 2 - four Q 2 Q 0 2 Q 2
Figure 00000051

Q 1 2 = 1 4 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n 2 + a 1 a 2 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n B + e n , B + e n + 1 2 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n B + D , B + e n B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n + a 1 2 a 2 2 B + e n , B + e n 2 + a 1 a 2 B + e n , B + e n B + D , B + e n 2 a 1 a 2 B + e n , B + e n + 1 4 B + D , B + e n 2 B + D , B + e n + 1 ;

Figure 00000052
Q one 2 = one four B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n 2 + a one a 2 B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n B + e n , B + e n + one 2 B A. + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n B + D , B + e n - B A. + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n + a one 2 a 2 2 B + e n , B + e n 2 + a one a 2 B + e n , B + e n B + D , B + e n - 2 a one a 2 B + e n , B + e n + one four B + D , B + e n 2 - B + D , B + e n + one ;
Figure 00000052

4 Q 2 Q 0 = 1 4 B + e n , B + e n B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 B + e n , B + e n B + e n , B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + 1 2 B + e n , B + e n B + D , B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] a 1 2 a 2 2 B + e n , B + e n 2 + a 1 a 2 B + e n , B + e n B + D , B + e n + 1 4 B + e n , B + e n B + D , B + D ;

Figure 00000053
four Q 2 Q 0 = one four B + e n , B + e n B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 B + e n , B + e n B + e n , B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + one 2 B + e n , B + e n B + D , B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] a one 2 a 2 2 B + e n , B + e n 2 + a one a 2 B + e n , B + e n B + D , B + e n + one four B + e n , B + e n B + D , B + D ;
Figure 00000053

Q 1 2 4 Q 2 Q 0

Figure 00000054
Q one 2 - four Q 2 Q 0
Figure 00000054

= 1 4 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n 2 + 1 2 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n B + D , B + e n B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + e n 2 a 1 a 2 B + e n , B + e n + 1 4 B + D , B + e n 2 B + D , B + e n + 1 1 4 B + e n , B + e n B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] , B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] 1 2 B + e n , B + e n B + D , B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] 1 4 B + e n , B + e n B + D , B + D .

Figure 00000055
= one four B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n 2 + one 2 B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n B + D , B + e n - B A. + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + e n - 2 a one a 2 B + e n , B + e n + one four B + D , B + e n 2 - B + D , B + e n + one - one four B + e n , B + e n B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] , B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] - one 2 B + e n , B + e n B + D , B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] - one four B + e n , B + e n B + D , B + D .
Figure 00000055

Полученные результаты подставляются в (16):The results obtained are substituted in (16):

Figure 00000056
.
Figure 00000056
.

Вообще говоря, необходимо решать только последние два уравнения, так как первые три (x, y, z) уже выражены через параметры (a 1, a 2).Generally speaking, it is necessary to solve only the last two equations, since the first three (x, y, z) are already expressed in terms of the parameters ( a 1 , a 2 ).

Последних двух уравнений необходимо подставить в буквенном выражении Q0, Q1, Q2, перенести иррациональность в левую часть, а параметры в правую и возвести обе части в квадрат. После всех преобразований должна получиться подсистема с двумя неизвестными и двумя уравнениями, решив которую значения параметров можно будет поставить в первые три уравнения.The last two equations must be substituted in the literal expression Q 0 , Q 1 , Q 2 , transfer irrationality to the left side, and the parameters to the right and square both sides. After all the transformations, a subsystem with two unknowns and two equations should be obtained, having decided which parameter values can be put in the first three equations.

[ x y z a 1 a 2 ] = Q 1 ± Q 1 2 4 Q 2 Q 0 2 Q 2 B + e n + 1 2 B + [ a 2 2 e n 1 a 1 2 e n 2 ] + a 1 a 2 B + e n + 1 2 B + D

Figure 00000057
[ x y z a one a 2 ] = - Q one ± Q one 2 - four Q 2 Q 0 2 Q 2 B + e n + one 2 B + [ a 2 2 e n one a one 2 e n 2 ] + a one a 2 B + e n + one 2 B + D
Figure 00000057

Figure 00000058
Figure 00000058

При общем количестве спутников n размерность матрицы В+ будет 5×n. Для выполнения дальнейших выкладок введем следующее обозначение:With a total number of satellites n, the dimension of the B + matrix will be 5 × n. To perform further calculations, we introduce the following notation:

B + = [ b 11 b n 1 b 51 b 5 n ]

Figure 00000059
. B + = [ b eleven ... b n one ... ... ... b 51 ... b 5 n ]
Figure 00000059
.

Последние два последних уравнения системы (16) в этом случае имеют вид:The last two last equations of system (16) in this case have the form:

Figure 00000060
Figure 00000060

Figure 00000061
Figure 00000061

Обозначим K = i = 1 n b 5 i / i = 1 n b 4 i

Figure 00000062
и помножим на него уравнение (21), после чего складываем с (22). При этом иррациональность исключается и остается квадратное уравнение содержащее a 1 и а 2. Необходимо решить его, например, относительно a1, выразив его через а 2 и подставив в (22).We denote K = - i = one n b 5 i / i = one n b four i
Figure 00000062
and multiply equation (21) by it, and then add it to (22). In this case, irrationality is eliminated and the quadratic equation containing a 1 and a 2 remains. It is necessary to solve it, for example, with respect to a 1 , expressing it through a 2 and substituting it in (22).

