Источники погрешностей навигационных измерений спутниковых навигационных систем

Погрешность спутниковых измерений.

Источники возникновения дальномерной погрешности можно разделить на три группы по их происхождению:

· вносимые контрольно-измерительным комплексом;

· вносимые оборудованием навигационного спутника;

· возникающие на трассе распространения сигнала;

· вносимые приёмником

Влияние атмосферы. К числу основных источников погрешностей спутниковых измерений относится неточное знание скорости радиосигнала на пути от спутника к приемнику. Наибольшее влияние на эту скорость оказывает состояние ионосферы – верхних слоев атмосферы, где газ содержит большое число свободных электронов и положительных ионов. Ионизация происходит в основном за счет энергии Солнца. Ионосфера окружает Землю в виде ионизированных слоев, расположенных на высотах от 60–90 до 500–1000 км.

В ионизированной среде показатель преломления для радиодиапазонов, используемых в системах GPS и ГЛОНАСС, зависит от частоты. При этом скорость распространения колебаний одной частоты (фазовая скорость) отличается от скорости распространения результирующей энергии колебаний нескольких близких частот (групповая скорость). Поэтому результаты фазовых и кодовых измерений искажаются различно.

Ионосферные ошибки кодовых измерений уменьшают комбинированием результатов измерений на двух частотах, а в одночастотных приемниках введением поправок. Ионосферные ошибки фазовых измерений ослабляют, применяя метод относительных определений. Результаты одновременных фазовых измерений в двух пунктах сигнала одного и того же спутника содержат практически одинаковые погрешности, вызванные влиянием ионосферы. Поэтому разность результатов таких измерений от них практически свободна.

На распространение сигнала влияет также тропосферная рефракция, под которой понимают задержку радиосигналов в нейтральных слоях атмосферы стратосфере и тропосфере, где показатель преломления радиоволн с частотами до 15 ГГц от частоты радиосигнала не зависит и потому одинаков для обеих несущих частот L1, L2 и кодовых сигналов.

В нижних слоях атмосферы, особенно в тропосфере, на скорость распространения радиоволн сильное влияние оказывают метеоусловия. Установлено, что наибольшие искажения сигнала имеют спутники, расположенные на высотах над горизонтом менее 10°. Поэтому такие спутники не включают в измерения (см. рисунок ниже).

Определение наличия видимости спутников

Многопутность. В ряде случаев спутниковым приемником, кроме полезного прямого сигнала, могут быть приняты сигналы, отраженные земной поверхностью или близлежащими объектами (например, зданиями), а также сигналы, обогнувшие вследствие дифракции мелкие предметы. Многопутность приводит к искажению дальностей. Меры по исключению влияния многопутности:

установка антенны в местах, где отсутствуют отражающие поверхности;

использование антенн, на которых установлены экраны, отсекающие отраженные от земной поверхности лучи.

Одним из факторов, ухудшающих результаты спутниковых измерений, могут также стать помехи от близко расположенных мощных источников радиоизлучений: локаторов, теле- и радиопередающих станций и т. п.

Важнейшей характеристикой качества спутниковых измерений является геометрический фактор DOP (Delution of Precision — понижение точности), характеризующий потери точности из-за геометрии засечки, т. е. расположения наблюдаемых спутников. Установлено, что точность определений тем выше, чем больше объем треугольной пирамиды, в вершинах которой располагаются спутники. Поскольку параметры орбит спутников точно известны, можно заранее определить время, когда геометрия спутников будет наилучшей для измерений. Поэтому спутниковым наблюдениям всегда предшествует очень важный этап планирования работ. В измерения включают все видимые в данный момент спутники, максимальное число которых может достигать 12—13 и больше 15 при использовании аппаратуры, принимающей дополнительно сигналы ГЛОНАСС.

На практике используют модифицированные понятия DOP:

показатель PDOP, учитывающий понижение точности трехмерного позиционирования без учета погрешности определения времени;

наиболее универсальный показатель GDOP, учитывающий понижение точности с учетом погрешности определения времени

другие.

На основе информации о расположении спутников на соответствующий момент времени и приближенных координат пункта наблюдений можно до начала полевых спутниковых измерений построить график изменения геометрического фактора во времени (см. рисунок ниже). По такому графику можно выделить неблагоприятные периоды для спутниковых наблюдений на пункте. На основе графика составляют программу наблюдений на пунктах на конкретные дни, которая в процессе работы уточняется по мере получения новых данных об эфемеридах спутников.

Геометрический фактор