Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Радиотехнические и телевизионные системы

Диссертационная работа:

Вейцель Андрей Владимирович. Повышение точности геодезических измерений с помощью рандомизации ошибки многолучевости в приемнике GPS/ГЛОНАСС : Дис. ... канд. техн. наук : 05.12.04 : Москва, 2003 134 c. РГБ ОД, 61:04-5/2297

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Геодезическое применение спутниковой навигационной

системы 14

1Л- Геодезические измерения 14

1.2. Анализ ошибок при геодезическом применении
спутниковой навигационной системы 17

1.3. Обзор методов борьбы с ошибками многолучевости 18

1.4- Рандомизация ошибки многолучевости 20

1.5. Рандомизация ошибки многолучевости при геодезических

измерениях 21

2. Алгоритмы геодезических измерений 26

  1. Общая постановка задачи 26

  2. Повышение точности за счет дополнительных измерений

угла 34

2.3» Датчики угла отклонения от вертикали 49

  1. Типы существующих датчиков угла отклонения 49

  2. Ошибки датчика угла 51

2.4. Определение систематических ошибок датчика угла при
увеличении неизвестных параметров 54

3. Имитационное моделирование 60

  1. Описание имитационной модели 60

  2. Модели многолучевости 62

  3. Динамические ошибки датчика угла отклонения 69

  4. Эксперименты на имитационной модели 73

4. Аспекты реализации конструкции геодезической штанги с
датчиком угла отклонения 77

  1. Полунатурное моделирование 84

  2. Экспериментальное исследование точности определения геодезических координат 93

Заключение 99

Литература 100

Приложение L Программа микроконтроллера 107

Введение к работе:

Спутниковая навигационная система GPS/ГЛОНАСС

Спутниковая навигация - это новая, быстро развивающаяся ветвь навигации подвижных объектов. Она явилась одной из первых областей прикладной космонавтики, ориентированной на удовлетворение потребностей практической деятельности человека. Спутниковой радионавигационной системой (СРНС) принято называть такую радионавигационную систему, в которой роль опорных радионавигационных точек выполняют искусственные спутники земли, несущие навигационную аппаратуру [1],

Навигационные искусственные спутники земли (НИСЗ) являются аналогом неподвижных радионавигационных точек, представляющих собой опорные пункты наземных радионавигационных систем. Перенос радионавигационных точек из наземных точек 'с фиксированными географическими координатами в точки, совершающие орбитальное движение, привёл к существенным изменениям в построении этих радионавигационных систем. Если наземные радионавигационные системы содержат в качестве основных своих звеньев только аппаратуру радионавигационных точек и потребителей, то СРНС включает в себя ряд дополнительных звеньев. В состав СРНС входят: подсистема космических аппаратов, подсистема контроля и управления и аппаратура потребителей. Подсистема контроля и управления обеспечивает подсистему космических аппаратов необходимой информацией для создания глобального навигационно-времснного поля, С использованием аппаратуры потребителей решаются навигационные задачи по полученным данным навигационных измерений и сообщениям, а в некоторых случаях и другим данным-

Упрощённая структурная схема СРНС (рис. 1.1) включает космодром, систему НИСЗ, аппаратуру потребителя, командно-измерительный комплекс и центр управления [10,2,1].

Космодром обеспечивает вывод НИСЗ на требуемые орбиты при первоначальном развёртывании СРНС, а также периодическое восполнение числа НИСЗ по мере выработки каждым из них ресурса.

РисЛЛ. Упрощённая структурная схема СРНС. КИК - командно-измерительный комплекс; ЦУ - центр управления.

Система НИСЗ представляет собой совокупность источников навигационных сигналов, передающих одновременно значительный объём служебной информации. На НИСЗ, как на космическом аппарате, размещается разнообразная аппаратура: средства пространственной стабилизации, аппаратура траекторных измерений, телеметрическая система, аппаратура командного и программного управления, системы энергопитания и терморегулирования.

Аппаратура потребителей предназначается для приёма сигналов от НИСЗ» измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированная ЭВМ.

Командно-измерительный комплекс (именуемый также подсистемой контроля и управления) служит для снабжения НИСЗ служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля за НИСЗ и для управления ими, как космическими аппаратами.

