RU2587666C1 - Method of identifying parameters of navigation satellites - Google Patents

Method of identifying parameters of navigation satellites Download PDF

Info

Publication number
RU2587666C1
RU2587666C1 RU2015118008/07A RU2015118008A RU2587666C1 RU 2587666 C1 RU2587666 C1 RU 2587666C1 RU 2015118008/07 A RU2015118008/07 A RU 2015118008/07A RU 2015118008 A RU2015118008 A RU 2015118008A RU 2587666 C1 RU2587666 C1 RU 2587666C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
satellites
satellite
errors
pseudorange
Prior art date
Application number
RU2015118008/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Имран Гурруевич Акперов
Владислав Валерьевич Каменский
Сергей Олегович Крамаров
Сергей Викторович Соколов
Виктор Иванович Лукасевич
Евгений Николаевич Тищенко
Original Assignee
Частное образовательное учреждение высшего образования "ЮЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ИУБиП)"
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 Частное образовательное учреждение высшего образования "ЮЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ИУБиП)" filed Critical Частное образовательное учреждение высшего образования "ЮЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ИУБиП)"
Priority to RU2015118008/07A priority Critical patent/RU2587666C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2587666C1 publication Critical patent/RU2587666C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/24Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/246Acquisition 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

FIELD: communication.
SUBSTANCE: invention relates to methods for navigating based on satellite radio navigation systems (SRNS) and can be used to identify parameters of navigation satellites and improve accuracy of determining coordinates of a navigation receiver. Technical result is high accuracy of locating a navigation receiver. Said result is achieved due to compensation of occurring errors when determining coordinates of navigation receiver.
EFFECT: technical result is elimination of errors of mutual synchronisation hours navigation satellites and navigation receiver.
1 cl, 1 dwg

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.The invention relates to navigation methods for Satellite Radio Navigation Systems (SRNS) and can be used to identify the parameters of navigation satellites and improve the accuracy of determining the coordinates of the navigation receiver. The technical result consists in increasing the accuracy of determining the coordinates of the navigation receiver by eliminating errors in the mutual synchronization of the clock of navigation satellites and the navigation receiver.

Известны различные способы повышения точности определения координат навигационного приемника. В патенте США №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 патенте США № 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.There are various ways to improve the accuracy of determining the coordinates of the navigation receiver. US Pat. No. 7,535,414 describes a method which assumes that before calculating the coordinates of the navigation receiver, the uncertainties caused including errors of the navigation satellite clock, in incomplete pseudo-ranges US Pat. No. 6,417,801 proposes the resolution of uncertainties in incomplete pseudorange by adding a correction to the measurement time in the vector of estimated parameters, followed by enumerating all valid integer combinations of ambiguities and selecting the necessary one according to the criterion of the minimum residual residuals.

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. Anew Massachusetts model for GPS yaw attitude // 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.Also, to improve the accuracy of determining the coordinates of the navigation receiver, various clock error compensation algorithms are used [GLONASS interface control document (5.1 edition). - M.: RNII KP, 2008. - 57 p.], And also uses a differential mode of measurements by code ranges, implemented using a control navigation receiver with known geographical coordinates - the so-called. base station [Bar-Sever, Y. Anew Massachusetts model for GPS yaw attitude // Journal of Geodesy, 70, 714723, 1996]. The disadvantages of these methods are the complexity of their implementation and the inability to accurately determine the current error values of the mutual synchronization of the clock of navigation satellites and the navigation receiver for their subsequent compensation.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, описанный в патенте 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.Closest to the proposed invention is the method described in the patent of the Russian Federation No. 2432584. The method for determining the coordinates of the navigation receiver of the satellite radio navigation system / Vasiliev M.V., Mikhailov N.V., Pospelov S.S., Jalali Bidjan, which consists in the fact that the calculation of the corrections to the coordinates of the receiver is made after measuring the pseudorange and pseudo-velocity from the residual pseudorange.

Недостатком данного способа также является сложность аппаратной и вычислительной реализации и невозможность точного определения текущих значений ошибок взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника для их последующей компенсации.The disadvantage of this method is the complexity of the hardware and computational implementation and the inability to accurately determine the current error values of the mutual synchronization of the clocks of navigation satellites and the navigation receiver for their subsequent compensation.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения местоположения навигационного приемника за счет коррекции погрешности взаимной синхронизации часов навигационных спутников и навигационного приемника.The claimed invention is aimed at solving the problem of improving the accuracy of determining the location of the navigation receiver by correcting the error of the mutual synchronization of the clocks of the navigation satellites and the navigation receiver.

