RU2517176C1 - Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем - Google Patents

Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем Download PDF

Info

Publication number
RU2517176C1
RU2517176C1 RU2013116697/07A RU2013116697A RU2517176C1 RU 2517176 C1 RU2517176 C1 RU 2517176C1 RU 2013116697/07 A RU2013116697/07 A RU 2013116697/07A RU 2013116697 A RU2013116697 A RU 2013116697A RU 2517176 C1 RU2517176 C1 RU 2517176C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
navigation
consumers
satellites
receiving device
Prior art date
Application number
RU2013116697/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Герман Георгиевич СЕБРЯКОВ
Владимир Иванович Щербаков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем"
Priority to RU2013116697/07A priority Critical patent/RU2517176C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2517176C1 publication Critical patent/RU2517176C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение может быть использовано в космической радионавигации и геодезии. Достигаемый технический результат - повышение точности глобального определения в реальном времени местоположения потребителей при работе навигационной аппаратуры потребителя (НАП) в автономном режиме. Заявляемый способ заключается в том, что определяют координаты положения потребителей навигационной информации (ПНИ) с М-канальным приемным устройством (ПУ), принимающим навигационные радиосигналы от S спутников спутниковых навигационных систем (СНС), предварительно формируют пространственную решетку (ПР) из ожидаемых значений координат объекта ПНИ и в ПУ измеряют относительные скорости между фазовым центром антенны ПУ и координатами каждого из S спутников СНС при помощи измеренных доплеровских сдвигов частот, из которых формируют нормированные значения относительных скоростей или ускорений и вычитают нормированные расчетные значения относительных скоростей или ускорений между ожидаемыми положениями координат ПУ расположенными в узлах ПР и каждым из S спутников СНС, причем координаты ПНИ определяют итерационно путем поиска глобального минимума среднеквадратического отклонения разности измеренных и расчетных значений в узлах ранее сформированной пространственной решетки и уменьшения размеров этой пространственной решетки на каждой итерации. 3 ил., 1 табл.
Техническим результатом использования способа определения местоположения потребителя навигационной информации (ПНИ) в навигационном поле спутниковых навигационных систем (СНС) является повышение точности глобального определения в реальном времени его местоположения при работе навигационной аппаратуры потребителя (НАП) в автономном режиме.

Description

Изобретение относится к способам и средствам радионавигационного определения местоположения потребителя навигационной информации в навигационном поле спутниковых навигационных систем и может быть использовано в космической радионавигации и геодезии.

Известен способ определения геодезических координат и скоростей неограниченного количества объектов навигационной аппаратуры потребителя по наблюдениям не менее четырех навигационных космических аппаратов (НКА), в котором N-канальным приемным устройством, установленным на объекте, принимают навигационные радиосигналы спутников, определяют дальности от объектов до каждого спутника путем измерения временных сдвигов кодовых последовательностей, формируемых генераторами спутников относительно кодовой последовательности, формируемой генераторами объекта, а также составляющие вектора скорости путем измерения принимаемых доплеровских сдвигов частоты с использованием систем слежения за несущими, при этом в N-канальном приемном устройстве, один из которых является ведущим, а другие ведомыми каналами, производят определение разности дальностей между дальностями, измеренными ведомыми приемными устройствами, и дальностью, измеренной ведущим приемным устройством, а также определение разностей скоростей изменения дальностей между скоростями изменения дальностей, вычисленными по измерениям доплеровских сдвигов частоты ведомыми приемными устройствами, и скоростью изменения дальности, вычисленной по измерению доплеровского сдвига частоты ведущим приемным устройством, затем производят определение двойных разностей дальностей и двойных разностей скоростей изменения дальностей путем взаимного вычитания друг из друга разностей дальностей и разностей скоростей изменения дальностей (см., например, описание к патенту РФ №2115137 на изобретение с приоритетом от 11.05.1994 г., МПК: G01S 5/00).

