АДАПТИВНЫЙ ОДНОЧАСТОТНЫЙ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК

Предлагаемая полезная модель относится к спутниковой навигации, а также может быть использована в системах мониторинга состояния ионосферы.
изм
изм
Погрешность определения координат потребителя зависит от ряда факторов обусловленных различными причинами: смещением шкал времени НС и НАП относительно системного времени, задержками сигнала в ионосфере и тропосфере, многолучевостью распространения из-за отражения волн от Земли, влиянием релятивистских и гравитационных эффектов, шумами приемника. Точность определения координат потребителя прямо пропорционально зависит от точности измерения псевдодальности от навигационного спутника (НС) до навигационного приемника (НП) (δx~ δR, где δR - погрешность измерения псевдодальности). Известно, что максимальный вклад в общую погрешность вносит погрешность обусловленная влиянием ионосферы [ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н.. Изд. 3-е, перераб. - М.: Радиотехника, 2005, 688 с].
вх
ф
к
и
16
17
3
Известен одночастотный радионавигационный приемник с компенсацией ионосферной погрешности определения координат (фигура 1) [B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с: ил. - ISBN 5-256-00174-4]. Принцип работы данного приемника состоит в следующем: антенна (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые навигационными спутниками. С выхода антенны (1) напряжение u(t) поступает на вход радиочастотного блока (2). Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4) и навигационного процессора (5). Аналого-цифровой процессор первичной обработки (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала (фазовым t и кодовым t временем распространения сигнала), а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 20 Гц (то есть с периодом Т=50 мс). В навигационном процессоре (5) решается задача выбора рабочего созвездия навигационных спутников из числа видимых, декодирование навигационных сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации, решение навигационной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта на устройство вывода информации (7). В блоке (6) хранится модель ионосферы, в данной модели значение полного электронного содержания зависит от времени суток и колеблется от 5⋅10 до 5⋅10 эл/м. В зависимости от времени суток в точке приема, в навигационный процессор поступают значения полного электронного содержания из блока хранения модели ионосферы (6). В навигационном процессоре вычисляется погрешность, происходит компенсация данного вида погрешности [B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с: ил. - ISBN 5-256-00174-41:
изм
мод ион
ист
ион
где R - измеренная псевдодальность от НС до НП, δR - погрешность определения псевдодальности компенсируемая с помощью модели ионосферы (хранится в НП), R - истинная псевдодальность от НС до НП, δR - реальная погрешность определения псевдодальности вносимая ионосферой, 40,3 - коэффициент пропорциональности между плазменной частотой и ЭК ионосферы; I - полное электронное содержание ионосферы,  - несущая частота. В идеальном случае .
19
20
3
Как известно, значение полного электронного содержания при сильных ионосферных возмущениях может достигать значений 5⋅10…10 эл/м, при которых погрешность определения координат может составить порядка 1500 м [Галушко Ю.И., Гальвас А.В., Павлюк Д.Н., Белоконь С.Н. Анализ погрешности определения псевдодальности спутниковой радионавигационной системы «ГЛОНАСС» при ионосферных возмущениях // Радиосистемы. Территориально распределенные системы охраны - Изд. Радиотехника 2018, выпуск №219, С. 54-58].
16
17
3
Недостатком данного радионавигационного приемника, на наш взгляд, является то, что при использовании модели ионосферы, предложенной Клобучаром, можно компенсировать ионосферную погрешность, обусловленную лишь суточным изменением полного электронного содержания от 5⋅10 до 5⋅10 эл/м, что компенсирует погрешность определения координат от 1,5 до 15 м. Однако, при искусственных возмущениях ионосферы (обусловленных радионагревом ионосферы, распылением легко ионизирующих веществ, и т.д.), как было отмечено выше, погрешность определения координат может достигать 1500 м, что не компенсируется используемой в настоящее время моделью ионосферы. Следовательно, остаточная (некомпенсированная) погрешность определения координат может достигать значений 1485 м.
