Дифференциальный режим работы спутниковой навигационной системы

Работа по теме: Курсовий проект 2. Глава: Дифференциальный режим gps. ВУЗ: НАУ.
article placeholder

Наиболее
эффективным средством исключения ошибок
является дифференциальный способ
наблюдений — DGPS (Differential GPS). Его суть
состоит в выполнении измерений двумя
приемниками: один устанавливается в
определяемой точке, а другой — в точке
с известными координатами — базовой
(контрольной) станции.

Поскольку
расстояние от ИСЗ до приемников
значительно больше расстояния между
самими приемниками, то считают, что
условия приема сигналов обоими приемниками
практически одинаковы. А, следовательно,
величины ошибок также будут близки. В
режиме DGPS измеряют не абсолютные
координаты первого приемника, а его
положение относительно базового (вектор
базы). Использование дифференциального
режима позволяет практически полностью
исключить влияние режима SA и довести
точность кодовых измерений до десятков
сантиметров, а фазовых — до единиц
миллиметров. Наилучшие показатели имеют
фазовые двухчастотные приемники. Они
отличаются от фазовых одночастотных
более высокой точностью, более широким
диапазоном измеряемых векторов баз и
большей скоростью и устойчивостью
измерений. Однако современные
технологические достижения позволяют
одночастотным фазовым приемникам по
характеристикам приблизиться к
двухчастотным.

Одной
из особенностей режима DGPS является
необходимость передачи дифференциальных
поправок от базового приемника к
определяемому. При этом различают два
метода корректировки информации:

  1. Метод коррекции
    координат, когда на станции и в
    определяемой точке наблюдают одни и
    те же ИСЗ, а затем в качестве дифференциальных
    поправок с базовой станции передают
    добавки к измеренным в определяемом
    пункте координатам. Недостатком этого
    метода является то, что приемники
    базового и определяемого пунктов должны
    работать по одному рабочему созвездию.
    Это неудобно, поскольку все потребители,
    использующие дифференциальные поправки
    должны работать по одним и тем же ИСЗ.
    В этом случае не обеспечивается наилучшее
    значение PDOP во всех определяемых
    пунктах.

  2. Метод коррекции
    навигационных параметров, при
    использовании которого на базовой
    станции определяются поправки к
    измеряемым параметрам (например,
    псевдодальностям) для всех спутников,
    которые потенциально могут быть
    использованы потребителями. Эти поправки
    передаются на определяемые пункты, где
    уже непосредственно в GPS — приемнике
    вычисляются поправки к координатам.
    Недостатком этого метода является
    повышение сложности аппаратуры
    потребителей.

Метод
DGPS может быть использован двояко. Если
необходимо вычислять координаты в
режиме реального времени, то необходим
надежный радиоканал для передачи
дифференциальных поправок, а в состав
GPS — приемника должен входить радиомодем.
Если же передача поправок не выполняется,
то можно использовать режим постобработки.
В этом случае результаты измерений
обоих приемников записываются на
устройства памяти приемников (например,
магнитные карты), а после прекращения
измерений накопленная информация
обрабатывается специальным ПО и
вычисляется точное значение вектора
базы.

Передача
дифференциальных поправок по радиоканалу
может выполняться по выделенным частотным
линиям, на частотах любительских
радиостанций, по системам спутниковой
связи (например, INMARSAT), а также с
использованием технологии передачи
цифровых данных RDS (Radio Data System) на частотах
FM — радиостанций. Причем иногда даже нет
необходимости иметь GPS — приемник на
базовой станции, поскольку во многих
странах уже действует развитая сеть
DGPS — станций, постоянно транслирующих
поправки на определенную территорию.
Например, в прибрежной зоне Северной
Америки, Европы, Австралии и Новой
Зеландии развернуты сети радиомаяков
для морской DGPS -навигации. Американская
корпорация DCI (Differential Corrections Inc.)
распространяет дифференциальные
поправки на всю континентальную часть
США, используя для ретрансляции
радиосигналов спутники связи Galaxy.
Подобные сети станций действуют и на
территориях многих европейских стран.

Примером
подобной сети может служить шведская
сеть станций DGPS, которая носит название
SWEPOS. В ее состав входят 21 станция
(Reference Station).

Станции
равномерно разбросаны по всей территории
Швеции. Координаты точек земной
поверхности вычисляются в системе
SWEREF 93, которая является шведским вариантом
EUREF 89. Система SWEREF 93 с точностью до метра
совпадает с WGS 84. Кроме того, точно
известны параметры перехода в национальную
плановую (RT 90) и высотную (RH 70) системы
координат. Система SWEPOS может использоваться
как в реальном времени, так и в режиме
постобработки. Для определения координат
в режиме реального времени могут
использоваться сигналы только двенадцати
станций. На этих станциях (SWEPOS reference
station) непрерывно производятся GPS-измерения,
а их результаты передаются в центр
управления (Control Centre). Полученные
дифференциальные GPS- поправки передаются
пользователям системы на FM – частотах
через систему Epos компании Teracom и
ретранслятор (P3 transmitter).