Известный способ относится к штатным режимам навигационных определений координат объектов навигационной аппаратуры потребителя и является наиболее близким аналогом-прототипом. Однако при его использовании имеют место проблемы, связанные с ошибками прогноза местоположения НКА на моменты измерений, с ошибками, обусловленными условиями распространения радиоволн в ионосфере и тропосфере и др. Известные способы компенсации условия распространения радиоволн в ионосфере используют двухчастотные измерения или вводят поправки, которые рассчитывают по априорным данным. Необходимо отметить, что компенсация условий распространения радиоволн в ионосфере, рассчитанная по априорным данным, является приближенной, а в одночастотной навигационной аппаратуре нет возможности компенсации двухчастотным методом.

Задачей изобретения является разработка способа радионавигационного определения местоположения потребителя навигационной информации в навигационном поле спутниковых навигационных систем, обеспечивающего возможность глобального определения геодезических координат, с компенсацией условия распространения радиоволн в ионосфере для одночастотной навигационной аппаратуры потребителя.

Сущность изобретения состоит в том, что в способ определения положения потребителей навигационной информации (ПНИ) спутниковых навигационных систем (СНС), основанный на определении координат положения объекта ПНИ с М-канальным приемным устройством (ПУ), принимающим навигационные радиосигналы от S спутников СНС, характеризующийся тем, что предварительно формируют пространственную решетку (ПР) из ожидаемых значений координат объекта ПНИ и в ПУ измеряют относительные скорости между фазовым центром антенны ПУ и координатами каждого из S спутников СНС при помощи измеренных доплеровских сдвигов частот, из которых формируют нормированные значения относительных скоростей или ускорений и вычитают нормированные расчетные значения относительных скоростей или ускорений между ожидаемыми положениями координат ПУ расположенными в узлах ПР и каждым из S спутников СНС, причем координаты ПНИ определяют итерационно путем поиска глобального минимума среднеквадратического отклонения разности измеренных и расчетных значений в узлах ранее сформированной пространственной решетки и уменьшения размеров этой пространственной решетки на каждой итерации.

Техническим результатом использования способа определения местоположения потребителя навигационной информации (ПНИ) в навигационном поле спутниковых навигационных систем (СНС) является повышение точности глобального определения в реальном времени его местоположения при работе навигационной аппаратуры потребителя (НАП) в автономном режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что определение местоположения потребителя основано на использовании нормированных измеренных относительных ускорений ADk или скоростей VDk и нормированных расчетных значений относительных ускорений ARki или скоростей VRki, причем нормированные значения ADk и VDk получают при помощи измерений сдвигов доплеровских частот, а расчетные нормированные значения скоростей VRk1 или ускорений ARki ПНИ относительно каждого НКА из m спутников СНС определяют при помощи эфемеридной информации и информации о значениях координат, расположенных в узлах предварительно сформированной пространственной решетки.

Здесь обозначено: k=1, 2…m - условный номер НКА, навигационные измерения которого используются, m - число НКА используемых в НАП для j-х измерений.

Измеренные значения относительных скоростей Vdki=Vdk(ti-tν) для времени ti между каждым из k НКА и ПНИ определяют с помощью доплеровского сдвига частот νdk, вектор которого можно записать в виде

ν d k = [ ν d j ν d j 1 . . . ν d j μ ] ,

Figure 00000001

и полиноминальной интерполяции:

Vdki=h0*L0+h1*L1(ti-tν)+h2*L2(ti-tν),

L0=1, L1(ti-tν)=(ti-tν), L2(ti-tν)=1.5*(ti-tν)2-0.5, tν=((tj-tµ)/2.

Количество измеренных значений доплеровского сдвига частот µ≥3 выбирают в зависимости от дискретного интервала времени δt обновления навигационных измерений доплеровского сдвига частот и величины шумов в полученных измерениях.

Коэффициенты h1, h2 и h3 интерполяционного полинома h=(a T*а)*а T*νdk определяют при помощи метода наименьших квадратов.

Здесь

h = [ h 0 h 1 h 2 ]

Figure 00000002
- вектор коэффициентов,

Figure 00000003

а Т - транспонированная матрица а, ti - момент времени, на который определяются значения измеренных скоростей, νdj, νdj-1, …νdj-µ - измеренные значения доплеровских сдвигов частот, tj=tj-1+δt, νdj=νd(tj).