После подстановки получим уравнение:After substitution, we obtain the equation:

Figure 00000063
Figure 00000063

Получаем квадратное уравнение, из которого найдем a 1 как функцию от а 2. Введем следующие обозначенияWe obtain the quadratic equation from which we find a 1 as a function of a 2 . We introduce the following notation

W 2 = ( i = n 1 + 1 n b 5 i + K i = n 1 + 1 n b 4 i )

Figure 00000064
; W 2 = ( i = n one + one n b 5 i + K i = n one + one n b four i )
Figure 00000064
;

W1=-2KW1 = -2K

Figure 00000065
Figure 00000065

Решение имеет следующий вид:The solution is as follows:

a 1 = w 1 ± w 1 2 4 w 2 w 0 2 w 2

Figure 00000066
. a one = - w one ± w one 2 - four w 2 w 0 2 w 2
Figure 00000066
.

Найденное значение подставляем в выражение (22):We substitute the found value into expression (22):

Q 1 2 4 Q 2 Q 0 i = 1 n b 5 i = 2 Q 2 a 2 Q 1 i = 1 n b 5 i + Q 2 a 2 2 i = 1 n 1 b 5 i + Q 2 ( W 1 ± W 1 2 4 W 2 W 0 2 W 2 ) 2 i = n 1 + 1 n b 5 i + 2 Q 2 a 2 W 1 ± W 1 2 4 W 2 W 0 2 W 2 i = 1 n b 5 i + Q 2 i = 1 n ( x i 2 + y i 2 + z i 2 p i 2 ) b 5 i . ( 2 3 )

Figure 00000067
Q one 2 - four Q 2 Q 0 i = one n b 5 i = - 2 Q 2 a 2 - Q one i = one n b 5 i + Q 2 a 2 2 i = one n one b 5 i + Q 2 ( - W one ± A. W one 2 - four A. W 2 A. W 0 2 W 2 ) 2 i = n one + one n b 5 i + 2 Q 2 a 2 - W one ± W one 2 - four W 2 W 0 2 W 2 i = one n b 5 i + Q 2 i = one n ( x i 2 + y i 2 + z i 2 - p i 2 ) b 5 i . ( 2 3 )
Figure 00000067

Подставляя в (23) в символьном виде значения Q2 и Q 1 2 4 Q 2 Q 0

Figure 00000068
, а также зависимости W0, W1, W2 и возводя обе части уравнения в квадрат получим выражение вида:Substituting in (23) in symbolic form the values of Q 2 and Q one 2 - four Q 2 Q 0
Figure 00000068
, as well as the dependences W 0 , W 1 , W 2 and squaring both sides of the equation into a square, we obtain an expression of the form:

S 8 a 2 8 + S 7 a 2 7 + S 6 a 2 6 + S 5 a 2 5 + S 4 a 2 4 + S 3 a 2 3 + S 2 a 2 2 + S 1 a 2 + S 0 = 0 . ( 2 4 )

Figure 00000069
S 8 a 2 8 + S 7 a 2 7 + S 6 a 2 6 + S 5 a 2 5 + S four a 2 four + S 3 a 2 3 + S 2 a 2 2 + S one a 2 + S 0 = 0 . ( 2 four )
Figure 00000069

Коэффициенты полинома (24) не содержат неизвестных и вычисляются с использованием входных данных. В общем виде коэффициенты вычисляемы, но ввиду их громоздкости не приводятся. Используя среды мат. моделирования MATLAB/Maple коэффициенты последнего уравнения можно получить в символьном виде с целью дальнейшей реализации алгоритма на языках низкого уровня (C/C++).The coefficients of polynomial (24) do not contain unknowns and are calculated using the input data. In general, the coefficients are calculated, but due to their bulkiness are not given. Using environment mat. MATLAB / Maple simulation, the coefficients of the last equation can be obtained in symbolic form for the purpose of further implementation of the algorithm in low-level languages (C / C ++).

Для нахождения корней полинома восьмой степени целесообразно использовать метод сопровождающей матрицы(companion matrix) [5].To find the roots of the eighth degree polynomial, it is advisable to use the companion matrix method [5].

Далее, используя полученные действительные значения а 2 вычислить a 1. А используя полученные параметры, получить решение x, y, z.Next, using the obtained real values of a 2 calculate a 1 . And using the obtained parameters, get the solution x, y, z.

Таким образом, блок-схему последовательности решения системы нелинейных уравнений для двух орбитальных группировок с учетом избыточности можно представить в виде, показанном на фиг.6., где:Thus, the flowchart for solving a system of nonlinear equations for two orbital groups, taking into account redundancy, can be represented in the form shown in Fig. 6., where:

39. Формирование матрицы B и B+ для двух ОГ;39. Formation of matrix B and B + for two exhaust gas;

40. Расчет вспомогательных коэффициентов;40. Calculation of auxiliary factors;

41. Расчет коэффициентов восьмого порядка;41. The calculation of the coefficients of the eighth order;

42. Решение уравнения методом сопровождающей матрицы, отсев корней а 2 высокого порядка;42. Solution of the equation by the method of the accompanying matrix, screening of roots a 2 of high order;

43. Вычисление времени a 1, а так же Q0, Q1, Q2;43. Calculation of the time a 1 , as well as Q 0 , Q 1 , Q 2 ;

44. Вычисление координат приемника x, y, z зная a 1, а 2, Q0, Q1, Q2;44. Calculation of the coordinates of the receiver x, y, z knowing a 1 , and 2 , Q 0 , Q 1 , Q 2 ;

45. Отсев лишних групп решений {x, y, z, a 1, а 2}исходя из физического смысла;45. Elimination of unnecessary decision groups {x, y, z, a 1 , a 2 } based on physical meaning;

46. Оперативный контроль качества решения по невязкам исходной системы.46. Operational control of the quality of the decision on the residuals of the original system.

