Повышение качества работы навигационных систем подвижных наземных объектов за счет радиотехнических измерителей



Повышение качества работы навигационных систем подвижных наземных объектов за счет радиотехнических измерителей

Сурков Владимир Олегович, аспирант

Тамбовский государственный технический университет

В статье проанализирована возможность повышения качества работы навигационной системы подвижного наземного объекта за счет введения нового радиотехнического устройства в состав системы и применения методов повышения точности используемого в настоящее время измерителя. В настоящее повысить качестве работы навигационной системы можно за счет повышения точности данных полученных от приемника спутниковой радионавигационной системы. Вопрос об использовании дифференциального режима работы спутниковой радионавигационной системы и системы на основе псевдоспутников должен решаться в зависимости от поставленным перед навигационной системой задач и иметь практическое обоснование. Системы сотовой связи, системы ближней радионавигации и наземные радиосистемы дальней навигации могут применяться в качестве резервных систем в случае кратковременного пропадания сигналов спутниковой радионавигационной системы при использовании соответствующего программного обеспечения.

Основной радиотехническим измерителем (РТИ) навигационных систем ПНО является спутниковая радионавигационная система (СРНС), установленная на объекте в виде многоканального приемника сигналов. При пропадании данных СРНС происходит значительный рост погрешностей в определении координат местоположения, погрешности не удовлетворяют предъявляемым требованиям [1], поэтому необходимо предложить пути повышения качества работы навигационных систем (надежности, помехозащищенности, точности получаемых данных).

Рассмотренные в [2] направления повышения качества работы предполагают введение новых устройств в состав навигационной системы. В настоящее время данное направление реализуется за счет введения новых РТИ в состав системы.

Роль нового устройства, которое может быть использовано в составе навигационной системы ПНО, могут выполнять системы сотовой связи вследствие их широкого распространения в большинстве городов. Она может применяться для повышения точности позиционирования в качестве дополнительной системы с СРНС. При их использовании в зависимости от применяемой технологии определения местоположения, возможно, получить точность до 50 м. [3,4].

Возможно, так же применение наземных радиосистем дальней навигации и систем ближней радионавигации (СБРН) для получения координат местоположения в зонах, где вследствие совокупности факторов невозможна корректная работа систем сотовой связи и СРНС. Однако их использование сопряжено с недостатками, среди которых низкая точность определения дальности. Точность позиционирования зависит от скорости распространения поверхностной волны и геометрического фактора.

Повысить качество работы навигационной системы ПНО также возможно за счет повышения точности данных получаемых от используемого в большинстве систем приемника СРНС. Точность данных возможно повысить за счет использования дифференциального режима работы и использования сигналов псевдоспутников.

Дифференциальный режим работы СРНС может быть реализован за счет специального програмного обеспечения и оборудования, устанавливаемого в навигационной системе, позволяющего получать сигналы от СРНС и поправки от систем дифференциальной коррекции с дальнейшей их обработкой и выдачей уточненнях данных СРНС потребителю. Диффенциальный режим работы СРНС в настоящее время широко используется в навигационных системах подвижных наземных объектов иностранного производства и позволяет снизить погрешности позиционирования [5,6]. В навигационных системах подвижных наземных объектов отечественного производства дифференциальный режим работы СРНС реализован только в серии систем ГАЛС-Д2М.

Надежная высокоточная навигация наземных средств может быть обеспечены за счет создания в локальном районе дополнительных радионавигационных полей на основе псевдоспутников (ПС). Локальные радионавигационные системы (ЛРНС) на основе псевдоспутников (ЛРНС ПС) предназначены для обеспечения высокоточной навигации в условиях затруднения приема сигналов СРНС вследствие непреднамеренных и преднамеренных помех и позволяют обеспечить точность позиционирования до 10 см за счет отсутствия у наземных псевдоспутников ионосферных и эфемеридных погрешностей. ЛРНС [7, 8], представляют собой наземные дополнения к СРНС на основе наземных ПС, излучающих сигнал, схожий по параметрам с навигационным сигналом GPS/ГЛОНАСС, который может быть принят обычным приемником GPS/ГЛОНАСС, подверженным минимальным модификациям программной части (в частности с него должна быть снята защита от приема сигналов спутников, находящихся на земле)и являются стационарными излучателями GPS-сигналов со значительно меньшей мощностью сигнала и, соответственно, меньшим радиусом действия. Анализ характеристик точности местоопределения при использовании только ПС без учета орбитальной группировки НКА, что соответствует условиям, когда по каким-либо причинам (подавление, сложный рельеф местности и т. д.) невозможно осуществить прием сигналов СРНС. Для ЛРНС ПС, которая включает шесть ПС, четыре из которых расположены в углах квадрата 10х10 км, а еще два ПС подняты на высоту 20 м и находятся внутри квадрата на расстоянии 4 км друг от друга, Планарная погрешность местоопределения не превышает 6 см [9]

