RU2584541C1 - Способ идентификации параметров навигационных спутников - Google Patents
Способ идентификации параметров навигационных спутников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584541C1 RU2584541C1 RU2015110437/07A RU2015110437A RU2584541C1 RU 2584541 C1 RU2584541 C1 RU 2584541C1 RU 2015110437/07 A RU2015110437/07 A RU 2015110437/07A RU 2015110437 A RU2015110437 A RU 2015110437A RU 2584541 C1 RU2584541 C1 RU 2584541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- satellite
- satellites
- receiver
- clocks
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/13—Receivers
- G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
- G01S19/246—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system involving long acquisition integration times, extended snapshots of signals or methods specifically directed towards weak signal acquisition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам навигации по Спутниковым Радионавигационным Системам (СРНС) и может быть использовано для идентификации параметров навигационных спутников и повышения точности определения координат навигационного приемника. Достигаемый технический результат изобретения - повышение точности определения местоположения навигационного приемника за счет исключения ошибок взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника. Указанный результат достигается за счет того, что в группе из двух навигационных спутников, находящихся в зоне прямой видимости, реализуются одновременные передача навигационных сообщений от каждого спутника к каждому, и их прием каждым спутником от каждого, определение межспутниковых псевдодальностей, и их передача на другой спутник, с последующим решением на каждом спутнике системы двух линейных алгебраических уравнений, в результате которого определяются истинные дальности между спутниками и погрешности взаимной синхронизации их часов, после чего погрешности взаимной синхронизации часов спутников передаются в навигационных сообщениях и компенсируются в навигационном приемнике при определении ортодромических координат навигационного приемника на основе решения алгебраического уравнения четвертой степени, сформированного по разности измеренных псевдодальностей объекта между двумя спутниками и параметрам ортодромической траектории объекта. 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам навигации по Спутниковым Радионавигационным Системам (СРНС) и может быть использовано для идентификации параметров навигационных спутников и повышения точности определения координат навигационного приемника. Технический результат заключается в повышении точности определения координат навигационного приемника за счет исключения ошибок взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника.
Известны различные способы повышения точности определения координат навигационного приемника. В [патент США No 7535414] изложен способ, который предполагает, что перед вычислением координат навигационного приемника производится разрешение неопределенностей, вызванных в т.ч. ошибками часов навигационных спутников, в неполных псевдодальностях. В [патент США No 6417801] предлагается разрешение неопределенностей в неполных псевдодальностях путем добавления в вектор оцениваемых параметров поправки ко времени измерения с последующим перебором всех допустимых целочисленных комбинаций неоднозначностей и выбором нужной из них по критерию минимума остаточных невязок.
Также для повышения точности определения координат навигационного приемника используются различные алгоритмы компенсации погрешностей часов [Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС (5.1 редакция).- М.: РНИИ КП, 2008. - 57 с.], а также применяется дифференциальный режим измерений по кодовым дальностям, реализуемый с помощью контрольного навигационного приемника с известными географическими координатами - т.н. базовой станции [Bar-Sever, Y. A new Massachusetts model for GPS yawattitude // Journal of Geodesy, 70, 714723, 1996]. Недостатками данных способов являются сложность их реализации и невозможность точного определения текущих значений ошибок взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника для их последующей компенсации.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, описанный в [патент РФ №2432584. Способ определения координат навигационного приемника спутниковой радионавигационной системы / Васильев М.В., Михайлов Н.В., Поспелов С.С, Джалали Биджан], состоящий в том, что вычисление поправок к координатам приемника производится после измерения псевдодальностей и псевдоскоростей по невязкам псевдодальностей.
Недостатком данного способа является также сложность аппаратной и вычислительной реализации и невозможность точного определения текущих значений ошибок взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника для их последующей компенсации.
Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения местоположения навигационного приемника за счет коррекции погрешности взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника.
Поставленная задача возникает при разработке систем контроля и управления навигационными спутниками, а также использования их измерений для решения навигационной задачи объекта.
Для обеспечения идентификации параметров навигационных спутников и упрощения аппаратной и вычислительной реализации данной процедуры предлагается способ, состоящий в том, что в группе из двух навигационных спутников, находящихся в зоне прямой видимости, реализуются одновременные передача навигационных сообщений от каждого спутника к каждому, и их прием каждым спутником от каждого, определение межспутниковых псевдодальностей и их передача на другой спутник с последующим решением на каждом спутнике системы двух линейных алгебраических уравнений, в результате которого определяются истинные дальности между спутниками и погрешности взаимной синхронизации их часов, после чего погрешности взаимной синхронизации часов спутников передаются в навигационных сообщениях и компенсируются в навигационном приемнике при определении ортодромических координат навигационного приемника на основе решения алгебраического уравнения четвертой степени, сформированного по разности измеренных псевдодальностей объекта между двумя спутниками и параметрам ортодромической траектории объекта.
