Способ разрешения неоднозначности фазовых измерений
Способ разрешения неоднозначности фазовых измерений путем приема и обработки радионавигационных сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и НАВСТАР заключается в том, что измеряют фазы 1 и 2 в диапазоне от 0 до на двух несущих частотах f1 и f2, находящихся в заданном отношении 9/7 относительно друг друга, затем синтезируют длину волны 0 = 91 = 72, где 1 и 2 - длины волн на несущих частотах f1 и f2 соответственно, и, используя измерения фаз 1 и 2, определяют с использованием математического аппарата теории чисел число периодов r1 и r2 соответственно длины волны 1 и 2, заключенных в синтезированной длине волны 0, одновременно, используя дальномерный код высокой точности, измеряют псевдодальности Rк до навигационных спутников и вычисляют оценку целого числа длин волн 1 и 2, укладывающихся в измеренной псевдодальности Rк, далее разрешают неоднозначность, вычисляя целое число длин волн 1 и 2, укладывающихся в измеренной псевдодальности, и сами псевдодальности Rf1 и Rf2 на несущих частотах f1 и f2 с точностью до фазы несущей. Технический результат заключается в повышении надежности навигационных определений при измерениях по фазе несущих частот (НЧ), выполнение условия согласования НЧ между собой, улучшение массогабаритных характеристик потребителя СРНС.
Изобретение относится к области навигации и может использоваться при разработке и модернизации аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и НАВСТАР, в которой осуществляется измерение псевдодальностей до навигационных спутников по фазе несущих частот.
Применение СРНС для высокоточной навигации, определения ориентации потребителя в пространстве и геодезических работ требует специальных способов обработки навигационных радиосигналов - фазовых измерений на несущих частотах (НЧ). Это позволяет измерять псевдодальности до навигационных искусственных спутников земли (НИСЗ) с ошибкой менее одного сантиметра и получить точность навигационных определений (НО) порядка единиц сантиметров. Основной проблемой, возникающей при таких измерениях, является проблема устранения неоднозначности фазовых измерений, то есть проблема согласования шкал измерений на фазах НЧ и шкалы измерений на фазе дальномерного кода (ДК). Условие согласования шкал для СРНС заключается в том, что удвоенная погрешность измерения фазы ДК, выраженная в метрах, должна быть меньше длины волны НЧ, на которой производятся измерения фазы. Ошибка измерения фазы ДК может быть определена по формуле: где - длительность элемента ДК в метрах, C/N0 - отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума на входе приемника, а BССЗ - эквивалентная шумовая ширина полосы схемы слежения за задержкой ДК. Длительность элемента кода высокой точности в СРНС ГЛОНАСС составляет 58,71 м, а в НАВСТАР - 29,32 м. Эквивалентная шумовая ширина полосы в современных образцах аппаратуры потребителя типа Бриз (СН-3601, СН-3706) составляет 1 Гц. При отношении сигнал/шум 40 дБГц, ошибки измерения фазы ДК составляют 0,42 м и 0,21 м для ГЛОНАСС и НАВСТАР соответственно. Таким образом, условие согласования шкал не выполняется и возникает проблема неоднозначности фазовых измерений, заключающаяся в нахождении целого числа длин волн, укладывающихся в измеряемой псевдодальности, и последующего вычисления псевдодальности с точностью до фазы НЧ. Известен способ разрешения неоднозначности путем дополнительных измерений на разности несущих частот [1, стр.306], в котором диапазон однозначных измерений расширяется за счет использования синтезированной длины волны где С - скорость света, а f1 и f2 - несущие частоты. Этот способ обеспечивает увеличение диапазона приблизительно в 4,5 раза на длине волны 1, однако снижает точность и надежность фазовых измерений и может применяться только при достаточно высоком отношении сигнал/шум, когда ошибка измерения фазы ДК не превышает диапазон однозначного измерения фаз. Известны также способы разрешения неоднозначности на основе минимума среднеквадратической погрешности места определения [1, стр.306], метода наименьших квадратов и функции неоднозначности [2, стр. 132], являющиеся частными случаями метода максимального правдоподобия. Все эти методы требуют избыточной информации, получаемой за счет увеличения числа измерителей и времени получения измерений, что приводит к усложнению аппаратуры потребителя и снижению надежности НО. Целью изобретения является разрешение неоднозначности фазовых измерений в СРНС ГЛОНАСС и НАВСТАР, повышение надежности НО при измерениях по фазе НЧ и улучшение массогабаритных характеристик аппаратуры потребителя СРНС. Предлагаемый способ разрешения неоднозначности фазовых измерений заключается в том, что на двух НЧ f1 и f2, находящихся в отношении c погрешностью измеряют фазы 1 и 2 в диапазоне от 0 до 2 с