Измеренные значения относительных ускорений Adki=Adk(ti-tν) представляют в виде Adki=h1+3*(ti-tν)*h2 и определяют численным дифференцированием при помощи рассчитанных ранее коэффициентов полиноминальной интерполяции h1, h2.

Нормированные значения VDk=VDk(ti-tν) и ADk=ADk(ti-tν) вычисляют путем определения средних значений MAT(Vd), MAT(Ad) и СКО σ(Vd), σ(Ad):

VDk=(Vdk-MAT(Vd))/σ(Vd),

ADk=(Adk-MAT(Ad))/σ(Ad),

где

M A T ( V d ) = 1 m i = 1 m V d i

Figure 00000004
, σ ( V d ) = 1 m 1 i = 1 m ( V d i M A T ( V d ) ) 2 и
Figure 00000005

M A T ( A d ) = 1 m i = 1 m A d i

Figure 00000006
, σ ( A d ) = 1 m 1 i = 1 m ( A d i M A T ( A d ) ) 2
Figure 00000007

Для определения расчетных значений относительных скоростей Vrkl=Vrkl(ti-tν) и ускорений Arkl=Arkl(ti-tν) предварительно так формируют узлы СПР, чтобы с вероятностью Р=0.99 ожидаемое значение положения координат ПНИ находилось внутри СПР.

Пример изображения сформированного СПР, состоящего из 27 узлов (s=27), приведен на фиг.1.

Расчетные значения относительных скоростей Vrkl между координатами положения l-го узла СПР и k-го НКА определяют в виде: V r k l = [ ( X k X H A П l ) * ( V Х k V Х H А П l ) + ( Y k Y H A П l ) ) * ( V Y k V Y H A П l ) + ( Z k Z H A П l ) * ( V Z k V Z H А П l ) ] * D l 1 ,

Figure 00000008

Dl(ti-tυ)=[(Xk-XНАПl)2+(Yk-YНАПl)2+(Zk-ZHАПl)2]1/2.

Здесь:

l - номер узла СПР, l=1, 2, …, s; Xk, Yk, Zk - координаты k-го НКА; XНАПl, YНАПl, ZНАПl - координаты ПНИ в узле l СПР.

Координаты и скорости НКА и ПНИ (в узлах СПР) рассчитывают в прямоугольной геоцентрической системе координат П3-90 или WGS-84 и времени ti.

Расчетные значения относительных ускорений Аrk1 между координатами положения l-го узла СПР и k-го НКА определяют как разности расчетных относительных скоростей Arkl=Vrkl-Vrkl.

Нормирование Vrkl и Arkl производят при помощи определения средних значений MAT(Vrl), MAT(Arl) и СКО σ(Vrl), σ(Arl).

Здесь имеем:

VRkl=(Vrkl-MAT(Vrl))/σ(Vrl),

ARkl=(Arkl-MAT(Arl))/σ(Arl),

M A T ( V r l ) = 1 m i = 1 m V r i l

Figure 00000009
, σ ( V r l ) = 1 m 1 i = 1 m ( V r l i M A T ( V r l ) ) 2
Figure 00000010
и

M A T ( A r l ) = 1 m i = 1 m A r i l

Figure 00000011
, σ ( A r l ) = 1 m 1 i = 1 m ( A r l i M A T ( A r l ) ) 2
Figure 00000012
.

Определение координат ПНИ осуществляют итерационным способом при помощи поиска узла lj, для которого СКО σmin минимально:

σmin=minσl, l=1, 2, …s

При решении задачи определения координат положения ПНИ с использованием относительных ускорений σl вычисляют по формулам:

σ l = 1 m 1 i = 1 m δ A i l

Figure 00000013
,

а для задачи определения координат положения ПНИ с использованием относительных скоростей σ1 определяют из выражения

σ l = 1 m 1 i = 1 m δ V i l

Figure 00000014
,

здесь δAil и δVil - абсолютные значения разностей ADi-ARil и VDi-VRil

На каждой итерации объем (F) СПР уменьшается в U раз, а центр СПР перемещается в узел (Xj, YJ, Zj), соответствующий минимуму σmin для ℵ итерации.

Пример, иллюстрирующий изменение объема СПР на j-й итерации, приведен на фиг.2.