Блок вычисления координат и временных параметров, показанный на фиг.4 может иметь две различные реализации:The unit for calculating coordinates and time parameters shown in FIG. 4 may have two different implementations:

- частичная аппаратная реализация, где используется блок с оптимизированными векторными вычислениями (например, графический процессор) и стандартное арифметико-логическое устройство;- a partial hardware implementation where a block with optimized vector computing (for example, a graphics processor) and a standard arithmetic-logic device are used;

- полностью программная модель устройства.- fully software model of the device.

Для анализа качества работы предлагаемого способа, в части определения навигационных параметров, имеет смысл сравнивать его с методом Банкрофта, так как классический итерационный подход в случае одной группировки даст при хорошем начальном приближении и определенном количестве итерации аналогичный результат.To analyze the quality of work of the proposed method, in terms of determining navigation parameters, it makes sense to compare it with the Bancroft method, since the classical iterative approach in the case of one grouping will give a similar result with a good initial approximation and a certain amount of iteration.

Рассмотрим качество работы описанного выше способа и сравним с методом Банкрофта в двух случаях:Consider the quality of the method described above and compare with the Bancroft method in two cases:

1) кол-во спутников равно количеству неизвестных (пять);1) the number of satellites is equal to the number of unknowns (five);

2) избыточное созвездие.2) excessive constellation.

В качестве предварительного этапа подготовки исходных данных необходимо привести координатные сетки и временные шкалы в одно координатно-временное пространство, выбрав, к примеру, за основу шкалу времени GPS и координаты WGS-84. Рассчитать на текущий момент времени (момент измерения псевдодальностей) координаты спутников GPS и ГЛОНАСС в WGS-84. Большой проблемой в данном случае является матрица перехода из ПЗ-90 в WGS-84, так как нет единого стандарта. Но для метода решения системы нелинейных уравнений данная особенность значения не имеет. Так как с математической точки зрения система решается и решение должно обращать исходную систему в тождество при пяти спутниках и иметь минимум ошибки по МНК в случае избыточности. Далее необходимо составить матрицу В по спутникам GPS и ГЛОНАСС и отдельно по каждой группировке. Возьмем «тяжелый» случай, смешанную систему, в которой имеется всего 3 спутника GPS и 2 спутника ГЛОНАСС. Классический метод Банкрофта в этом случае не сможет дать результат отдельно по каждой из группировок, поэтому будут получены решения на созвездии из 4 спутников GPS (включающем указанные 3) и на созвездии из 4 спутников ГЛОНАСС (включающем указанные 2), далее составлено решение с осредненными координатами x, y, z по системам GPS и ГЛОНАСС, а так же добавлены временные поправки a 1 по системе GPS и a 2 по системе ГЛОНАСС. Невязки при подстановке указанного вектора-решения будут сравниваться с невязками, полученными по обобщенному методу для двух орбитальных группировок.As a preliminary stage in the preparation of the initial data, it is necessary to bring the coordinate grids and timelines into one coordinate-time space, choosing, for example, the GPS timeline and WGS-84 coordinates as the basis. Calculate at the current time (the moment of measuring pseudorange) the coordinates of the GPS and GLONASS satellites in WGS-84. The big problem in this case is the transition matrix from PZ-90 to WGS-84, since there is no single standard. But for the method of solving a system of nonlinear equations, this feature does not matter. Since, from a mathematical point of view, the system is solved and the solution should make the original system identical with five satellites and have a minimum of least squares error in case of redundancy. Next, it is necessary to compile matrix B for GPS and GLONASS satellites and separately for each grouping. Take the “hard” case, a mixed system in which there are only 3 GPS satellites and 2 GLONASS satellites. In this case, the classical Bancroft method will not be able to give a result separately for each of the groups, therefore, solutions will be obtained on a constellation of 4 GPS satellites (including the indicated 3) and on a constellation of 4 GLONASS satellites (including the indicated 2), then a solution with averaged coordinates x, y, z for GPS and GLONASS systems, and time corrections a 1 for the GPS system and a 2 for the GLONASS system are also added. The discrepancies when substituting the indicated solution vector will be compared with the discrepancies obtained by the generalized method for two orbital groups.

