Розділ 8. Методи супутникових вимірювань

8.1. Кодові вимірювання

При кодових вимірюваннях, як вже наголошувалося раніше, величиною, що виміряється, є час t розповсюдження сигналу від супутника до приймача, в яке входить як затримка в атмосфері, так і сукупне відхилення годинників супутника і приймача від системного часу. Вимірювання виконуються шляхом кореляційної обробки кодових сигналів.

Принцип кодових вимірювань ілюструється на рис.8.1. В приймачі формується точно такий же псевдовипадковий код, яким модульований супутниковий сигнал.

Рис.8.1. До принципу кодових вимірювань з кореляційною обробкою сигналу

Цей код (назвемо його місцевим кодом) і сигнал, що приходить від супутника подаються на корелятор, який забезпечує переворот фази несучого коливання, що приходить, на 180^о в моменти зміни символів місцевого коду. Тоді, якщо змінювати затримку місцевого коду щодо коду, який міститься в супутниковому сигналі, то, коли ця затримка стане рівною нулю, на виході корелятора виникне не модульоване коливання несучої частоти. Тому, при співпаданні обох кодів до 180^о-них зсувів фази несучої від “супутникового коду” будуть в ті ж моменти додаватися 180^о-ні зсуви від місцевого коду, а значить, загальний зсув фази несучої буде 360^о (нульовий), тобто фазова маніпуляція знімається. При цьому потужність сигналу на виході фільтру різко зростає (що відповідає максимуму кореляційної функції).

Таким чином, поява немодульованого коливання служить індикатором збігу “супутникової і місцевої кодових послідовностей”, які були зсунуті в часі. Ця часова затримка і вимірюється при зсуві місцевого коду щодо супутникового до їх співпадання. Тут, проте, треба мати на увазі, що якщо ми працюємо за грубим кодом (С/А -коду в GPS або СТ -коду в ГЛОНАСС), то ми можемо у такий спосіб виміряти затримку тільки в межах періоду повторення коду, який складає в обох системах 1мс. Щоб отримати повний час розповсюдження, треба знати, скільки в ньому міститься цілих мілісекунд. Оскільки за 1 мс радіохвиля проходить 300км, то треба знати, скільки 300-кілометрових відрізків міститься у відстані до супутника, тобто знати цю відстань з помилкою менше 150км. Для цього достатньо обчислити її за координатами супутника і наближених координатах наземної станції.

При використанні точного коду такої проблеми не виникає, оскільки його період повторення явно більше часу розповсюдження t.

Визначивши t і помноживши його на швидкість світла у вакуумі, одержують псевдодальність, описувану формулою (6.2) розділу 6:

Р = r + сDt_атм + сDt_г .

Визначення координат з кодових вимірювань. Запишемо отриману з кодових вимірювань псевдодальність у вигляді:

Р = r + D_т + D_і + с Dt_г, (8.1)

де члени D_т і D_і - виражені в лінійній мірі сумарні “внески” тропосфери і іоносфери відповідно, обумовлені як затримками, так і подовженням рефракції траєкторії. Ці величини можуть бути враховані (обчислені) з певним ступенем точності (див. наступний розділ), тобто їх можна вважати відомими. Невідомими залишаються r і Dt_г.

Дальність r пов'язана з геоцентричними координатами приймача X,Y,Z і супутника X_S, Y_S, Z_S відомим з аналітичної геометрії співвідношенням:

r = [(XS - X)² + (YS - У)² + (ZS - Z)²]^1/2 (8.2)

Координати супутника X_S, Y_S, Z_S одержують за ефемеридними даними, які за допомогою сектора управління і контролю закладаються в навігаційне повідомлення, трансльоване з супутника на приймач, тобто X_S, Y_S, Z_S можна вважати відомими. Тому рівняння (8.1) фактично містить чотири невідомих - три координати приймача (визначуваного пункту) X,Y,Z і відносний відхід годинника Dt_{г .} Якщо виконати ОДНОЧАСНО вимірювання псевдодальностей до чотирьох супутників, то ми одержуємо (про це вже згадувалося раніше) систему чотирьох рівнянь вигляду (8.1) з чотирма невідомими, з рішення яких і знаходяться шукані координати пункту X,Y,Z.

Диференціальний метод кодових вимірювань. Описаним вище способом, який іноді називають автономним, можна було одержувати координати з погрішністю в діапазоні 10-100 м, але після відміни режиму виборчого доступу (SA) погрішність знизилася до 5-15 м. Істотно збільшується точність при використанні так званого диференціального методу. Це - метод з використанням двох наземних станцій (приймачів). Одна з них встановлюється на пункті з відомими координатами і називається базовою, опорною або референц-станцією. Інша станція є рухомою (роверною). Приймач базової станції безперервно працює в Р -коді, і виміряні ним псевдодальності порівнюють з “еталонними відстанями”, обчисленими за координатами. Одержувані різниці, які називають диференціальними поправками, передаютьна пересувний приймач для корекції вимірювань. При цьому передбачається, що багато погрішностей однаково впливають на вимірювання з обох станцій. Чим менше відстань між станціями, тим це припущення виконується точніше. Наприклад, при відстані менше 10 км вплив атмосфери можна вважати абсолютно однаковим - радіохвилі від супутника, що знаходиться на висоті 20 000 км, проходять відстані до двох що рознесли на 10 км приймачів практично в одних і тих же атмосферних умовах.

Диференціальний метод виводить точність кодових вимірювань в діапазон від декількох метрів до декількох дециметрів. Існує ціла мережа базових станцій (в різних країнах), що передають диференціальні поправки в стандартному міжнародному форматі для всіх зацікавлених користувачів (безкоштовно або на комерційній основі).

 

ЗАПИТАНННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ:

1. В яких далекомірах метод з одноразовим проходженням сигналу вздовж траси?

2. Як визначається часова затримка при кодових вимірах?

3. При роботі на якому коді відсутня неоднозначність?

4. Які невідомі величини в рівнянні для псевдодальності?

5. На якій відстані повина встановлюватись базова станція при диференційному методі кодових вимірювань?

6. Яку відстань (в км) проходить радіохвиля за період повторення грубого коду в GPS і ГЛОНАСС?

7. В системі ГЛОНАСС відстань до одного зі супутників в момент виміру становила 20200 км. Скільки цілих періодів СТ-коду міститься в часі поширення сигналу?

8. Скільки невідомих величин в рівнянні для псевдодальності?

 

 

Фазові вимірювання.