Способ выбора созвездия навигационных спутников
Владельцы патента RU 2683640:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" (RU)
Изобретение относится к способам навигации по спутниковым радионавигационным системам и может быть использовано для выбора созвездия видимых навигационных спутников, обеспечивающего максимальную точность решения навигационной задачи подвижного объекта. Достигаемый технический результат - упрощение выбора созвездия видимых навигационных спутников, снижение вычислительных затрат и повышение точности решения навигационной задачи подвижных объектов. Указанный результат достигается за счет определения разностей углов обзора каждого спутника, входящего в группировку навигационных спутников, и дуги большого круга между объектом и геометрическим местом каждого видимого спутника с последующим выбором k≥4 наибольших значений этих разностей и соответствующих им k спутников, образующих искомое созвездие спутников. 1 ил.
Изобретение относится к способам навигации по спутниковым радионавигационным системам и может быть использовано для выбора созвездия видимых навигационных спутников, обеспечивающего максимальную точность решения навигационной задачи подвижного объекта.
Известны способы выбора созвездия видимых навигационных спутников с целью обеспечения максимальной точности решения навигационной задачи подвижного объекта [Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС (5.1 редакция). - М.: РНИИ КП, 2008. - 57 с.; ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова Л.И., Харисова В.К - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.], состоящие в последовательном вычислении координат объекта, фактора понижения точности, математических ожиданий и среднеквадратических отклонений координат объекта; устранении решений, которые находятся за границей сферического среднеквадратического отклонения, формировании эмпирической оценки качества найденного решения и определения решения, которое считается оптимальным по критерию максимума эмпирической оценки.
Недостатками этих способов являются их сложность, большой объем вычислительных затрат и эмпирический характер оценки качества решения, снижающий общую точность решения навигационной задачи.
Заявленный способ направлен на упрощение выбора созвездия видимых навигационных спутников, снижение вычислительных затрат и повышение точности решения навигационной задачи подвижных объектов.
Поставленная задача возникает при решении навигационной задачи подвижных объектов с использованием спутниковых радионавигационных систем.
Сущность заявленного способа состоит в том, что угол обзора каждого спутника, входящего в группировку навигационных спутников, передается в навигационном сообщении спутника вместе с его координатами в геоцентрической системе координат, после чего в навигационном приемнике объекта на основе навигационных сообщений от m (m≥4) спутников последовательно определяются координаты объекта в геоцентрической системе координат известными методами, угол дуги большого круга между объектом и геометрическим местом каждого видимого спутника из скалярного произведения векторов координат объекта и спутника, угловые расстояния объекта до границ зон обзора каждого видимого спутника - т.е. разности углов обзора каждого спутника и дуги большого круга между объектом и геометрическим местом каждого видимого спутника, после чего исключаются отрицательные разности данных углов и из оставшихся значений формируется вариационный ряд, из которого далее выбираются k (k≥4) наибольших значений разностей данных углов, соответствующих к наибольшим расстояниям объекта до границ зон обзора спутников, и соответствующие им k спутников, образующих искомое созвездие спутников.
Реализация предложенного способа состоит в следующем (фиг. 1).
Рассматривается группировка навигационных спутников, обеспечивающих решение навигационной задачи подвижного объекта. Зона обзора i-го спутника представляет собой участок земной поверхности, на котором можно осуществлять наблюдение за спутником и прием его сообщений. Центром зоны обзора является подспутниковая точка - геометрическое место спутника (ГМС). В общем случае a priori известен угол обзора βi каждого i-го спутника, вычисляемый как [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. - М: Радиотехника, 2010. - С. 62]:
где 
- высота апогея i-го спутника, R - радиус Земли,
α=const - угол маски (0.09-0.18 рад),
который при реализации данного способа передается в навигационном сообщении i-го спутника вместе с его координатами в геоцентрической системе координат ξi, ηi, ζi.
На основе измеренных псевдодальностей и навигационных сообщений от m (m≥4) спутников на объекте определяются координаты объекта в геоцентрической ξ, ζ, η известными методами [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.; гл. 4].
Далее определяется угол Di дуги большого круга (ортодромии) между объектом и ГМС i-го спутника из выражения для скалярного произведения векторов ϑ=|ξηζ|T и ϑsi=|ξsiηciζci|T:
т.е.
Для последующего выбора оптимального для данного объекта спутникового созвездия для всей группировки из N спутников определяются угловые расстояния объекта до границ зон обзора - т.е. разности θi углов βi и Di:
и исключаются из последующего анализа те спутники, для которых 
Остальные положительные значения θi, i=1, 2, … перестраиваются в вариационный ряд, из которого далее выбираются k (k≥4) наибольших θi (соответствующие наибольшим расстояниям объекта до границ зон обзора спутников) и соответствующие им k (k≥4) спутников, образующих искомое созвездие спутников, измерения которых минимально необходимы для оценки навигационного вектора объекта [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.; гл. 4].
Предложенный способ выбора спутникового созвездия не предполагает использования эмпирических данных, существенно проще известных, требует меньших вычислительных затрат и легко реализуем в навигационном вычислителе объекта.
Способ выбора созвездия навигационных спутников, состоящий в том, что угол обзора каждого спутника, входящего в группировку навигационных спутников, передается в навигационном сообщении спутника вместе с его координатами в геоцентрической системе координат, после чего в навигационном приемнике объекта на основе навигационных сообщений от m (m≥4) спутников последовательно определяются координаты объекта в геоцентрической системе координат, угол дуги большого круга между объектом и геометрическим местом каждого видимого спутника из скалярного произведения векторов координат объекта и спутника, угловые расстояния объекта до границ зон обзора каждого видимого спутника, представляющие собой разности углов обзора каждого спутника и дуги большого круга между объектом и геометрическим местом каждого видимого спутника, после чего исключаются отрицательные разности данных углов и из оставшихся значений формируется вариационный ряд, из которого далее выбираются k (k≥4) наибольших значений разностей данных углов, соответствующих k наибольшим расстояниям объекта до границ зон обзора спутников, и соответствующие им k спутников, образующих искомое созвездие спутников.
