Введение к работе
Актуальность проблемы.
Важность задач навигации с помощью спутниковых радионавигационных систем (GPS, ГЛОНАСС и др.) общеизвестна. Наиболее сложным и одним из наиболее важных режимов спутниковой навигации является режим высокоточного позиционирования в реальном времени (ВПРВ). Огромное значение здесь имеет повышение точности и надёжности этого режима при сохранении приемлемой простоты с учётом ограниченности ресурсов. В связи с этим актуальным является как анализ основных источников ошибок, так и построение алгоритмов, которые минимизируют влияние этих ошибок и обеспечивают наибольшую точность и надёжность. Именно этим основным двум проблемам и посвящена данная работа.
Цель и задачи работы.
анализ и уменьшение основных ошибок при точном позиционировании (ошибок многолучёвости, межканальных сдвигов, шумовых ошибок и др.) в частности, разработка методики для анализа этих ошибок.
разработка алгоритмов высокоточного позиционирования для создания программы ВПРВ с лучшими характеристиками, чем у прототипов.
Методы исследования.
При исследовании задачи ВПРВ используется теория матриц, методы математической статистики и теории вероятностей (в частности, методы наименьших квадратов (МНК) и калмановской фильтрации (КФ)), анализ функций многих переменных и численные методы.
При разработке методики для анализа ошибок многолучёвости использованы методы анализа функций многих переменных, численные методы, методы математической статистики и теории вероятностей, методы теории случайных процессов.
Научная новизна.
1) разработана методика для анализа основных типов ошибок навигационных измерений (многолучёвости, межканальных сдвигов и др.), обеспечивающая большую точность по сравнению с известными методиками расчёта. Эта методика позволяет анализировать как старые сигналы GPS, так и сигналы, которые ещё не введены в эксплуатацию в системе Galileo и др. Предложенная методика обеспечивает так же приемлемую простоту и скорость вычисления.
Разработан алгоритм оптимального (по критерию максимального правдоподобия) использования вторых разностей измерений ГЛОНАСС при позиционировании и фильтрации неоднозначностей, который позволяет существенно сократить число операций с плавающей точкой.
Разработан метод фильтрации неоднозначностей, более точный, устойчивый, экономный с точки зрения вычислений, чем в известных аналогах. Он позволяет провести корректный учёт изменений наблюдаемого спутникового созвездия: смена опорного спутника, появление/исчезновение спутника.
Разработан алгоритм быстрого перебора спутников при отбраковке аномальных измерений.
Практические результаты работы.
1) Разработанные теоретические результаты легли в основу программного
продукта, с помощью которого на фирме «Топкон» рассчитываются ошибки
многолучёвости, трактовые смещения, шумовые ошибки при работе с
сигналами систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo.
2) Разработанная теория позволила создать версию программы ВПРВ,
которая показала лучшие свойства, чем прототип.
Внедрение результатов подтверждено актом, в котором отражены перечисленные практические результаты работы.
Основные положения, выносимые на защиту:
Предложенная в диссертации методика расчёта корреляционных компонент, основанная на автокорреляционной функции псевдослучайного кода, позволяет с высокой точностью рассчитывать ошибки для новых сигналов спутниковых радионавигационных систем. Она также позволяет существенно уточнить расчёт ошибок при наличии некоторых кодов Голда в GPS.
Выведенные в диссертации уравнения, основанные на комбинации произведений квадратурных компонент, позволяют с высокой степенью точности вычислять кодовые ошибки многолучёвости и их огибающие.
3) Использование предложенных в диссертации комбинаций, являющихся
аналогом вторых разностей, позволяет оптимальным образом обрабатывать их
без вычисления их ковариационной матрицы и обратной к ней матрицы, что
существенно упрощает вычисления при позиционировании и при фильтрации
неоднозначностей.
4) Предложенные в диссертации алгоритмы фильтрации
неоднозначностей корректно учитывают такие изменения в созвездии, как
появление/исчезновение спутника и смена опорного спутника. Это даёт существенный выигрыш, так как при указанных ситуациях не требуется сбрасывать фильтр и терять накопленную в нём информацию.
5) Разработанный в диссертации алгоритм быстрого перебора позволяет осуществлять схему перебора с существенно меньшим числом действий.