Точность решения навигационной задачи с использованием средств спутниковой навигации в значительной мере зависит от степени подавления помех, возникающих при приеме-передаче спутниковых сообщений. В общем случае информационная структура спутникового измерения псевдодальности ZR, используемого в качестве основного сигнала при позиционировании объектов, с учетом помех, в наибольшей степени влияющих на точность позиционирования, имеет вид:
где ξс, ηc, ζс - текущие координаты спутника в гринвичской системе координат (ГрСК),
ξ, η, ζ - текущие координаты объекта в ГрСК,
С - номинальное значение скорости света в вакууме,
Δτ - погрешность часов навигационного приемника,
ΔT - погрешность часов спутника,
WИТ - погрешности, обусловленные прохождением радиосигнала через ионосферу и тропосферу,
WП - инструментальные погрешности навигационного приемника.
Сигналы измерения псевдодальностей между i-м и j-м спутниками будут свободны от погрешностей, обусловленных прохождением сигнала через ионосферу и тропосферу, как в (1), и будут иметь вид:
где Zij - псевдодальность, измеренная на j-м спутнике,
Rij - истинная дальность между i-м и j-м спутниками,
ΔTj - погрешность часов j-го спутника,
ΔTi - погрешность часов i-го спутника,
Для определения погрешности, обусловленной ошибкой взаимной синхронизации часов i-го и j-го спутников, в каждом навигационном спутнике дополнительно реализуется возможность приема результатов измерений псевдодальностей между ним и спутниками, находящимися в прямой видимости. На фиг. 1 показана схема передачи результатов измерений псевдодальностей, где использованы обозначения: спутники 1i, i=1,3.
Измеренные расстояния (псевдодальности) Zij между двумя навигационными спутниками 1 и 2 (фиг. 1) в соответствии с (2) могут быть представлены следующим образом:
где ΔТ12, ΔT21, - погрешности взаимной синхронизации часов спутников 1 и 2,
R12 - истинная дальность между спутниками.
Учитывая очевидное соотношение:
система (3) из 2-х уравнений с 3-мя неизвестными; может быть сведена к системе 2-х уравнений с 2-мя неизвестными - истинной дальностью R12 и погрешностью взаимной синхронизации часов спутников:
и легко решается непосредственно на борту каждого из спутников.
В данном случае решается задача текущего определения погрешностей взаимной синхронизации часов всех спутников и расстояний между спутниками, используемых, в свою очередь, в качестве дополнительной информации для повышения точности измерения текущего местоположения спутников.
Компенсация погрешностей взаимной синхронизации часов спутников и навигационного приемника основана на том, что для решения навигационной задачи спутниковые сообщения принимаются, как правило, не менее, чем от четырех спутников, что позволяет формировать различные линейные комбинации сигналов, принимаемых от разных спутников. Так, разность сигналов псевдодальностей, принятых от двух спутников - i-го и j-го, с учетом (1) имеет вид:
где принято вытекающее из практики спутниковой навигации допущение об идентичности помех, обусловленных прохождением через ионосферу и тропосферу радиосигналов спутников, находящихся в зоне видимости одного и того же объекта.
Как видно из (4), разность сигналов ZRi - ZRj любых двух спутников содержит помеховую составляющую ΔTij, которая уже известна из принятого спутникового сообщения и может быть скомпенсирована (при этом разность сигналов не содержит остальных помех, приведенных в (1): ошибок часов приемника, его инструментальных погрешностей и др.). В результате, обработке подлежат сигналы, содержащие только истинную информацию о координатах объекта:
что позволяет при его движении по аналитическим траекториям (локсодромической или ортодромической), аппроксимирующим реальную траекторию объекта со сколь угодно заданной точностью [Соколов С.В. Синтез аналитических моделей пространственных траекторий и их применение для решения задач спутниковой навигации // Прикладная физика и математика, т. 1, вып. 2, 2013. - С. 3-12], сделать решение навигационной задачи практически точным. Рассмотрим подобную возможность на примере ортодромической траектории.