Поставленная задача возникает при разработке систем контроля и управления навигационными спутниками, а также использования их измерений для решения навигационной задачи объекта.The problem arises in the development of monitoring and control systems for navigation satellites, as well as the use of their measurements to solve the navigation problem of the object.

Для обеспечения идентификации параметров навигационных спутников и упрощения аппаратной и вычислительной реализации данной процедуры предлагается способ, состоящий в том, что в группе из пяти 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 девятнадцати линейных алгебраических уравнений, в результате которого определяются истинные дальности между спутниками, погрешности взаимной синхронизации часов спутников и инструментальные погрешности передатчиков, после чего погрешности взаимной синхронизации часов спутников и инструментальные погрешности передатчиков передаются в навигационных сообщениях и компенсируются в навигационном приемнике при определении координат навигационного приемника на основе решения системы трех нелинейных уравнений, каждое из которых сформировано по разности измеренных псевдодальностей между двумя спутниками.To ensure identification of the parameters of navigation satellites and simplify the hardware and computational implementation of this procedure, a method is proposed consisting in the fact that in a group of five navigation satellites located in the line of sight, simultaneous transmission of navigation messages from each satellite to each and their reception by each satellite are implemented from each, the determination of inter-satellite pseudorange and their transmission to another satellite with the subsequent solution on each satellite of the system of nineteen linear algorithms equations, as a result of which true distances between satellites, errors of mutual synchronization of satellite clocks and instrumental errors of transmitters are determined, after which errors of mutual synchronization of satellite clocks and instrumental errors of transmitters are transmitted in navigation messages and compensated in the navigation receiver when determining the coordinates of the navigation receiver based on the solution systems of three nonlinear equations, each of which is formed by the difference measured pseudorange between two satellites.

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:The accuracy of solving a navigation problem using satellite navigation means largely depends on the degree of suppression of interference arising from the reception and transmission of satellite messages. In the General case, the information structure of the satellite measurement of the pseudorange Z R used as the main signal when positioning objects, taking into account the interference that most affects the positioning accuracy, has the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ξс, ηс, ζс - текущие координаты спутника в гринвичской системе координат (ГрСК),where ξ s , η s , ζ s are the current coordinates of the satellite in the Greenwich coordinate system (GrSK),

ξ, η, ζ - текущие координаты объекта в ГрСК,ξ, η, ζ - the current coordinates of the object in GRSK,

C - номинальное значение скорости света в вакууме,C is the nominal value of the speed of light in vacuum,

Δτ - погрешность часов навигационного приемника,Δτ is the error of the clock of the navigation receiver,

ΔT - погрешность часов спутника,ΔT is the error of the satellite clock,

WИТ - погрешности, обусловленные прохождением радиосигнала через ионосферу и тропосферу,W IT - errors due to the passage of the radio signal through the ionosphere and troposphere,

WS - инструментальные погрешности передатчика спутника.W S - instrumental errors of the satellite transmitter.

Среди перечисленных погрешностей наиболее значительный удельный вес имеют инструментальные погрешности передатчика спутника и ошибки часов спутника и приемника. Так, например, несмотря на установку атомных часов на навигационных спутниках, среднеквадратическое значение ошибки взаимной синхронизации бортовых шкал времени может достигать 20 и более нс [ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ / Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 с открытым доступом и частотным разделением (Редакция 5.1). 2008. - 74 с.].Among the listed errors, the instrumental errors of the satellite transmitter and the errors of the clocks of the satellite and receiver have the most significant share. So, for example, despite the installation of an atomic clock on navigation satellites, the mean square error of the mutual synchronization of the onboard time scales can reach 20 or more ns [GLONASS. Interface control document / Navigation radio signal in the L1, L2 bands with open access and frequency division (Version 5.1). 2008. - 74 p.].

