RU2717098C1 - Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere - Google Patents

Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere Download PDF

Info

Publication number
RU2717098C1
RU2717098C1 RU2019131342A RU2019131342A RU2717098C1 RU 2717098 C1 RU2717098 C1 RU 2717098C1 RU 2019131342 A RU2019131342 A RU 2019131342A RU 2019131342 A RU2019131342 A RU 2019131342A RU 2717098 C1 RU2717098 C1 RU 2717098C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ionosphere
delay
signal
satellite
navigation
Prior art date
Application number
RU2019131342A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Анатольевич Куличков
Наталья Сергеевна Куличкова
Андрей Владимирович Гребенников
Феликс Викторович Зандер
Александр Павлович Кудревич
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь")
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 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радиосвязь" (АО "НПП "Радиосвязь")
Priority to RU2019131342A priority Critical patent/RU2717098C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717098C1 publication Critical patent/RU2717098C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20Instruments for performing navigational calculations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/24Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • 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
    • 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
    • G01S19/04Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing carrier phase data
    • 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
    • G01S19/07Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
    • 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
    • G01S19/35Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37Hardware or software details of the signal processing chain
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01Reducing phase shift
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/015Reducing echo effects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/22Scatter propagation systems, e.g. ionospheric, tropospheric or meteor scatter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: satellite navigation.
SUBSTANCE: invention relates to satellite navigation and is intended to determine delay of signals of global navigation satellite systems (GNSS) in ionosphere using two-frequency navigation equipment of consumer (NAC). Said result is achieved due to that, first, when calculating vertical (zenith) delay of signals of the navigation satellite system and inclined signal delays in the ionosphere of each visible NSC, increments of the inclined factor and phase pseudo-ranges measured in the ranges L1 and L2 are used, on the time interval M limited by the permissible error value of approximation of the measured increments by a linear relationship, then the slope delay of the signal in the ionosphere for each j-th NSC is calculated.
EFFECT: high accuracy of navigation measurements owing to reduced error in estimating delay of signals of navigation satellite systems in the ionosphere.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области спутниковой навигации и предназначено для определения задержки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в ионосфере с помощью двухчастотной навигационной аппаратуры потребителя (НАЛ).The present invention relates to the field of satellite navigation and is intended to determine the delay of signals of global navigation satellite systems (GNSS) in the ionosphere using dual-frequency consumer navigation equipment (NAL).

Широкое использование современных глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS приводит к необходимости повышения точности навигационных измерений. Большое влияние на погрешность навигационных измерений по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS оказывают условия прохождения сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) в атмосфере.The widespread use of modern global navigation satellite systems GLONASS and GPS leads to the need to improve the accuracy of navigation measurements. A great influence on the error of navigation measurements using signals from the global navigation satellite systems GLONASS and GPS is exerted by the conditions for the passage of signals from navigation spacecraft (NSC) in the atmosphere.

Как показывают исследования, наибольшее влияние на сигналы НКА ГЛОНАСС и GPS оказывает ионосфера. Величина задержки сигнала в ионосфере зависит от солнечной активности, сезонных и ежедневных вариаций электронной концентрации, угла места и азимута НКА и от широты и долготы точки приема сигнала.As studies show, the ionosphere has the greatest impact on the signals of the GLONASS and GPS. The magnitude of the signal delay in the ionosphere depends on solar activity, seasonal and daily variations in the electron concentration, elevation angle and azimuth of the satellite and on the latitude and longitude of the signal reception point.

Существует способ, в котором для нахождения ионосферной задержки сигнала используется разность кодовых псевдодальностей, измеренная по сигналам в различных частотных диапазонах [1], в данном способе требуется проводить калибровку разности задержек при прохождении сигналов по трактам НАП для L1 и L2. Для калибровки НАП необходимо определять значения разности задержек сигналов L1 и L2 в спутнике, антенне и тракте приемника. Определение указанных значений длительный и трудоемкий процесс, который требует использования дополнительной аппаратуры.There is a method in which to find the ionospheric delay of a signal, a code pseudorange difference measured from signals in different frequency ranges [1] is used. In this method, it is required to calibrate the delay difference when passing signals along the NAP paths for L1 and L2. To calibrate the NAP, it is necessary to determine the delay difference of the L1 and L2 signals in the satellite, antenna, and receiver path. The determination of these values is a long and laborious process that requires the use of additional equipment.

