Раздел 8. Методы спутниковых измерений

Кодовые измерения

При кодовых измерениях, как уже подчеркивалось раньше, величиной, которая измерится, есть время  распространение сигнала от спутника до приемника, в которое входит как задержка в атмосфере, так и совокупное отклонение часов спутника и приемника от системного времени. Измерения выполняются путем корреляционной обработки кодовых сигналов.

Принцип кодовых измерений иллюстрируется на рис.8.1. В приемнике формируется точно такой же псевдослучайный код, которым модулирован спутниковый сигнал.

Рис.8.1. К принципу кодовых измерений с корреляционной обработкой сигнала

Этот код (назовем его местным кодом) и сигнал, который приходит от спутника подаются на корелятор, который обеспечивает переворот фазы несущего колебания, которое приходит, на 180^в в моменты изменения символов местного кода. Тогда, если менять задержку местного кода относительно кода, который содержится в спутниковом сигнале, то, когда эта задержка станет равной нулю, на выходе корелятора возникнет не модулированное колебание несущей частоты. Поэтому, при співпаданні обеих кодов до 180 в-^их сдвигов фазы несущей от “ спутникового кода” будут в те же моменты добавляться 180 в-^ни сдвиги от местного кода, а значит, общий сдвиг фазы несущей будет 360^в (нулевой), то есть фазовая манипуляция снимается. При этом мощность сигнала на выходе фильтру резко возрастает (что отвечает максимуму корреляционной функции).

Таким образом, появление немодулированного колебания служит индикатором совпадения “спутниковой и местной кодовых последовательностей”, которые были сдвинуты во времени. Эта временная задержка и измеряется при сдвиге местного кода относительно спутникового к ним співпадання. Здесь, однако, надо иметь в виду, который если мы работаем за грубым кодом (С/ А-Кода в GPS или Ст- Кода в ГЛОНАСС), то мы можем таким образом измерить задержку только в пределах периода повторения кода, который составляет в обеих системах 1мс. Чтобы получить полное время распространения, надо знать, сколько в нем содержится целых мілісекунд. Поскольку за 1 мс радиоволна проходит 300км, то надо знать, сколько 300- километровых отрезков содержится в расстоянии к спутнику, то есть знать это расстояние с ошибкой меньше 150км. Для этого достаточно вычислить ее за координатами спутника и приближенных координатах наземной станции.

При использовании точного кода такой проблемы не возникает, поскольку его период повторения явным образом больше времени распространения .

Определивши  и помножив его на скорость света в вакууме, получают псевдодальність, описываемую формулой (6.2) раздела 6:

Р =  + сt_атм + сt_г .

Определение координат из кодовых измерений. Запишем полученную из кодовых измерений псевдодальність в виде:

Р =  + _т + _и + сt_г, (8.1)

где члены _т и _и - выраженные в линейной мере суммарные “взносы” тропосферы и ионосферы соответственно, обусловленные как задержками, так и удлинением рефракции траектории. Эти величины могут быть учтены (вычисленные) с определенной степенью точности (см. следующий раздел), то есть их можно считать известными. Неизвестными остаются  и t_г.

Дальность  связанная с геоцентрическими координатами приемника X,Y,Z и спутника XS, YS_, ZS известным из аналитической геометрии соотношением:

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

Координаты спутника XS, YS_, ZS получают по ефемеридними данным, которые с помощью сектора управления и контроля спорят в навигационное сообщение, транслированное из спутника на приемник, то есть XS, YS_, ZS можно считать известными. Поэтому уравнение (8.1) фактически содержит четыре неизвестных - три координаты приемника (определяемого пункта) X,Y,Z и относительный отход часов t_{г .} Если выполнить ОДНОЧАСНО измерение псевдодальностей до четверых спутников, то мы получаем (об этом уже упоминалось раньше) систему четверых уравнений вида (8.1) с четверыми неизвестными, из решения которых и находятся искомые координаты пункта X,Y,Z.

Дифференциальный метод кодовых измерений. Описанным выше образом, который иногда называют автономным, можно было получать координаты с погрешностью в диапазоне 10-100 м, но после отличия режима избирательного доступа (SA) погрешность снизилась до 5-15 г. Существенным образом увеличивается точность при использовании так называемого дифференциального метода. Это - метод с использованием двух наземных станций (приемников). Одна из них устанавливается на пункте с известными координатами и называется базовой, опорной или референц-станцией. Другая станция есть подвижной (роверною). Приемник базовой станции беспрерывно работает в Р- Коде, и вымеренные им псевдодальності сравнивают с “эталонными расстояниями”, вычисленными за координатами. Получаемые различия, которые называют дифференциальными поправками, передают на передвижной приемник для коррекции измерений. При этом предполагается, что много погрешностей одинаково влияют на измерение с обеих станций. Чем меньше расстояние между станциями, тем это предположение выполняется точнее. Например, при расстояния меньше 10 км влияние атмосферы можно считать абсолютно одинаковым - радиоволны от спутника, который находится на высоте 20 000 км, проходят расстояния до двух что разнесли на 10 км приемников практически в одних и тех же атмосферных условиях.

Дифференциальный метод выводит точность кодовых измерений в диапазон от нескольких метров до нескольких дециметров. Существует целая сеть базовых станций (в разных странах), что передают дифференциальные поправки в стандартном международном формате для всех заинтересованных пользователей (бесплатно или на коммерческой основе).

 

ЗАПИТАНННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. В которых дальномерах метод с одноразовым прохождением сигнала вдоль трасы?

2. Как определяется временная задержка при кодовых измерениях?

3. При работе на каком коде отсутствующая неоднозначность?

4. Какие неизвестные величины в уравнении для псевдодальності?

5. На каком расстоянии повина устанавливаться базовая станция при дифференциальном методе кодовых измерений?

6. Какое расстояние (в км) проходит радиоволна за период повторения грубого кода в GPS и ГЛОНАСС?

7. В системе ГЛОНАСС расстояние до одного со спутников в момент измерения составляла 20200 км. Сколько целых периодов Ст-Кода содержится во времени распространения сигнала?

8. Сколько неизвестных величин в уравнении для псевдодальності?

 

 

Фазовые измерения.