20.6. ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДМ

Источники погрешностей НВО в ДР. На точность НВО с помощью сетевых СРНС влияют многочисленные факторы. В литературе приводится много оценок составляющих погрешности местоопределения, полученных математическим моделированием и обобщением опыта эксплуатации АП, которые не всегда согласуются между собой из-за различия в исходных данных. Тем не менее возможно представить их применительно к системе «Навстар» (табл. 20.3) в виде, наглядно демонстрирующем выигрыш от применения дифференциальной обработки (подсистема в варианте использования АП, работающей по кодам

Остаточная погрешность. Из табл. 20.3 видно, что в зоне наибольшей эффективности ДР систематические составляющие решности (эфемеридная, ШВ, ионосферная, избирательного

Таблица 20.3 (см. скан) Составляющие погрешности местоопределения

доступа) исключаются, в то время как случайные составляющие определяют уровень остаточной (после дифференциальной коррекции) погрешности. Именно последняя в ДР определяет эквивалентную погрешность измерения дальности, которая далее через геометрический фактор пересчитывается в погрешность определения координат потребителя. Отметим, что фильтрация случайных погрешностей способна снизить их влияние примерно втрое. Приведенные оценки показывают, что применение фильтрации заметно улучшает точностные характеристики ДР по сравнению со стандартным: для работы с кодом погрешность с снижается до а для кода С/А имеет место еще более разительный эффект уменьшения погрешности — с 95 до Последняя оценка демонстрирует особую эффективность ДР в условиях нештатного функционирования системы, когда резко возрастают сильнокоррелированные погрешности.

Приведенные оценки относятся к случаям благоприятной геометрии, когда ГФ не более 3. Если же окажется, что в сеансе не участвуют НИСЗ с высокими углами места, то погрешность определения высотной координаты потребителя может

Рис. 20.6. Диаграмма, поясняющая зависимость остаточной погрешности измерений от удаления потребителя от ККС

возрасти вдвое. В такой ситуации использование Р с применением псевдоспутников в качестве ККС может ее снизить.

По мере отработки систем «Глонасс» и «Навстар» точность прогнозирования эфемерид и временных поправок будет возрастать, что приведет к повышению относительного вклада погрешностей из-за распространения радиоволн и шумовых погрешностей АП. Следует при этом иметь в виду, что погрешности из-за смещения ШВ при ДР могут быть полностью скомпенсированы. Компенсация эфемеридных, тропосферных и ионосферных погрешностей ухудшается с разнесением трасс распространения сигналов от НИСЗ соответственно к ККС и к потребителю. Происходит как бы геометрическая декорреляция эфемеридных погрешностей и пространственная декорреляция ионосферной погрешности.

Вопросы пространственно-временной корреляции погрешностей измерения псевдодальностей и снижения шумовой погрешности измерений являются предметом усиленных теоретических и экспериментальных исследований.

Остаточная эфемеридная погрешность и ее зависимость от расстояния между потребителем и ККС. Если в точке размещения ККС можно полностью скомпенсировать сильнокоррелированные погрешности измерений, то с удалением потребителя от ККС появляется нескомпенсированная (остаточная) погрешность, которая будет возрастать с увеличением расстояния между ККС и потребителем. Этот эффект можно наглядно проследить с помощью упрощенной диаграммы [158] влияния неточностей прогноза эфемерид и ухода БШВ (рис. 20.6).

Если бы эфемериды и ШВ были безошибочными, то при расположении спутника в некоторой истинной точке в момент расчетное его положение НИСЗР в тот же момент совпало бы с истинным. В действительности же при наличии эфемеридной и временной погрешностей расчет на ККС и у потребителя момента и места излучения сигнала дает смещенную точку НИСЗР и искаженный момент излучения сигнала. Поэтому при обработке данных о псевдодальности появятся соответствующие погрешности, причем временные погрешности для ККС и потребителя будут одинаковыми, а эфемеридные погрешности окажутся различными, так как проекция отрезка (длиной на направления

радиотрасс и НИСЗР — потребитель будут неодинаковыми. С удалением потребителя от ККС, т. е. с ростом это различие в общем случае будет увеличиваться.

Для ККС в этом случае расчетное значение момента прихода сигнала

а истинное значение

так что погрешность в измерении задержки сигнала

Для потребителя погрешность в измерении задержки сигнала будет иной:

Соответствующие (20.6) и (20.7) погрешности при обработке данных о псевдодальности

Из (20.8) видно, что, во-первых погрешность из-за ухода спутниковой не зависит от расстояния и будет полностью компенсироваться и, во-вторых, что остаточная погрешность определится разностью Длост Длкс —

Остаточную погрешность можно выразить через если учесть, что . Тогда, имея в виду, что малая величина получаем Длост откуда следует

Отметим, что остаточная погрешность, обусловленная неточностью прогноза эфемерид, существенно уменьшается, если эфемеридиая погрешность направлена по радиолинии К ошибкам же вдоль орбиты система в ДР наиболее чувствительна. В противоположность этому стандартная система весьма чувствительна к погрешностям именно вдоль радиолинии и малочувствительна к погрешностям вдоль орбиты.