В настоящее время для компенсации погрешности часов применяются различные алгоритмы, построенные на основе ее аппроксимации временными полиномами. Например, в СНС ГЛОНАСС ошибка часов спутника ΔT аппроксимируется линейной зависимостью от времени с заданными параметрами (в GPS применяется квадратичная зависимость):At present, various algorithms based on its approximation by time polynomials are used to compensate for clock errors. For example, in the GLONASS SNA, the satellite clock error ΔT is approximated by a linear time dependence with specified parameters (a quadratic dependence is used in GPS):

Figure 00000002
Figure 00000002

где t* - время расчета погрешности на момент поступления спутниковой информации, α0, α1 - известные параметры модели ошибки часов спутника, TГ - время задержки спутникового сигнала, TР - релятивистская поправка, определяемая в процессе вычисления координат спутника. Как видно из (2), компенсационная модель содержит 4(!) параметра, требующих дополнительного непростого их определения с различной периодичностью, снижающего общую эффективность применения модели (2). При этом алгоритмы компенсации инструментальных погрешностей передатчика спутника в настоящее время вообще отсутствуют.where t * is the time of calculating the error at the time of satellite information, α 0 , α 1 are the known parameters of the satellite clock error model, T G is the delay time of the satellite signal, T P is the relativistic correction determined in the process of calculating the satellite coordinates. As can be seen from (2), the compensation model contains 4 (!) Parameters that require an additional difficult determination with different periodicities, which reduces the overall efficiency of the model (2). Moreover, algorithms for compensating the instrumental errors of the satellite transmitter are currently completely absent.

Существующие навигационные системы ГЛОНАСС и GPS с целью повышения точности решения навигационной задачи проходят в настоящий момент усиленную модернизацию, позволяющую, в частности, определять с помощью бортовых измерительных средств расстояния между спутниками, находящимися в зоне прямой видимости.The existing GLONASS and GPS navigation systems, in order to improve the accuracy of solving the navigation problem, are currently undergoing extensive modernization, which allows, in particular, determining the distance between satellites located in direct line of sight using on-board measuring instruments.

Так, например, навигационные спутники ГЛОНАСС-М оснащаются бортовой аппаратурой межспутниковых измерений [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - 3-е изд., перераб. - М.: Радиотехника, 2005. - 688 с.], а навигационные спутники ГЛОНАСС-К - приемоформирующим устройством межспутниковой радиолинии [Ступак Г.Г., Ревнивых С.Г., Игнатович Е.И., Куршин В.В., Бетанов В.В., Панов С.С., Бондарев Н.З., Чеботарев В.Е., Решетнева М.Ф., Балашова Н.Н., Сердюков А.И., Синцова Л.Н. // Выбор структуры орбитальной группировки перспективной системы ГЛОНАС // Космонавтика №3-4 (6) 2013, С. 4-11]. Формирующая часть устройства межспутниковой радиолинии осуществляет формирование и излучение информационно-измерительных радиосигналов, структура которых аналогична структуре навигационного сигнала ГЛОНАСС. В приемной части осуществляется усиление радиосигналов и измерение псевдоскорости и псевдодальности между навигационными спутниками системы ГЛОНАСС.So, for example, GLONASS-M navigation satellites are equipped with on-board inter-satellite measurement equipment [GLONASS. The principles of construction and operation / Ed. A.I. Perova, V.N. Harisova. - 3rd ed., Revised. - M .: Radio engineering, 2005. - 688 p.], And GLONASS-K navigation satellites - by the receiving-forming device of the inter-satellite radio line [Stupak GG, Revnyvykh SG, Ignatovich EI, Kurshin VV, Betanov V.V., Panov S.S., Bondarev N.Z., Chebotarev V.E., Reshetneva M.F., Balashova N.N., Serdyukov A.I., Sintsova L.N. // Choice of the structure of the orbital grouping of the GLONAS perspective system // Cosmonautics No. 3-4 (6) 2013, S. 4-11]. The forming part of the inter-satellite radio link device generates and emits information-measuring radio signals, the structure of which is similar to the structure of the GLONASS navigation signal. In the receiving part, radio signals are amplified and the pseudo-speed and pseudorange are measured between the navigation satellites of the GLONASS system.