Использование в способе разности кодовых псевдодальностей, которые имеют случайную погрешность на уровне 1-2 метра, приводит к увеличению погрешности определения ионосферной задержки сигнала.The use in the method of the difference of code pseudorange, which have a random error at the level of 1-2 meters, leads to an increase in the error in determining the ionospheric delay of the signal.

Кроме двухчастотного кодового способа, известен одночастотный способ определения ионосферной задержки сигнала, описанный в патенте РФ №2208809 [2] где для определения ионосферной задержки сигнала используется разность приращений кодовой и фазовой псевдодальностей. Алгоритм нахождения ионосферной задержки сигнала разбивается на два этапа. На первом этапе оценивается вертикальная (зенитная) задержка сигнала в ионосфере, а на втором вертикальная (зенитная) задержка пересчитывается в наклонную с помощью отображающей функции, описывающей зависимость задержки сигнала в ионосфере от угла места НКА. Как и в предыдущем способе, недостатком является использование в расчетах кодовых псевдодальностей имеющих повышенную случайную погрешность. Дополнительным фактором, определяющим погрешность данного метода, является использование в качестве отображающей функции математической модели ионосферы с недостающей точностью аппроксимирующей зависимость задержки сигнала в ионосфере от угла места НКА.In addition to the two-frequency code method, a single-frequency method for determining the ionospheric delay of a signal is described, described in RF patent No. 2208809 [2] where the difference of the increments of the code and phase pseudorange is used to determine the ionospheric delay of the signal. The algorithm for finding the ionospheric delay of the signal is divided into two stages. At the first stage, the vertical (zenith) delay of the signal in the ionosphere is estimated, and at the second, the vertical (zenith) delay is recalculated into the inclined one using the display function describing the dependence of the signal delay in the ionosphere on the elevation angle of the satellite. As in the previous method, the disadvantage is the use in the calculations of code pseudorange with increased random error. An additional factor determining the error of this method is the use of a mathematical model of the ionosphere as a mapping function with a lack of accuracy approximating the dependence of the signal delay in the ionosphere on the elevation angle of the satellite.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере [3], в котором в качестве исходных данных используются не кодовые псевдодальности, а псевдодальности, измеренные по фазе несущей частоты сигнала в диапазонах L1 и L2. Определение ионосферной задержки по данному способу также разбивается на два этапа. На первом этапе оценивают приращения фазовых псевдодальностей за время между текущими и предыдущими измерениями, затем вычисляется разница между полученными приращениями и определяется вертикальная (зенитная) задержка навигационного сигнала спутниковой системы в ионосфере по формуле:Closest to the claimed invention is a method for determining the delay of the signals of a navigation satellite system in the ionosphere [3], in which the source data is not code pseudorange, but pseudorange measured by the phase of the carrier frequency of the signal in the ranges L1 and L2. The determination of the ionospheric delay by this method is also divided into two stages. At the first stage, the increments of the phase pseudorange for the time between the current and previous measurements are estimated, then the difference between the obtained increments is calculated and the vertical (zenith) delay of the navigation signal of the satellite system in the ionosphere is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- накопленное значениеWhere
Figure 00000002
- accumulated value

наклонного фактора для j-го НКА;oblique factor for the jth NKA;

i - текущий момент времени, с;i - current time, s;

j - номер навигационного космического аппарата, j=1,2,…,n - коэффициент фильтрации, 0<k<1;j is the number of the navigation spacecraft, j = 1,2, ..., n is the filtration coefficient, 0 <k <1;

N{i) - количество навигационных космических аппаратов, видимых в текущий момент времени i;N {i) is the number of navigation spacecraft visible at the current moment of time i;

Figure 00000003
- приращение наклонного фактора;
Figure 00000003
- increment of the inclined factor;

Figure 00000004
- наклонный фактор;
Figure 00000004
- inclined factor;

Re - радиус Земли, м;R e is the radius of the Earth, m;

h - средняя высота ионосферного слоя, м;h is the average height of the ionospheric layer, m;

yj (i) - угол места j-го НКА, град;y j (i) is the elevation angle of the jth satellite, deg;

Figure 00000005
- накопленное значение наклонной задержки навигационного спутникового сигнала в ионосфере, м;
Figure 00000005
- the accumulated value of the oblique delay of the navigation satellite signal in the ionosphere, m;

Figure 00000006
- приращение наклонной задержки навигационного спутникового сигнала в ионосфере, м;
Figure 00000006
- increment of the oblique delay of the navigation satellite signal in the ionosphere, m;

f1, f2 - несущая частота для частотного диапазона L1 и L2 соответственно, Гц;f 1 , f 2 - carrier frequency for the frequency range L1 and L2, respectively, Hz;

