Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе определения местоположения

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения точности определения координат подвижных объектов с помощью аппаратуры длинноволновых радионавигационных систем. Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе определения местоположения с помощью локальной дифференциальной подстанции (ЛДПС), позволяющий определить скорректированные расстояния до навигационного приемника пользователя Rспi (i=1, 2, …, K), которые определяются делением измеренных расстояний до навигационного приемника пользователя Rипi (i=1, 2, …, K) на коэффициент преломления ni, Rспi=Rипi/ni, (i=1, 2, …, K), который вычисляется на основе измеренных Rилi и фактических Rфлi расстояний между навигационными станциями и ЛДПС в виде ni=Rилi/Rфлi, (i=1, 2, …, K). Технический результат изобретения заключается в устранении погрешности в оценке расстояний и повышении точности определения координат навигационного приемника пользователя. 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения точности определения координат подвижных объектов с помощью аппаратуры длинноволновых радионавигационных систем.

Местоположение навигационного приемника пользователя в длинноволновом диапазоне радиоволн оценивается по измеренным расстояниям от навигационного приемника до навигационных станций с помощью различных навигационных систем, включая Loran-C, Чайка, Марс-75 и др.

Из-за различных условий распространения радиоволн при оценке расстояний возникают погрешности, связанные с наличием задержек сигналов, порождаемых изменением скорости распространения радиоволн над земной поверхностью.

Радиоволны длинноволнового (ДВ) диапазона распространяются в нижних слоях атмосферы - тропосфере. В тропосфере скорость распространения радиоволн равна [1]

где с=299694 м/с - скорость в вакууме, n - коэффициент преломления атмосферы. Коэффициент n для радиоволн зависит от метеоусловий и может быть вычислен по формуле Смита и Вейнтрауба: [2, 3]

(n-1)106=A(P+B),

где

A=77.6/Т; В=4810е/T; T=273.2+t°C;

P - атмосферное давление в миллибарах;

e - давление водяных паров (влажность) в миллибарах.

Из-за уменьшения скорости распространения возникают задержки сигналов, вносящие ошибки в измеряемые расстояния между навигационными станциями и навигационным приемником пользователя навигационных сигналов, что ухудшает оценку местоположения навигационного приемника пользователя.

Поскольку расстояния между навигационными станциями и навигационным приемником пользователя составляют сотни километров, то невозможно оценить атмосферное давление, температуру и влажность водяных паров, а это приводит к ошибке в оценке коэффициента преломления по этим параметрам и как результат к ошибке измеренных расстояний.

Существует способ уменьшения погрешностей в измерении расстояний от навигационных станций до ЛДПС и навигационного приемника пользователя за счет использования дифференциального режима [4]. Дифференциальный режим основан на том, что любые два близко расположенных приемника испытывают одни и те же атмосферные воздействия. В этом режиме используют локальную дифференциальную подстанцию с известными координатами, находящуюся на расстоянии в несколько десятков километров от приемника.

Поправки, связанные с изменением скорости распространения, измеряют в виде разностей между фактическими расстояниями Rфлi (i=1, 2, …, K) от ЛДПС до НСi и измеренными расстояниями Rилi

Эти поправки передаются на приемник потребителя, который учитывает их при оценке расстояний. Одновременно в приемнике проводят измерения расстояний Rипi (i=1, 2, …, K) до НСi с учетом атмосферных явлений. Затем определяют скорректированные расстояния

Таким образом, посредством применения дифференциального режима могут быть устранены задержки прохождения сигнала в тропосфере.

Недостатком данного способа является то, что поправки ΔRлi рассчитываются для расстояний между ЛДПС и НСi, в то время как между навигационным приемником пользователя и НСi существуют другие расстояния, из-за этого поправки будут иметь погрешности.

Целью изобретения является устранение имеющейся погрешности в оценке расстояний и повышения точности определения координат навигационного приемника пользователя.

Поставленная цель достигается с помощью вычисления коэффициентов преломления тропосферы ni, (i=1, 2, …, K) через фактические Rфлi и измеренные Rилi расстояния между ЛДПС и НСi

которые обеспечивают получение скорректированных расстояний Rспi между навигационными станциями и навигационным приемником пользователя

Сущность изобретения поясняется рисунком.

