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:
- для околозенитных НКА
S1 = d H1 при b 1 = 9 0 °;
S1 = d H1 +0,15d M1 при b 1 = 45°;
- 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):
- в лучших ситуациях
s (S1) = 6,2 м; s (S1) = 7,7 м и соответственно d p = 15,4 м; d z = 34 м;
- 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.