При выборе новых РТИ необходимо помнить следующее:

‒ Система сотовой связи в настоящее время не может стать альтернативой СРНС, так как они так же не лишены недостатков, главный из которых в том, что указанные технологии не функционируют в местах вне покрытия сотовых сетей. Влияние так же может оказать рельеф местности, количество базовых станций и высота вышек сотовой связи;

‒ В настоящее время только наземные радиосистемы дальней навигации входят в состав производимых навигационных систем таких систем как «КС-100М» и «Ориентир», системы сотовой связи, и СБРН используются пока на уровне экспериментов;

‒ Включение в состав навигационной системы дополнительного РТИ (системы сотовой связи) не приведет к значительному снижению погрешностей позиционирования при комплексной обработке данных от неё и СРНС [10]

Использование дополнений к СРНС связано со следующими недостатками:

‒ Использование дифференциального режима связано с необходимостью создания единой контрольно-корректирующей сети станций и каналов связи, что является очень дорогим, учета зависимости некоторых значений дифференциальных поправок (эфемеридной и ионосферной) от расстояния до контрольно-корректирующей станции;

‒ Наземное расположение ПС не дает возможность с высокой точностью определять высоту.

‒ Невозможность обеспечить совместное использование сигналов ПС и спутников как в ближней зоне псевдоспутника (где подавляются сигналы от спутников), так и в дальней зоне (где сигналы псевдоспутника ослабевают до критического уровня) [8, 11] из-за разницы уровней принимаемых сигналов от спутников и ПС

‒ Высокий уровень многолучевости для сигналов псевдоспутников, которые размещаются на (или вблизи) поверхности Земли [7, 12]

Таким образом, в настоящее повысить качестве работы навигационной системы можно за счет повышения точности данных полученных от СРНС при сигнала от СРНС. Вопрос об использовании дифференциального режима работы СРНС и ЛРНС на основе ПС должен решаться в зависимости от поставленным перед навигационной системой задач и иметь практическое обоснование. Системы сотовой связи, СБРН и наземные радиосистемы дальней навигации могут применяться в качестве резервных систем в случае кратковременного пропадания сигналов СРНС при использовании соответствующего программного обеспечения.

Литература:

1. Радионавигационный план Рос. Федерации: утв. приказом Министерства промышленности и торговли РФ от 2 сентября 2008 г. № 118: в редакции приказа Министерства промышленности и торговли РФ от 31 августа 2011 г. № 1177. [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
2. Сурков В. О. Направления повышения качества функционирования навигационных систем для подвижных наземных объектов при решении навигационных задач // Молодой ученый. — 2015. — № 13. — С. 209–211.
3. Комраков Д. В. Технологии позиционирования наземных подвижных объектов в сетях GSM // Технические науки в России и за рубежом (II): материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди,2012. — С. 38–40.
4. Сурков В. О. Точности определения местоположения подвижных наземных объектов в сотовых сетях GSM и UMTS // Молодой ученый. — 2013. — № 6. — С. 147–150.
5. Сурков В. О. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов // Молодой ученый. — 2015. — № 13. — С. 211–214.
6. Сейдж Э. П., МелсДж.Теория оценивания и её применение в связи и управлении. — М.: Связь,1976.
7. Augmenting GPS by ground-based pseudolite signals for airborne surveying applications / H. K. Lee, J. Wang, C. Rizos, T. Tsujii // Survey Review. — 2005. — № 38 (296). — P. 88–99.
8. Rizos C. Pseudolite Augmentation of GPS [Электрон- ныйресурс] / C. Rizos // Workshop on Geolocation Technology to Support UXO Geophysical Investigations. — 2005. — Режимдоступа: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/.
9. Ткаченко А. А. Особенности применения радионавигационных систем локального позиционирования на основе псевдоспутников / А. А. Ткаченко, В. А. Кочура, В. Н. Дейнеко, Ю. В. Резников // Системиобробкиінформації. — 2011. — № 5. — С. 118–120.
10. Иванов А. В. Совместная обработка информации спутниковых радионавигационных систем и наземных сетевых систем в навигационных системах подвижных наземных объектов / Иванов А. В., Гостев А. В., Семенов А. А., Соколовская Л. В. / Радиотехника. — Москва, № 4, с.16–19.
11. Kanli M. Limitations of pseudolite systems using offthe-shelf GPS receivers [Электронныйресурс] // Int. Symposium on GNSS/GPS. — Sydney, Australia, 6–8 December. — 2004. — Режимдоступакресурсу: www.gmat.unsw.edu.au.
12. Techniques for reducing the near-far problem in indoor geolocation systems / Jonathan M. Hill, Ilir F. Progri, W. R. Michalson // Proc. of the 2001 NTM. — Institute of Navigation, Long Beach, USA, 22–24 January. — 2001. — P. 860–865.