На фиг. 1 показана схема расположения навигационных станций, ЛДПС и судна с навигационным приемником пользователя, на фиг. 2 показана таблица исходных данных для моделирования, на фиг. 3 показана таблица результатов коррекции существующих алгоритмов, на фиг. 4 показана таблица результатов коррекции предложенным алгоритмом.

Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе определения местоположения осуществляется следующим образом. Навигационные станции 1 (HC1, НC2, НC3, …, НСK) передают навигационные сигналы, которые принимают ЛДПС 2 и навигационный приемник потребителя 3.

ЛДПС 2 принимает навигационный сигнал от навигационных станций 1 и проводит измерения расстояний Rипi (i=1, 2, …, K) до каждой навигационной станции 1 и после чего производит вычисления коэффициентов преломления тропосферы ni, (i=1, 2, …, K) через фактические Rфлi и измеренные Rилi расстояния между ЛДПС 2 и навигационными станциями 1 по формуле (4)

ni=Rилi/Rфлi, (i=1, 2, …, K).

Рассчитанные коэффициенты преломления тропосферы ni передаются в навигационный приемник пользователя 3.

Навигационный приемник пользователя 3 измеряет расстояния до навигационных станций 1 и производит расчет скорректированных расстояний Rспi до этих навигационных станций путем деления каждого измеренного расстояния Rипi от навигационных станций 1 до навигационного приемника пользователя 4 на коэффициент преломления тропосферы ni по формуле (5)

Rспi=Rипi/ni.

Рассмотрим пример моделирования существующего и предлагаемого алгоритмов дифференциальной коррекции с расположением объектов в соответствии с Фиг. 1. При этом учтем, что по земному шару приземные значения коэффициента преломления (n-1)106 находятся в пределах 240-400, а приведенные на уровень моря - 290-390 единиц [5].

В Таблице 1 в качестве исходных данных для примера приведены координаты четырех навигационных станций 1, объекта с навигационным приемником пользователя 3, ЛДПС 2 и исходные показатели преломления (n-1)106 тропосферы на трассах от навигационных станций 1 до ЛДПС 2 и навигационного приемника пользователя 3.

Фактические расстояния между навигационными станциями 1 и ЛДПС 2, а также между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя рассчитаем соответственно по формулам

где xi, yi, i=1, 2, …, K - координаты навигационных станций 1, xл, yл - координаты ЛДПС 2, xп, yп - координаты навигационного приемника пользователя 3.

Измеренные расстояния между навигационными станциями 1 и ЛДПС 2, а также между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя 3 рассчитаем по формулам

Поправки в виде разностей между измеренными расстояниями Rфлi от ЛДПС 2 до четырех навигационных станций 1 и фактическими расстояниями Rилi равны

Эти поправки передаются на навигационный приемник пользователя 3, который учитывает их при коррекции расстояний в существующем методе дифференциальной коррекции

С учетом исходных данных, приведенных в Таблице 1, и результатов расчета в Таблице 2 представлены:

- разности между измеренными и фактическими расстояниями от навигационных станций до ЛДПС, т.е. поправки, связанные с изменением скорости распространения радиоволн;

- разности между измеренными и фактическими расстояниями от навигационных станций до приемника;

- разности между скорректированными и фактическими расстояниями от навигационных станций до приемника, то есть погрешности коррекции.

Отметим, что расчеты проведены в предположении, что приемники ЛДПС 2 и пользователя 3 измеряют расстояния без погрешностей. То есть в данном численном эксперименте оцениваются только погрешности коррекции за счет различного местоположения ЛДПС 2 и навигационного приемника пользователя 3.

Из результатов расчета видно, что в данном примере максимальная погрешность коррекции расстояний с помощью ЛДПС 2 существующим алгоритмом составляет 13.7 м.

Далее для тех же исходных данных получим результаты коррекции расстояний предлагаемым алгоритмом.

Оценку коэффициентов преломления получим в соответствии с формулой (4)

ni=Rилi/Rфл, i=1, 2, …, K.

Скорректированные расстояния между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя найдем с помощью (5)

Rспi=Rипi/ni, i=1, 2, …, K.