Исходные матрицы для решения классическим методом Банкрофта имеют следующий вид (x, y, z и скорректированная псевдодальность до спутника):The initial matrices for solving by the classical Bancroft method have the following form (x, y, z and adjusted pseudorange to the satellite):

B G P S = ( 1 4 2 0 3 7 3 4 . 2 6 2 4 8 6 1 0 1 6 4 1 0 4 0 3 . 4 2 0 0 3 9 8 0 1 ` 5 2 0 3 7 5 7 . 4 5 3 4 2 9 6 0 2 0 7 3 6 0 3 3 . 6 2 6 8 7 3 7 1 4 0 0 3 9 8 6 . 4 9 1 4 0 1 1 0 7 8 6 8 9 3 4 . 5 9 0 0 4 5 8 7 2 1 2 0 4 2 9 7 . 5 9 3 2 5 7 0 2 0 2 7 7 9 1 4 . 1 2 7 3 9 9 6 4 5 0 5 8 3 5 . 5 8 3 9 9 7 1 3 2 3 0 1 2 3 5 3 4 . 0 9 3 8 4 1 3 0 1 2 0 3 4 0 3 0 . 8 0 4 9 2 6 5 0 2 3 0 9 0 6 3 7 . 2 1 2 6 1 4 0 1 1 0 2 0 3 1 2 . 9 4 5 8 0 7 8 1 1 1 3 2 6 9 9 . 3 8 7 2 5 8 1 0 2 1 6 8 5 1 5 2 / 8 0 4 2 8 2 0 0 2 3 2 8 5 2 1 9 / 4 3 0 4 8 0 9 )

Figure 00000070
B G P S = ( one four 2 0 3 7 3 four . 2 6 2 four 8 6 one 0 one 6 four one 0 four 0 3 . four 2 0 0 3 9 8 0 one ` 5 2 0 3 7 5 7 . four 5 3 four 2 9 6 0 2 0 7 3 6 0 3 3 . 6 2 6 8 7 3 7 one four 0 0 3 9 8 6 . four 9 one four 0 one one 0 7 8 6 8 9 3 four . 5 9 0 0 four 5 8 7 2 one 2 0 four 2 9 7 . 5 9 3 2 5 7 0 2 0 2 7 7 9 one four . one 2 7 3 9 9 6 - four 5 0 5 8 3 5 . 5 8 3 9 9 7 one 3 2 3 0 one 2 3 5 3 four . 0 9 3 8 four one 3 0 one 2 0 3 four 0 3 0 . 8 0 four 9 2 6 5 0 2 3 0 9 0 6 3 7 . 2 one 2 6 one four 0 - one one 0 2 0 3 one 2 . 9 four 5 8 0 7 8 one one one 3 2 6 9 9 . 3 8 7 2 5 8 one 0 2 one 6 8 5 one 5 2 / 8 0 four 2 8 2 0 0 2 3 2 8 5 2 one 9 / four 3 0 four 8 0 9 )
Figure 00000070

Строки матрицы BGPS соответствуют системным номерам спутников GPS 20, 23, 30 и 31 соответственно.The rows of the GPS matrix B correspond to the system numbers of the GPS satellites 20, 23, 30, and 31, respectively.

B G L O N A S S = ( 1 0 8 2 7 4 8 5 . 5 1 9 7 6 7 1 5 6 9 6 3 6 5 . 7 5 0 1 6 9 2 1 6 9 6 6 2 0 5 . 6 6 4 9 1 5 9 1 9 5 7 3 0 3 1 . 8 4 2 3 6 7 5 - 5 5 6 4 6 9 4 . 6 4 3 0 5 5 6 1 9 0 5 1 6 4 4 . 9 3 8 6 9 1 7 2 2 3 1 7 3 4 7 4 . 4 5 9 2 6 7 4 2 0 9 5 1 2 6 3 . 2 1 7 9 7 5 6 2 1 9 0 8 2 7 7 . 7 2 5 4 9 1 1 1 2 8 8 2 8 7 7 . 6 1 1 4 2 4 1 - 1 2 8 8 0 0 0 . 6 2 6 6 7 7 2 7 2 2 8 0 7 3 9 2 . 1 2 5 2 6 7 7 1 6 5 8 4 6 5 1 . 9 6 6 4 5 1 9 - 1 5 0 2 2 1 8 6 . 1 3 7 1 0 6 6 1 2 3 1 7 6 1 9 . 1 5 7 9 2 9 6 2 3 1 3 8 0 6 8 . 4 0 2 9 6 2 2 )

Figure 00000071
B G L O N A S S = ( one 0 8 2 7 four 8 5 . 5 one 9 7 6 7 one 5 6 9 6 3 6 5 . 7 5 0 one 6 9 2 one 6 9 6 6 2 0 5 . 6 6 four 9 one 5 9 one 9 5 7 3 0 3 one . 8 four 2 3 6 7 5 - 5 5 6 four 6 9 four . 6 four 3 0 5 5 6 one 9 0 5 one 6 four four . 9 3 8 6 9 one 7 2 2 3 one 7 3 four 7 four . four 5 9 2 6 7 four 2 0 9 5 one 2 6 3 . 2 one 7 9 7 5 6 2 one 9 0 8 2 7 7 . 7 2 5 four 9 one one one 2 8 8 2 8 7 7 . 6 one one four 2 four one - one 2 8 8 0 0 0 . 6 2 6 6 7 7 2 7 2 2 8 0 7 3 9 2 . one 2 5 2 6 7 7 one 6 5 8 four 6 5 one . 9 6 6 four 5 one 9 - one 5 0 2 2 one 8 6 . one 3 7 one 0 6 6 one 2 3 one 7 6 one 9 . one 5 7 9 2 9 6 2 3 one 3 8 0 6 8 . four 0 2 9 6 2 2 )
Figure 00000071

Строки матрицы BGL0NASS соответствуют системным номерам спутников ГЛОНАСС 3, 13, 15 и 20 соответственно.The rows of matrix B GL0NASS correspond to the system numbers of GLONASS satellites 3, 13, 15, and 20, respectively.