Figure 00000007
- приращение фазовой псевдодальности, измеренной на несущей частоте f1, м;
Figure 00000007
- increment of the phase pseudorange measured at the carrier frequency f 1 , m;

Figure 00000008
- приращение фазовой псевдодальности,
Figure 00000008
- increment of phase pseudorange,

измеренной на несущей частоте f2, м.measured at the carrier frequency f 2 , m

На втором этапе вертикальная (зенитная) задержка сигнала в ионосфере пересчитывается в наклонную задержку навигационного сигнала спутниковой системы в ионосфере для каждого видимого НКА, с использованием математической модели ионосферы по формуле:At the second stage, the vertical (zenith) delay of the signal in the ionosphere is converted into the oblique delay of the navigation signal of the satellite system in the ionosphere for each visible satellite, using the mathematical model of the ionosphere according to the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

Используемое в прототипе понятие наклонного фактора соответствует понятию отображающей функции, используемой в одночастотном методе [2] (выражения для их определения совпадают).Used in the prototype, the concept of an inclined factor corresponds to the concept of a mapping function used in the single-frequency method [2] (the expressions for their definition coincide).

Найденная наклонная задержка сигнала имеет погрешность, обусловленную погрешностью определения вертикальной задержки навигационного сигнала спутниковой системы в ионосфере и погрешностью математической модели ионосферы, аппроксимирующей зависимость задержки сигнала в ионосфере от угла места НКА.The found oblique signal delay has an error due to the error in determining the vertical delay of the navigation signal of the satellite system in the ionosphere and the error of the mathematical model of the ionosphere approximating the dependence of the signal delay in the ionosphere on the elevation angle of the satellite.

В основу изобретения положена задача повышения точности навигационных измерений, за счет уменьшения погрешности определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере.The basis of the invention is the task of improving the accuracy of navigation measurements, by reducing the error in determining the delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, по которому измеряют фазовые псевдодальности и вычисляют их приращения на двух несущих частотах, вычисляют разность между полученными приращениями, а наклонную задержку сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере для каждого видимого НКА определяют по формуле, включающей вычисление вертикальной (зенитной) задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере и наклонного фактора, учитывающего математическую модель ионосферы, согласно изобретению, сначала при вычислении вертикальной (зенитной) задержки сигналов навигационной спутниковой системы и наклонных задержек сигнала в ионосфере каждого видимого НКА используют приращения наклонного фактора и фазовых псевдодальностей, измеренных в диапазонах L1 и L2, на интервале времени М, ограниченном допустимым значением погрешности аппроксимации измеряемых приращений линейной зависимостью (например, 30 секунд):The problem is solved in that in the method for determining the delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere, which measure the phase pseudorange and calculate their increments at two carrier frequencies, calculate the difference between the received increments, and the oblique delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere for each visible satellite determined by the formula, including the calculation of the vertical (zenith) delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere and the inclined factor, taking into account In order to calculate the mathematical model of the ionosphere, according to the invention, first, when calculating the vertical (zenith) delay of the navigation satellite system signals and the oblique signal delays in the ionosphere of each visible satellite, increments of the oblique factor and phase pseudorange measured in the ranges L1 and L2 over a time interval M limited permissible value of the approximation error of the measured increments by a linear dependence (for example, 30 seconds):

Figure 00000010
- приращение наклонного фактора;
Figure 00000010
- increment of the inclined factor;

Figure 00000011
- приращение фазовой псевдодальности, измеренной на несущей частоте f1, м;
Figure 00000011
- increment of the phase pseudorange measured at the carrier frequency f 1 , m;

Figure 00000012
- приращение фазовой псевдодальности, измеренной на несущей частоте f2, м;
Figure 00000012
- increment of the phase pseudorange measured at the carrier frequency f 2 , m;

затем рассчитывают наклонную задержку сигнала в ионосфере для каждого у-го НКА по формуле:then calculate the oblique delay of the signal in the ionosphere for each y-th spacecraft by the formula:

Figure 00000013
где i>М;
Figure 00000013
where i>M;

i - текущий момент времени, с;i - current time, s;

j - номер видимого в текущий момент навигационного космического аппарата, j=1, 2,…,n;j is the number of the currently visible navigation spacecraft, j = 1, 2, ..., n;

iн - начальный момент времени слежения за сигналом j-го НКА;i n - the initial moment of time for tracking the signal of the jth satellite;