Используя найденную в [Соколов С.В. Синтез аналитических моделей пространственных траекторий и их применение для решения задач спутниковой навигации // Прикладная физика и математика, т. 1, вып. 2, 2013. - С. 3-12] взаимосвязь гринвичских координат на ортодромической траектории:
h - высота спутника, r - радиус Земли, Р, Р0 - параметры, зависящие от координат начальной к конечной точек ортодромической траектории и приведенные в [Соколов С.В. Синтез аналитических моделей пространственных траекторий к их применение для решения задач спутниковой навигации // Прикладная физика и математика, т. 1, вып. 2, 2013. - С. 3-12],
и приводя переменные с учетом движения объекта по поверхности Земли (т.е.), преобразуем уравнение (5) к следующему виду:
где
- известные нестационарные функции. Очевидно, что в этом случае задача определения координатного вектора сводится к решению иррационального уравнения (7) относительно неизвестной переменной η. Трижды последовательно возводя обе части уравнения (7) в квадрат и обозначая параметры уравнения как:
получаем в канонической форме уравнение четвертого порядка относительно координаты η:
все коэффициенты которого нестационарны и должны вычисляться в масштабе времени поступления спутниковых измерений (что для существующих вычислителей проблемы не представляет.) Принципиально важным преимуществом уравнения (8) является известная возможность его аналитического решения [Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1975, 720 с.], позволяющая, во-первых, исключить все ошибки позиционирования, связанные с погрешностями применяемых в настоящее время численных методов, а во-вторых, повысить быстродействие решения навигационной задачи за счет ухода от итеративных процедур определения координатного вектора. Т.к. особенностью решения уравнения (8) является его неоднозначность, выраженная в неизбежном существовании четырех решений, определяемых по известным формулам [Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1975, 720 с.], то для определения истинного значения координаты η объекта очевидным выходом является привязка ее текущего значения к значению, полученному в предыдущий момент времени. В силу того, что начальные значения координат ортодромической траектории известны реализация подобной процедуры сравнения никаких трудностей не представляет.
Алгоритм реализации предложенного способа рассмотрим по шагам на примере спутника 1.
1. Передача навигационных сообщений к спутнику 2.
2. Прием навигационных сообщений от спутника 2 (выполняется одновременно с п. 1).
3. Определение псевдодальности Z21 до спутника 2.
4. Передача полученного значения псевдодальности Z21 на спутник 2.
5. Прием значения псевдодальности Z12 от спутника 2 (выполняется одновременно с п. 4).
6. Решение системы уравнений (3) и вычисление истинной дальности R12 и погрешности взаимной синхронизации часов ΔТ12.
7. Передача в спутниковом навигационном сообщении погрешностей взаимной синхронизации часов ΔТ12.
8. Вычисление в навигационном приемнике разностей псевдодальностей по измерениям, принятым от каждой пары видимых спутников.
9. Вычитание из полученных разностей псевдодальностей погрешностей взаимной синхронизации часов.
10. Вычисление текущих значений коэффициента уравнения (8).
11. Решение уравнения (8) и вычисление координат объекта по соотношениям (6).
Предложенный способ идентификации параметров навигационных спутников позволяет, во-первых, существенно повысить точность синхронизации хода часов на всех навигационных спутниках группировки (что особенно важно для системы ГЛОНАСС, наземные станции синхронизации времени которой расположены только на территории РФ), во-вторых, повысить общую точность решения навигационной задачи за счет компенсации основных помех в принятом навигационном сообщении. При этом также неизбежно увеличение точности определения рассмотренных пространственно-временных параметров в силу большей точности межспутниковых измерений, осуществляемых в космосе, по сравнению с телеметрическими, подверженными влиянию атмосферных возмущений.
Claims (1)
- Способ идентификации параметров навигационных спутников, заключающийся в том, что в группе из двух навигационных спутников, находящихся в зоне прямой видимости, реализуются одновременные передача навигационных сообщений от каждого спутника к каждому, и их прием каждым спутником от каждого, определение межспутниковых псевдодальностей, и их передача на другой спутник, с последующим решением на каждом спутнике системы двух линейных алгебраических уравнений, в результате которого определяются истинные дальности между спутниками и погрешности взаимной синхронизации их часов, после чего погрешности взаимной синхронизации часов спутников передаются в навигационных сообщениях и компенсируются в навигационном приемнике при определении ортодромических координат навигационного приемника на основе решения алгебраического уравнения четвертой степени, сформированного по разности измеренных псевдодальностей объекта между двумя спутниками и параметрам ортодромической траектории объекта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110437/07A RU2584541C1 (ru) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | Способ идентификации параметров навигационных спутников |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110437/07A RU2584541C1 (ru) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | Способ идентификации параметров навигационных спутников |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2584541C1 true RU2584541C1 (ru) | 2016-05-20 |
Family
