Проблема повышения точности вычисления координат объекта

На степень точности вычисления координат влияет ряд факторов, зависящих от процедуры их определения. Эти факторы принято называть факторами снижения точности. Как правило, при вычислении координат применяются следующие стандартные факторы снижения точности:

геометрический фактор снижения точности (GDOP) говорит о степени влияния погрешностей псевдодальности (последняя характеризует меру удаленности потребителя от GPS-спутника). Зависит от положения спутника относительно GPS-приемника и от смещения показания GPS-часов. Различие значений псевдодальности и фактической дальности связано со смещением показаний часов GPS-спутника и потребителя, а также с задержками распространения и другими ошибками.

горизонтальный фактор снижения точности (HDOP) показывает степень влияния точности определения горизонтали на погрешность вычисления координат;

фактор снижения точности определения положения (PDOP) - это безразмерный показатель, который описывает, как влияет на точность определения координат погрешность псевдодальности;

относительный фактор снижения точности (RDOP) по сути равен фактору снижения точности, нормализованному на период, составляющий 60 с;

временной фактор снижения точности (TDOP) описывает степень влияния погрешности показаний часов на точность определения координат;

вертикальный фактор снижения точности (VDOP) показывает степень влияния погрешности в вертикальной плоскости на точность определения координат.

Основными источниками ошибок, влияющими на точность навигационных вычислений, являются следующие.

Погрешности, обусловленные режимом селективного доступа. Реализуя этот режим, провайдер услуг GPS (Министерство обороны США) намеренно снижает точность определения местонахождения для гражданских потребителей. В режиме S/A формируются ошибки искусственного происхождения, вносимые в сигнал на борту GPS-спутников с целью загрубления навигационных измерений. Такими ошибками являются неверные данные об орбите спутника и искажения показаний его часов за счет внесения добавочного псевдослучайного сигнала. Величина среднеквадратической ошибки из-за влияния этого фактора составляет примерно 30 м.

Погрешности, связанные с распространением радиоволн в ионосфере. Задержки распространения сигналов при их прохождении через верхние слои атмосферы приводят к ошибкам порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью. Несмотря на то, что навигационное сообщение, передаваемое с борта GPS-спутника, содержит параметры модели ионосферы, компенсация фактической задержки в лучшем случае составляет 50%. Компенсировать ошибки, вызванные ионосферной рефракцией, можно при использовании для навигации сигналов, принимаемых на двух разных частотах.

Погрешности, обусловленные распространением радиоволн в тропосфере. Возникают при прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Значения погрешностей этого вида при использовании сигналов с С/А-кодом не превышают 30 м.

Эфемеридная погрешность. Ошибки обусловлены расхождением между фактическим положением GPS-спутника и его расчетным положением, которое устанавливается по данным навигационного сигнала, передаваемого с борта КА. Значение погрешности обычно не больше 3 м.

Погрешность ухода шкалы времени спутника обусловлена расхождением шкал времени различных спутников. Устраняется с помощью наземных станций слежения или за счет компенсации ухода шкалы времени в дифференциальном режиме определения местоположения.

Погрешность определения расстояния до спутника. Данный показатель является статистическим, он вычисляется для конкретного спутника и заданного интервала времени. Ошибка не коррелирована с другими видами погрешностей. Ее величина обычно не превышает 10 м.

4. Реализация программы:

В качестве примера приведем результаты расчета с помощью программы МРWIN фирмы Маgellan геометрического фактора при определении координат ЛА (НDОР) и видимости НКА ГЛОНАСС (рис. 1-4) для Москвы на 1.8.99 г. При этом рис. 1 относится к группировке из 15 НКА, которая была в начале июня 1999 г., рис. 2,3 относятся к группировке из 12 НКА. Рис. 3 дает указанные характеристики для случая навигационных определений с известной высотой (режим 2Д), которая может, например, определяться с помощью СВС воздушного судна. Из рис. 1 следует, что неблагоприятные условия видимости и соответствующие величины НDОР имели место с 1 до 2 ч. 30 мин (время московское), с 8 до 10 часов, с 10ч. 30 мин. до 12 ч., с 17 ч. до 17ч. 30 мин. и с 21 ч. до 24 ч. Еще худшие условия складываются при 12 НКА (рис. 2). Несколько лучшие условия имеют место при определении координат в режиме 2Д (рис. 3), когда длительность неблагоприятных периодов сокращается в 2-3 раза (сравним рис. 2 и 3). Дополнительное использование GPS в условиях рис. 2 существенно улучшает обстановку; так в поле видимости постоянно находится от 8 до 16 НКА (рис. 4), а геометрический фактор (НDОР) в большинстве случаев оказывается меньше 1, Для сравнения можно использовать также данные наблюдений, проведенных с помощью приемника фирмы Ashtech GG-24 Лаборатории Линкольна МТИ (LL МIТ) 18.1.1999.

Полученные при использовании только сигналов 11 НКА ГЛОНАСС погрешности навигационных определений сведены в табл. 1.

В ходе проведенных наблюдений определено, что полные навигационные определения координат, высоты и составляющих скорости могут быть получены в 57% времени суток. При этом в 37% времени геометрический фактор определения геодезических координат оказывается более двух. Именно для этой ситуации справедливы данные табл. 7. В то же время плановые координаты при видимости 3-х и более НКА могут быть получены в 91% времени суток.

Рис. 1. Геометрический фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (15 НКА)

Рис. 2. Геометрический фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (12 НКА)

Рис. 3. Геометричекий фактор и видимость НКА ГЛОНАСС (12 НКА), 2Д