Дифференциальные поправки в ГЛОНАСС и GPS навигации

     Во-вторых, точность определения координат спутника, которая напрямую связана с точностью эфемерид. Эфемериды придумывают не сами спутники, они загружаются на спутник с наземных контрольных станций. Причем, примерно раз в сутки. Кроме начальных погрешностей они еще
"портятся" с "возрастом". Сюда же условно можно отнести уход бортовых часов спутника.

     Вполне очевидно, ошибки по разным спутникам между собой мало связаны и разные по величине - сигналы от разных спутников идут через разные части небосклона и эфемериды у всех спутников индивидуальные. Тогда, если передавать потребителю только разность координат, нужно иметь
гарантию, что условия на контрольно-корректирующей станции (ККС), формирующей поправки, и у потребителя абсолютно одинаковые - и там и там используется одинаковый набор спутников (называемый рабочим созвездием) и расчеты координат произведены с использованием одних и тех же эфемерид. В реальных условиях, особенно на подвижных объектах, такое практически недостижимо. А применяя такие поправки для другого созвездия можно даже получить ухудшение точности.

     Поэтому лучше передавать поправки к "первоисточнику" расчетов - к псевдодальностям. ККС решает обратную задачу - по точно известным своим координатам и считая точными координаты спутников, рассчитанные по эфемеридам, вычисляет дальность до спутника. Сравнив ее с полученной
измерением сигнала, считает ошибку дальности. Оценивая, как эта ошибка себя ведет в течении сравнительно долгого времени, дополнительно еще вычисляет скорость изменения ошибки.

     А как узнать, на какой момент времени рассчитана ошибка, особенно если поправки передаются редко (раз в несколько секунд)? В спутниковой системе есть своя система счета времени (6) и с каждой поправкой потребителю передается значение спутниковых часов (младшая часть), на которое была рассчитана эта поправка. К тому же у эфемерид есть циклический счетчик, который увеличивается каждый раз, когда происходит загрузка эфемерид на спутник. Таким образом, можно гарантировать, что и ККС и потребитель одинаково понимают, на какой момент времени действительна поправка и для каких условий. В этом случае у потребителя шире возможности в выборе рабочего созвездия в соответствии со своими условиями работы. Однако у потребителя поправки должны быть на все используемые спутники. Иначе даже одна псевдодальность без поправки может испортить всю картину. Как говорится, ложка дегтя в бочку меда.

     Еще один момент. Естественно предположить, что поправки будут тем точнее, чем потребитель ближе находится к ККС. Один из выходов их этой ситуации - передавать потребителю координаты ККС и он, зная удаленность от нее, будет принимать решение насколько верить этим поправкам.

     Другое, более сложное, решение - сеть станций. При этом можно, обрабатывая данные от всех станций в сети, создавать модель распределения ошибок по поверхности участка Земли и более точно прогнозировать поправки для любой точки зоны действия сети. Но в этом случае требуется установка двусторонней связи потребителя с сетью (или самостоятельная обработка потребителем огромного объема информации).



     Несколько слов стоит сказать о технической реализации.

     Стандарты на форматы данных и другие детали технической реализации разрабатывает Специальный комитет морской радиотехнической комиссии RTCM SC-104 (Radio  Technical Commission for Maritime Services, Special Committee 104) (7). Несмотря на "морское" название комиссии, стандарты рассчитаны и на наземных и на воздушных потребителей. Хотя, в авиации более распространены стандарты Радиотехнической комиссии аэронавтики RTCA (Radio Techical Commission for Aeronautics).



     Дифференциальные подсистемы можно разделить на несколько групп.


     Широкозонные дифсистемы, использующие геостационарные спутники, которые передают сигнал подобный сигналу GPS. В литературе встречается общее название широкозонных дифсистем WADGPS (Wide Area Differential GPS). В международной организации гражданской авиации (ICAO - International Civil Aviation Organization) принято название SBAS (Satellite Based Augmentation System) - Спутниковые системы функционального
дополнения. Примером таких систем могут быть: американская WAAS (Wide Area Augmentation System), европейская EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), японская MSAS (Japanese Multi-functional Satellite Augmentation System).


     Региональные дифференциальные системы служат для навигационного обеспечения отдельных регионов от 400 до 2000 км. Системы Starfix и SkyFix для передачи информации используют каналы спутников INMARSAT (8). Eurofix разрабатывается на основе существующих наземных импульсно-фазовых радионавигационных систем (ИФРНС) Loran/Чайка. Так как ИФРНС позиционируются как резервные на случай неисправности спутниковых, то
таким образом, можно наблюдать "симбиоз" - взаимное дополнение - двух систем.

   
     Локальные дифсистемы довольно разнообразны. Морские системы для передачи информации используют средневолновые радиомаяки дальностью до 200 км. В авиации в районе аэродромов используются подсистемы с общим названием GBAS (Ground Based Augmentation System) - Наземные системы функционального дополнения. К локальным системам можно отнести и геодезические. Для них характерны, с одной стороны -
высокая точность, с другой - возможность серьезной постобработки измерений.


     Заключение.

     Тема дифференциальных поправок обширна и невозможно все описать в одной статье. К тому же она относится к области развивающихся направлений теоретического изучения и практической реализации. Так что будем следить за техническим прогрессом.


     (1) difference (англ.) - разность

     (2) Глобальные фазовые "Альфа", "Omega" (в наст. время законсервирована), региональные импульсно-фазовые "Чайка", "Loran"

     (3) систематическая погрешность - постоянная или меняющаяся по определенному закону

     (4) псевдодальность - дальность плюс постоянная для всех спутников на момент измерения величина, зависящая от несовпадения шкал времени ("часов") системы и приемника

     (5) эфемериды - набор параметров, передаваемых спутником для определения его точных координат в любой момент времени. Набор поисковых (приблизительных, упрощенных) эфемерид для всей системы называется альманахом. Первоначально эфемеридами в астрономии и астрологии назывались таблицы, по которым можно было рассчитать положение небесных тел. Альманах в переводе с арабского означает "астрономический календарь".

     (6) для GPS используется так называемый Z-счет - номер недели и время в секундах внутри недели. В ГЛОНАСС - номер дня и время в секундах внутри дня. Все события в системе привязаны к этому времени. Для того, чтобы пользователь знал как системное время связано с мировым (UTC), разница системного времени и UTC передается вместе с эфемеридами.

     (7) Интересно, что "навигация" изначально означала "судовождение". И тут моряки опять на передовых позициях.

     (8) INMARSAT (Инмарсат) - международная компания спутниковой связи. Предоставляемые услуги включают в себя как обычную телефонную связь, так и передачу данных, а также передачу сигналов бедствия.

     __________________

     P.S.

     Данная статья не является догмой. Просим всех специалистов и пользователей высказывать на нашем форуме замечания, предлагать поправки и т.п.

     Все замечания и предложения, которые будут способствовать более полному и корректному раскрытию вопросов, поднятых в данной статье, позволят изменить её в лучшую сторону, сделать более полной и грамотной.

     По мере поступления и накопления материала мы будем изменять данную статью.

     Заранее благодарим за конструктивную критику, предложения и помощь.

     ОБСУДИТЬ НА ФОРУМЕ

    

     01.12.09

     ©GPSClub.ru