Возможность осуществления изобретения подтверждается ниже следующим описанием работы системы высокоточного определения местоположения ПНИ спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и GPS. В измеренных относительных ускорениях ADi практически отсутствуют ошибки:

- вызванные разбросом ошибок частотно временных значений НКА относительно частоты центрального генератора навигационной системы ГЛОНАСС/GPS;

- за счет нестабильности частот излучения опорного генератора НКА и опорного генератора НАП;

- дальномерных измерений;

- вызванные условиями распространения радиоволн в ионосфере, тропосфере и другими возможными причинами;

В измеренных относительных значениях относительных скоростей AVi компенсируются практически все ошибки дальномерных измерений и ошибки, вызванные условиями распространения радиоволн в ионосфере и тропосфере. Нулевое определение глобальных геодезических координат (Х0, Y0, Z0) в прямоугольной геоцентрической системе координат выполняют, используя известный способ (см., описание к патенту РФ №2115137). Центр СПР определяют в точке с координатами (Х0, Y0, Z0). На каждой итерации объем F СПР уменьшается в u раз, а центр СПР перемещается в узел (Xj, Yj, Zj), соответствующий минимуму σmin для данной итерации. Итерационный цикл заканчивают при достижении F заданной величины ε, соответствующей ожидаемой погрешности в определения координат.

Обобщенная структурная схема способа глобального определения местоположения ПНИ представлена на фиг.3.

Оценка эффективности предлагаемого в изобретении способа проводилась с применением метода имитационного математического моделирования с помощью разработанного авторами специального программного обеспечения, которое позволило в одинаковых условиях сравнить статистические характеристики погрешностей навигационного определения координат при использовании известного (штатного) способа и способа измерения координат ПНИ, предлагаемого в данном изобретении.

В таблице приведены статистические характеристики погрешностей навигационного определения координат при использовании штатного способа и предложенного способа измерения координат ПНИ по относительным ускорениям, полученные в результате обработки около 1000 реализаций и подтверждающие повышение точности глобального определения в реальном времени местоположения потребителя навигационной информации.

dB - широта dL - долгота dH - высота Штатный способ Среднее -7.2640 0.8119 -21.4746 СКО 6.9903 4.1976 19.5653 Предлагаемый способ Среднее 0.2548 0.0214 0.0942 СКО 4.7393 2.3002 6.2909

Claims (1)

  1. Способ определения положения потребителей навигационной информации (ПНИ) спутниковых навигационных систем (СНС), основанный на определении координат положения объекта ПНИ с М-канальным приемным устройством (ПУ), принимающим навигационные радиосигналы от S спутников СНС, характеризующийся тем, что предварительно формируют пространственную решетку (ПР) из ожидаемых значений координат объекта ПНИ и в ПУ измеряют относительные скорости между фазовым центром антенны ПУ и координатами каждого из S спутников СНС при помощи измеренных доплеровских сдвигов частот, из которых формируют нормированные значения относительных скоростей или ускорений и вычитают нормированные расчетные значения относительных скоростей или ускорений между ожидаемыми положениями координат ПУ расположенными в узлах ПР и каждым из S спутников СНС, причем геодезические координаты ПНИ определяют итерационно путем поиска глобального минимума среднеквадратического отклонения разности измеренных и расчетных значений в узлах сформированной пространственной решетки и уменьшения размеров этой пространственной решетки на каждой итерации.
RU2013116697/07A 2013-04-11 2013-04-11 Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем RU2517176C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116697/07A RU2517176C1 (ru) 2013-04-11 2013-04-11 Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116697/07A RU2517176C1 (ru) 2013-04-11 2013-04-11 Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2517176C1 true RU2517176C1 (ru) 2014-05-27

Family

ID=50779403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013116697/07A RU2517176C1 (ru) 2013-04-11 2013-04-11 Способ определения положения потребителей навигационной информации спутниковых навигационных систем