Координирует функционирование всех элементов СРНС центр управления, который связан информационными и управляющими радиолиниями с командно-измерительным комплексом.

В настоящее время широко используются для навигации объектов спутниковые радионавигационные системы «Глонасс» (Россия) и «Навстар» или GPS (США) [1,2]. Эти СРНС позволяют решать как частные навигационные задачи, так и практически все основные задачи навигационно-временного обеспечения различных военных и гражданских потребителей. Они обеспечивают глобальные, непрерывные в реальном масштабе времени, высокоточные определения пространственных координат места и скорости объектов, а также поправок времени и частот их генераторов. СРНС удовлетворяют перспективным требованиям к навигационному и временному обеспечению различных потребителей на поверхности Земли, в приземном и ближнем космическом пространствах.

Данные СРНС обеспечивают решение большого числа различных навигационных задач военными и гражданскими потребителями. При этом повышается эффективность выполнения боевых операций, обеспечивается проведение научно-исследовательских и поисковых работ для военных и гражданских целей, снижаются аварийность, расход топлива и т.д. [1]. Это обеспечивается за счет достаточно высокой точности, которая достигается при абсолютной навигации (Юм или 30м при режиме селективного доступа в GPS) СРНС, Кроме этого часто применяется дифференциальный режим, использующий как относительную кодовую навигацию (0,5м-1м), так и относительную фазовокодовую навигацию (1 см-2см). В основе дифференциального метода лежит формирование разности измерений между

базовой станцией и передвижной станцией, что и придало методу название дифференциальный. Внимание к дифференциальному режиму связано с необходимостью обеспечивать решение задач, требующих точностей лучше, чем 10 м., а также стремлением гражданских потребителей повысить точность навигации, обеспечиваемую предоставляемым им кодом С/А [15].

Структура дифференциальной подсистемы поясняется рисЛ.2, где изображено рабочее созвездие из четырёх НИСЗ, выбранное потребителем как оптимальное для выполнения им навигационно-временного определения в стандартном режиме- Собственно дифференциальную подсистему образуют средства наземной контрольно-корректирующей станции и дополнительные бортовые устройства потребителя.

На контрольно-корректирующей станции размещены:

базовая станция - аппаратура потребителей системы, способная в результате накопления измерений и фильтрации случайных погрешностей обеспечить наиболее точные навигационно-времениые определения;

формирователь корректирующей информации, вычисляющий поправки на сильно коррелированные погрешности и формирующий кадр корректирующей информации; передатчик корректирующей информации. На борту потребителя размещаются: аппаратура приёма корректирующей информации и устройство ввода корректирующей информации в стандартную аппаратуру потребителя. Антенна аппаратуры потребителя, размещённая на контрольно-корректирующей станции, привязывается на местности с геодезической точностью-

ПИСЗ-2

НИСЗ-1 UHJ

n пНИСЗ-4

Передатчик КИ К

Формирователь КИ ^

Базовая станция

Истинные координаты ККС

РисЛ.2. Структура дифференциальной подсистемы; ККС - контрольно-корректирующая станция; КИ - корректирующая информация.

В дифференциальном режиме на борту потребителя результаты определений в стандартном режиме будут автоматически корректироваться с помощью переданных с контрольно-корректирующей станции поправок. Поскольку контрольно-корректирующая станция имеет ограниченную зону действия, на обеспечиваемой территории размещается ряд таких станций, каждой из которых потребитель пользуется в зоне уверенной передачи ею корректирующая информация.

Область возможного применения дифференциального режима сравнительно широка, В литературе рассматриваются возможности использования дифференциального режима в основном по трём направлениям: для повышения точности навигации при работе с сигналами с С/А-кодом; для повышения точности при приёме сигнала с Р-кодом; для восстановления точности при нештатной работе систем «Глонасс» и «Навстар».

В зависимости от решаемых задач при дифференциальной навигации могут быть использованы разные режимы, отличающиеся способом передачи

результатов измерений от базовой станции к потребителю. В режиме постобработки эти результаты передаются в виде записей в цифровой форме и поступают потребителю после того, как все измерения закончены. При постобработке потребитель восстанавливает свое положение на определенные моменты прошедшего времени.