В наихудшем случае когда вектор эфемеридной погрешности направлен вдоль орбиты, верхняя граница оценки

По соотношению (20.10) нетрудно подсчитать, что при эфемеридной погрешности остаточная погрешность для удалений будет составлять соответственно а при остаточная погрешность на тех же удалениях составит 0,5 и

Видно, что остаточная погрешность растет линейно с удалением потребителя от ККС. Следует при этом иметь в виду, что погрешности в измерении псевдодальности пересчитываются в погрешности определения координат через геометрический фактор. Последний обычно удерживается на уровне до 3. Поэтому в соответствии с (20.10) при на удалении остаточная погрешность определения координат может достигать

Снижение эфемеридных погрешностей будет уменьшать остаточную погрешность, причем ограничением здесь является шумовая погрешность измерений, которая не должна маскировать выигрыш от применения ДМ.

Остаточная ионосферная и тропосферная погрешности. В стандартном режиме при работе по коду ионосферная погрешность устраняется путем использования двухчастотного приема, а при работе по коду С/А - внесением поправок, рассчитываемых потребителем по некоторой модели ионосферы, задаваемой набором коэффициентов. Если в ДР использовать алгоритм коррекции с применением модели ионосферы, надо, чтобы модель одинаково точно описывала состояние ионосферы и для ККС, и для потребителя. На это нельзя рассчитывать, так как местные возмущения у потребителя не поддаются прогнозу с ККС, вследствие чего реальные условия прохождения радиоволн к ККС и к потребителю будут по-разному отличаться от модельных и компенсация не будет полной. Поэтому в ДР рекомендуется не проводить особую алгоритмическую компенсацию ионосферных погрешностей, а устранять их заодно с другими при внесении дифференциальных поправок. Если на ККС вводится поправка и КИ будет содержать лишь ее нескомпенсированную часть, причем потребитель сам не может рассчитать поправку, то данные о ней должны отдельно сообщаться потребителю для ввода им такой же коррекции. Если же потребитель получит возможность пользоваться точной ионосферной моделью, то алгоритмическую коррекцию можно возложить на него самого. Тогда ионосферная поправка, вводимая на ККС, не будет содержаться в сообщаемой потребителю КИ. В случае ее неучета на ККС надо будет сообщать значение погрешности потребителю.

В ДР, когда КИ включает и ионосферную погрешность, а потребитель не проводит собственной коррекции ионосферной погрешности, остаточная погрешность у потребителя будет включать составляющую ионосферного происхождения. Последняя вызывается двумя факторами: различием углов возвышения НИСЗ относительно ККС и потребителя, что приводит к различной протяженности путей радиосигнала в ионизированной среде; наличием нерегулярных изменений в вертикальном распределении плотности ионизации, что создает различные условия на радиотрассах к ККС и к потребителю. По имеющимся оценкам, первый фактор дает вклад порядка второй — около

Тропосфера при угле возвышения НИСЗ менее 5° может внести в измерения псевдодальности погрешность до Однако существуют модели тропосферы, способные учитывать такие погрешности с точностью до При использовании ДР остаточная погрешность за счет тропосферы составит десятые доли метра. Имеет место и другая причина тропосферной остаточной погрешности — разность высот ККС и потребителя, проявляющаяся

при навигационных определениях на воздушных объектах. Однако она может компенсироваться самим потребителем, вводящим в используемую модель высоту полета. Считается, что остаточная погрешность за счет тропосферы будет менее если углы возвышения НИСЗ будут больше 5°.

Точностный выигрыш дифференциального режима. Точностной выигрыш дифференциального режима удобно оценивать сопоставлением его точности с точностью стандартного режима. Мерой может явиться отношение погрешности местоопределения стандартного режима к погрешности местоопределения дифференциального режима стдр.

Выразительные характеристики были получены в результате аналитических исследований, проведенных для условий, когда систематические погрешности за счет рефракции в ионосфере и тропосфере составляют менее 0,5 от уровня эфемеридных погрешностей. Для этих условий определяется двумя основными факторами: отношением погрешностей измерения в АП радионавигационного параметра к эфемеридной погрешности и временем устаревания корректирующей информации При этом в погрешность измерения РНП включаются случайные погрешности — инструментальная, хранителя времени, из-за многолучевого приема, остаточные рефракционные и все прочие, сопутствующие измерениям.

Типовой характер изменения в зависимости от упомянутых факторов показан на рис. 20.7. Здесь представлены графики в функции отношения для различных значений времени устаревания (0, 5, 10 и 15 мин). При этом для каждого значения приведены две зависимости, верхняя из которых относится к АП в точке расположения контрольной станции, а нижняя — к АП на удалении от нее.

Графики показывают, что будет наибольшим вблизи контрольной станции и при использовании свежей КИ. С удалением от контрольной станции и с устареванием КИ выигрыш будет падать. Однако наибольшее влияние на

Рис. 20.7. Выигрыш дифференциального режима по сравнению со стандартным режимом

значение ТВ оказывает отношение погрешности измерения к эфемеридной погрешности Видно, что высокая эффективность ДР достигается при значениях что диктует необходимость снижения Наряду с этим четко просматривается и малоэф фективность в условиях, когда Отсутствие выигрыша в этом случае понятно и из физики явления: несмотря на устранение систематических погрешностей, точность местоопределения будет ограничиваться уровнем шумовых погрешностей измерений.

Если же в измерениях будут присутствовать более значимые систематические погрешности за счет рефракции сигнала, то это приведет к более высоким значениям оценок ТВ.

Одной из кардинальных мер снижения может явиться переход от измерения по огибающей сигнала к измерениям по фазе несущей частоты.