Повышение точности определения положения навигационных спутников возможно также при использовании лазерных дальномеров [Чубыкин А.А., Рой Ю.А., Корнишев О.М., Падун П.П. Использование бортовых лазерных измерительно-связных средств для повышения точности и оперативности ЭВО спутников системы ГЛОНАСС // ЭВ & ЭС. Т. 12. 2007. С. 25-30, Шаргородский В.Д., Чубыкин А.А., Сумерин В.В. Межспутниковая лазерная навигационно-связная система // Аэрокосмический курьер. 2007. №1 (49). С. 88-89], в основе которого лежит принцип измерения времени распространения лазерных импульсов.Improving the accuracy of determining the position of navigation satellites is also possible when using laser rangefinders [Chubykin AA, Roy Yu.A., Kornishev OM, Padun P.P. The use of onboard laser measuring and connected means to improve the accuracy and efficiency of EVO satellites of the GLONASS system // EV & ES. T. 12. 2007. S. 25-30, Shargorodsky V.D., Chubykin A.A., Sumerin V.V. Inter-satellite laser navigation and communications system // Aerospace Courier. 2007. No1 (49). P. 88-89], which is based on the principle of measuring the propagation time of laser pulses.

При этом очевидно, что 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:It is obvious that the measurement signals of pseudorange between the ith and jth satellites will be free from errors caused by the passage of the signal through the ionosphere and troposphere as in (1), and will have the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Zij - псевдодальность, измеренная на j-м спутнике,where Z ij is the pseudorange measured on the jth satellite,

Rij - истинная дальность между i-м и j-м спутниками,R ij is the true range between the i-th and j-th satellites,

ΔTj - погрешность часов j-го спутника,ΔT j is the error of the clock of the j-th satellite,

ΔTi - погрешность часов i-го спутника,ΔT i - clock error of the i-th satellite,

WSi - погрешность передатчика i-го спутника,W Si is the error of the transmitter of the i-th satellite,

ΔTji=c(ΔTj-ΔTi) - ошибка взаимной синхронизации часов i-го и j-го спутников.ΔT ji = c (ΔT j -ΔT i ) is the error of mutual synchronization of the clocks of the i-th and j-th satellites.

Перед построением алгоритма идентификации искомых пространственно-временных параметров спутников предварительно определим число спутников N, необходимое и достаточное для их полной идентификации. Число всех возможных расстояний между N спутниками (равное числу ребер графа с N вершинами) определяется известным выражением: N(N-1)/2. При обоюдном измерении расстояний между двумя спутниками число измеренных межспутниковых дальностей будет равно, соответственно, N(N-1). В полученных измерениях содержатся следующие неизвестные переменные: N(N-1)/2 истинных расстояний между N спутниками, (N-1) линейно независимых ошибок взаимной синхронизации часов N спутников (остальные (N-1)(N/2-1) определяются их линейными комбинациями) и N инструментальных погрешностей передатчиков N спутников, т.е. общее число неизвестных переменных составляет N(N-1)/2+N-1+N. Приравнивая общее число измерений к числу неизвестных переменных, имеем следующее уравнение:Before constructing an algorithm for identifying the desired spatio-temporal parameters of satellites, we first determine the number of satellites N, which is necessary and sufficient for their complete identification. The number of all possible distances between N satellites (equal to the number of edges of the graph with N vertices) is determined by the well-known expression: N (N-1) / 2. In the mutual measurement of the distances between two satellites, the number of measured inter-satellite ranges will be, respectively, N (N-1). The obtained measurements contain the following unknown variables: N (N-1) / 2 true distances between N satellites, (N-1) linearly independent errors of mutual synchronization of clocks of N satellites (the rest (N-1) (N / 2-1) are determined their linear combinations) and N instrumental errors of the transmitters of N satellites, i.e. the total number of unknown variables is N (N-1) / 2 + N-1 + N. Equating the total number of measurements to the number of unknown variables, we have the following equation:

N(N-1)/2=2N-1N (N-1) / 2 = 2N-1

илиor

N2-5N+2=0,N 2 -5N + 2 = 0,

откуда легко определяется число спутников, необходимое и достаточное для решения поставленной задачи идентификации:from which the number of satellites is easily determined, which is necessary and sufficient to solve the identification problem posed:

N=5.N = 5.

(Если истинные расстояния между спутниками известны - например, измерены с высокой точностью лазерными дальномерами, то число неизвестных переменных сокращается до 2N-1 и уравнение, определяющее число спутников, принимает вид: N2-3N+1=0, откуда N=3).(If the true distances between the satellites are known - for example, measured with high accuracy by laser range finders, then the number of unknown variables is reduced to 2N-1 and the equation determining the number of satellites takes the form: N 2 -3N + 1 = 0, whence N = 3) .

