Содержание к диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ КОНТРОЛЬНО-КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ СТАНЦИИ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В ЗАДАЧЕ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ... 10
1.1. Состав и структура глобальной навигационной спутниковой системы 10
1.2. Принципы построения локальной контрольно-корректирующей станции авиационного назначения 11
1.3. Первичная обработка радиосигналов в приемнике глобальной навигационной спутниковой системы 17
1.4. Методы борьбы с ошибками многолучевости 25
1.4.1. Применение специализированных антенн 25
1.4.2. Модификации системы слежения за задержкой 30
1.4.3. Комплексная обработка выходных данных навигационного приемника 33
1.4.4. Перспективы совершенствования глобальной навигационной спутниковой системы 39
1.5. Контроль целостности навигационного оборудования воздушного судна 41
1.6. Обзор методов формирования показателей точности дифференциальных поправок 44
1.7. Постановка задачи исследования 48
2. ОЦЕНКА ОШИБКИ МНОГОЛУЧЕВОСТИ В ОТСЧЕТАХ ПСЕВДОДАЛЬНОСТИ В КОДОВОМ КАНАЛЕ ОДНОЧАСТОТНОГО НАВИГАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА 50
2.1. Вводные замечания 50
2.2. Модель измерения отношения сигнал-шум в условиях многолучевого распространения радиосигнала 56
2.3. Оценка среднечастотной составляющей ошибки многолучевости в отсчетах псевдодальности в кодовом канале одночастотного навигационного приемника 60
2.4. Методы оценки периода повторения ошибки многолучевости 66
2.5. Анализ требований к навигационному приемнику, используемому в задаче оценки ошибки многолучевости 70
2.6. Выводы по главе 84
3. ФОРМИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПОПРАВОК. СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ-ШУМ 85
3.1. Вводные замечания 85
3.2. Формирование показателей точности дифференциальных поправок в локальной контрольно-корректирующей станции 86
3.3. Оценка точности посткорреляционного способа измерения отношения сигнал-шум 89
3.4. Повышение точности измерения отношения сигнал-шум в многоканальном навигационном приемнике 99
3.5. Применение специальных накопителей для измерения отношения сигнал-шум 101
3.6. Выводы по главе 107
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 108
4.1. Вводные замечания 108
4.2. Экспериментальная оценка среднечастотнои составляющей ошибки многолучевости 109
4.3. Исследование черессуточной повторяемости ошибки многолучевости 117
4.4. Влияние антенны навигационного приемника на оценку ошибки многолучевости 121
4.5. Экспериментальная оценка дисперсии шумовой ошибки 124
4.6. Моделирование формирования показателей точности дифференциальных поправок в локальной контрольно-корректирующей станции 128
4.7. Выводы по главе 138
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
ЛИТЕРАТУРА 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 159
Введение к работе
В настоящее время для обеспечения посадки воздушного судна (ВС) гражданской авиации используются специализированные радиотехнические системы посадки — ILS, СП-68, STAN—37/38/39 и др. Принцип действия и состав оборудования этих систем изложен в [12, 18, 44].
Общим недостатком таких систем является высокая стоимость их применения, обусловленная рядом причин:
— один комплект наземного оборудования позволяет обслуживать только одну взлетно-посадочную полосу и только в одном направлении;
— для борьбы с переотражениями радиосигналов, возникающими вследствие особенностей ландшафта и ухудшающими точностные характеристики системы посадки, требуется проведение дополнительных работ (например, работ по выравниванию земной поверхности).
В соответствии с современной концепцией технической модернизации средств навигации, предлагаемой Федеральной службой воздушного транспорта России, в 2006 — 2015 гг. планируется постепенный переход к использованию глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) в качестве основного средства на всех этапах полета вплоть до посадки ВС по первой категории (категории I) [115].
Применение ГНСС, таким образом, позволит снизить затраты на обслуживание воздушного движения за счет замены разнотипного оборудования едиными средствами и обеспечения всех этапов полета ВС, включая ка-тегорированный заход на посадку на аэродром, не оборудованный специализированной системой посадки [115].
При заходе ВС на посадку по категории I, к бортовому навигационному оборудованию предъявляется ряд требований, в том числе [43, 118, 119, 123]:
— точность определения местоположения ВС должна быть не хуже 16м (95%) в горизонтальной плоскости и 6 м (95%) по вертикали;
- риск потери целостности (вероятность отсутствия предупреждения о недопустимом снижении точности за время посадки ВС) должен быть не более 2- Ю-7 за время 150 с.