Полученные решения (см. табл.1, все единицы в метрах)The obtained solutions (see table 1, all units in meters)

Таблица 1.Table 1. GPSGPS ГЛОНАССGLONASS х=2846250.36421181x = 2846250.36421181 х=2846135.03277489x = 2846135.03277489 y=2201677.85798526y = 2201677.85798526 y=2201641.31968233y = 2201641.31968233 z=5248681.95352191z = 5248681.95352191 z=5248736.41078770z = 5248736.41078770 a1=-18.33113694a1 = -18.33113694 а2=-129.08714075A2 = -129.08714075

Таким образом, можно взять за основу решение, полученное методом Банкрофта вида:Thus, we can take as a basis the solution obtained by the Bancroft method of the form:

[ x y z a 1 a 2 ] = [ 2 8 4 6 1 9 2 . 6 9 8 4 9 3 3 5 2 2 0 1 6 5 9 . 5 8 8 8 3 3 7 9 5 2 4 8 7 0 9 . 1 8 2 1 5 4 8 0 1 8 . 3 3 1 1 3 6 9 4 1 2 9 . 0 8 7 1 4 0 7 5 ]

Figure 00000072
[ x y z a one a 2 ] = [ 2 8 four 6 one 9 2 . 6 9 8 four 9 3 3 5 2 2 0 one 6 5 9 . 5 8 8 8 3 3 7 9 5 2 four 8 7 0 9 . one 8 2 one 5 four 8 0 - one 8 . 3 3 one one 3 6 9 four - one 2 9 . 0 8 7 one four 0 7 5 ]
Figure 00000072

Вектор решения по обобщенному методу для двух ОГ, имеющих в составе 3 GPS(23, 30, 31)+2 ГЛОНАСС (15, 20):The solution vector according to the generalized method for two exhaust gases containing 3 GPS (23, 30, 31) +2 GLONASS (15, 20):

[ x y z a 1 a 2 ] = [ 2 8 4 6 2 5 0 . 4 9 4 3 5 8 3 0 2 2 0 1 7 4 4 . 9 5 3 7 6 0 5 6 5 2 4 8 7 6 6 . 3 4 8 5 3 5 9 9 6 6 . 8 9 8 1 0 5 4 5 7 . 3 6 7 2 7 1 1 5 ]

Figure 00000073
[ x y z a one a 2 ] = [ 2 8 four 6 2 5 0 . four 9 four 3 5 8 3 0 2 2 0 one 7 four four . 9 5 3 7 6 0 5 6 5 2 four 8 7 6 6 . 3 four 8 5 3 5 9 9 6 6 . 8 9 8 one 0 5 four 5 7 . 3 6 7 2 7 one one 5 ]
Figure 00000073

Видно, что решения близкие, а в a 1, а 2 во втором случае вошли ошибки преобразования координат, вектора невязок и их нормы для смешанной исходной системы имеют следующие величины (см. табл.2):It can be seen that the solutions are close, and in a 1 and 2 in the second case, there were errors of coordinate transformation, residual vectors and their norms for a mixed initial system have the following values (see Table 2):

Таблица 2.Table 2. БанкрофтBancroft Обобщенный методGeneralized method НевязкиDiscrepancies 15.4112286015.41122860 0.00000001490.0000000149 по спутникам,by satellites -9.89679900-9.89679900 0.00000001120.0000000112 метрыmeters -46.55330177-46.55330177 0.00000001490.0000000149 -64.55570337-64.55570337 0.00000001490.0000000149 -19.80951382-19.80951382 0.00000000750.0000000075 Норма вектора невязки, метрыThe norm of the residual vector, meters 84.0387897284.03878972 0.00000002910.0000000291

Очевидно, что в случае метода Банкрофта невязки, близкие к нулю, получаются только на первых трех уравнениях (GPS), так как координаты и время соответствуют решению только по GPS, а от решения ГЛОНАСС взята только временная поправка.Obviously, in the case of the Bancroft method, residuals close to zero are obtained only on the first three equations (GPS), since the coordinates and time correspond to the solution only by GPS, and only the time correction is taken from the GLONASS solution.

В случае с обобщенным методом получены близкие к нулю невязки, но не нулевые, так как это обусловлено точностью разрядной сетки. Норма вектора невязки для типовых случаев расположения спутников, как правило, не превышает 10-6 м, при вычислениях с плавающей запятой двойной точности. Данная точность является достаточной для высокоточных приложений. Однако, исходя из значений поправок характеризующих время в векторе решения, следует серьезно проработать значения матриц перехода в единое координатно-временное пространство, так как это будет источником ошибок, уводящим временные поправки от истинных значений.In the case of the generalized method, residuals close to zero were obtained, but not zero, since this is due to the accuracy of the discharge grid. The norm of the residual vector for typical cases of satellite arrangement, as a rule, does not exceed 10 -6 m, in double-precision floating-point calculations. This accuracy is sufficient for high precision applications. However, based on the values of the corrections characterizing the time in the solution vector, one should seriously study the values of the transition matrices in a single coordinate-time space, since this will be a source of errors that takes time corrections away from the true values.