Результаты моделирования приведены в Таблице 3.

Из Таблицы 3 видно, что рассчитанные показатели преломления (n-1)106 на трассах между навигационными станциями 1 и ЛДПС 2 совпали с исходными, а погрешности коррекции равны нулю.

То есть с учетом того, что среда прохождения радиоволн от навигационных станций 1 к ЛДПС 2 и навигационному приемнику пользователя 3 испытывает одни и те же атмосферные воздействия, предлагаемый алгоритм оценки расстояний с помощью локальной дифференциальной подстанции позволяет проводить более точные измерения расстояний между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя 3.

Рассмотрены существующий и предлагаемый методы коррекции измерения расстояний между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя 2 с использованием локальной дифференциальной подстанции.

В существующем методе корректирующие поправки для расстояний между навигационными станциями 1 и навигационным приемником пользователя 3 расчитываются как разности измеренных и фактических расстояний от ЛДПС 2 до навигационных станций 1. Однако из-за того, что между навигационным приемником пользователя 3 и навигационными станциями 1 существуют другие расстояния, эти поправки имеют погрешности.

В предложенном алгоритме по измеренным и фактическим расстояниям между ЛДПС 2 и навигационными станциями 1 рассчитываются показатели преломления среды распространения, используемые для коррекции измеренных расстояний от навигационного приемника пользователя 3 до навигационных станций 1.

Поскольку дифференциальный режим основан на том, что на среду распространения радиоволн от навигационных станций 1 до ЛДПС 2 и навигационного приемника пользователя 3 воздействуют одни и те же атмосферные явления, то предложенный способ коррекции дает более точные оценки расстояний.

Литература

1. Монаков А.А. Теоретические основы радиолокации / СПбГУАП. СПб.: 2002, 70 с.

2. Бин Б.Р., Даттон Е.Д. Радиометеорология. Л.: Гидрометиздат, 1971. 362 с.

3. Гуденко С.Ю. Влияние тропосферы на радиолокационное наблюдение объектов // Национальный университет «Одесская морская академия». Судовождение. 2016. Вып. 26. С. 84-92.

4. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. Т. 2. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. 360 с.

5. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. М.: ИКФ «Каталог», 2002. 106 с.

Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе определения местоположения с помощью локальной дифференциальной подстанции (ЛДПС), включающий формирование поправок к измеренным расстояниям между навигационными станциями и навигационным приемником пользователя, отличающийся тем, что скорректированные расстояния до навигационного приемника пользователя Rспi (i=1, 2, …, K) определяются делением измеренных расстояний до навигационного приемника пользователя Rипi (i=1, 2, …, K) на коэффициент преломления ni,

Rспi=Rипi/ni, (i=1, 2, …, K),

который вычисляется на основе измеренных Rилi и фактических Rфлi расстояний между навигационными станциями и ЛДПС в виде

ni=Rилi/Rфлi, (i=1, 2, …, K).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу определения положения летательного аппарата. Для определения положения летательного аппарата в декартовой системе координат производят засечки с двух измерительных пунктов с известными координатами одного дирекционного угла и двух углов места с последующей обработкой полученной информации на ЭВМ.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ с летательного аппарата (ЛА), в частности с беспилотного ЛА.

Изобретение относится к аварийной радиомаяковой системе, предназначенной для установки на летательных аппаратах. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам радиоконтроля для определения координат местоположения источников радиоизлучения (КМПИРИ) УКВ-СВЧ диапазонов как цифровых, так и аналоговых видов связи, сведения о которых отсутствуют в базе данных (например, государственной радиочастотной службы).

Изобретение относится к области спутникового радиоконтроля и может быть использовано при поиске и локализации позиций земных станций (ЗС) спутниковой связи - источников помех стволам с прямой ретрансляцией спутников-ретрансляторов (СР) на геостационарной орбите.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к управлению курсом передвижения животных. Выполняют измерение скорости, направление движения животного и регистрацию паспортных данных животного при помощи закрепленного транспондера на теле животного (3).