Figure 00000014
- приращение наклонной задержки навигационного спутникового сигнала j-го НКА в ионосфере, м;
Figure 00000014
- increment of the oblique delay of the navigation satellite signal of the jth satellite in the ionosphere, m;

Figure 00000015
- оценка значения ионосферной задержки сигнала, сформированная на начальном этапе слежения за сигналом j-го НКА с учетом значения угла места спутника и оценки вертикальной задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, сформированной к моменту начала слежения за сигналом j-го НКА;
Figure 00000015
- estimation of the ionospheric delay of the signal generated at the initial stage of tracking the signal of the jth satellite, taking into account the elevation angle of the satellite and estimating the vertical delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere, formed by the time the tracking of the signal of the jth satellite is started;

OFjj (iн)) - наклонный фактор j-ого НКА в начальный момент времени;OF jj (i n )) is the oblique factor of the jth satellite at the initial time;

γj (iн) - угол места НКА в начальный момент времени, град.γ j (i n ) is the elevation angle of the spacecraft at the initial time, deg.

На фиг. 1 представлена структурная схема навигационной аппаратуры потребителя, а на фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма, реализующего предлагаемый способ фазового двухчастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере.In FIG. 1 is a structural diagram of consumer navigation equipment, and FIG. 2 shows a block diagram of an algorithm that implements the proposed method of phase two-frequency determination of the delay of the signals of a navigation satellite system in the ionosphere.

Навигационная аппаратура потребителя включает следующие блоки: антенну, радиотракт (РТ), синтезатор частот, блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП), опорный генератор (ОГ) и блок цифровой обработки сигналов (ЦОС). При этом блок цифровой обработки сигналов содержит блок первичной обработки сигналов (ПОС) и блок вторичной обработки сигналов (ВОС).The consumer’s navigation equipment includes the following units: antenna, radio path (RT), frequency synthesizer, analog-to-digital converter (ADC) unit, reference generator (OG), and digital signal processing unit (DSP). Moreover, the digital signal processing unit comprises a primary signal processing unit (PIC) and a secondary signal processing unit (VOS).

На блок РТ от антенны поступает навигационный сигнал от НКА, где он суммируется с частотой гетеродина и разделяется на 2 канала. Отфильтрованный и усиленный сигнал поступает на двухканальный АЦП, тактируемый тактовой частотой синтезатора частот, где происходит оцифровка принятого сигнала. Полученные цифровые выборки поступают на вход блока ПОС, для определения основных навигационных параметров - кодовой и фазовой псевдодальностей, угла места НКА, амплитуды и др. Блок ВОС принимает навигационные параметры, где на программном уровне может быть реализован алгоритм расчета ионосферной задержки сигнала каждого видимого в текущий момент времени НКА согласно блок-схеме, представленной на фиг. 2.A navigation signal from the satellite is fed to the RT unit from the antenna, where it is summed with the local oscillator frequency and divided into 2 channels. The filtered and amplified signal is fed to a two-channel ADC, clocked by the clock frequency of the frequency synthesizer, where the received signal is digitized. The obtained digital samples are sent to the input of the POS block to determine the main navigation parameters - code and phase pseudorange, satellite elevation angle, amplitude, etc. The BOC block receives navigation parameters, where an algorithm for calculating the ionospheric delay of the signal of each visible signal to the current one can be implemented the time of the satellite according to the block diagram shown in FIG. 2.

Исходными данными для расчета наклонной задержки сигнала в ионосфере являются, угол места спутника, псевдодальность, измеренная по фазе несущей сигнала, и наклонный фактор (операнд 1). Фазовая псевдодальность на частотах L1 L2 и наклонный фактор каждого j-ого НКА описываются следующими выражениями:The initial data for calculating the oblique delay of the signal in the ionosphere are the satellite elevation angle, pseudorange measured by the phase of the signal carrier, and the oblique factor (operand 1). The phase pseudorange at frequencies L1 L2 and the slope factor of each j-th satellite are described by the following expressions:

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
- дальность до j-ого НКА;
Figure 00000018
- фазовая неоднозначность;
Figure 00000019
Where
Figure 00000017
- range to the j-th NKA;
Figure 00000018
- phase ambiguity;
Figure 00000019

Figure 00000020
- длина волны;
Figure 00000021
- задержка сигнала j-го НКА в ионосфере;
Figure 00000020
- wavelength;
Figure 00000021
- signal delay of the jth satellite in the ionosphere;