В случае избыточности ситуация с методом Банкрофта еще сложнее:In case of redundancy, the situation with the Bancroft method is even more complicated:

Полученные решения (см. табл.3, все единицы в метрах)The obtained solutions (see table 3, all units in meters)

Таблица 3.Table 3. GPSGPS ГЛОНАССGLONASS х=2 846251.46141769x = 2 846 251.46141769 х=2846072.63300129x = 2846072.63300129 y=2 201709.04624132y = 2 201709.04664132 y=2201646.99218817y = 2201646.99218817 z=5 248717.76349039z = 5 248717.76349039 z=5248658.14254719z = 5248658.14254719 a1=18.79691716a1 = 18.79691716 а2=-171.02294209A2 = -171.02294209

Таким образом, можно взять за основу решение, полученное методом Банкрофта вида:Thus, we can take as a basis the solution obtained by the Bancroft method of the form:

[ x y z a 1 a 2 ] = [ 2 8 4 6 1 6 2 . 0 4 7 2 0 9 4 9 2 2 0 1 6 7 8 . 0 1 9 2 1 4 7 5 5 2 4 8 6 8 7 . 9 5 3 0 1 8 7 9 1 8 . 7 9 6 9 1 7 1 6 1 7 1 . 0 2 2 9 4 2 0 9 ]

Figure 00000074
[ x y z a one a 2 ] = [ 2 8 four 6 one 6 2 . 0 four 7 2 0 9 four 9 2 2 0 one 6 7 8 . 0 one 9 2 one four 7 5 5 2 four 8 6 8 7 . 9 5 3 0 one 8 7 9 one 8 . 7 9 6 9 one 7 one 6 - one 7 one . 0 2 2 9 four 2 0 9 ]
Figure 00000074

Вектор решения по обобщенному методу для двух ОГ, имеющих в составе избыточную группировку GPS/ГЛОНАСС:The solution vector according to the generalized method for two exhaust gases containing an excessive GPS / GLONASS grouping:

[ x y z a 1 a 2 ] = [ 2 9 4 6 2 2 0 . 9 9 1 9 1 0 2 6 2 2 0 1 7 0 1 . 4 6 6 5 4 8 9 2 5 2 4 8 7 5 8 . 7 5 9 5 8 4 3 9 3 4 . 2 6 2 2 5 1 5 5 6 9 . 5 9 0 6 8 5 2 5 ]

Figure 00000075
[ x y z a one a 2 ] = [ 2 9 four 6 2 2 0 . 9 9 one 9 one 0 2 6 2 2 0 one 7 0 one . four 6 6 5 four 8 9 2 5 2 four 8 7 5 8 . 7 5 9 5 8 four 3 9 3 four . 2 6 2 2 5 one 5 5 - 6 9 . 5 9 0 6 8 5 2 5 ]
Figure 00000075

Нормы векторов невязок для смешанной исходной системы имеют следующие величины (см. табл.4):The norms of the residual vectors for the mixed initial system have the following values (see table 4):

Таблица 4.Table 4. БанкрофтBancroft Обобщенный методGeneralized method Норма вектора невязки, метрыThe norm of the residual vector, meters 205.35810742205.35810742 108.57034441108.57034441

Как видно, обобщенный метод эффективно работает и может быть рекомендован для вычисления координат точек с минимизацией вектора ошибки по МНК сразу по всей смешанной орбитальной группировке ГЛОНАСС/GPS, чего нельзя добиться используя классический метод Банкрофта.As you can see, the generalized method works efficiently and can be recommended for calculating the coordinates of points with minimizing the error vector by least squares method over the entire mixed GLONASS / GPS orbital group, which cannot be achieved using the classical Bancroft method.

Список используемой литературыBibliography

1. Krause, L.O. (1987): A Direct Solution to GPS-Type Navigation Equations. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-23, No. 2, pp.225-2321. Krause, L.O. (1987): A Direct Solution to GPS-Type Navigation Equations. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-23, No. 2, pp. 225-232

2. Kleusberg, A. (1994): Die direkte Lösung des räumlichen Hyperbelschnitts. Zeitschrift fur Vermessungswesen, Vol. 119, No. 4, pp.188-1922. Kleusberg, A. (1994): Die direkte Lösung des räumlichen Hyperbelschnitts. Zeitschrift fur Vermessungswesen, Vol. 119, No. 4, pp. 188-192

3. Grafarend, E.W. and Chan, J. (1996): A Closed-form Solution of the Nonlinear Pseudo-Ranging Equations (GPS), ARTIFICIAL SATELLITES Planetary Geodesy, No. 28, pp.133-1473. Grafarend, E.W. and Chan, J. (1996): A Closed-form Solution of the Nonlinear Pseudo-Ranging Equations (GPS), ARTIFICIAL SATELLITES Planetary Geodesy, No. 28, pp. 133-147

4. Bancroft, S. (1985): An Algebraic Solution of the GPS Equations. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-21, No. 6, pp.56-594. Bancroft, S. (1985): An Algebraic Solution of the GPS Equations. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-21, No. 6, pp. 56-59

5. Метод сопровождающей матрицы: http://en.wikipedia.org/wiki/Companion_matrix5. Maintenance matrix method: http://en.wikipedia.org/wiki/Companion_matrix

Claims (3)