Данные недостатки объясняются тем, что модель ионосферы не рассчитана на искусственные возмущения ионосферы, которые невозможно спрогнозировать.
вх
j
ф
к
Известно устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации (фигура 2) [Галушко Ю.И., Пашинцев В.П., Спирин A.M. Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации. Патент на полезную модель №76462 от 20.09.2008 г]. Принцип работы данного устройства заключается в следующем: антенна (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые навигационными спутниками. С выхода антенны (1) напряжение u(t) поступает на вход радиочастотного блока (2), предназначенного для усиления и селекции принятых сигналов, а также понижения несущей частоты. С выхода радиочастотного блока на вход аналого-цифрового процессора (4) поступает вектор цифровых сигналов y(t), состоящий из сигналов каждого из n видимых навигационных спутников. Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4) и блока вычисления полного электронного содержания (5). Аналого-цифровой процессор первичной обработки (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала, а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 50 Гц (периодом 0,02 с). С выхода аналого-цифрового процессора (4) на вход блока вычисления полного электронного содержания (5) поступают фазовые (t) и кодовые (t) оценки времени распространения сигнала с периодом 0,02 с. В блоке (5) происходит вычисление полного электронного содержания с интервалом 0,02 секунд. Значение полного электронного содержания отображается в устройстве вывода информации (6).
Недостатком данного устройства, на наш взгляд, является то, что устройство производит измерение полного электронного содержания ионосферы, но не позволяет произвести компенсацию ионосферной составляющей погрешности определения координат потребителя.
Целью данной полезной модели является разработка адаптивного одночастотного радионавигационного приемника позволяющего по результатам измерения полного электронного содержания ионосферы производить компенсацию ионосферной составляющей погрешности определения координат потребителя при любом состоянии ионосферы.
вх
ф
к
Предлагаемое устройство (фигура 3) реализовано на базе одночастотного навигационного приемника с двухэтапной обработкой сигналов [Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с: ил. - ISBN 5-256-00174-4; ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Петрова, В.Н. Харисова. Изд. 3-е, перераб. - М.: Радиотехника, 2005, 688 с] и устройства измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации [Галушко Ю.И., Пашинцев В.П., Спирин A.M. Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации. Патент на полезную модель №76462 от 20.09.2008 г] в котором компенсация ионосферной составляющей погрешности происходит при помощи измеренного значения полного электронного содержания ионосферы, а не при помощи модели ионосферы, хранимой в навигационном приемнике (при этом формула 1 принимает вид ). Принцип работы устройства заключается в следующем: антенна (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые навигационными спутниками. С выхода антенны (1) напряжение u(t) поступает на вход радиочастотного блока (2), предназначенного для усиления и селекции принятых сигналов, а также понижения несущей частоты. Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4), навигационного процессора (5) и блока вычисления полного электронного содержания (6). Аналого-цифровой процессор первичной обработки (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала (фазовые (t) и кодовые (t) оценки времени распространения сигнала), а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 20 Гц (периодом 0,05 с), которое поступает в навигационный процессор (5) и блок вычисления полного электронного содержания (6). В блоке (6) происходит вычисление полного электронного содержания с интервалом 0,05 секунд, значения которого поступают на второй вход навигационного процессора (5). В навигационном процессоре (5) решается задача выбора рабочего созвездия навигационных спутников из числа видимых, декодирование навигационных сообщений, в том числе альманаха и эфемеридной информации, компенсация ионосферной погрешности определения координат потребителя (в соответствии с трансформированной формулой 1), решение навигационной задачи с выдачей координат и параметров движения объекта на устройство вывода информации (7).
Использование данного устройства позволяет оперативно получать исходные данные, необходимые для определения полного электронного содержания, непосредственно в навигационном приемнике и оперативно производить компенсацию ионосферной погрешности определения координат потребителя, что повысит точность определения координат при различных состояниях ионосферы (как нормальном, так и возмущенном).