Figure 00000022
- задержка сигнала j-ого НКА в тропосфере; τ - расхождение шкалы времени НАЛ относительно шкалы времени систем ГЛОНАСС или GPS;
Figure 00000023
- случайная погрешность; с - скорость распространения радиоволн в вакууме;
Figure 00000024
- угол места j-го НКА; Re - радиус Земли; h - средняя высота ионосферного слоя; i - текущий момент времени.
Figure 00000022
- signal delay of the jth satellite in the troposphere; τ is the discrepancy of the NAL timeline relative to the time scale of GLONASS or GPS systems;
Figure 00000023
- random error; C is the speed of propagation of radio waves in a vacuum;
Figure 00000024
- elevation angle of the j-th spacecraft; R e is the radius of the Earth; h is the average height of the ionospheric layer; i is the current time.

На следующем шаге инициализируют переменную k (операнд 2) и проверяют условие окончания цикла, где N(i) - количество навигационных космических аппаратов, видимых в текущий момент времени i (операнд 3).In the next step, initialize the variable k (operand 2) and check the condition for ending the cycle, where N (i) is the number of navigation spacecraft visible at the current time moment i (operand 3).

Для расчета приращений фазовых псевдодальностей и приращения наклонного фактора, на интервале времени М, необходимо записать в буфер исходные данные, где j - номер видимого в текущий момент навигационного космического аппарата (операнд 4). После записи происходить увеличение размера буфера (операнд 5) и необходимо проверить условие равности размера буфера значению М (операнд 6). При невыполнении условия инкрементируют к (операнд 7) и считывают следующее значение у (операнд 8), в обратном случае вычисляют приращения фазовых псевдодальностей и приращение наклонного фактора (операнд 9). Приращения фазовых псевдодальностей и приращение наклонного фактора рассчитывают следующими выражениями:To calculate the increments of phase pseudorange and the increment of the oblique factor, in the time interval M, it is necessary to write the initial data to the buffer, where j is the number of the currently visible navigation spacecraft (operand 4). After recording, an increase in the size of the buffer occurs (operand 5) and it is necessary to check the condition that the buffer size is equal to the value M (operand 6). If the conditions are not met, increment to (operand 7) and read the next value of y (operand 8), in the opposite case, increments of phase pseudorange and increment of the slope factor (operand 9) are calculated. The increments of the phase pseudorange and the increment of the oblique factor are calculated by the following expressions:

Figure 00000025
Figure 00000025

Далее вычисляют приращение наклонной задержки (7) (операнд 10) и повторяют алгоритм до того, пока условие цикла (операнд 3) не станет ложным.Next, the increment of the inclined delay (7) (operand 10) is calculated and the algorithm is repeated until the loop condition (operand 3) becomes false.

Figure 00000026
Figure 00000026

Как только условие цикла станет ложным, переходят на выполнение следующего цикла, где переменная k обнуляется (операнд 11) и приступают к проверке условия окончания цикла (операнд 12). Данный цикл отвечает за отбраковку спутников, по которым не было посчитано приращение наклонной задержки. За отбраковку отвечает условие равности размера буфера и значения М (операнд 13). Если условие ложное, то инкрементируют k (операнд 14) и считывают следующее значение j (операнд 15), в обратном случае полученные данные подставляют в функцию расчета вертикальной задержки (операнд 16) и повторяют алгоритм до того, пока условие цикла (операнд 12) не станет ложным.As soon as the condition of the cycle becomes false, they go on to execute the next cycle, where the variable k is reset (operand 11) and begin to check the condition for ending the cycle (operand 12). This cycle is responsible for the rejection of satellites for which the increment of the oblique delay was not calculated. For rejection, the condition of equal buffer size and M value (operand 13) is responsible. If the condition is false, then increment k (operand 14) and read the next value j (operand 15), otherwise, the obtained data is substituted into the function of calculating the vertical delay (operand 16) and repeat the algorithm until the loop condition (operand 12) will become false.