1. Способ определения местоположения объекта при использовании глобальных навигационных спутниковых систем, заключающийся в том, что:
принимают сигналы от первой GPS и второй ГЛОНАСС орбитальных группировок навигационных спутников;
производят первичную цифровую обработку навигационных сигналов с выделением эфемерид и псевдодальностей;
рассчитывают скорректированные псевдодальности;
прогнозируют координаты спутников по актуальным эфемеридам на моменты времени излучения навигационных сигналов;
определяют координаты x, y, z, временной параметр а1, соответствующий расхождению часов навигационного приемника от системного времени первой орбитальной группировки, и временной параметр а2, соответствующий расхождению часов навигационного приемника от системного времени второй орбитальной группировки методом наименьших квадратов, используя информацию от всех спутников с одинаковым весом первой и второй орбитальных группировок, путем аналитического решения системы нелинейных уравнений с минимизацией невязок;
проверяют выполнимость условия a1<ε, где ε - допустимая величина невязки по времени между шкалой навигационного приемника и системного времени глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС);
подводят часы навигационного приемника до системного времени ГНСС;
сглаживают результаты определения фильтром Калмана;
записывают результаты определения x, y, z, а1, а2 и выводят их для пользователя.
1. The method of determining the location of the object when using global navigation satellite systems, which consists in the fact that:
receive signals from the first GPS and the second GLONASS orbital constellations of navigation satellites;
primary digital processing of navigation signals with the allocation of ephemeris and pseudorange;
corrected pseudo-ranges are calculated;
predicting the coordinates of the satellites according to the actual ephemeris at the time moments of the emission of navigation signals;
determine the coordinates x, y, z, the time parameter a 1 corresponding to the divergence of the clock of the navigation receiver from the system time of the first orbital group, and the time parameter a 2 , corresponding to the divergence of the clock of the navigation receiver from the system time of the second orbital group using the least squares method, using information from all satellites with the same weight of the first and second orbital constellations, by analytically solving a system of nonlinear equations with minimizing discrepancies;
check the validity of the condition a 1 <ε, where ε is the permissible time difference between the scale of the navigation receiver and the system time of the global navigation satellite system (GNSS);
bring the navigation receiver clock to the GNSS system time;
smooth the results of the Kalman filter determination;
record the results of determining x, y, z, and 1 , and 2 and display them for the user.
2. Система определения местоположения объекта при использовании глобальных навигационных спутниковых систем, включающая:
первую орбитальную группировку навигационных спутников GPS;
вторую орбитальную группировку ГЛОНАСС;
приемную антенну навигационных спутниковых сигналов от первой орбитальной группировки навигационных спутников GPS и второй орбитальной группировки ГЛОНАСС;
блок формирования измерений;
блок вычислений координат и временных параметров;
блок записи и вывода результатов вычислений на пользователя;
причем выход приемной антенны навигационных спутниковых сигналов соединен с входом блока формирования измерений, вход блока вычислений координат и временных параметров соединен с выходом блока формирования измерений, вход блока записи и вывода результатов вычислений соединен с выходом блока вычислений координат и временных параметров, выход блока записи и вывода результатов вычислений является выходом системы.
2. The system for determining the location of the object when using global navigation satellite systems, including:
first orbital constellation of GPS navigation satellites;
the second GLONASS orbital group;
a receiving antenna for navigation satellite signals from the first orbital constellation of GPS navigation satellites and the second GLONASS orbital constellation;
unit for forming measurements;
block for calculating coordinates and time parameters;
a unit for recording and outputting calculation results to a user;
moreover, the output antenna of the navigation satellite signals is connected to the input of the unit for forming measurements, the input of the unit for calculating coordinates and time parameters is connected to the output of the unit for forming measurements, the input of the unit for recording and outputting calculation results is connected to the output of the unit for calculating coordinates and time parameters, the output of the unit for recording and output calculation results is the output of the system.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что блок вычислений координат и временных параметров содержит арифметико-логическое устройство с возможностью операций сложения, умножения и вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, блок расчета комплексно-сопряженной матрицы, вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, блок расчета скалярных построчных произведений вектора с матрицей и матрицы с матрицей, вход которого соединен с выходом блока формирования измерений, второй и третий входы арифметико-логического устройства соединены с выходами комплексно-сопряженной матрицы и блока расчета скалярных построчных произведений вектора с матрицей и матрицы с матрицей соответственно, блок расчета корней полинома, вход которого соединен с выходом арифметико-логического устройства с возможностью операций сложения, умножения и вычитания, блок вычисления вектора состояний {x, y, z, а1, а2}, вход которого соединен с выходом блока расчета корней полинома, выход блока вычисления вектора состояний {x, y, z, а1, а2} является выходом блока вычислений координат и временных параметров. 3. The system according to claim 2, characterized in that the unit for calculating coordinates and time parameters contains an arithmetic logic device with the possibility of addition, multiplication and subtraction operations, the first input of which is connected to the output of the measurement unit, the complex conjugate matrix calculation unit, the input which is connected to the output of the unit for forming measurements, the unit for calculating scalar line-by-line products of a vector with a matrix and matrix with a matrix, whose input is connected to the output of the unit for forming measurements, the second and third inputs a the logic-logical device is connected to the outputs of the complex conjugate matrix and the block for calculating scalar row-wise products of a vector with a matrix and the matrix with a matrix, respectively, the block for calculating the roots of a polynomial whose input is connected to the output of the arithmetic-logical device with the possibility of addition, multiplication and subtraction, block computing the state vector {x, y, z, a 1 , a 2 }, the input of which is connected to the output of the block for calculating the roots of the polynomial, the output of the state vector computation unit {x, y, z, a 1 , a 2 } is the output of the calculating block tracking coordinates and time parameters.
RU2012107880/28A 2012-03-01 2012-03-01 Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation RU2492499C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107880/28A RU2492499C1 (en) 2012-03-01 2012-03-01 Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107880/28A RU2492499C1 (en) 2012-03-01 2012-03-01 Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2492499C1 true RU2492499C1 (en) 2013-09-10

