Дифференциальный режим СНС

Точность определения координат, которую обеспечивают системы GPS и GLONASS, В лучшем случае составляет около 10 м. Однако для многих приложений, таких как навигация автомобилей, навигация судов на узких фарватерах, геодезия, навигация летательных аппаратов, такая точность недостаточна. Для ее увеличения был разработан метод дифференциальной навигации DGPS (Differential GPS), который обеспечивает (в специальных случаях) точность до нескольких десятков сантиметров . 

Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного навигационного приемника 5 (см. рисунок), устанавливаемого в точке с точно известными географическими координатами и называемого базовой станцией. Сравнивая известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными с помощью спутников 1—4, базовый приемник формирует поправки, которые передаются потребителю 6 по каналу связи 7. С учетом принятых поправок приемник обычного потребителя позволяет определить его координаты с точностью до одного метра и менее.

При реализации дифференциального режима используют два метода формирования поправок:

  1. Метод, при котором поправки на базовой станции формируются только для созвездия НКА, используемого в определяемом пункте, что является существенным недостатком метода.
  2. Метод, при котором на базовой станции определяются поправки для всех спутников, которые потенциально могут быть использованы потребителями. Недостатком этого метода является усложнение аппаратуры потребителей.

Поскольку полученные с помощью дифференциального метода результаты в значительной степени зависят от расстояния между потребителем и базовой станцией, то зона обслуживания базовой станции составляет не более 500 км.

Передача дифференциальных поправок от базовой станции к потребителю может осуществляться с помощью телефонной или радиосвязи, по системам спутниковой связи (например, INMARSAT), а также с использованием технологии передачи цифровых данных RDS (Radio Data System) на частотах FM-радиостанций.

В настоящее время во многих странах уже действует развитая сеть базовых станций, постоянно транслирующих поправки на определенную территорию. Например, в США дифференциальные поправки передаются береговой охраной через морские радиобуи, работающие в диапазоне 283,5…325 кГц. Под Санкт-Петербургом в феврале 1998 года была установлена первая базовая станция, которая передает поправки на частоте 298,5 кГц.

При реализации дифференциального режима СНС используются методы кодовых и псевдофазовых (относительных) измерений. Кодовые системы строятся на основе измерения и обработки псевдодальностей; они имеют в общем случае неограниченную область действия и характеризуются ошибками местоопределения от долей до нескольких метров. Псевдофазовые системы характеризуются высокой точностью местоопределения (до долей сантиметра), однако область их действия ограничивается дальностью 10… 12 км в одночастотном режиме и около 100 км в двухчастотном.

Кодовые системы дифференциальной навигации делятся на локальные (Local Area Differential GPS), широкодиапазонные (WADGPS — Wide Area Differential GPS) и глобальные (GDGPS — Global Differential GPS).

Большинство современных систем дифференциальной навигации являются локальными. Они используют одну базовую станцию, которая располагается в центре локальной зоны размером около 200 км. В центре зоны обеспечивается точность местоопределения порядка 0,5… 1 м; на периферии зоны точность ухудшается и постепенно приближается к точности абсолютных местоопределений (без поправок). Дифференциальные поправки в локальных системах могут формироваться путем коррекции координат или навигационных параметров. Наибольшее распространение получил второй метод, при котором базовая станция формирует поправки к измерениям псевдодальностей для каждого из видимых ею спутников. При этом приемник поправляет свои измерения псевдодальностей по teM же спутникам. Для передачи поправок, сформированных в соответствии с методом коррекции навигационного параметра, был разработан специальный стандарт RTCM SC-104, учитывающий особенности навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.

В широкодиапазонных системах дифференциальной навигации WADGPS используется сеть станций сбора информации и метод формирования дифференциальных поправок, при котором на станциях сбора информации осуществляется обработка с целью оперативного уточнения параметров моделей движения НКА, смещения их шкал времени и составления карт вертикальных ионосферных задержек. Все эти данные оперативно передаются потребителю, который использует их для уточнения данных, извлекаемых из сигналов навигационных спутников. Системы WADGPS обеспечивают точность местоопределения со среднеквадратической ошибкой около 0,5 м в области, охватываемой сетью станции сбора информации, и смежных с ней областях.

