Источник : http://www.gpsinfo.ru/articles.php?article=1558
В этой статье подробно рассказывается об особенностях современных дифференциальных систем, которые позволяют существенно повысить точность определения координат потребителя.
Дифференциальная навигация. Точность определения координат потребителя, которую обеспечивают системы GPS и GLONASS, составляет около 10 м. Однако для многих приложений подобная точность недостаточна. Для увеличения точности местоопределения был предложен метод дифференциальной навигации, который обеспечивает точности до нескольких десятков сантиметров.
Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного навигационного приёмника, называемого базовой станцией. Базовая станция устанавливается в точке с известными географическими координатами. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными координатами, базовый навигационный приёмник формирует поправки, которые передаются потребителям по каналам связи (рисунок 1).
Методы вычисления поправок:
метод коррекции координат, когда в качестве дифференциальных поправок с базовой станции передают добавки к измеренным в определяемом пункте координатам.
метод коррекции навигационных параметров, при использовании которого на базовой станции определяются поправки к измеряемым парметрам (например, псевдодальностям) для всех спутников, которые потенциально могут быть использованы потребителями. Эти поправки передаются потребителям и учитываются при решении навигационной задачи. Недостатком этого метода является повышение сложности аппаратуры потребителей.
Классификация современных дифференциальных систем спутниковой навигации
Системы дифференциальной навигации по кодовым и псевдофазовым измерениям.
строятся на основе измерения и обработки псевдодальностей, в общем случае, имеют неограниченную область действия и характеризуются ошибками местоопределения от долей метра до нескольких метров;характеризуются очень высокой точностью местоопределения (до долей сантиметра). Однако область их дейстpия ограничена дальностью ~10–12 км в одночастотном режиме и ~100 км в двухчастотном режиме. Специфической особенностью дифференциальных систем по псевдофазовым измерениям является неоднозначность этих измерений, затрудняющая их использование. Системы дифференциальной навигации по псевдофазовым измерениям иногда называют системами относительных определений [4].
Системы дифференциальной навигации по кодовым измерениям, в свою очередь, разделяют на локальные (Local Area Differential GPS), широкодиапазонные (Wide Area Differential GPS, WADGPS) и глобальные (Global Differential GPS, GDGPS).
используют только одну наземную станцию измерений и формирования дифференциальных поправок (далее будем называть её дифстанцией). Дифстанция располагается в центре локальной зоны, размер которой согласно [1] может доходить до 200 км. В центре зоны обеспечивается точность местоопределения порядка 0,5–1 м. На периферии зоны точность ухудшается и постепенно приближается к точности абсолютных местоопределений. Дифференциальные поправки в локальных системах дифференциальной навигации могут формироваться на основе метода коррекции координат [5] (the position–domain approach [7]) и метода коррекции навигационных параметров [5] (the measurement–domain approach [7]). На практике большее распространение получил второй метод, в котором дифстанция формирует поправки к измерениям псевдодальностей для каждого из видимых ею спутников. Потребитель поправляет свои измерения псевдодальностей по тем же спутникам на значения, полученные от дифстанции. Для передачи поправок, сформированных в соответствии с методом коррекции навигационного параметра, был разработан специальный стандарт RTCM SC-104 [6], учитывающий в настоящее время особенности навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.
Локальные системы дифференциальной навигации.
используют только одну наземную станцию измерений и формирования дифференциальных поправок (далее будем называть её дифстанцией). Дифстанция располагается в центре локальной зоны, размер которой согласно [1] может доходить до 200 км. В центре зоны обеспечивается точность местоопределения порядка 0,5–1 м. На периферии зоны точность ухудшается и постепенно приближается к точности абсолютных местоопределений. Дифференциальные поправки в локальных системах дифференциальной навигации могут формироваться на основе метода коррекции координат [5] (the position–domain approach [7]) и метода коррекции навигационных параметров [5] (the measurement–domain approach [7]). На практике большее распространение получил второй метод, в котором дифстанция формирует поправки к измерениям псевдодальностей для каждого из видимых ею спутников. Потребитель поправляет свои измерения псевдодальностей по тем же спутникам на значения, полученные от дифстанции. Для передачи поправок, сформированных в соответствии с методом коррекции навигационного параметра, был разработан специальный стандарт RTCM SC-104 [6], учитывающий в настоящее время особенности навигационных систем GPS и ГЛОНАСС
Широкодиапазонные системы дифференциальной навигации (WADGPS)
используется сеть станций сбора информации (ССИ) и принципиально иной метод формирования дифференциальных поправок [1,7,8]. Этот метод получил название the state-space approach (метод коррекции параметров пространства состояния). Важным свойством широкодиапазонных систем является возможность резкого повышения целостности, по сравнению с целостностью, свойственной базовыми спутниковыми системами. Обработка измерений осуществляется путём фильтрации относительно опорной траектории, для построения которой используются следующие модели: гравитационная модель JGM-3, учитывающая 1212 гармоник гравитационного поля Земли; влияние гравитационных полей только Солнца и Луны в задаче трёх тел; гравитационные искажения формы Земли (Solid Earth tide) и океанские приливы; модель прямого солнечного давления.
Глобальные системы дифференциальной навигации (GDGPS)
Cхожи с широкодиапазонными системами (WADGPS). Используют наземную сеть станций сбора информации и тот же метод формирования дифференциальных поправок (the state-space approach). Основное отличие заключается в том, что исключение ионо-сферных ошибок в глобальных системах дифференциальной навигации осуществляется путём использования двухчастотных измерений.
Обзор дифференциальных систем спутниковой навигации позволяет сделать вывод о том, что принципы построения глобальных дифференциальных систем в наибольшей степени соответствуют особенностям и условиям, существующим в России. При огромной и очень неравномерно населённой территории России развёртывание плотной сети наземных станций сбора информации, необходимых для вычисления подробных карт вертикальных ионосферных задержек, будет очень дорогостоящим. В глобальных системах дифференциальной навигации ответственность за устранение ионосферных ошибок возлагается на потребителя. Для этого требуется, чтобы пользователи такой системы были снабжены двухдиапазонными навигационными приёмниками, что естественно повысит стоимость аппаратуры потребителя. Однако можно полагать, что при массовом производстве такой аппаратуры стоимость каждого её комплекта, по сравнению со стоимостью комплекта однодиапазонной аппаратуры, возрастёт незначительно. С учётом введения в ближайшем будущем гражданских модулирующих кодов в GPS и Глонасс, распространение и применение двухчастотной аппаратуры потребителя станет повсеместным.