На следующем шаге переменная k обнуляется (операнд 17) и проверяют условие окончания цикла (операнд 18). Если условие ложное, то проверяется условие равности размера буфера и значения М (операнд 19). При ложном результате инкрементируют к (операнд 20) и считывают следующее значение j (операнд 21), а при правдивом результате проверяют начальный момент времени слежения за сигналом (операнд 22). Если текущий момент времени является начальным моментов времени слежения за сигналом, то рассчитывается оценка начального значения ионосферной задержки сигнала (операнд 24) (формула 8), в обратном случае рассчитывается наклонная задержка сигнала в ионосфере (операнд 23) (формула 9). После расчета алгоритм повторяют до того, пока условие цикла (операнд 18) не станет ложным.In the next step, the variable k is reset (operand 17) and the condition for ending the loop (operand 18) is checked. If the condition is false, then the condition of equality of the buffer size and the value of M is checked (operand 19). If the result is false, increment to (operand 20) and read the next value j (operand 21), and if the result is true, check the initial moment of time for tracking the signal (operand 22). If the current time is the initial time of signal tracking, then the estimate of the initial value of the ionospheric delay of the signal (operand 24) (formula 8) is calculated, otherwise the oblique delay of the signal in the ionosphere (operand 23) is calculated (formula 9). After calculation, the algorithm is repeated until the loop condition (operand 18) becomes false.

Figure 00000027
Figure 00000027

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить наклонную задержку сигнала в ионосфере для каждого НКА без погрешности математической модели ионосферы, аппроксимирующей зависимость задержки сигнала в ионосфере от угла места НКА.Thus, the proposed method allows you to determine the oblique delay of the signal in the ionosphere for each satellite without error in the mathematical model of the ionosphere, approximating the dependence of the signal delay in the ionosphere on the elevation angle of the satellite.

Применение приращений фазовых псевдодальностей на некотором интервале времени, ограниченном допустимым значением погрешности аппроксимации измеряемых приращений линейной зависимостью, позволяет обнаружить нарушения непрерывности слежения за фазой несущей частоты НКА и исключить вызванные этим «скачки» фазовых циклов, тем самым уменьшить случайную погрешность измерения приращений фазовых псевдодальностей, что соответственно уменьшает погрешность определения вертикальной (зенитной) задержи сигнала в ионосфере.The use of phase pseudorange increments over a certain time interval limited by the permissible error of approximation of the measured increments by a linear dependence allows one to detect disturbances in the continuity of tracking the phase of the carrier frequency of the satellite and eliminate the “jumps” in phase cycles caused by this, thereby reducing the random error in measuring increments of phase pseudoranges, which accordingly, it reduces the error in determining the vertical (anti-aircraft) delay of the signal in the ionosphere.

Помимо этого, формирование текущих оценок наклонной ионосферной задержки для каждого НКА как суммы начального значения и интеграла изменений ионосферной задержки сигнала, рассчитанного по разности приращений фазовых псевдодальностей в диапазонах L1 и L2, дает возможность с наименьшей погрешностью определить изменение ионосферной задержки сигнала для каждого спутника, что и исключает из погрешности определения текущего значения наклонной задержки сигнала в ионосфере составляющую погрешности, обусловленную погрешностью модели ионосферы, аппроксимирующей зависимость задержки сигнала в ионосфере от угла места НКА.In addition, the formation of current estimates of the inclined ionospheric delay for each satellite as the sum of the initial value and the integral of the changes in the ionospheric delay of the signal, calculated from the difference in the increments of the phase pseudorange in the ranges L1 and L2, makes it possible to determine the change in the ionospheric delay of the signal for each satellite with the smallest error, which and excludes from the error in determining the current value of the slant delay of the signal in the ionosphere the error component due to the error of the ionosphere model An experiment approximating the dependence of the signal delay in the ionosphere on the elevation angle of a satellite.

В заявляемом способе, так же как и в прототипе, исключена систематическая погрешность, обусловленная задержкой сигнала в трактах НАП, за счет применения фазовых приращений соответствующих измерений.In the claimed method, as well as in the prototype, the systematic error due to the delay of the signal in the paths of the NAP is eliminated due to the use of phase increments of the corresponding measurements.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС / Под ред. Харисова В.Н., Перова А.И., Болдина В.А. - М.: ИПРЖР, 1999. - 560 с.1. Global satellite navigation system GLONASS / Ed. Kharisova V.N., Perova A.I., Boldina V.A. - M .: IPRZhR, 1999 .-- 560 s.

2. Пат. RU 2208809, МПК7 G01S 5/02, G01S 1/32, Н04В 7/185. Способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере / Казанцев М.Ю., Кокорин В.И., Фатеев Ю.Л.; заявитель ГОУ ВПО «Красноярский государственный технический университет». - №2002104727/09; заявл. 21.02.2002. опубл. 20.07.2003.2. Pat. RU 2208809, IPC 7 G01S 5/02, G01S 1/32, Н04В 7/185. The method of single-frequency determination of the delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere / Kazantsev M.Yu., Kokorin V.I., Fateev Yu.L .; applicant GOU VPO Krasnoyarsk State Technical University. - No. 2002104727/09; declared 02.21.2002. publ. 07/20/2003.