В принятых обозначениях измеренные расстояния (псевдодальности) Zij между пятью навигационными спутниками 1i, i=1,5 (фиг. 1) могут быть представлены следующим образом:In the accepted notation, the measured distances (pseudorange) Z ij between the five navigation satellites 1 i , i = 1.5 (Fig. 1) can be represented as follows:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ΔT12, ΔT13, ΔT53, ΔT23…ΔT34, ΔT54, ΔT24 - погрешности взаимной синхронизации часов спутников 11, 12, 13, 14 и 15,where ΔT 12 , ΔT 13 , ΔT 53 , ΔT 23 ... ΔT 34 , ΔT 54 , ΔT 24 - errors of mutual synchronization of the clocks of satellites 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 and 1 5 ,

R13, R23, R12…R53, R24, R54 - истинные дальности между спутниками,R 13 , R 23 , R 12 ... R 53 , R 24 , R 54 - true ranges between satellites,

WS1, WS2, WS3, WS4, WS5 - инструментальные погрешности передатчиков спутников 11, 12, 13, 14 и 15, соответственно.W S1 , W S2 , W S3 , W S4 , W S5 are the instrumental errors of the transmitters of the satellites 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 and 1 5 , respectively.

Учитывая очевидные соотношения:Given the obvious relationships:

ΔTji=-ΔTij, ΔTjk=ΔTik-ΔTij=ΔTk-ΔTj, i, j, k=1, 2…5,ΔT ji = -ΔT ij , ΔT jk = ΔT ik -ΔT ij = ΔT k -ΔT j , i, j, k = 1, 2 ... 5,

система (4) из 20 уравнений с 35 неизвестными может быть сведена к системе 20 уравнений с 19 неизвестными - десятью истинными дальностями R13, R23, R12, …, R43, R24, R54, четырьмя независимыми погрешностями взаимной синхронизации часов спутников (выбор определяемых погрешностей принципиального значения не имеет, поэтому выберем далее в качестве независимых переменных погрешности ΔT12, ΔT13, ΔT14, ΔT15) и инструментальными погрешностями передатчиков WS1, WS2, WS3, WS4, WS5:system (4) of 20 equations with 35 unknowns can be reduced to a system of 20 equations with 19 unknowns - ten true ranges R 13 , R 23 , R 12 , ..., R 43 , R 24 , R 54 , four independent errors of clock synchronization satellites (the choice of the determined errors is of no fundamental importance, therefore, we will choose the errors ΔT 12 , ΔT 13 , ΔT 14 , ΔT 15 as independent variables) and instrumental errors of the transmitters W S1 , W S2 , W S3 , W S4 , W S5 :

Figure 00000005
Figure 00000005

и легко решается любым из известных способов решения линейных алгебраических уравнений непосредственно на борту каждого из спутников 11, 12, 13, 14 и 15. Т.к. при этом одно избыточное уравнение может быть исключено, возникает возможность дополнительного формирования еще C 20 19 1 = 19

Figure 00000006
систем уравнений, аналогичных (5), для их параллельного решения с целью повышения точности идентификации - за счет, например, усреднения полученных результатов. В данном случае решается не только задача текущего определения погрешностей взаимной синхронизации часов всех спутников и инструментальных погрешностей их передатчиков, используемых, как показано далее, для компенсации помех в сигнале навигационного приемника объекта, но и расстояний между спутниками, используемых, в свою очередь, в качестве дополнительной информации для повышения точности измерения текущего местоположения спутников.and is easily solved by any of the known methods for solving linear algebraic equations directly on board each of the satellites 1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 and 1 5 . Because however, one redundant equation can be excluded, there is the possibility of additional formation C twenty 19 - one = 19
Figure 00000006
systems of equations similar to (5) for their parallel solution in order to increase the accuracy of identification - for example, by averaging the results. In this case, not only the problem of the current determination of the errors of mutual synchronization of the clocks of all satellites and the instrumental errors of their transmitters, used, as shown below, to compensate for interference in the signal of the navigation receiver of the object, but also the distances between the satellites, used, in turn, is solved additional information to improve the accuracy of measuring the current location of satellites.

