Навигационные комплексы Гланасс и Новстар (стр. 6 из 17)

Если ось ОХ геоцентрической системы координат развернуть так, чтобы она проходила через НИСЗ, а ось ОУ совпадала с плоскостью орбит, то при n = 1 примет вид

(1.9)

где

cos a, cos b, cos g- направляющие косинусы координатныхуглов с пункта на НИСЗ.

Вклад отдельных составляющих погрешностей эфемерид в погрешность сверки ШВ пунктов зависит от взаимного расположения НИСЗ и синхронизируемых пунктов. Если НИСЗ равноудален от пунктов (симметричное расположение пунктов), то погрешность эфемеридного обеспечения по высоте не влияет на точность сверки. Аналогично при симметричном расположении пунктов относительно плоскости орбиты компенсируется составляющая погрешности эфемерид вдоль орбиты, а при симметричном расположении пунктов по одну сторону от орбиты компенсируется бинормальная составляющая погрешностей эфемерид. Таким образом, за счет правильного (симметричного) выбора НИСЗ при относительном способе сверки ШВ можно компенсировать две составляющие эфемеридной погрешности, включая высотную.

1.7. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ СВЕРКИ ШВ ПУНКТА С ИЗВЕСТНЫМИ КООРДИНАТАМИ ПО ДАННЫМ ПСЕВДОДАЛЬНОМЕРНЫХ И РАДИАЛЬНЫХ ПСЕВДОСКОРОСТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Сверка ШВ по данным ССРНС сводится к оценке расхождений ШВ и частот хранителей времени пункта и НИСЗ по результатам псевдодальномерных и псевдодальномерно-псевдодоплеровских (радиальных псевдоскоростных) измерений. Временную задачу можно решать по выборке либо фиксированного, либо нарастающего объема измерений. Рассмотрим влияние лишь случайных погрешностей измерителя РНП на точность временных определений, характеризующих потенциальную точность сверки ШВ пункта с известными координатами.

Характер случайных погрешностей измерения РНП зависит от построения аппаратуры, и в частности от числа каналов измерителя. Если число каналов равно числу НИСЗ, используемых для решения временной задачи, и в каждом канале ведется непрерывное слежение за сигналами одного НИСЗ, то погрешности двух результатов соседних измерении значении доплеровскои частоты коррелированы с коэффициентом корреляции, равным -0,5. Однако если измерение РНП для компенсации влияния ионосферы производится на двух частотах путем периодическогопереключения каналов с несущей частоты f₁на частоту f₂, то дажев многоканальной аппаратуре погрешности доплеровских измерений становятся некоррелированными.

Для решения временной задачи по нескольким НИСЗ можно использовать и одноканальную аппаратуру; при этом радионавигационные сигналы различных КА обрабатываются последовательно во времени и погрешности доплеровских измерений оказываются также некоррелированными.

Так как дальномерные и доплеровские измерения независимые, то выражение для корреляционной матрицы погрешностей частотно-временных определений, обусловленной погрешностями дальномерно-доплеровских измерений, можно представить в виде:

(1.10)

гдеСr Сr: - матрицы соответственно дальномерных и доплеровских наблюдений размерностью [n x 2],

Wr, Wr - корреляционные матрицы погрешностей дальномерных и доплеровских измерений размерностью [n x n].

Пусть для простоты оценка производится для середины интервала наблюдения, тогда для линейной модели ухода шкалывремени матрицы:

(1.11)

После подстановки получаем:

где:

при некоррелированныхдоплеровских измерениях,

при коэффициенте кор-реляции соседних допле-ровских измерений - 0,5;

(1.12)

где:

s_r,s_r – среднеквадратические погрешности измерений дальности и скорости изменения дальности.

Полученные соотношения позволяют достаточно просто оценить точность определения частотно-временных поправок к ШВ пункта при обработке данных ССРНС. Наиболее высокая точность сверки ШВ пунктов достигается при совместной обработке дальномерных и доплеровских коррелированных измерений, выигрыш зависит от соотношения величин s_rDt и s_rи интервала наблюдения. Для ССРНС «Навстар» при шаге измерений 1с для достижения точности сверки ШВ около 1 нc требуется продолжительность сеанса не менее 20с при работе по коду Р (шумовые погрешности s_r = 1 м, s_r =0,(05 м/с) и неменее 15 мин при работе по коду С/А (s_r = 10 м, (s_r = 0.1 м/с). Реальная же точность сверки ШВ может достичь 25...50 нс.

