О МЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
Овсяникова Т.В.
Государственное конструкторское бюро «Южное» им. М.К. Янгеля
Источник: http://vdnu.narod.ru/v14/pdf/s10_14.pdf
Введение
Современные системы навигации для подвижных наземных объектов
построены на основе двух основных методов: позиционного метода, реализуемого радиотехническими
системами спутниковой навигации, и метода счисления пути, реализуемого автономными
(инерциальными) навигационными системами.
В качестве радиотехнических наибольшее распространение получили системы,
использующие группировки навигационных спутников (НС), излучающих в
направлении Земли стабильные навигационные радиосигналы [1]. В результате
приема и алгоритмической обработки этих сигналов приемная аппаратура подвижного
наземного объекта (ПНО) определяет координаты объекта, высоту над уровнем
моря, вектор скорости движения и текущее время.
Спутниковые навигационные системы (СНС), построенные на основе технологий
GPS/ГЛОНАСС, имеют высокий уровень технических характеристик, которые обеспечивают
наибольшую точность временной и координатной привязки абонентов
(точность определения в дифференциальном режиме: координат – до 5 м,
высоты – до 7 м, погрешность определения скорости – до 0,1…0,5 м/с). Однако, в
связи с тем, что они являются собственностью других государств (США и России),
возможность использования навигационных сигналов от этих спутников в специальных
целях в определенной степени зависит от воли этих государств. Надежность
и достоверность определения местоположения с помощью этих спутников зависит
также от степени их работоспособности в сложных условиях космического пространства
на высотах над Землей до 20000 км, от воздействия температурных перепадов, радиации,
активных или пассивных помех в процессе распространения радиосигналов от НС к Земле
и других факторов.
Анализ энергетических характеристик современных систем спутниковой навигации.
Современные радиотехнические системы навигации GPS/NAVSTAR и
ГЛОНАСС и стандартная приемная навигационная аппаратура для них к настоящему времени
разработаны и, в основном, удовлетворяет потребностям навигации
подвижных наземных объектов. Однако, если наземный потребитель по каким либо
причинам не может применить стандартную приемную навигационную аппаратуру,
включая приемную антенну, необходимо оценить энергетику радиолинии
борт НС – Земля на двух рабочих несущих частотах НС ( f1 = 1600 МГц и
f 2 =1250 МГц) [1, 4] и найти необходимую чувствительность наземных навигационных
приемников на частотах f1 и f 2 . Данные передающей аппаратуры НС известны [1], а
именно, мощности бортовых передатчиков НС на частотах f1 и f 2
относительно 1 Вт равны 15 дБ Вт и 9 дБ Вт соответственно. Коэффициенты усиления
антенны бортовых передатчиков НС равны 10…12 дБ и 9…11 дБ, соответственно. Для
уверенного приема сигналов от 4-х НС одновременно антенна приемной
аппаратуры должна быть квазиизотропной в верхней полусфере и по круговой поляризации
принимаемого электромагнитного сигнала с учетом потерь в питающем
фидере должна иметь коэффициент усиления на обеих частотах порядка 0 дБ. Приведенных
данных достаточно для оценки необходимой чувствительности навигационного приемника при известном ослаблении
W0 электромагнитного сигнала на пути распространения от НС до навигационного приемника при расстояниях между
ними, изменяющихся в пределах 19100 км ? R ? 24000 км , [1], (рис.1).
Приемная антенна, устанавливаемая на ПНО, должна обеспечивать диаграмму
направленности 3 квазиизотропную в горизонтальной (азимутальной) плоскости
и оптимальную в меридиональной плоскости в диапазоне углов 1° ? b ? 90° в сферической
системе координат с центром 0 в точке нахождения ПНО (рис.1). В наилучшей степени
удовлетворяет требованиям эффективного приема от НС поля круговой (эллиптической поляризации)
спиральная коническая антенна или турникетная антенна с наклоном ветвей под 45° к оси стойки,
на которой она установлена, совпадающей с линией зенита. Работа инерциальных навигационных
систем (ИНС) основана на измерении перемещений объекта относительно известного начального
положения. Осуществление счисления требует наличия данных о направлении движения (его курсе),
ускорении или скорости относительно Земли. При измерении ускорения объекта
координаты определяются двукратным интегрированием, при измерении скорости
– однократным интегрированием [2].
Результаты определения местоположения с помощью ИНС мало зависят от
внешних факторов, однако их точность невысока – на порядок ниже, чем в
DGPS/DГЛОНАСС.
Результаты оценки погрешности системы показывают [2], что ошибка возрастает пропорционально
времени работы ИНС (для движущегося объекта – пропорционально пройденному пути). Ошибка определения
координат при движении объекта в течение длительного времени достигает значительной величины (порядка 250 м)
без корректировок при помощи специальных средств. Поэтому инерциальные навигационные системы
нуждаются в периодической корректировке показаний в процессе движения агрегата, в том числе,
при помощи контрольных точек, заранее подготовленных в геодезическом отношении, а также
за счет привлечения информации от других источников (например, инерциально-доплеровские системы).
Выводы
Каждый из рассмотренных методов навигации обладает достоинствами и недостатками. Системы, построенные на комплексном использовании рассмотренных методов, позволяют использовать в полной мере преимущества каждого из них, в то время как недостатки в определенной степени взаимно компенсируются. Применение комплексных систем навигации для ПНО позволяет уточнять результаты измерений ИНС при помощи СНС, повышая достоверность получаемой информации, точность определяемых параметров и обеспечив при этом непрерывность определения местоположения объекта.