погрешностью менее 0,03 фазового цикла, затем синтезируют длину волны 0= 91= 72 и, используя измерения фаз 1 и 2, определяют число периодов волны 1 и число периодов волны 2 заключенных в синтезированной длине волны 0, где 1 и 2 - длины волн на НЧ f1 и f2 соответственно, int(X) есть целая часть числа X, a L YmodZ есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, одновременно используя ДК высокой точности, измеряют псевдодальность RК до НИСЗ и вычисляют оценку целого числа длин волн и оценку целого числа длин волн 2 укладывающихся в измеренной псевдодальности RК, далее разрешают неоднозначность, вычисляя целое число длин волн 1 и 2, укладывающихся в измеренной псевдодальности, и сами псевдодальности на НЧ f1 и f2 с точностью до фазы несущей. Выбранное отношение НЧ позволяет расширить диапазон однозначного измерения фаз в 9 раз на частоте f1 и в 7 раз на частоте f2 путем синтеза волны 0= 91= 72 и обработки измерений с использованием математического аппарата теории чисел [3] . Такое расширение диапазона позволяет разрешать неоднозначность при более низком отношении сигнал/шум, обеспечить согласование измерительных шкал при более широкой эквивалентной шумовой полосе схемы слежения за задержкой и не требует дополнительных измерений. Технический результат заключается в расширении диапазона однозначного измерения фаз и определении псевдодальностей до НИСЗ с точностью до фаз несущих частот. Предложенный способ разрешения неоднозначности фазовых измерений отличается тем, что на двух НЧ f1 и f2, находящихся в отношении с погрешностью измеряют фазы 1 и 2 в диапазоне от 0 до 2 с погрешностью менее 0,03 фазового цикла, затем синтезируют длину волны 0= 91= 72 и, используя измерения фаз 1 и 2, определяют число периодов волны 1 и число периодов волны 2 заключенных в синтезированной длине волны 0, где 1 и 2 - длины волн на несущих частотах f1 и f2 соответственно, int(X) есть целая часть числа X, a L YmodZ есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, одновременно используя ДК высокой точности, измеряют псевдодальность RК до НИСЗ и вычисляют оценку целого числа длин волн и оценку целого числа длин волн укладывающихся в измеренной псевдодальности RК, далее разрешают неоднозначность, вычисляя целое число длин волн 1 и 2, укладывающихся в измеренной псевдодальности, и сами псевдодальности на несущих частотах f1 и f2 c точностью до фазы несущей. Изобретение основано на использовании фазовых измерений на двух НЧ, измерений псевдодальности с использованием ДК высокой точности, синтеза дополнительной длины волны и обработки измерений с использованием математического аппарата теории чисел. Предложенный способ разрешения неоднозначности может быть реализован в аппаратуре потребителя СРНС ГЛОНАСС и НАВСТАР, в которой измеряются фазы несущих частот (например, Бриз СН-3601, СН-3706). В этой аппаратуре измерения фаз НЧ выполняются с погрешностью 4 мм, что составляет приблизительно 0,022 фазового цикла. Для ГЛОНАСС отношение НЧ является точным а для системы НАВСТАР точное отношение с использованием алгоритма Евклида для нахождения подходящих дробей, аппроксимируется отношением с погрешностью Такая аппроксимация позволяет унифицировать способ разрешения неоднозначности для СРНС ГЛОНАСС и НАВСТАР и выполнить условие согласования НЧ между собой. Источники информации: 1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы /B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др.: Под ред. B.C. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993.-408 с. 2. Frank van Graas GNSS Augmentation for High Precision Navigation Services. //AGARD- LS-207, FRANCE, 1996, 128-141 c. 3. Виноградов И.М. Основы теории чисел, Москва, 1953. - 180 с.Формула изобретения
Способ разрешения неоднозначности фазовых измерений путем приема и обработки радионавигационных сигналов спутниковых радионавигационных систем, отличающийся тем, что на двух несущих частотах f1 и f2, находящихся в отношении с погрешностью измеряют фазы 1 и 2 в диапазоне от 0 до , с погрешностью менее 0,03 фазового цикла, затем синтезируют длину волны o= 91= 72 и, используя измерения фаз 1 и 2, определяют число периодов длины волны 1и число периодов волны 2
заключенных в синтезированной длине волны o, где 1 и 2 длины волн на несущих частотах f1 и f2 соответственно, int(X) есть целая часть числа Х, а LY modZ есть сравнение числа L с числом Y по модулю Z, одновременно, используя дальномерный код высокой точности, измеряют псевдодальности Rк до навигационных спутников и вычисляют оценку целого числа длин волн 1 и оценку целого числа длин волн 2 укладывающихся в измеренной псевдодальности Rк, далее разрешают неоднозначность, вычисляя целое число длин волн 1 и 2, укладывающихся в измеренной псевдодальности и сами псевдодальности на несущих частотах f1
и f2 с точностью до фазы несущей.