Точность глобальной навигации наземных подвижных объектов

Проведем оценку точности определения координат наземного подвижного объекта при глобальной оперативной навигации с помощью многоканальной НАП, использующей узкополосные навигационные радиосигналы с частотой 1600 МГц в системе ГЛОНАСС с полной ОГ штатных НКА.

Погрешность определения координат подвижного объекта зависит от геометрических факторов используемого в сеансе навигации созвездия радиовидимых НКА и обусловлены погрешностями ЭИ и ЧВП в кадрах ЦИ, принимаемых от НКА, и погрешностями измерений в НАП псевдодальностей до НКА.

При оценке точности координат подвижного объекта погрешности ЭИ и ЧВП можно пересчитать в эквивалентные погрешности псевдодальностей до НКА.

Погрешности координат НКА, пересчитанные в эквивалентные погрешности псевдодальности, есть проекции погрешностей координат НКА на направление от НКА до объекта. Обозначим: d H, d M ¾ погрешности координат НКА в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Из простых геометрических построений можно получить следующие формулы для пересчета погрешностей координат НКА в эквивалентные погрешности псевдодальностей (дальностей) от объекта до НКА:

1. для околозенитных НКА

S₁ = d H₁ при b 1 = 9 0 °;

S₁ = d H₁ +0,15d M₁ при b 1 = 45°;

1. для пригоризонтного НКА

d S₂ = d H₂ +0,25d M₂ при b ₂ = 0.

Погрешности ЭИ при прогнозе на сутки для НКА первой модификации (см. выше) в среднем составляют s (H) = 4 м, s (L) = 15 м, и, следовательно, эквивалентные погрешности псевдодальностей составят:

s (S₁) = 4,0...4,6 м и s (S₂) = 5,5 м.

Погрешность ЧВП при прогнозе на 12 ч для НКА первой модификации составляет s (t _Б) = 14 нс и, соответственно, эквивалентная погрешность псевдодальности равна s (S) = 4,2 м.

При использовании узкополосных навигационных радиосигналов погрешности измерений псевдодальности для околозенитного s (S₁) и пригоризонтного s (S₂) НКА приведены выше.

Составим суммарный бюджет погрешностей псевдодальностей без ионосферы (который будем называть инструментальной погрешностью псевдодальности) для многоканальной НАП, использующей узкополосные однодиапазонные (1600 МГц) навигационные радиосигналы (T₀ = 1 с):

	s (S1), м	s (S2), м
погрешности ЭИ	4,0...4,6	5,5
погрешности ЧВП	4,2	4,2
шумы (T0=1c)	2,0	3,0...6,0
тропосфера	0,3	1,5...3,0
многолучевость	-	0...3,0
Итого	6,2...6,6	7,7...9,6

В шестиканальной НАП на наземном подвижном объекте максимальные (0,95) инструментальные погрешности определения местоположения объекта в горизонтальной p и вертикальной z плоскостях связаны с инструментальными погрешностями псевдодальности до “высокого” (околозенитного) НКА s (S₁) и до “низкого” (пригоризонтного) НКА s (S₂) следующим образом (см. выше):

в лучших ситуациях d p = 2,0 s (S₂); d z = 2,0 s (a);

в худших ситуациях d p = 2,2 s (S₂); d z = 2,2 s (a),

где

s (a) = [4s ²(S₁)+2s ²(S₂)]^1/2.

Используя эти формулы и полученные выше значения инструментальных погрешностей псевдодальностей, найдем оценки максимальных инструментальных погрешностей определения местоположения наземных динамичных (T₀=1 с) объектов при использовании узкополосных навигационных радиосигналов в однодиапазонной шестиканальной НАП (1600 МГц):

1. в лучших ситуациях

s (S₁) = 6,2 м; s (S₁) = 7,7 м и соответственно d p = 15,4 м; d z = 34 м;

1. в худших ситуациях

s (S₁) = 6,6 м; s (S₁) = 9,6 м и соответственно d p = 21 м; d z = 42 м.

Строгая оценка вклада ионосферных погрешностей определения координат наземного объекта при применении однодиапазонной НАП является достаточно сложной задачей, дадим приблизительный анализ.

В предыдущем разделе были оценены ионосферные погрешности измерения псевдодальностей в однодиапазонной НАП. Было показано, что ионосферная погрешность псевдодальности (дальности) до пригоризонтного НКА (b =5°... 10°) равна d R₂=3d R₁, где d R₁ ¾ ионосферная погрешность дальности при вертикальном радиолуче. Ионосферные погрешности псевдодальностей в сеансе зависят от времени проведения сеанса: минимальны ночью, максимальны днем.

Пусть наземный объект находится под пересечением двух орбитальных колец, и в сеансе навигации используются шесть НКА: два околозенитных и четыре пригоризонтных. Очевидно, что если сеанс навигации проводится в околополуденное время, то ионосферные погрешности псевдодальностей для пригоризонтных НКА будут мало отличаться друг от друга и соответственно четыре разности между псевдодальностью до пригоризонтного и до зенитного НКА будут приблизительно одинаковы d D = d R₂-d R₁=2d R₁. В этой ситуации ионосферные погрешности определения координат наземного объекта в сеансе навигации в околополуденное время можно оценить как

d z=2d D=4d R₁; d x,d y=± 0,5d D=± d R₁.

Если сеанс навигации проводится в утреннее или вечернее время, то ионосферные погрешности псевдодальностей до пригоризонтных НКА будут сильно отличаться, и для таких сеансов навигации ионосферные погрешности определения координат можно приблизительно оценить как: d x,d y,d z = ± 2d R₁, где d R₁ ¾ ионосферная погрешность псевдодальности до зенитного НКА в дневное время.

Если наземный объект равноудален от трех орбитальных колец, то в сеансе навигации нет околозенитного НКА, и “высокие” НКА имеют углы возвышения b ₁ = 41°... 45°. Ионосферные погрешности определения координат наземного объекта в таком сеансе навигации будут не больше, чем в сеансе, в котором имеется околозенитный НКА.

Таким образом, в сеансах навигации наземных объектов при использовании шестиканальной однодиапазонной НАП максимальные ионосферные погрешности определения координат объекта можно оценить следующим образом:

d x,d y = (1...2) d R₁; d z = (2...4) d R₁,

где d R₁ ¾ ионосферная погрешность при вертикальном радиолуче в дневное время.

В худший сезон (зимний день) в годы максимальной солнечной активности d R₁ = 15 м. Следовательно, максимальные ионосферные погрешности определения местоположения наземного объекта составят

d p = [(d x)²+(d y)²]^1/2 = 21...42 м; d z = 30...60 м.

Приведем полученные оценки максимальных суммарных (инструментальных и ионосферных) погрешностей глобальной навигации в СРНС ГЛОНАСС при использовании узкополосных навигационных радиосигналов 1600 МГц в шестиканальной НАП на динамичных (T₀ = 1с) наземных объектах в годы максимальной солнечной активности:

	d p, м	d z, м
инструментальные (0,95)	15...21	34...42
ионосферные в худший сезон	21...42	30...60
Итого	36...63	64...102

В годы минимальной солнечной активности ионосферные погрешности будут в 5...6 раз меньше, и соответственно максимальные суммарные погрешности глобальной навигации наземных подвижных объектов составят:

	d p, м	d z, м
инструментальные (0,95)	15...21	34...42
ионосферные в худший сезон	5...7	6...10
Итого	20...28	40...52

В соответствии с 11-летним циклом ближайшим годом максимальной солнечной активности будет 2001 г.