3. Пат. RU 2584243 С1, МКП G01S 19/04. Способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере / Курносов А.С., Фатеев Ю.Л.; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет». - №2015110269/07; заявл. 23.03.2015. опубл. 25.05.2016, Бюл. №14 (прототип).3. Pat. RU 2584243 C1, MKP G01S 19/04. A method for determining the delay of the signals of a navigation satellite system in the ionosphere / Kurnosov A.S., Fateev Yu.L .; applicant Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education "Siberian Federal University". - No. 20155110269/07; declared 03/23/2015. publ. 05/25/2016, Bull. No. 14 (prototype).

Claims (14)

Способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, по которому измеряют фазовые псевдодальности и вычисляют их приращения на двух несущих частотах, вычисляют разность между полученными приращениями, а наклонную задержку сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере для каждого видимого НКА определяют по формуле, включающей вычисление вертикальной (зенитной) задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере и наклонного фактора, учитывающего математическую модель ионосферы, отличающийся тем, что сначала при вычислении вертикальной (зенитной) задержки сигналов навигационной спутниковой системы и наклонных задержек сигнала в ионосфере каждого видимого НКА используют приращения наклонного фактора и фазовых псевдодальностей, измеренных в диапазонах L1 и L2, на интервале времени М, ограниченном допустимым значением погрешности аппроксимации измеряемых приращений линейной зависимостью, например, 30 секунд:The method for determining the delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere, by which phase pseudorange is measured and their increments are calculated at two carrier frequencies, the difference between the obtained increments is calculated, and the oblique delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere for each visible satellite is determined by the formula including the calculation of the vertical (anti-aircraft) delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere and the inclined factor taking into account the mathematical model of the ionosphere, characterized in that, first, when calculating the vertical (zenith) delay of the navigation satellite system signals and the oblique signal delays in the ionosphere of each visible satellite, increments of the oblique factor and phase pseudorange measured in the ranges L1 and L2 are used, on the time interval M, limited by the permissible approximation error measured increments by a linear relationship, for example, 30 seconds:
Figure 00000028
- приращение наклонного фактора;
Figure 00000028
- increment of the inclined factor;
Figure 00000029
- приращение фазовой псевдодальности, измеренной на несущей частоте f1, м;
Figure 00000029
- increment of the phase pseudorange measured at the carrier frequency f 1 , m;
Figure 00000030
- приращение фазовой псевдодальности, измеренной на несущей частоте f2, м;
Figure 00000030
- increment of the phase pseudorange measured at the carrier frequency f 2 , m;
затем рассчитывают наклонную задержку сигнала в ионосфере для каждого j-го НКА по формуле:then calculate the oblique delay of the signal in the ionosphere for each j-th spacecraft by the formula:
Figure 00000031
где i>М;
Figure 00000031
where i>M;
i - текущий момент времени, с;i - current time, s; j - номер видимого в текущий момент навигационного космического аппарата, j=1,2,…,n;j is the number of the currently visible navigation spacecraft, j = 1,2, ..., n; iн - начальный момент времени слежения за сигналом j-го НКА;i n - the initial moment of time for tracking the signal of the jth satellite;
Figure 00000032
- приращение наклонной задержки навигационного спутникового сигнала j-го НКА в ионосфере, м;
Figure 00000032
- increment of the oblique delay of the navigation satellite signal of the jth satellite in the ionosphere, m;
Figure 00000033
- оценка значения ионосферной задержки сигнала,
Figure 00000033
- estimation of the ionospheric delay of the signal,
сформированная на начальном этапе слежения за сигналом j-го НКА с учетом значения угла места спутника и оценки вертикальной задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере, сформированной к моменту начала слежения за сигналом j-го НКА;formed at the initial stage of tracking the signal of the jth satellite, taking into account the elevation angle of the satellite and estimating the vertical delay of the signals of the navigation satellite system in the ionosphere, formed by the time the tracking of the signal of the jth satellite is started;
Figure 00000034
- наклонный фактор j-го НКА в начальный момент времени;
Figure 00000034
- the oblique factor of the j-th spacecraft at the initial time;
γj (iн) - угол места НКА в начальный момент времени, град.γ j (i n ) is the elevation angle of the spacecraft at the initial time, deg.
RU2019131342A 2019-10-03 2019-10-03 Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere RU2717098C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131342A RU2717098C1 (en) 2019-10-03 2019-10-03 Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131342A RU2717098C1 (en) 2019-10-03 2019-10-03 Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717098C1 true RU2717098C1 (en) 2020-03-18

