Курсовая работа: Спутниковые системы навигации GPS и ГЛОНАСС

Шумовую погрешность двухдиапазонного измерения псевдодальности найдем следующим образом:

 (S0)={[2,53 (Sв)]2+[1,53 (Sн)]2}1/2 ;

и соответственно получим при T0=1c

 (S0)=

Навигационный радиосигнал от пригоризонтного НКА может приходить к наземному подвижному объекту не только прямым путем но и за счет зеркального отражения от земной поверхности (многолучевость). Отраженный радиосигнал приходит к объекту с направления ниже местного горизонта, и при зеркальном отражении изменяется на противоположное направление круговой поляризации радиосигнала. С учетом данного обстоятельства и за счет пространственной избирательности приемной антенны мощность отраженного радиосигнала Pc2 будет много меньше мощности прямого радиосигнала Pc1 на входе приемника.

Погрешность измерения псевдодальности до пригоризонтного НКА, обусловленная многолучевостью при использовании узкополосного навигационного радиосигнала, будет максимальна в худшей ситуации, когда задержка  t отраженного радиосигнала относительно прямого радиосигнала на входе приемника будет равна  t=1/2F1, где F1  тактовая частота ПСП1. При  t  1/2F1, и при  t 3/2F1 погрешность будет много меньше, чем в худшей ситуации. При T0=1 c погрешность псевдодальности до пригоризонтного НКА из-за многолучевости в худшей ситуации для узкополосных навигационных радиосигналов будет равна

 (S)= .

Подставляя Pc2/Pc1= - (30...32) дБ, получим  (S)= 3,0 м, которое хорошо согласуется с экспериментальными данными. Следовательно, при двухдиапазонных измерениях (1600 МГц, 1250 МГц) и T0 =1 c получим:

 (S0)=  (S)=9,0м.

В тропосфере скорость распространения радиоволны равна c=c0/n(h), где с0 скорость распространения света в вакууме; n(h) коэффициент преломления тропосферы на высоте h над поверхностью Земли, n(h)  .

Тропосферную погрешность беззапросного измерения дальности (псевдодальности) для НКА при углах возвышения НКА     можно найти следующим образом:

 R( )=

В НАП тропосферные погрешности компенсируются расчетными поправками. Если рассчитывать тропосферные поправки для средних параметров тропосферы (глобально), то их погрешность  ( R) составит 10% от величины поправки  R( ).

Для оценки погрешностей можно воспользоваться простой экспоненциальной моделью тропосферы:

 n(h) =  n(0) e-h/а;

и, подставив средние значения  n(0)=3 10-4, a=8 км, получим:

Проведем оценку ионосферных погрешностей измерения псевдодальности в однодиапазонной НАП (1600 МГц). Ионосфера Земли начинается с высоты 100 км, на высотах от 300 до 400 электронная концентрация в ионосфере максимальна и выше с увеличением высоты уменьшается приблизительно экспоненциально и на высоте 900 км электронная концентрация в ионосфере составляет приблизительно 10% от максимальной.

Групповая скорость радиосигнала в ионосфере равна с = с0n(h), где с0  скорость света в вакууме, n(h)  коэффициент преломления ионосферы на высоте h над поверхностью Земли, n(h)<1. Коэффициент преломления в ионосфере n(h) зависит от частоты радиосигнала и для частоты радиосигнала f >100 МГц можно воспользоваться равенством:

 n(h) = 1-n(h) = 40,3 N(h) / f 2,

где N(h)  электронная концентрация ионосферы на высоте h [эл/см3]; f-несущая частота радиосигнала [кГц].

Проведем оценку ионосферных погрешностей беззапросного измерения дальности (псевдодальности) до околозенитного и пригоризонтного НКА.

Ионосферную погрешность при вертикальном прохождении радиолуча к наземному объекту от зенитного НКА можно оценить следующим образом:

 R1=  

Вертикальный профиль величины  n(h) в зависимости от высоты можно представить в виде:

1.  при h  h1=100 км  n(h) = 0 ;

2.  при h1  h  h2 = 300 км  n(h) линейно возрастает до  nm , где  nm  максимальное значение  n(h) ;

3.  при h2  h  h3 = 400 км  n(h) =  nm ;

4.  при h  h3 = 400 км  n(h) =  nm e

 a=200 км.

Используя данную аппроксимацию для  n(h) , получим формулу для оценки ионосферной погрешности беззапросных измерений дальности (псевдодальности) до зенитного НКА

 R1 = bэ  nm ;

bэ = 0,5 (h2-h1)+(h3-h2)+a=400 км .

Параметр bэ можно назвать толщиной эквивалентной ионосферы, у которой  n(h) =  nm на высотах h = 200...600 км и вне этих высот  n(h) = 0.

Ионосферную погрешность  R2 псевдодальности горизонтного НКА (    ) можно приблизительно оценить следующим образом:

 R2 =  R1/ cos ; sin = r/(r+h3) ,

где   угол между радиолучом от горизонтного НКА (    ) и местной вертикалью на высоте h3=400 км (середина эквивалентной ионосферы) ; r  радиус Земли . Проводя вычисления , получим      и соответственно  R2=3,3  R1. Для пригоризонтного НКА ( =5 ...10 ) можно считать, что  R2=3  R1.

Найдем величину  nm для несущей частоты f=1600 МГц навигационного радиосигнала. В средних широтах в худший сезон (зимний день) в годы максимальной солнечной активности максимальная электронная концентрация на высотах 300...400 км может достигать N = 3,0 106 эл/см3, и соответственно для f=1,6 106 кГц получим

 nm=3,8 10-5 ,  R1=15 м ,  R2=45 м.

Ночью и летом ионосферные погрешности будут в несколько раз меньше. В годы минимальной солнечной активности ионосферные погрешности даже в зимний день в 5...6 раз меньше приведенных выше максимальных значений.

Обсудим перспективу, когда в системе ГЛОНАСС будут эксплуатироваться НКА второй модификации, которые будут излучать двухкомпонентный навигационный радиосигнал 1250 МГц вместо однокомпонентного радиосигнала 1250 МГц в НКА первой модификации. Соответственно появляется возможность проводить измерения навигационных параметров в двухдиапазонной НАП с использованием узкополосных радиосигналов 1600 МГц и1250 МГц для исключения ионосферных погрешностей измерений. Но при двухдиапазонном измерении псевдодальности значительно возрастут шумовые погрешности и погрешности из-за многолучевости по сравнении с однодиапазонной НАП (1600 МГц). На динамичных объектах с недетерминированной моделью движения (T0=1 с) нецелесообразно применять двухдиапазонные узкополосные навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц для определения координат объекта, поскольку в этом случае , как было показано выше:

1.  шумовые погрешности псевдодальности до пригоризонтного НКА составят  (S2) = 12...22 м, т.е. превысят ионосферные погрешности измерений в однодиапазонной НАП в худший сезон (зимний день);

2.  погрешности псевдодальности до пригоризонтного НКА, обусловленные многолучевостью, составят  (S2) = 9 м (в худшей ситуации), т.е. будут соизмеримы с ионосферными погрешностями в однодиапазонной НАП в худший сезон (зимний день).

На малодинамичных наземных объектах целесообразно применять двухдиапазонные узкополосные навигационные радиосигналы, поскольку в НАП на малодинамичных объектах можно длительно осреднять результаты измерений (T0=30 c) и снижать до необходимого уровня шумовые погрешности псевдодальности и погрешности из-за многолучевости.

Структура навигационных радиосигналов в системе ГЛОНАСС

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9