ID=56012176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015110437/07A RU2584541C1 (ru) | 2015-03-24 | 2015-03-24 | Способ идентификации параметров навигационных спутников |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2584541C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2689840C1 (ru) * | 2018-10-10 | 2019-05-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Устройство позиционирования транспортных средств |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6091785A (en) * | 1997-09-25 | 2000-07-18 | Trimble Navigation Limited | Receiver having a memory based search for fast acquisition of a spread spectrum signal |
RU2319977C1 (ru) * | 2006-07-21 | 2008-03-20 | Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") | Способ слежения за задержкой фронтов дальномерного кода сигналов навигационных спутников |
RU2386980C2 (ru) * | 2004-07-26 | 2010-04-20 | Навком Текнолоджи, Инк. | Подвижный опорный приемник для кинематической навигации в реальном времени (rtk), основанной на поправках, вычисленных в опорном приемнике |
EP2376936A1 (en) * | 2008-12-09 | 2011-10-19 | Navcom Technology, Inc. | Methods and systems to increase accuracy in the navigation of single frequency receivers |
RU2432584C2 (ru) * | 2010-01-25 | 2011-10-27 | Мстар Семикондактор, Инк. | Способ определения координат мобильного приемника спутниковой радионавигационной системы (срнс) |
RU2444027C2 (ru) * | 2010-03-12 | 2012-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Спирит Корп" | Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска |
WO2013122498A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Veitsel Vladimir Viktorovich | Improving a positioning quality of a global navigation satellite system receivers |
-
2015
- 2015-03-24 RU RU2015110437/07A patent/RU2584541C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6091785A (en) * | 1997-09-25 | 2000-07-18 | Trimble Navigation Limited | Receiver having a memory based search for fast acquisition of a spread spectrum signal |
RU2386980C2 (ru) * | 2004-07-26 | 2010-04-20 | Навком Текнолоджи, Инк. | Подвижный опорный приемник для кинематической навигации в реальном времени (rtk), основанной на поправках, вычисленных в опорном приемнике |
RU2319977C1 (ru) * | 2006-07-21 | 2008-03-20 | Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") | Способ слежения за задержкой фронтов дальномерного кода сигналов навигационных спутников |
EP2376936A1 (en) * | 2008-12-09 | 2011-10-19 | Navcom Technology, Inc. | Methods and systems to increase accuracy in the navigation of single frequency receivers |
RU2432584C2 (ru) * | 2010-01-25 | 2011-10-27 | Мстар Семикондактор, Инк. | Способ определения координат мобильного приемника спутниковой радионавигационной системы (срнс) |
RU2444027C2 (ru) * | 2010-03-12 | 2012-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Спирит Корп" | Приемник спутниковых навигационных сигналов с блоком быстрого и высокочувствительного поиска |
WO2013122498A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Veitsel Vladimir Viktorovich | Improving a positioning quality of a global navigation satellite system receivers |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2689840C1 (ru) * | 2018-10-10 | 2019-05-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Устройство позиционирования транспортных средств |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2634593B1 (en) | Positioning using a local wave-propagation model | |
JP4146877B2 (ja) | 単独測位装置および単独測位方法 | |
EP2422217B1 (en) | Positioning determinations of receivers | |
EP0694791A1 (en) | Method and system for resolving double difference GPS carrier phase integer ambiguity utilizing decentralized kalman filters | |
JP2010528320A (ja) | リアルタイムキネマティック(rtk)測位における距離依存性誤差の軽減 | |
JP2017173327A (ja) | 衛星測位システムを用いた測位方法および測位装置 | |
US20140375495A1 (en) | Vehicle Positioning in High-Reflection Environments | |
US11781868B2 (en) | System and method for GNSS reflective surface mapping and position fix estimation | |
Quddus et al. | Validation of map matching algorithms using high precision positioning with GPS | |
US20230184956A1 (en) | System and method for correcting satellite observations | |
US10830898B2 (en) | Method and apparatus applicable to positioning in NLOS environment | |
JP2010071686A (ja) | 測位装置、コンピュータプログラム及び測位方法 | |
CN107561562A (zh) | 一种gnss‑r遥感中镜面反射点快速确定方法 | |
Zhang et al. | A novel GNSS based V2V cooperative localization to exclude multipath effect using consistency checks | |
KR20130036145A (ko) | 이동 정보 결정 장치, 수신기 및 그에 의한 방법 | |
WO2016005585A1 (en) | Method and system for positioning and timing of a radionavigation receiver | |
Kucwaj et al. | Accurate pseudorange estimation by means of code and phase delay integration: Application to GNSS-R altimetry | |
CN110568464A (zh) | 基于bds/gnss多模芯片的精密定位方法及装置 | |
US20220244407A1 (en) | Method for Generating a Three-Dimensional Environment Model Using GNSS Measurements | |
RU2624268C1 (ru) | Способ определения взаимного положения объектов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем | |
RU2584541C1 (ru) | Способ идентификации параметров навигационных спутников | |
Obst et al. | Probabilistic non-line-of-sight detection in reliable urban GNSS vehicle localization based on an empirical sensor model | |
AMAMI | Enhancing Stand-Alone GPS Code Positioning Using Stand-Alone Double Differencing Carrier Phase Relative Positioning | |
Oszczak | New algorithm for GNSS positioning using system of linear equations | |
Kirkko-Jaakkola et al. | Improving TTFF by two-satellite GNSS positioning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180325 |