Family

ID=49165000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107880/28A RU2492499C1 (en) 2012-03-01 2012-03-01 Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2492499C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564523C1 (en) * 2014-07-17 2015-10-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals
RU2692701C1 (en) * 2018-12-03 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method of determining coordinates of aerial targets in a multi-position surveillance system "navigation satellites - aerial targets - receiver"
CN114063125A (en) * 2021-11-15 2022-02-18 中国科学院微小卫星创新研究院 A Precise Orbit Determination and Time Synchronization Method Based on Time-sharing Bidirectional Ranging

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036097B1 (en) * 2004-11-30 2006-04-25 Alcan International Limited Method for designing a cascade of digital filters for use in controling an electrolysis cell
RU2277696C2 (en) * 2004-04-21 2006-06-10 Закрытое акционерное общество "Лазекс" Integrated satellite inertial-navigational system
RU2375680C1 (en) * 2008-07-03 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis
RU2474845C1 (en) * 2011-12-07 2013-02-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Formation method of navigation radio signals of navigation space vehicles (nsv) at geostationary orbit (gso), and/or navigation space vehicles (nsv) at geosynchronous inclined orbit (gsio) using ground stations, and system for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277696C2 (en) * 2004-04-21 2006-06-10 Закрытое акционерное общество "Лазекс" Integrated satellite inertial-navigational system
US7036097B1 (en) * 2004-11-30 2006-04-25 Alcan International Limited Method for designing a cascade of digital filters for use in controling an electrolysis cell
RU2375680C1 (en) * 2008-07-03 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis
RU2474845C1 (en) * 2011-12-07 2013-02-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Formation method of navigation radio signals of navigation space vehicles (nsv) at geostationary orbit (gso), and/or navigation space vehicles (nsv) at geosynchronous inclined orbit (gsio) using ground stations, and system for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АФЕНКО К.А. и др. Применение двухступенчатого субоптимального фильтра при решении задачи позиционирования / В кн.: Навигация и управление летательными аппаратами / Труды МИЭА, под. ред. А.Г. КУЗНЕЦОВА, вып. №2, 2010, с.52-59, рис.7. СТЕПАНОВ О.А., КОШАЕВ Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация, 1999, №2(25), с.30-55. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2564523C1 (en) * 2014-07-17 2015-10-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method of angular object orientation using spacecraft radio navigation signals
RU2692701C1 (en) * 2018-12-03 2019-06-26 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method of determining coordinates of aerial targets in a multi-position surveillance system "navigation satellites - aerial targets - receiver"
CN114063125A (en) * 2021-11-15 2022-02-18 中国科学院微小卫星创新研究院 A Precise Orbit Determination and Time Synchronization Method Based on Time-sharing Bidirectional Ranging

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101258418B (en) Ionosphere modeling apparatus and method
US6934632B2 (en) Method for using three GPS frequencies to resolve carrier-phase integer ambiguities
US10816670B2 (en) Navigation satellite system positioning with enhanced satellite-specific correction information
Zuo et al. A square root information filter for multi-GNSS real-time precise clock estimation
CN104865587B (en) Quick locating method based on GEO constellation coarse location for Beidou receiver
Zhao et al. A variant of raw observation approach for BDS/GNSS precise point positioning with fast integer ambiguity resolution
Odijk et al. Predicting the success rate of long-baseline GPS+ Galileo (partial) ambiguity resolution
CN115982564B (en) Regional ionosphere electron density calculation method and device and computer equipment
EP2067053A1 (en) Method for using three gps frequencies to resolve whole-cycle carrier-phase ambiguities
US6407700B1 (en) Method and apparatus for autonomously measuring ionospheric delay and single-frequency, GPS time receiver incorporating same
CN108196284B (en) GNSS network data processing method for fixing single-difference ambiguity between satellites
JP7568249B1 (en) Method for generating correction information in satellite navigation system, information processing device for generating correction information, and program
CN107966722B (en) GNSS clock error resolving method
RU2492499C1 (en) Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation
Rovira-Garcia et al. Ionospheric corrections tailored to the Galileo High Accuracy Service: A. Rovira-Garcia et al.
CN114545461A (en) The Beidou three-frequency fine calculation method based on coordinate prior fusion with GPS
RU2624268C1 (en) Method of determining mutual position of objects by signals of global navigation satellite systems
Olivares-Pulido et al. Ionospheric tomographic common clock model of undifferenced uncombined GNSS measurements: G. Olivares-Pulido et al.
RU2592077C1 (en) Method of measuring relative position of objects from global navigation satellite system signals
CN112782741A (en) Ambiguity fixing method based on RTK positioning and positioning terminal
CN112444828A (en) Method for determining GNSS satellite orbit only based on pseudo-range observation value
CN112098963B (en) Method for determining influence of system error on SAR imaging
CN119355771B (en) Preprocessing method, device, equipment and medium for GNSS observation data of geosynchronous satellite
Fischer Calculation of GNSS Differential Code Biases via Ionospheric Delay Interpolation
CN120009926B (en) A satellite navigation double-difference positioning method taking pseudorange bias into account