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2517176C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115137C1 (ru) * 1994-05-11 1998-07-10 Николай Егорович Армизонов Дальномерный способ определения местоположения и составляющих вектора скорости объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем
WO2000020882A1 (en) * 1998-09-28 2000-04-13 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Improved use of global positioning system in locating a radio transmitter
US6138026A (en) * 1998-06-16 2000-10-24 Ericsson Inc. Method and apparatus for locating a wireless communication device
CA2555221A1 (en) * 2004-02-04 2005-08-25 Guardian Mobile Monitoring Systems Inc. System for, and method of, monitoring the movements of mobile items
RU2365081C2 (ru) * 2007-04-25 2009-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Агроинновационный центр" Высевающий аппарат
RU2365932C1 (ru) * 2008-01-09 2009-08-27 Вячеслав Адамович Заренков Способ точного позиционирования и мониторинга мобильных объектов
RU2011126307A (ru) * 2011-06-28 2013-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") Многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информацией (мкопми)

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115137C1 (ru) * 1994-05-11 1998-07-10 Николай Егорович Армизонов Дальномерный способ определения местоположения и составляющих вектора скорости объектов по радиосигналам космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем
US6138026A (en) * 1998-06-16 2000-10-24 Ericsson Inc. Method and apparatus for locating a wireless communication device
WO2000020882A1 (en) * 1998-09-28 2000-04-13 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Improved use of global positioning system in locating a radio transmitter
US6266012B1 (en) * 1998-09-28 2001-07-24 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Use of global positioning system in locating a radio transmitter
CA2555221A1 (en) * 2004-02-04 2005-08-25 Guardian Mobile Monitoring Systems Inc. System for, and method of, monitoring the movements of mobile items
RU2365081C2 (ru) * 2007-04-25 2009-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Агроинновационный центр" Высевающий аппарат
RU2365932C1 (ru) * 2008-01-09 2009-08-27 Вячеслав Адамович Заренков Способ точного позиционирования и мониторинга мобильных объектов
RU2011126307A (ru) * 2011-06-28 2013-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") Многофункциональный мобильный комплекс обеспечения потребителей мониторинговой информацией (мкопми)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Poisel Electronic warfare target location methods
US6229479B1 (en) Relative position measuring techniques using both GPS and GLONASS carrier phase measurements
EP1839070B2 (fr) Recepteur de positionnement par satellite a integrite et continuite ameliorees
US7868820B2 (en) Ionosphere modeling apparatus and methods
US7119741B2 (en) Method for combined use of a local RTK system and a regional, wide-area, or global carrier-phase positioning system
US8237609B2 (en) GNSS position coasting
US7982667B2 (en) Post-processed accuracy prediction for GNSS positioning
EP1678516B1 (en) Method for using three gps frequencies to resolve carrier-phase integer ambiguities
US20080165053A1 (en) Fast decimeter-level GNSS positioning
US9035826B2 (en) Satellite differential positioning receiver using multiple base-rover antennas
US20120265373A1 (en) Systems and methods for differential altitude estimation utilizing spatial interpolation of pressure sensor data
EP1901088A1 (en) Integrated mobile-terminal navigation
RU2363012C2 (ru) Система и способ позиционирования в кинематическом режиме в реальном времени
US7576690B2 (en) Position determination with reference data outage
Wang et al. GPS and GLONASS integration: modeling and ambiguity resolution issues
Obst et al. Urban multipath detection and mitigation with dynamic 3D maps for reliable land vehicle localization
Dai et al. Real-time attitude determination for microsatellite by LAMBDA method combined with Kalman filtering
WO2008141320A1 (en) Post-mission high accuracy position and orientation system
Matosevic et al. A comparison of accuracy using a GPS and a low-cost DGPS
US7511661B2 (en) Method for combined use of a local positioning system, a local RTK system, and a regional, wide-area, or global carrier-phase positioning system
US9829582B2 (en) Method and apparatus for differential global positioning system (DGPS)-based real time attitude determination (RTAD)
US6337657B1 (en) Methods and apparatuses for reducing errors in the measurement of the coordinates and time offset in satellite positioning system receivers
JP4146877B2 (ja) 単独測位装置および単独測位方法
King Rigorous GPS data-processing strategies for glaciological applications
RU2479855C2 (ru) Зависящее от расстояния уменьшение ошибки при определении местоположения в режиме кинематики реального времени