Таким образом, определение всех упомянутых выше параметров позволяет осуществить идентификацию как расстояний между спутниками, так и ошибок синхронизации их собственных часов и инструментальных погрешностей передатчиков.Thus, the determination of all the parameters mentioned above allows the identification of both the distances between the satellites and the synchronization errors of their own clocks and instrumental errors of the transmitters.

Компенсация погрешностей спутникового сообщения в навигационном приемнике основана на том, что для решения навигационной задачи спутниковые сообщения принимаются, как правило, не менее чем от четырех спутников [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - 3-е изд., перераб. - М.: Радиотехника, 2005. - 688 с.], 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:Compensation of errors in satellite communications in a navigation receiver is based on the fact that for solving a navigation problem satellite communications are received, as a rule, from at least four satellites [GLONASS. The principles of construction and operation / Ed. A.I. Perova, V.N. Harisova. - 3rd ed., Revised. - M .: Radio engineering, 2005. - 688 p.], Which allows you to generate various linear combinations of signals received from different satellites. So, the difference of the pseudorange signals received from two satellites - i-th and j-th, taking into account (1), has the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

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.where the assumption arising from the practice of satellite navigation is accepted that interference is identical due to the passage through the ionosphere and troposphere of the radio signals of satellites located in the field of view of the same object.

Как видно из (6), разность сигналов ZRi-ZRj любых двух спутников содержит помеховые составляющие ΔTij, WSi, WSj, которые уже известны из принятого спутникового сообщения и могут быть скомпенсированы (и не содержит остальных помех, приведенных в (1): ошибок часов приемника, его инструментальных погрешностей и др.).As can be seen from (6), the difference of the signals Z Ri -Z Rj of any two satellites contains interference components ΔT ij , W Si , W Sj , which are already known from the received satellite message and can be compensated (and does not contain the remaining interference given in ( 1): receiver clock errors, its instrumental errors, etc.).

В результате, обработке - применению стандартной итеративной процедуры решения системы нелинейных уравнений (7) относительно координат ξ, η, ζ, подлежат сигналы, содержащие только истинную информацию о координатах объекта, что позволяет существенно повысить общую точность решения навигационной задачи:As a result, processing — using the standard iterative procedure for solving the system of nonlinear equations (7) with respect to the coordinates ξ, η, ζ — is subject to signals containing only true information about the coordinates of the object, which can significantly increase the overall accuracy of solving the navigation problem:

Figure 00000008
Figure 00000008

где ΔZij - разность псевдодальностей, принятых от i-го и j-го спутников;where ΔZ ij is the difference of the pseudorange received from the i-th and j-th satellites;

ΔZik - разность псевдодальностей, принятых от i-го и k-го спутников;ΔZ ik is the difference of the pseudorange received from the i-th and k-th satellites;

ΔZkj - разность псевдодальностей, принятых от k-го и j-го спутников.ΔZ kj is the difference of the pseudoranges received from the kth and jth satellites.

Алгоритм технической реализации предлагаемого способа рассмотрим по шагам на примере спутника 1 (фиг. 1).The algorithm for the technical implementation of the proposed method is considered in steps using the example of satellite 1 (Fig. 1).

1. Передача навигационных сообщений к спутникам 12, 13, 14, 15.1. Transmission of navigation messages to satellites 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 .

2. Прием навигационных сообщений от спутников 12, 13, 14, 15 (выполняется одновременно с п. 1).2. Reception of navigation messages from satellites 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 (performed simultaneously with p. 1).

3. Определение псевдодальностей Z21, Z31, Z41, Z51 до спутников 12, 13, 14, 15.3. Determination of pseudorange Z 21 , Z 31 , Z 41 , Z 51 to satellites 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 .

4. Параллельная передача полученных значений псевдодальностей Z21, Z31, Z41, Z51 на спутники 12, 13, 14, 15.4. Parallel transmission of the obtained pseudorange values Z 21 , Z 31 , Z 41 , Z 51 to satellites 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 .

5. Прием значений псевдодальностей Z12, Z32, Z42, Z52 от спутника 12 (выполняется одновременно с п. 4).5. Reception of pseudorange values Z 12 , Z 32 , Z 42 , Z 52 from satellite 1 2 (performed simultaneously with step 4).

6. Прием значений псевдодальностей Z13, Z23, Z43, Z53 от спутника 13 (выполняется одновременно с п. 4).6. Reception of pseudorange values Z 13 , Z 23 , Z 43 , Z 53 from satellite 1 3 (performed simultaneously with step 4).

