20.7. ИЗМЕРЕНИЯ РНП ПО ФАЗЕ НЕСУЩИХ КОЛЕБАНИЙ

Сетевые спутниковые РНС целесообразно применять для высокоточного абсолютного и относительного координирования объектов в интересах навигации и геодезии [165, 184, 193]. Поскольку точностные характеристики АП ССРНС «Глонасс» и «Навстар» при штатном режиме работы не позволяют получить требуемых для высокоточной навигации и геодезии определяемых параметров, то необходимо применить специальные способы обработки навигационных радиосигналов. Наиболее перспективны фазовые измерения на несущей частоте радиосигналов и дифференциальные методы обработки навигационной информации.

Эффективность дифференциальных методов навигационных определений возрастает при увеличении отношения систематических погрешностей к шумовым. При определении координат по ССРНС традиционными способами обычно измеряют задержки принимаемых модулирующих ПСП относительно местной ШВ. При таких измерениях эффект от снижения систематических погрешностей за счет дифференциальной обработки ограничивается уровнем шумовых погрешностей. Поэтому применение только дифференциальных методов не позволяет в желаемой степени улучшить точностные характеристики навигационной АП.

Если для измерения задержек использовать тонкую структуру сигналов — фазы несущих навигационных сигналов, то шумовые погрешности окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с систематическими. Поэтому дифференциальные методы обработки в сочетании с фазовыми измерениями в принципе позволят существенно повысить точность навигационных определений.

С другой стороны, применение фазовых измерений без дифференциальных методов обработки также нецелесообразно,

поскольку вклад квазисистематических составляющих в ошибку местоопределения существен.

Использование в качестве измеряемого параметра фазы несущей обеспечивает [165] определение псевдодальности с миллиметровой точностью, а кодовой задержки — с точностью порядка одного метра. Однако при фазовых измерениях возникает проблема устранения многозначности, так как псевдодальность в этом случае измеряется только с точностью до целого числа длин волн.

Возможны несколько способов получения дополнительной информации для устранения многозначности фазовых отсчетов: использование избыточных поверхностей положения за счет дополнительных высокоточных измерений по коду и измерений приращений дальности [165]. Аппаратура, использующая такой подход к разрешению многозначности, должна обеспечивать возможность измерений фазы несущей, высокоточных измерений псевдодальности по коду и приращений псевдодальностей;

использование разности несущих частот в режиме дополнительных измерений на разностной частоте чти позволит расширить зону однозначных отсчетов приблизительно в четыре раза. Аппаратура, использующая такой вариант устранения многозначности, должна обеспечивать возможность фазовых измерений и измерения псевдодальностей по коду на двух несущих частотах

использование информации от избыточных спутников, число которых в ССРНС при углах места не менее 10° колеблется от 1 до 5. Аппаратура должна обеспечивать возможность фазовых измерений и измерений псевдодальностей по коду по всем видимым НИСЗ системы.

Метод разрешения многозначности с помощью информации об избыточных поверхностях положения описан, например, в [157, 171] и состоит в отыскании такого набора значений целых чисел длин волн, при котором среднеквадратическая погрешность местоопределения минимальна. Недостатком такого подхода является большая размерность задачи оценивания. Однако время обработки результатов на ЭВМ можно уменьшить, если использовать дополнительную разностную частоту или специально излучаемую для таких целей частоту при этом вычислительные затраты при трехмерном местоопределении уменьшатся в раз.

Следует отметить, что использовать дополнительные частоты — или для расширения интервала однозначных определений можно только при когерентности этих излучений с излучением на частоте т. е. при их согласовании по фазе и частоте. Реализовать указанное требование непросто, особенно при частотном разделении излучений различных НИСЗ, как это имеет место в системе «Глонасс», если на всех НИСЗ системы

использовать идентичную передающую аппаратуру, перестраиваемую в диапазоне всех излучаемых частот.

Для реализации различных способов устранения многозначности требуется различное аппаратурное и математическое обеспечение. При отсутствии ограничений на канальность АП и доступности для потребителя высокоточных сигналов СРНС на двух частотах целесообразно устранить многозначность по каждой псевдодальности отдельно, используя два набора данных: измерения по кодам и фазовые измерения на каждой из двух частот

Механизм исключения многозначности в этом случае состоит в следующем [193].

Рассмотрим приемник, расположенный на неподвижном объекте и измеряющий псевдодальности до НИСЗ по коду на частотах

и фазы несущих на те же моменты времени:

В формулах (20.11), (20.12) обозначено: геометрическое расстояние между на момент измерения; с — скорость света; с — уход часов соответственно; ионосферные групповая и фазовая задержки соответственно; — тропосферные групповая и фазовая задержки соответственно; целое число периодов несущей соответствующее геометрической дальности

целая часть длина волны частоты — шумовые погрешности псевдодальномерных измерений; шумовые погрешности фазовых измерений; фазы, выраженные в долях фазового цикла,

Воспользуемся известными приближенными соотношениями [46] между фазовыми и групповыми задержками, выраженными в одинаковых единицах измерения:

где интегральная электронная концентрация вдоль луча коэффициенты пропорциональности, причем

Будем полагать, что для исключения тропосферных погрешностей использован один из известных высокоточных способов коррекции [63] и остаточная тропосферная погрешность фазы Тогда уравнения (20.11), (20.12) для скорректированных измерений с учетом соотношений (20.13) — (20.16) и введения в уравнение (20.11) относительной переменной путем нормирования псевлодальностей к «длине волны» модулирующего колебания соответствующего коду где длительность элементарного символа кода, могут быть представлены в следующем виде:

В уравнениях (20.17) приняты следующие обозначения: скорректированные результаты измерения, соответствующие величинам задержка сигнала, соответствующая геометрическому расстоянию между суммарная остаточная погрешность, обусловленная расхождением временных шкал погрешностями прогноза эфемерид и остаточной тропосферной погрешностью.

Уравнения наблюдения (20.17) можно представить в матричном виде при

Система (20.18) содержит четыре уравнения и четыре неизвестные величины: Определяемые параметры можно представить в виде

где

Коэффициенты для системы «Навстар» будут иметь одни и те же значения при по всем НИСЗ системы, а для системы «Глонасс» они будут различными при по различным НИСЗ.

Таким образом, при фазовых измерениях многозначность можно в принципе устранить, использовав алгоритмы (20.19) либо (20.20), если доступны измерения по высокоточному коду на двух частотах.

Наличие в измерениях шумов и приводит к погрешностям в определении величины Условие устранения

неоднозначности при наличии шумов может быть записано в следующем виде:

Вероятность выполнения условия (20.21) характеризует надежность

При фазовых измерениях по системе «Глонасс» в погрешность дополнительно к шумовой войдет еще систематическая составляющая, обусловленная отсутствием привязки фазы дальномерного кода к фазе несущей, поэтому при одном и том же объеме обрабатываемых данных вероятность для системы «Глонасс» будет меньше. Для устранения этой дополнительной систематической погрешности следует включить начальное рассогласование фаз несущей и дальномерного кода в вектор оцениваемых параметров.

Получаемая таким способом точность местоопределения при полностью доступных высокоточных сигналах на двух частотах может составить единицы сантиметров. Для широкого класса потребителей доступен меньший объем информации. Однако и в этом случае использование совместной обработки фазовых измерений и псевдодальномерных по коду С/А в сочетании с оптимальным сглаживанием результатов позволит получить точность местоопределения вплоть до дециметров [164, 218, 219] для подвижных объектов и более высокую — для геодезических [205, 206].