1.8. СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕННЫХ ШКАЛ СЕТИ НИСЗ НА ОСНОВЕ ВЗАИМНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Основным источником погрешностей навигационно-временных определений по данным ССРНС являются погрешности частотно-временного и эфемеридного обеспечения НИСЗ. В настоящее время в ССРНС «Глонасс» и «Навстар» требуемые точностные характеристики обеспечивает КИК, который на основании измерении, проводимых наземнои аппаратурой, решает задачу определения и прогнозирования на заданный интервал времени эфемерид НИСЗ и частотно-временных поправок к его БХВ. Полученные значения параметров закладываются на борт НИСЗ и передаются П в составе СИ.

Точность определения параметров НИСЗ таким неавтономным способом зависит от точностных характеристик наземных измерителей РНП, от точностных характеристик бортового и наземного ХВ и от степени соответствия моделей, используемых для прогнозирования движения НИСЗ и ухода шкалы БХВ, реальным процессам. Такой способ формирования эфемеридной и временной информации позволяет обеспечить высокие точностные характеристики системы за счет статистической обработки большого объема информации и использования сложных математических моделей и алгоритмов прогнозирования состояния НИСЗ, ориентированных на универсальные ЭВМ. Однако при данном способе решения задачи погрешность синхронизации БХВ НИСЗ является функцией времени и именно эта величина в первую очередь определяет время автономной работы системы, т. е. Интервал времени, в течение которого характеристики системы поддерживаются точными без помощи КИК.

Повышение точности частотно-временного и эфемеридного обеспечения НИСЗ и увеличение интервала автономного функционирования системы весьма актуальны. Один из возможных способов автономного решения этой задачи основывается на использовании текущей информации, полученной путем взаимных измерений НИСЗ-НИСЗ.

Суть метода заключается в следующем. Каждый НИСЗ в течение отведенного интервала времени излучает измерительный сигнал, который остальные НИСЗ созвездия (находящиеся в зоне радиовиди мости излучающего НИСЗ) используют для измерения квазидальности до них. Измеряемый каждым НИСЗ параметр включает разность показаний БХВ спутников и время распространения сигналов между ними. Каждый НИСЗ за достаточно короткий интервал времени, кроме передачи измерительного сигнала, осуществляет также прием результатов квазидальномерных измерений, проводимых другими НИСЗ. Полученные данные позволяют определить уходы ШВ НИСЗ относительно собственной шкалы.

Рассмотрим два НИСЗ, проводящие взаимные временные определения. Обозначим t_jiрезультат измерения квазидальности,полученный i-м НИСЗ по сигналу j-го спутника. Тогда в результатеобмена информацией имеем:

где:r_ij,r_ji - расстояние между НИСЗ в момент измерения квазидальности соответственно i-м и j-м НИСЗ,

s t_ij- уход ШВ i-го НИСЗ относительно шкалы j-го спутника;

с - скорость света.

Если цикл взаимных измерений достаточно короткий, то

и

Вычитая t_jiиз t_ij, получаем:

(1.14)

Таким образом каждый НИСЗ после выполнения аналогичных операций определяет уход собственной шкалы относительно шкалы другого НИСЗ. Взаимные измерения могут проводиться либо всеми НИСЗ по одному «ведущему» спутнику, либо между всеми спутниками созвездия взаимно. В первом случае все НИСЗ определяют уход собственной шкалы относительно ШВ «ведущего» КА, и тогда эта ШВ может быть принята за системную, во втором - каждый НИСЗ определяет уход своей шкалы путем усреднения результатов, полученных по взаимным измерениям до всех остальных спутников созвездия, и на этой основе корректирует свою ШВ, так что разброс ШВ всех НИСЗ оказывается минимальным.

Полученную в результате взаимного обмена информацию можно использовать и для определения расстояний между спутниками

(1.15)

Найденные значения дальностей позволяют уточнить эфемериды НИСЗ. С помощью такого метода эфемеридно-временного обеспечения НИСЗ можно не только увеличить время автономной работы системы, но и повысить точностные характеристики системы.

При таком методе синхронизации временных шкал сети НИСЗ для организации взаимных измерений и обмена результатами измерений необходимо установить на борту НИСЗ соответствующие радиотехнические средства и дополнительно использовать не менее 1% вычислительных ресурсов бортовой ЭВМ. Основным недостатком данного метода является возможность ухудшения точности эфемеридно-временного обеспечения НИСЗ системы при нарушении функционирования одного из НИСЗ.