Национальный авиационный университет

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЕ

Специальность: 05.22.13 – навигация и управление движением

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук

ПОГУРЕЛЬСКИЙ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

Научный руководитель : д.т.н., с.н.с, заслуженный машиностроитель Украины Конин Валерий Викторович

Актуальность работы

Глобальная навигационная спутниковая система на текущий момент состоит из двух действующих СНС (GPS и ГЛОНАСС) и ряда функциональных дополнений (EGNOS, WAAS, MSAS). В дальнейшем её состав будет расширяться за счёт введения в строй перспективных спутниковых систем (Galileo, Compass, Gagan);

Существующее пользовательское приёмное оборудование спутниковой навигации ориентировано только на одно- реже двухсистемную обработку;

Комплексная обработка всей доступной информации ГНСС делает возможными навигационные определения в сложных условиях приёма (горная местность, городская застройка, воздействие помех), когда ограничение видимости части источников сигналов компенсируется их избыточным количеством и частотным распределением;

Общегосударственная целевая научно-техническая космическая программа на 2008-2012 годы, содержащая задание «Развитие спутниковых систем телекоммуникации и навигации».

2/28

Общая характеристика работы

Цель диссертационной работы -

разработка в замкнутом виде метода оценки координат пользователя при применении данных от спутников разных навигационных систем.

Объект исследования -

Глобальная навигационная спутниковая система

Предмет исследования -

метод решения навигационной задачи при использовании данных от нескольких спутниковых навигационных систем

3/28

5/28

Решаемая научно-техническая задача

4/28

(x y z)

(GPS) (GLONASS) (Galileo) (Compass) (EGNOS)( … )

Запись альманаха

Грубое определение координат спутников

Запись эфемерид

Измерение псевдодальностей

Вычисление координат

Точное определение координат видимых спутников

Развитие методов совместной обработки данных спутниковых навигационных систем для координатно-временных определений пользователя по измерениям до всех доступных дальномерных источников.

4/28

Основные задачи исследования

1. Создать методику приведения данных альманахов спутниковых систем, используемых для решения навигационной задачи, к стандартному формату.

2. Выполнить научное обобщение методов расчёта эфемерид СНС на произвольный момент времени и получить оптимальный.

3. Создать метод совместной обработки навигационных данных, поступающих от нескольких СНС.

4. Разработать аппаратно-программный комплекс для совместной обработки экспериментальных данных систем ГЛОНАСС и GPS.

5. Оценить точность созданного альтернативного программного обеспечения для различных конфигураций используемых созвездий.

5/28

Моделирование геометрических факторов ухудшения точностиМоделирование видимости спутников систем

GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass

Стандартный формат для представления данных альманаха систем GPS. ГЛОНАСС, Galileo и

Compass

Методика приведения альманахов к стандартному формату

Для оптимизации работы приёмного оборудования при комплексной обработке информации ГНСС разработана методика формирования стандартного альманаха для систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Compass.

6/28

Моделирование расположения спутников после расчёта их пространственных координат

Экспериментальное расположение спутников по данным интерфейса станции

Метод пересчёта эфемерид ГЛОНАСС

GMV U

r (1)

2 1

(sin ( cos sin )nn

enk nk nk

n ke

GM aU P C m S m

a r

(2)

1

2

(cos )n

en n

ne

GM aU J P

a r

(3)

22

3 1(cos ) cos

2 2P (4)

Потенциал гравитационного поля Земли:Потенциал определённый неоднородностью структуры и массы Земли:

Достаточный полином Лагранжа для представления :

(cos )nP

Результат подстановки (4) в (3) с учётом равенства :

cosz r

3 2

2

3 1

2 2e

e

GM a zU J

a r r

(5)

После подстановки (5) в функцию движения небесного тела (1):

3 2

2

3 1

2 2e

e

GM GM a zV J

r a r r

(6)

(7)Соотношение для вектора ускорения спутника, состоящего из суммы ускорений вдоль осей:

ii i i i

V V r V VR

R r R R R

&&

7/28

Метод пересчёта эфемерид ГЛОНАСС

7/28

(8)

(9)

0

i

V

R

и 0

i

V

R

ii i

V V rR

R r R

&&'

3 2

2

3 1

2 2e

e

aV GM GM zJ

r r a r r

'

2 2 2

i

rx y z

R

Таким образом: 3 2

2 2 22

3 1

2 2e

i e

aV r GM GM zJ x y z

r R r a r r

где одна координата из набораiR , ,x y z

(10)

(11)

(12)

2 22

3 5 2

31 5

2e

i

GMa JV r GM zx x

r R r r r

2 22

3 5 2

31 5

2e

i

GMa JV r GM zy y

r R r r r

2 22

3 5 2

31 5

2e

i

GMa JV r GM zz z

r R r r r

В результате ряда преобразований и рассмотрения частных случаев, когда

’ ’

iR x iR y iR z

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

3 21 5 22

3 21 5 22

31 5

2

e

e

e

xx Vx

ty

y Vytz

z Vzt

V r GM GMa J zx x x Vy x

E Er x r r r

V r GM GMa J zy y y Vx y

E Er y r r r

V r GM GMa J zz z z

r z r r r

&

&

&

&&

&&

&&

После учёта солнечно лунных ускорений общая система уравнений (вариант 1)

(13)

Возврат к шагу (8) и принятие условия (вариант 2)

0i

V

R

Результат выполнения вывода не в абсолютной системе координат, а в подвижной (вариант 3)

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

...

3 21 5 22

3 21 5 22

33 5

2

e

e

e

V r GM GMa J zx x x Vy x

E Er x r r r

V r GM GMa J zy y y Vx y

E Er y r r r

V r GM GMa J zz z z

r z r r r

&&

&&

&&

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

2 22

3 5 2

...

3 21 5 22

3 21 5 22

33 5

2

e

e

e

V r GM GMa J zx x x Vy x

E Er x r r r

V r GM GMa J zy y y Vx y

E Er y r r r

V r GM GMa J zz z z

r z r r r

&&

&&

&&

(14)

(15)

8/28

Выбор метода размножения эфемерид ГЛОНАСС

Последовательной подстановкой в решение навигационной задачи 5 методов размножения эфемерид ГЛОНАСС определён вариант, обеспечивающий наиболее высокую точность определения координат.