Другой режим - реалтайм-обработка - предусматривает местоопределение пользователя непросредственно во время измерений. Режим реалтайм-обработки использует линию связи (обычно это радиосвязь), по которой в цифровой форме передается от базовой станции к потребителю вся необходимая информация.

Повышение точности дифференциальной навигации может быть достигнуто, если измерения псевдодальностей по кодам дополнить измерениями фазы несущей частоты. Если измерить фазу несущей, полученного от спутника в приемнике базовой станции, и сравнить ее с фазой несущей от того же спутника, измеренной в приемнике потребителя, можно получить точность до нескольких процентов от длины волны несущего колебания.

Практическая реализация тех преимуществ, которые могут обеспечить измерения по фазе несущей, связана с необходимостью разрешения неоднозначности фазовых измерений.

Общая схема вычислений подробно изложена в литературе по спутниковой навигации. Наиболее полно это изложение можно найти на английском языке в книге Bradford W,Parkinson, James J.Spilker Jr., Global Positioning Theory and Applications [11]. На русском языке - в книге по ред. В.С.Шебшаевича Сетевые спутниковые радионавигационные системы (1993) [10].

Отдельные проблемы, связанные с обработкой навигационной информации, рассматриваются во многих статьях, руководствах и патентах.

Потребители спутниковой навигационной системы

До последнего времени создание СРНС осуществлялось в соответствии с требованиями, определяемыми их первоначальным целевым предназначением. Общими для GPS и Глонасс при этом были требования глобальности, независимости от гидрометеорологических условий, подстилающей поверхности, рельефа местности, окружающей растительности, застройки, времени суток и года, непрерывности, неограниченной пропускной способности, практической независимости от высоты над поверхностью земли, помехозащищенности и других условий движения определяющегося объекта.

Использование СРНС в интересах местоопределения и навигации гражданских объектов (самолетов и вертолетов, морских и речных судов, автомобилей, топопривязчиков и др.) выдвигает новые более высокие требования, вытекающие из необходимости обеспечения безопасности и экономичности движения, а также решения специальных задач (наблюдение, аэрофотосъемка, поиск полезных ископаемых, поиск и спасение терпящих бедствие транспортных средств и людей).

Рассмотрим различные области применения спутниковых радионавигационных систем.

Зональная навигация и заход на посадку. При заходе на посадку на аэродром, не оборудованный специальными радиотехническими посадочными системами, требуется точность до 5 м. При работе по С/А-коду в стандартном режиме посадка на необорудованный аэродром не обеспечивается. Применение дифференциального режима открывает такие возможности для большого парка самолётов коммерческой и гражданской авиации. В тоже время военные самолёты, решающие те же задачи с использованием Р-кода, получат в дифференциальном режиме ещё более высокую точность.

Навигация судов в узких проливах и каналах. При проходе по узким судоходным руслам, за счёт использования дифференциального режима можно будет повысить безопасность движения судов. При вождении в узких каналах современных крупногабаритных судов требуется точность 4-Ю м., для реализации которой в дифференциальном режиме могут оказаться недостаточными возможности при работе с С/А-кодом и потребуется использовать Р-код.

Поддержание строя при совместном движении. При совместном движении боевых самолётов и кораблей, транспортных самолетов, самолётов-заправщиков, судов на подводных крыльях, танков и других объектов бывает необходимо поддерживать строй с высокой точностью. Эту задачу можно решать при работе по сигналам с С/А-кодом или с Р-кодом (в зависимости от объекта), используя дифференциальный режим. Все единицы группы проводят сопоставление своих координат с координатами других участников движения, получая в результате вычитания пратстически полную компенсацию сильно-коррелированных погрешностей. Полученные относительные координаты будут иметь точность на уровне шумовых погрешностей аппаратуры.

Всепогодное наведение вертолётов на промысловые плавающие средства. Проведение разведки нефти и других промысловых работ в открытом море с плавающих средств создаёт необходимость всепогодного наведения на них вертолётов при пополнении необходимых запасов. Такая задача может обеспечиваться использованием дифференциального режима при котором контрольно-корректирующая станция размещается на плавающей базе, а вертолёт, оснащённый аппаратурой потребителя, совершает заход на посадку, получая от контрольно-корректирующей станции соответствующие поправки. Поскольку в этом случае по мере приближения вертолёта расстояние между потребителем и контрольно-корректирующей станцией уменьшается, остаточная ошибка будет

уменьшаться, что позволит полностью реализовать возможности дифференциального метода.