7. Прием значений псевдодальностей Z14, Z24, Z34, Z54 от спутника 14 (выполняется одновременно с п. 4).7. Reception of pseudorange values Z 14 , Z 24 , Z 34 , Z 54 from satellite 1 4 (performed simultaneously with step 4).

8. Прием значений псевдодальностей Z15, Z25, Z45, Z35 от спутника 15 (выполняется одновременно с п. 4).8. Reception of pseudorange values Z 15 , Z 25 , Z 45 , Z 35 from satellite 1 5 (performed simultaneously with step 4).

9. Решение системы уравнений (5) и вычисление истинных дальностей R13, R23, R12, …, R53, R24, R54; погрешностей взаимной синхронизации часов ΔT12, ΔT13, ΔT14, ΔT15 и инструментальных погрешностей передатчиков WS1, WS2, WS3, WS4, WS5.9. The solution of the system of equations (5) and the calculation of the true ranges R 13 , R 23 , R 12 , ..., R 53 , R 24 , R 54 ; errors of mutual synchronization of the clock ΔT 12 , ΔT 13 , ΔT 14 , ΔT 15 and instrumental errors of the transmitters W S1 , W S2 , W S3 , W S4 , W S5 .

10. Передача в спутниковом сообщении истинных дальностей Rij между всеми спутниками, погрешностей взаимной синхронизации часов и значений инструментальных погрешностей передатчиков для последующей корректировки спутниковых измерений (1).10. The transmission in the satellite message of the true ranges R ij between all satellites, the errors of mutual clock synchronization and the values of the instrumental errors of the transmitters for subsequent correction of satellite measurements (1).

11. Решение системы уравнений (7) и вычисление координат навигационного приемника.11. The solution of the system of equations (7) and the calculation of the coordinates of the navigation receiver.

Предложенный способ идентификации параметров навигационных спутников позволяет, используя простые методы радио- и лазерных измерений, 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, определять истинные дальности Rij между спутниками непосредственно на борту спутника, снижая тем самым вычислительную нагрузку на приемники потребителей и телеметрических станций слежения, и, в-третьих, 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.The proposed method for identifying the parameters of navigation satellites allows, using simple methods of radio and laser measurements, firstly, to significantly improve the accuracy of clock synchronization on all navigation satellites of the group (which is especially important for the GLONASS system, whose ground time synchronization stations are located only in the Russian Federation ), secondly, to determine the true ranges R ij between satellites directly on board the satellite, thereby reducing the computational load on consumer receivers and those lemetric tracking stations, and, thirdly, to increase the overall accuracy of solving the navigation problem by compensating for the main interference in the received navigation message. At the same time, an increase in the accuracy of the determination of the considered spatio-temporal parameters is also inevitable due to the greater accuracy of inter-satellite measurements performed in space, compared with telemetric ones subject to atmospheric disturbances.

Claims (1)

Способ идентификации параметров навигационных спутников, заключающийся в том, что в группе из пяти 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 девятнадцати линейных алгебраических уравнений, в результате которого определяются истинные дальности между спутниками, погрешности взаимной синхронизации часов спутников и инструментальные погрешности передатчиков, после чего погрешности взаимной синхронизации часов спутников и инструментальные погрешности передатчиков передаются в навигационных сообщениях и компенсируются в навигационном приемнике при определении координат навигационного приемника на основе решения системы трех нелинейных уравнений, каждое из которых сформировано по разности измеренных псевдодальностей между двумя спутниками. A method for identifying the parameters of navigation satellites, which consists in the fact that in a group of five navigation satellites located in the line of sight, there are simultaneous transmission of navigation messages from each satellite to each and their reception by each satellite from each, determination of inter-satellite pseudorange and their transmission to another satellite with the subsequent solution on each satellite of the system of nineteen linear algebraic equations, as a result of which the true distances between the satellites are determined, errors of mutual synchronization of satellite clocks and instrumental errors of transmitters, after which errors of mutual synchronization of satellite clocks and instrumental errors of transmitters are transmitted in navigation messages and compensated in the navigation receiver when determining the coordinates of the navigation receiver based on the solution of a system of three nonlinear equations, each of which is formed by the difference of the measured pseudorange between two satellites.
RU2015118008/07A 2015-05-14 2015-05-14 Method of identifying parameters of navigation satellites RU2587666C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118008/07A RU2587666C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Method of identifying parameters of navigation satellites

