В каждом канале НАП в режиме слежения за узкополосным навигационным радиосигналом принимается ЦИ и ежесекундно измеряются два навигационных параметра ѕ  псевдодальность и радиальная псевдоскорость.

Результаты измерений псевдодальностей S_k(t) не менее, чем для четырех выбранных НКА (k = 1,2,3,4) с учетом введения ЧВП, содержащихся в кадре ЦИ, можно выразить следующим образом :

 S_k(t)=R_k(t)+ct 0(t)+cd t _k(t)+d S_k(t), 

где R_k(t) ѕ дальность от объекта до НКА; с ѕ скорость света; t 0 (t) ѕ сдвиг ШВ НАП (опорного сигнала) относительно ШВ системы; d t _k(t) ѕ  погрешность ЧВП; d S_k(t) ѕ  погрешность измерений в НАП.

В двухдиапазонной НАП навигационные измерения псевдодальностей на двух несущих частотах ¦ _в" 1600 МГц и ¦ _н" 1250 МГц позволяют исключить ионосферные погрешности измерений следующим образом. Обозначим S₀(t) ѕ  измеренная псевдодальность без ионосферных погрешностей. Поскольку для верхнего и нижнего диапазонов

S_в(t)=S₀(t)+А/¦ ; S_н(t)= S₀(t)+А/¦ , 

где А/¦ ² ѕ  ионосферная погрешность измерения псевдодальности, то алгоритм получения объединенного результата S₀(t), в котором исключены ионосферные погрешности будет следующим: 

S₀(t)= S_в(t)-S_н(t); m=¦ _н /¦ _в=7/9.

d S₀ = d S_в - d S_н = 2,53d S_в - 1,53d S_н . 

Задача настоящего раздела ѕ оценить погрешность измерения псевдодальностей в многоканальной НАП при использовании узкополосных навигационных радиосигналов. Основными источниками погрешностей измерения псевдодальности в многоканальной НАП являются: шумы и многолучевость на входе приемника, тропосфера, ионосфера (в однодиапазонной НАП).

Шумовую погрешность s  (S) однодиапазонных измерений псевдодальности можно оценить следующим образом: 

s (S) = , 

где c ѕ  скорость света; F₁ ѕ  тактовая частота ПСП1; P_c /g_ш ѕ  энергетический потенциал узкополосного навигационного радиосигнала на входе приемника; k ѕ  ухудшение энергетического потенциала в приемнике (k ~ 1,5); T₀ ѕ  интервал осреднения (накопления) измерений.

и соответственно шумовые погрешности однодиапазонных измерений при осреднении T₀ = 1с составят [м]:

s (S₀)={[2,53s (S_в)]²+[1,53s (S_н)]²}^1/2 ; 

и соответственно получим при T₀=1c

s (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 P_c2 будет много меньше мощности прямого радиосигнала P_c1 на входе приемника.

Погрешность измерения псевдодальности до пригоризонтного НКА, обусловленная многолучевостью при использовании узкополосного навигационного радиосигнала, будет максимальна в худшей ситуации, когда задержка D t отраженного радиосигнала относительно прямого радиосигнала на входе приемника будет равна D t=1/2F₁, где F₁ ѕ  тактовая частота ПСП1. При D t< < 1/2F₁, и при D 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 (S)= .

 Подставляя P_c2/P_c1= - (30...32) дБ, получим s (S)= 3,0 м, которое хорошо согласуется с экспериментальными данными. Следовательно, при двухдиапазонных измерениях (1600 МГц, 1250 МГц) и T₀ =1 c получим:

s (S₀)= s (S)=9,0м. 

В тропосфере скорость распространения радиоволны равна c=c₀/n(h), где с_0ѕ скорость распространения света в вакууме; n(h)ѕ коэффициент преломления тропосферы на высоте h над поверхностью Земли, n(h)> 1 .

Тропосферную погрешность беззапросного измерения дальности (псевдодальности) для НКА при углах возвышения НКА b і 5 ° можно найти следующим образом: 

D R(b )= 

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

D n(h) = D n(0) e^-h/а; 

и, подставив средние значения D n(0)=3Ч 10^-4, a=8 км, получим:

Групповая скорость радиосигнала в ионосфере равна с = с₀n(h), где с₀ ѕ  скорость света в вакууме, n(h) ѕ  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: 

D n(h) = 1-n(h) = 40,3 N(h) / f ², 

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

d  R₁=  

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

1. при h Ј  h₁=100 км D n(h) = 0 ;
2. при  h_1 Ј  h Ј  h₂ = 300 км D n(h) линейно возрастает до D n_m , где D n_m ѕ  максимальное значение D n(h) ;
3. при  h_2 Ј  h Ј  h₃ = 400 км D n(h) = D n_m ;
4. при h і  h₃ = 400 км D n(h) = D n_m e

, a=200 км. 

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

d  R₁ = b_э D n_m ;

b_э = 0,5 (h₂-h₁)+(h₃-h₂)+a=400 км .

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

Ионосферную погрешность d  R₂ псевдодальности горизонтного НКА (b  =  0 ° ) можно приблизительно оценить следующим образом:

d  R₂ = d  R₁/ cosg ; sing = r/(r+h₃) , 

где g ѕ угол между радиолучом от горизонтного НКА (b  =  0 ° ) и местной вертикалью на высоте h₃=400 км (середина эквивалентной ионосферы) ; r ѕ  радиус Земли . Проводя вычисления , получим g = 7 3 ° и соответственно d  R₂=3,3 d  R₁. Для пригоризонтного НКА (b =5° ...10° ) можно считать, что d  R₂=3 d  R₁.

Найдем величину D n_m 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 = 3,0Ч 10⁶ эл/см³, и соответственно для f=1,6Ч 10⁶ кГц получим 

D n_m=3,8Ч 10^-5 , d  R₁=15 м , d  R₂=45 м. 

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 s (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 s (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.

НАЗАД

СОДЕРЖАНИЕ

ВПЕРЕД