Картографические и геодезические работы.

Важной областью применения приемников сигналов спутниковых навигационных систем является геодезия, в которой такие приемники обладают целым рядом преимуществ перед традиционными средствами. К этим преимуществам прежде всего относятся: оперативность, всепогодность, возможность работы в любое время суток, отсутствие необходимости прямой видимости при выполнении дифференциальных измерений,

В настоящее время решение широкого круга геодезических задач уже невозможно представить без применения спутниковых радионавигационных систем глобального обзора типа ГЛОНАСС и GPS. Геодезические методы, основанные на использовании этих систем, занимают ведущие позиции при построении глобальных и региональных геодезических сетей, определении параметров вращения Земли, решении задач глобальной и региональной геодинамики. Геодезические СРНС-определения, благодаря повышенной точности, оперативности, независимости от погодных условий, отсутствию требований к взаимной видимости между определяемыми пунктами, практически вытеснили традиционные наземные геодезические методы при построении локальных сетей как общего назначения, так и сетей, создаваемых для определения деформации земной поверхности природного и технического происхождения. Все более массовый характер приобретает использование СРНС-аппаратуры при проведении геодезических и топографических съемок различного назначения, при геодезической привязке аэроснимков и космических снимков высокого разрешения, а также для непосредственной геодезической привязки положений фотокамер в процессе выполнения аэросъемки.

Задачи глобальной и региональной геодинамики, налагают на СРНС наиболее жесткие требования по точности и дальности передачи координат -

Змм + 5мм на каждые 1000 км (3mm+5E-9*L, где L - расстояние) [1]. При решении задач локальной геодинамики на территориях протяженностью от нескольких десятков до нескольких сотен километров необходима точность Змм-Нмм на каждые 10км. Повышенные требования к точности возникают и при использовании спутниковых методов для определения нормальных высот (спутниковое нивелирование). Необходимая при этом точность определения высот составляет 5мм+10...30мм на каждые 100км [1].

Задача обеспечения точности 5-8 мм возникает также при проведении высокоточных геодезических измерений. При этом аппаратура должна быть достаточно простой в обращении и экономной по энергопотреблению. Важно также обеспечить быстрое получение измерений с требуемой точностью т.к. работа геодезиста предусматривает проведение измерений в достаточно большом количестве разных точек. Достижение точности дифференциальных измерений с погрешностью 5-6 мм в частности при геодезических работах является актуальной задачей» которой посвящена эта работа.

Подобные работы
Сафонов Александр Вячеславович
Повышение точности местоопределения радионавигационных систем средневолнового диапазона
Давыдочкин Вячеслав Михайлович
Весовые функции и алгоритмы для повышения точности оценки частоты и амплитуды выборки гармонического сигнала на фоне сигналоподобных помех
Андропов Алексей Викторович
Повышение точности определения местоположения внутритрубных инспекционных снарядов за счет использования спутниковых радионавигационных систем
Кузнецов Евгений Николаевич
Структурные методы повышения точности измерения параметров электрических цепей
Редько Людмила Анатольевна
Повышение точности измерения испытательного напряжения и обеспечение электробезопасности в приборах электроискрового контроля качества изоляции кабеля
Здоровенина Анна Олеговна
Повышение точности измерения содержания перекисных и карбонильных соединений в жирах
Чан Зыонг Дао 0
Совершенствование противоблокировочных систем автомобиля путем повышения точности измерения угловой скорости затормаживаемых колес
Здоровенина Анна Олеговна
Повышение точности измерения содержания перекисных и карбонильных соединений в жирах
Езерский Виктор Витольдович
Методы повышения точности измерения расстояния в радиодальномере с частотной модуляцией для промышленных систем ближней радиолокации
Джунковский Андрей Владимирович
Повышение точности измерений и совершенствование программного обеспечения координатно-измерительных машин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net