Проверка достоверности определения координат движущегося
судна с помощью двух разнесенных приемников GPS

 

В.Г. Кораблев, С.В. Пашенцев, Ю.И. Юдин
Судоводительский факультет МА МГТУ, кафедра судовождения

 

Аннотация. В работе рассмотрен принцип обработки данных о местоположении движущегося судна, поступающих от двух разнесённых на объекте приёмников глобальной спутниковой навигационной системы (GPS). Определен метод "отсеивания" недостоверных измерений по сравнению полученных по результатам измерений расстояний между приёмниками с заранее известной величиной разнесения.

Abstract. The foundations of movable vessel’s position data proceeding from two distant GPS-receivers has been considered in the work. The method of filtering inadequate measurements by comparison the distance (obtained in measurements) between GPS-receivers with known in advance diversity value has been worked out in the paper.

Ключевые слова: спутниковые навигационные системы, точность определения местоположения судна

Key words: satellite navigation systems, accuracy of vessel position localization

 

 

Введение

Современные средства спутниковой навигации позволяют определять местоположение
габаритного объекта с точностью, превышающей в несколько раз габаритные размеры самого объекта. Поэтому знание местоположения только центра масс морского подвижного объекта становится недостаточным, например, при маневрировании в ограниченных акваториях или движении по каналу. В таких случаях для судоводителя является важным знание действительного местоположения, например, контурных точек объекта.

Для судна, как твердого тела, достаточно знать положение только двух точек,
чтобы определить положение любой точки (Пашенцев, 2000). При использовании двух разнесённых приемников GPS мы получаем информацию о местоположении двух точек объекта, расположенных на известном расстоянии друг от друга. В этом случае возникает необходимость оценки достоверности информации о положении выбранных точек объекта, с целью её дальнейшего использования при построении траектории движения объекта (судна) или зоны его навигационной безопасности.

 

Постановка эксперимента

Для проведения натурных экспериментов были использованы два 32-х канальных приемника "Qstarz BT-Q818", выполненные на чипсете МТК. Был разработан программный модуль обработки выходного протокола данных NMEA-0183 для построения алгоритма фильтрации сигнала при определении грубых промахов в измерениях. Эксперименты проводились в районах Баренцева (п. Мурманск), Северного (п. Ставангер) и Охотского морей (п. Холмск). Данные о местоположении
приемников (разнесенных и с совмещенной базой) записывались и затем обрабатывались с целью получения информации о величине расчетного расстояния между приемниками.

 

Оценка расстояния между приёмниками

Поскольку расстояние L между приёмниками известно с высокой точностью (например, они разнесены по оконечностям судна по длине), то вычисленное по полученным от приёмников координатам расстояние между ними можно сравнивать с "истинным". При этом критерием "отсева" получаемых при движении судна координат является соответствие, в заданных пределах, значений расчётного и истинного расстояния между точками расположения приёмников. Данный принцип актуально применять на подвижном объекте, когда из-за постоянного изменения позиции объекта (судна) набрать достаточную статистику и точно оценить СКП места представляется затруднительным.

Рассмотрим два приёмника, расположенных на расстоянии Lист друг от друга, назовём это расстояние "базой". Очевидно, что величина L будет определяться по формуле:

где X2, X1, Y2, Y1 – координаты, получаемые от двух приёмников, переведенные в абсолютные прямоугольные координаты на плоскости. При обработке координат использована универсальная поперечная проекция Меркатора, поэтому все величины выражены в метрах.

В реальных условиях рассчитанная величина L отличается от "базы" из-за наличия в измерениях случайных погрешностей:

где εX1, εX2, εY1, εY2 – величины случайных погрешностей "север-юг" и "восток-запад" составляющих каждого приемника, которые, как известно, имеют нормальное распределение с параметрами μX1, μX2, μY1, μY2 и σX1, σX2, σY1, σY2, рассчитываемыми по результатам серии измерений на неподвижном судне.

 

На рис. 1 представлены результаты натурного эксперимента, проведенного на
судне с приёмниками GPS, разнесёнными по бортам судна (база Lист = 19 м) в виде
"треков" двух приёмников, а также в виде окружностей полученные СКП и предельные
СКП места, которые, соответственно, равны: СКП1 = 6,242 м, СКП2 = 5,817 м,
СКП1пред = 12,483 м, СКП2пред = 11,634 м.

Для оценки степени достоверности координат, полученных одновременно от
двух разнесённых приёмников GPS, следует построить функцию плотности вероятности
величины доверительный интервал с заданной надёжностью, и затем использовать границы интервала для определения грубых "промахов" в определении координат на движущемся объекте.

Полный текст статьи может быть загружен по ссылке : http://www.vestnik.mstu.edu.ru/v12_2_n35/articles/11_korabl.pdf