В настоящее время в мире используются две системы WADGPS: первая принадлежит фирме Satloc, вторая под названием WAAS (Wide Area Augmentation System) — правительству США. Обе системы развернуты и эксплуатируются на территории США. В системе WADGPS фирмы Satloc потребителю предоставляется карта вертикальных ионосферных задержек с шагом 2°, в системе WAAS — разной точности. Наиболее подробные карты содержат до 929 точек. Задержка формирования корректирующих поправок в системе фирмы Satloc составляет 4 с, а в системе WAAS — около 6 с. Satloc использует только 15 станций сбора информации, расположенных на континентальной территории США, WAAS — 24, расположенных как на континентальной территории США, так и на Аляске и Гавайских островах. Для удовлетворения требований доступности (availability) для системы WAAS используется один из двух геостационарных спутников, излучающих дополнительные дальномерные коды, которые доступны для приемников с опцией WAAS-enabled. Скорость передачи корректирующей информации в системе фирмы Satloc равна 750 бит/с, а в системе WAAS — 250 бит/с. Корректирующая информация в системе фирмы Satloc квантуется с шагом 1/16 м, а в системе WAAS — с шагом 1/8 м.

Глобальные системы дифференциальной навигации (GDGPS) по своей структуре очень схожи с широкодиапазонными (WADGPS). Они также используют наземную сеть станций сбора информации и тот же метод формирования дифференциальных поправок. Основное отличие заключается в том, что исключение ионосферных ошибок в GDGPS осуществляется путем использования двухчастотных измерений.

В настоящее время единственная в мире система GDGPS использует в качестве основы станции GPS сети NASA. Для оперативного уточнения орбит навигационных спутников в этой системе используется пакет прикладных программ RTG (Real Time Gipsy), который применяется также и в широкодиапазонных дифференциальных системах фирмы Satloc и WAAS. Для передачи измерений в центр обработки используется сеть Internet. Результаты испытаний системы показали, что среднеквадратическая ошибка определения горизонтальных координат составляет менее 0,1 м и около 0,2 м — для вертикальных.

Система поправок в Европе реализуется в проекте EGNOS (European Global Navigation Overlay System — Европейская глобальная навигационная оверлейная система), рассчитанном на прием как сигналов GPS, так и ГЛОНАСС. EGNOS является совместным проектом Европейского космического агентства (ESA), Еврокомиссии (ЕС) и Eurocontrol (организации, отвечающей за аэронавигацию в Европе и являющейся предшественником Galileo — первой глобальной системы спутниковой навигации Европы). Поправки EGNOS, доступные для приемников с опцией EGNOS-enabled, транслируются через три геостационарных спутника. Два из них относятся к семейству Inmarsat и обслуживают районы Атлантического и Индийского океанов, а спутник ESA Artemis — районы Африки. Кроме них, в систему входят 4 мастер-центра МСС (Master Control Centres), которые управляют этими спутниками и вырабатывают поправки, 34 станции контроля положения и целостности RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), данные которых используются в мастер-центрах для уточнения поправок, а также передающие эту информацию на спутники наземные навигационные станции NLES (Navigation Land Earth Stations).

Применение системы EGNOS позволяет повысить точность определения координат в несколько раз (до 3…5 м). Следует заметить, что для использования поправочных коэффициентов, передаваемых со спутников WAAS/EGNOS, необходима сеть наземных базовых станций. Поскольку такая сеть в России отсутствует, то их использование нецелесообразно: если приемник имеет возможность фиксации сигналов спутников WAAS/EGNOS, то такую функцию лучше отключить, так как определение координат может не только не улучшиться, но и ухудшиться.




Дополнительные материалы:

  • Электропитание Несомненное достоинство многих навигаторов заключается в возможности их автономного использования, то есть без подключения к внешнему источнику электропитания. Это обеспечивается […]
  • Адаптер на 2 SIM карты – Magicsim В тех случаях, когда необходимо использовать 2 SIM карты, а любимый телефон менять не хочеться, на помощь может прийти  Magicsim - адаптер на 2 SIM карты (20-А поколение ). Это […]
  • Принципы работы GPS-навигатора В системе спутниковой навигации можно выделить три составляющие: орбитальную группировку космических аппаратов, наземный комплекс управления и приемную аппаратуру пользователей. […]
  • Принтеры для карманных компьютеров Обычно печать документов, подготовленных на КПК, осуществляется с помощью настольного ПК или ноутбука, к которому подключен самый обычный принтер. Это наиболее разумное решение для […]
Share This

Поделитесь!

Если статья показалась Вам полезной.