Family

ID=69898370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019131342A RU2717098C1 (en) 2019-10-03 2019-10-03 Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717098C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2005137471A (en) * 2005-12-02 2007-06-10 Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") (RU) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE IONOSPHERIC ERROR OF RANGE BY TWO-FREQUENCY MEASUREMENTS
JP2012137448A (en) * 2010-12-28 2012-07-19 Japan Radio Co Ltd Apparatus for evaluating ionosphere delay and navigation apparatus
US20130127659A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Honeywell International Inc. Ionospheric delay compensation using a scale factor based on an altitude of a receiver
KR101607082B1 (en) * 2015-03-05 2016-04-11 국방과학연구소 System and method of ionospheric delay estimation for extending the coverage of differential satellite navigation
RU2584243C1 (en) * 2015-03-23 2016-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method of determining navigation satellite system signal delay in ionosphere
RU2630783C2 (en) * 2012-11-30 2017-09-13 Таль Method and system for determining the ionosphere travel time estimation error
RU187712U1 (en) * 2018-05-23 2019-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" A device for determining the error of tracking the time of arrival of a navigation radio signal during its propagation through artificial ionospheric formation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2005137471A (en) * 2005-12-02 2007-06-10 Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС") (RU) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE IONOSPHERIC ERROR OF RANGE BY TWO-FREQUENCY MEASUREMENTS
JP2012137448A (en) * 2010-12-28 2012-07-19 Japan Radio Co Ltd Apparatus for evaluating ionosphere delay and navigation apparatus
US20130127659A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-23 Honeywell International Inc. Ionospheric delay compensation using a scale factor based on an altitude of a receiver
RU2630783C2 (en) * 2012-11-30 2017-09-13 Таль Method and system for determining the ionosphere travel time estimation error
KR101607082B1 (en) * 2015-03-05 2016-04-11 국방과학연구소 System and method of ionospheric delay estimation for extending the coverage of differential satellite navigation
RU2584243C1 (en) * 2015-03-23 2016-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method of determining navigation satellite system signal delay in ionosphere
RU187712U1 (en) * 2018-05-23 2019-03-15 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" A device for determining the error of tracking the time of arrival of a navigation radio signal during its propagation through artificial ionospheric formation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1678516B1 (en) Method for using three gps frequencies to resolve carrier-phase integer ambiguities
US5451964A (en) Method and system for resolving double difference GPS carrier phase integer ambiguity utilizing decentralized Kalman filters
US7567208B2 (en) Position and time determination under weak signal conditions
US20060262010A1 (en) GPSR multi-frequency measuring device, corrective method and program for ionospheric delay
US11906635B2 (en) Method and system for recreating unavailable GNSS measurements
CN110133700B (en) Shipborne integrated navigation positioning method
US7446705B1 (en) Method and apparatus for determining parameters for a parametric expression characterizing the phase of an acquired signal
Quddus et al. Validation of map matching algorithms using high precision positioning with GPS
RU2421753C1 (en) Method of determining ionosphere characteristics and device for realising said method
JP5055207B2 (en) Velocity measuring device and displacement measuring device
RU93995U1 (en) HARDWARE-SOFTWARE COMPLEX OF IONOSPHERIC MONITORING
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
RU2584243C1 (en) Method of determining navigation satellite system signal delay in ionosphere
RU2717098C1 (en) Two-frequency phase method of determining signals delay of a navigation satellite system in the ionosphere
JP4322829B2 (en) Cycle slip detection device and cycle slip detection method
JP4928114B2 (en) Carrier phase relative positioning device
Karetnikov et al. Prospects of application of mass-produced GNSS modules for solving high-precision navigation tasks
Krawinkel et al. Applying miniaturized atomic clocks for improved kinematic GNSS single point positioning
CN115436977A (en) Method for processing inter-frequency deviation of pseudo range in GLONASS system
US10877159B2 (en) Method and system for satellite signal processing
Wang et al. Spaceborne Coherent GNSS Reflection Signal Processing over Complex Terrain
RU190342U1 (en) ADAPTIVE SINGLE-FREQUENCY RADIO NAVIGATION RECEIVER
RU2208809C1 (en) Method of single-frequency determination of delay of signals of navigation satellite system in ionosphere
RU2247406C1 (en) Method for increasing kinematic mode range of real-time determination of relative coordinates of object