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118008/07A RU2587666C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Method of identifying parameters of navigation satellites

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2587666C1 true RU2587666C1 (en) 2016-06-20

Family

ID=56132299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015118008/07A RU2587666C1 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Method of identifying parameters of navigation satellites

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587666C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2006-07-21 2008-03-20 Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") Method for tracking of delay of range finder code fronts of navigational satellite signals
RU2386980C2 (en) * 2004-07-26 2010-04-20 Навком Текнолоджи, Инк. Movable reference receiver for kinematic real-time navigation (rtk) based on modifications
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 (en) * 2010-01-25 2011-10-27 Мстар Семикондактор, Инк. Method of determining coordinates of satellite radio navigation system (srns) mobile receiver
RU2444027C2 (en) * 2010-03-12 2012-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Спирит Корп" Satellite navigation signal receiver with fast and high-sensitivity search unit
WO2013122498A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-22 Veitsel Vladimir Viktorovich Improving a positioning quality of a global navigation satellite system receivers

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 2004-07-26 2010-04-20 Навком Текнолоджи, Инк. Movable reference receiver for kinematic real-time navigation (rtk) based on modifications
RU2319977C1 (en) * 2006-07-21 2008-03-20 Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") Method for tracking of delay of range finder code fronts of navigational satellite signals
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 (en) * 2010-01-25 2011-10-27 Мстар Семикондактор, Инк. Method of determining coordinates of satellite radio navigation system (srns) mobile receiver
RU2444027C2 (en) * 2010-03-12 2012-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Спирит Корп" Satellite navigation signal receiver with fast and high-sensitivity search unit
WO2013122498A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-22 Veitsel Vladimir Viktorovich Improving a positioning quality of a global navigation satellite system receivers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7267460B2 (en) System and method for high integrity satellite positioning
CN109738917B (en) Multipath error weakening method and device in Beidou deformation monitoring
US10012738B2 (en) Positioning method and positioning apparatus using satellite positioning system
US5831576A (en) Integrity monitoring of location and velocity coordinates from differential satellite positioning systems signals
US10816670B2 (en) Navigation satellite system positioning with enhanced satellite-specific correction information
US20080204312A1 (en) Phase Ambiguity Resolution Method for a Satellite Based Positioning System
AU2012245010B2 (en) Process and system to determine temporal changes in retransmission and propagation of signals used to measure distances, syncronize actuators and georeference applications
AU2012245010A1 (en) Process and system to determine temporal changes in retransmission and propagation of signals used to measure distances, syncronize actuators and georeference applications
US20240077620A1 (en) System and method for determining gnss corrections
KR20130036145A (en) A moving information determination apparatus, a receiver, and a method thereby
RU2683584C1 (en) Method for remote monitoring of positioning of the vehicles
CN114879222A (en) Global ionosphere modeling method based on self-adaptive random model
CN110568464A (en) BDS/GNSS (broadband navigation satellite system/global navigation satellite system) multi-mode chip-based precision positioning method and device
RU2577846C1 (en) Method of determining integrity of high-precision navigation determinations of consumer and system therefor
RU2624268C1 (en) Method of determining mutual position of objects by signals of global navigation satellite systems
US20220244407A1 (en) Method for Generating a Three-Dimensional Environment Model Using GNSS Measurements
RU2638411C2 (en) Method of identification of navigation satellites parameters with compensation of navigation receiver errors
RU2379700C1 (en) Method of object angular orientation by satellite radionavigation system signals
RU2587666C1 (en) Method of identifying parameters of navigation satellites
RU2653866C1 (en) Method of determining the location of satellite earth station
RU2584541C1 (en) Method of identifying parameters of navigation satellites
AMAMI Enhancing Stand-Alone GPS Code Positioning Using Stand-Alone Double Differencing Carrier Phase Relative Positioning
Karaush et al. Calibration of GNSS receiver with GLONASS signals
US11294072B2 (en) Method, device and server for estimation of IFB calibration value
Bae Near real-time precise orbit determination of low earth orbit satellites using an optimal GPS triple-differencing technique

Legal Events

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

Effective date: 20180515