Требуемая точность определения местоположения может быть получена в дифференциальном режиме работы ГНСС, организуемом за счет установки в зоне аэропорта локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС). В работе [75] показано, что эффективная дальность действия ЛККС составляет десятки километров, поэтому одна ЛККС позволяет обслуживать все взлетно-посадочные полосы заданного аэропорта. В период 2006 — 2010 гг. предполагается установить ЛККС авиационного назначения в шестидесяти крупнейших аэропортах РФ [115].
Задачей навигационного оборудования ВС является определение местоположения ВС в пространстве. Кроме того, на борту ВС реализуется алгоритм предупреждения пилота о недопустимом снижении точности решения навигационной задачи, называемый далее алгоритмом контроля целостности (Integrity Monitoring) [39,43, 101, 123].
Суть алгоритма контроля целостности заключается в сравнении с порогами ошибок определения координат ВС, получаемых путем пересчета оценок ошибок псевдодальномерных измерений и дифференциальных поправок. Требуемое значение риска потери целостности обеспечивается за счет соответствующего выбора порогов [101]. Таким образом, оценки ошибок дифференциальных поправок являются исходными данными для работы алгоритма контроля целостности.
В соответствии с требованиями радиотехнической комиссии по аэронавтике (RTCA - Radio Technical Commission for Aeronautics) и международной организации по гражданской авиации (ICAO — International Civil Aviation Organization), решение в ЛККС задачи оценивания ошибок дифференциального режима (формирование показателей точности дифференциальных поправок) является необходимым условием использования ГНСС для целей по садки ВС. В то же время, отсутствуют какие-либо рекомендации для определения показателей точности дифференциальных поправок [118, 119, 123].
Целью диссертации является разработка способов оценки ошибок и формирования показателей точности дифференциальных поправок в ЛККС авиационного назначения.
В первой главе диссертации проведен обзор принципов построения ЛККС авиационного назначения и ее использования в задаче контроля целостности, на основании которого показано следующее:
— известные методы формирования показателей точности (функциональный метод, оценочный метод) имеют ограничения, затрудняющие использование этих методов в ЛККС авиационного назначения;
- основными ошибками дифференциальных поправок являются ошибки многолучевости и шумы кодовых измерений псевдодальности.
Во второй главе решена задача оценки среднечастотной составляющей ошибки многолучевости в отсчетах псевдодальности в кодовом канале одно-частотного навигационного приемника, сформулированы требования к навигационному приемнику, используемому для решения данной задачи, а также предложены два новых метода оценки периода повторения ошибки многолучевости.
В третьей главе предложен новый способ формирования показателей точности дифференциальных поправок в ЛККС авиационного назначения, предложены два новых способа измерения ОСШ в навигационном приемнике, а также проведен расчет точности известного (посткорреляционного) и предложенных способов измерения ОСШ.
В четвертой главе предложена методика оценки эффективности применения специальных средств подавления ошибок дифференциальных поправок в ЛККС авиационного назначения, а также выполнены экспериментальные исследования, подтверждающие достоверность полученных результатов.
В приложении описаны особенности программного обеспечения, разработанного автором для проведения экспериментальных исследований.
На защиту выносятся следующие результаты:
-способ формирования показателей точности дифференциальных поправок в ЛККС авиационного назначения, работающий в реальном масштабе времени и учитывающий специфические ошибки дифференциальных поправок, обусловленные многолучевым распространением принимаемого радиосигнала и шумами навигационных приемников;
— способ оценки среднечастотной составляющей ошибки многолучево-сти, реализуемый в одночастотном навигационном приемнике с использованием измерений ОСШ;
— способы повышения точности оценивания ОСШ, реализуемые за счет учета многоканальной структуры навигационного приемника и применения специальных накопителей;
— методы оценки периода черессуточного повторения ошибки много-лучевости, основанные на использовании критериев минимального углового отклонения и минимального расстояния между местоположениями ИСЗ в разные дни; -методика оценки эффективности применения специальных средств снижения уровня ошибок дифференциальных поправок в ЛККС авиационного назначения, основанная на моделировании решения навигационной задачи и расчете защитных уровней на борту ВС.