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к средствам диагностики злокачественных новообразований. Устройство позиционирования содержит источник излучения в виде полупроводникового диодного лазера и селективно-спектральную фоточувствительную цифровую видеокамеру, выполненные с возможностью установки над операционным полем, метку, подключенную через блок цифровой обработки сигнала к персональному компьютеру, при этом метка выполнена одноканальной и установлена на источнике излучения, пять анкеров выполнены с возможностью установки на верхний и нижний угол раны и справа, слева и снизу от операционного поля, а одноканальная метка и анкеры подключены к шлюзу и блоку цифровой обработки с образованием системы навигации SDS-TWR.

Изобретение относится к системам дистанционного контроля запусков космических аппаратов. Технический результат состоит в повышении точности определения формы выделенного возмущения.

Изобретение относится к области нелинейной радиолокации и может быть использовано при разработке нелинейных радиолокаторов, осуществляющих поиск объектов, представляющих собой радиоэлектронные устройства и контактирующие металлические поверхности, за счет обнаружения нелинейных свойств элементов, являющихся составной частью таких объектов поиска.

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться для спутниковой системы позиционирования.Технический результат состоит в повышении эффективности оценки направления поступления сигналов.

Изобретение относится к способу для определения навигационных данных и устройству для осуществления этого способа. В способе для определения навигационных данных с помощью первого навигационного устройства (310) определяют результаты измерения углов ориентации.

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в системах и устройствах навигации транспортных средств. Технический результат – расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации и может быть использовано при осуществлении навигации высокодинамичных ЛА в сложных навигационных условиях.

Изобретение относится к области к автотранспорта, в частности к прогнозированию энергопотребления/расхода топлива при движении транспортного средства. Технический результат заключается в повышении эффективности прогнозирования энергопотребления.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости каналов связи.

Техническое решение относится области железнодорожной автоматики и телемеханики. Устройство записи и передачи данных на основе ускорения подвижного имущественного объекта, оборудованное беспроводным блоком обработки, устройством записи событий, устройством записи цифрового видеосигнала, датчиком уровня топлива и платой датчиков инерциальной навигации.

Изобретение относится к способу управления движением объекта с помощью оптической навигационной системы. Для управления движением объекта устанавливают в зоне движения объекта навигационные маяки на основе пассивной конструкции уголковых отражателей двух размеров, большего и меньшего, производят поиск сигналов от навигационных маяков, определяют положение объекта в пространстве, формируют сигналы управления для следования объекта по заданной траектории.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат подвижных наземных объектов, в частности железнодорожных и автотранспортных средств, особенно в автономных и частично автономных навигационных системах, передвигающихся по известным дорогам.

Изобретение относится к области систем позиционирования и навигации и может найти применение в системах и устройствах навигации подвижных объектов. Технический результат – расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации, а также относится к области навигационных приборов для контроля и управления летательными аппаратами. Комплексный способ навигации летательных аппаратов, функционально объединяющий инерциальный способ навигации, спутниковый способ навигации и воздушно-скоростной способ навигации с использованием магнитометрических датчиков, при этом дополнительно осуществляют начальную выставку по курсу в процессе руления и разбега до момента отрыва летательного аппарата (ЛА) от ВПП, определение и списание девиации магнитометрических датчиков после набора высоты путем совершения полета по кругу, осуществляют процесс навигации в трех режимах: основной режим навигации, где инерциальную систему и систему воздушных сигналов (СВС) корректируют по сигналам спутниковой системы навигации (СНС), осуществляют двухуровневый контроль достоверности сигналов от приемника СНС и определяют погрешности измерения воздушной скорости и скорости ветра, используя сигналы СНС, альтернативный режим навигации, где инерциальную систему корректируют по сигналам СВС, которого включают при отсутствии сигналов от приемников СНС или достоверности сигналов от приемника СНС и резервный режим навигации, которого включают в случае отказа системы СНС и СВС, где используют адаптированную к возмущениям резервную систему определения углов пространственной ориентации, корректируемую по сигналам акселерометров и магнитометрических датчиков со списанной девиацией в полете, осуществляют оптимизацию коэффициентов адаптивной коррекции углов по сигналам акселерометров, в зависимости от режима полета ЛА. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение надежности работы и эффективности навигации, а также повышение точности определения навигационных параметров в случае пропадания сигналов от приемника спутниковой навигационной системы (СНС).
Наверх