Псевдодальномерный метод позиционирования (АП СРНС, лабораторная работа) — различия между версиями

Материал из SRNS
Перейти к: навигация, поиск
(Навигационное решение)
(Цели работы)
Строка 2: Строка 2:
 
   
 
   
 
* Убедиться в работоспособности дальномерного и псевдодальномерного методов позиционирования
 
* Убедиться в работоспособности дальномерного и псевдодальномерного методов позиционирования
* Реализовать одношаговый алгоритм решения навигационной задачи, убедиться в его работоспособности
+
* Реализовать итерационный алгоритм решения навигационной задачи методом наименьших квадратов, убедиться в его работоспособности
 
* Освоить методику расчета геометрического фактора снижения точности
 
* Освоить методику расчета геометрического фактора снижения точности
  

Версия 16:29, 25 ноября 2012

Содержание

Цели работы

  • Убедиться в работоспособности дальномерного и псевдодальномерного методов позиционирования
  • Реализовать итерационный алгоритм решения навигационной задачи методом наименьших квадратов, убедиться в его работоспособности
  • Освоить методику расчета геометрического фактора снижения точности

Общая информация

Назначение навигационной системы - определение координат, скорости, ориентации объекта-носителя, а так же обеспечение его шкалой времени. Для решения задачи оценки координат навигационного приемника, а так же коррекции его шкалы времени относительно системной, используется псевдодальномерный метод позиционирования.

Дальномерный метод позиционирования

Псевдодальномерный метод позиционирования спутниковых радионавигационных систем второго поколения является усложнением дальномерного метода позиционирования. Дальномерный метод позиционирования - это метод определения положения по измерениям дальности (расстояния) до нескольких точек с известными координатами.

20121122 mayak1.png
Рисунок 1 - Карта, с нанесенной береговой линией и расположением маяков


Поясним суть дальномерного метода на примере. Представим, что потребитель - это корабль в море, перед штурманом которого стоит задача определения положения корабля. На корабле есть часы, по которым штурман узнает время. На берегу изобретательные люди установили два маяка, как показано на рисунке 1.

Со смотрителем первого маяка есть договоренность, что ровно в полночь, и не наносекундой позже, тот подаст сигнал. Около полуночи штурман взял корабельные часы и начал ждать сигнал, и как только его получил - записал показания часов. На часах, естественно, было немного за полночь. Скажем, на \Delta t_1 секунд. Если известна скорость распространения сигнала V, то сразу можно сказать, что расстояние между первым маяком и кораблем составляет R_1 = V \Delta t_1. Тогда штурман может взять карту, циркуль и начертить окружность радиусом R_1 вокруг первого маяка (см. рис. 2).

20121122 mayak2.png
Рисунок 2 - Линия возможных положений после первого измерения

Уравнение этой окружности можно записать как:

R_1 = \sqrt{(x - x_1)^2 + (y - y_1)^2},
(1)

где (x_1, y_1) - координаты первого маяка.

В любой из точек окружности, что попали в море, может находиться корабль. Это уже лучше, чем полная неопределенность, но хотелось бы ограничиться одной возможной точкой. Для этого необходимо повторить измерения расстояния до второго маяка - получить оценку R_2 = V \Delta t_2. Множество возможных положений, при которых расстояние до второго маяка составляет R_2 - ещё одна окружность (рис. 3). Её уравнение дополняет первое:

R_2 = \sqrt{(x - x_2)^2 + (y - y_2)^2},
(2)

где (x_2, y_2) - координаты второго маяка.

20121122 mayak3.png
Рисунок 3 - Линия возможных положений после проведения двух измерения

Наш корабль должен одновременно находиться и на одной, и на другой окружности. Таких точек, а это точки пересечения окружностей, всего две. Но одна из них находится на суше, а морякам достаточно выглянуть за борт, чтобы понять, что они всё же в море. Остается один претендент - точка в море, которая и есть измеренное положение корабля.

Псевдодальномерный метод

Если сигнал распространяется со скоростью света, то при использовании дальномерного метода малейшее рассогласование часов маяков и корабля приведет к большой ошибке измерения расстояния. Например, рассогласование на 1 мс приведет к ошибке в 300 км.

Псевдодальномерный метод учитывает рассогласование часов маяков и потребителя. Пусть часы на маяках синхронизированы между собой, а часы на корабле опережают их на \Delta \tau. Тогда измеренные расстояния, даже в отсутствии прочих погрешностей измерений, смещены относительно истинных на V\Delta \tau:

\rho_1 = \sqrt{(x - x_1)^2 + (y - y_1)^2} + V \Delta \tau
(3)
\rho_2 = \sqrt{(x - x_2)^2 + (y - y_2)^2} + V \Delta \tau

Величины \rho_1, \rho_2 называют псевдодальностями.

Система уравнений (3) содержит 3 неизвестные: координаты x и y корабля и смещение корабельных часов \Delta \tau. Для решения системы потребуется ещё одно измерение - псевдодальности до третьего маяка \rho_3.

В СРНС второго поколения маяками выступают навигационные спутники. Каждый спутник передает в своём сигнале эфемеридную информацию, которая позволяет рассчитать координаты спутника на момент излучения. Кроме того, в сигнал заложена величина поправки часов каждого спутника относительно единой системной шкалы времени. Для оценки трех координат и поправки к шкале времени потребителя требуются измерения псевдодальности до четырех спутников:

\rho_1 = \sqrt{(x - x_1)^2 + (y - y_1)^2 + (z - z_1)^2} + V \Delta \tau
(4)
\rho_2 = \sqrt{(x - x_2)^2 + (y - y_2)^2 + (z - z_2)^2} + V \Delta \tau
\rho_3 = \sqrt{(x - x_3)^2 + (y - y_3)^2 + (z - z_3)^2} + V \Delta \tau
\rho_4 = \sqrt{(x - x_4)^2 + (y - y_4)^2 + (z - z_4)^2} + V \Delta \tau

Для существующих спутниковых созвездий система уравнений (4) в большинстве случае имеет 2 решения, одно из которых можно отбросить по косвенным признакам - расположению под поверхностью земли либо в далеком космосе.

Навигационное решение

Для решения системы уравнений (4) можно использовать различные подходы. В данной работе предлагается

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
SRNS Wiki
Рабочие журналы
Приватный файлсервер
QNAP Сервер
Инструменты