При
этом достигается точность определения
плановых координат на уровне метра.
Кроме того, точность зависит от типа
сервиса Epos: базовый (Basic) или улучшенный
(Premium). Доступ к системе SWEPOS осуществляется
по подписке.

Для
определения координат точек местности
в режиме постобработки необходимо иметь
данные не менее, чем четырех станций
SWEPOS. При этом может быть достигнута
сантиметровая точность результатов в
координатной системе SWEREF 93. При этом
продолжительность измерений двухчастотным
приемником должна быть не менее двух
часов. Вообще, точность измерений зависит
от длительности измерений, типа приемника
и антенны, а также программного
обеспечения, используемого для обработки
данных. Например, при использовании
одночастотного фазового приемника
можно получить метровую точность
результатов при продолжительности
измерений порядка нескольких минут.
Данные о дифференциальных GPS-поправках,
полученные после обработки сигналов
всех станций, доступны пользователям
(User) спустя 4 часа после окончания
измерений. Информация может быть передана
с центра управления (Control Centre) через
Internet или по каналам модемной связи.

Примером
глобальной сети DGPS- поправок может
служить система OmniSTAR (Рис.). Она использует
сеть станций (1) для сбора информации об
ошибках, вводимых в GPS- сигнал Министерством
обороны США.

htmlconvd iiJZok html 8c3fc59297580ab2

Рис. Система
OmniSTAR

Собранные
данные распределяются одним из центров
управления сетью (4). Всего существует
3 центра управления сетью OmniSTAR по всему
миру. Оттуда данные передаются на борт
к одному из семи геостационарных
спутников (5), распределенных по всей
земной поверхности. Далее каждый спутник
передает данные о дифференциальных
GPS-поправках в пределах своей области
обслуживания (6). Сигналы поправок системы
OmniSTAR могут быть получены через радиоканал
GPS-приемником и доступны по подписке.

Сеть
OmniSTAR обладает устойчивостью и
избыточностью:

  1. Все станции сбора
    информации имеют дублированные каналы
    связи с соответствующим центром
    управления сетью;

  2. Европейский
    спутник использует два канала,
    переключение между которыми осуществляется
    автоматически;

  3. Европейский
    континент имеет два уровня обслуживания
    дифференциальными GPS- поправками;

  4. Формируемые
    системой OmniSTAR поправки не зависят от
    какой- либо конкретной станции;

  5. Сигнал системы
    OmniSTAR сигнал не подвержен влиянию гроз
    или электрических полей.

Работа
сети непрерывно контролируется центрами
управления сетью. Имеются два различных
типа подписки на систему OmniSTAR: VBS
(Virtual Base Station) и VRC
(Virtual Reference Cell).

VBS
— подписка.

Внутри приемника рассчитывается
оптимальная для данного положения
приемника дифференциальная поправка.
При этом используется информация от
всех станций сбора данных. Такая методика
называется технологией Виртуальной
Базовой Станции (VBS). Использование
VBS-подписки гарантирует суб-метровую
точность в пределах большой области и
обеспечивает избыточность системы.
Величины поправок не зависят от сигналов
какой-либо конкретной станции- выполняется
интегрированная обработка сигналов от
всех станций. В свою очередь, VBS- подписка
подразделяется на такие типы:

  • OmniSTAR
    VBS 2000

    — может использоваться в любой точке
    европейской зоны действия системы;

  • OmniSTAR
    VBS 200

    — доступна в пределах круга радиусом
    200 км. Локализация центра круга может
    быть определена пользователем.

  • OmniSTAR
    VBS 20

    — может использоваться в круге с радиусом
    20 км. Локализация центра круга также
    определяется пользователем.

VRC-
подписка. Данный вид подписки является
более дешевым вариантом для пользователя,
постоянно работающего в пределах
ограниченной территории. При этом для
формирования сигналов дифференциальных
поправок используются сигналы всех
станций, но поправки пересчитываются
не на любую точку местонахождения
пользователя, а только на одну указанную
пользователем точку. С удалением от
этой точки точность ухудшается. Зона
действия системы OmniSTAR захватывает почти
всю поверхность земного шара (Рис.)

htmlconvd iiJZok html 3f1cbec50aabe927

Рис. Зона действия
системы OmniSTAR

Система
подписки достаточно гибка. Для постоянных
пользователей системы используется
годовая подписка. Для тех, кто не
использует сигнал OmniSTAR постоянно,
доступны 100, 200 или 300- часовые подписки.
Учет наработанного времени ведется с
помощью электронного счетчика, встроенного
в приемник. Для тестирования приемника
пользователем при его покупке счетчик
выставляется на 20 ч. Возобновление или
продление подписки можно выполнить
через каналы спутниковой связи.

Приемники
системы OmniSTAR.

Ряд DGPS приемников 3000L представляет собой
результат многолетних научно-исследовательских
работ (Рис.). Приемники выполнены по
самой последней технологии. Они имеют
высокий уровень интеграции и высокий
уровень помехозащищенности. На рынке
представлено несколько разновидностей
данного ряда приемников:

htmlconvd iiJZok html 6a1b3a74fdda3c1d

Рис.

3000LR8
— в добавление к предыдущей модели
содержит встроенный 8-канальный GPS-
приемник.

3000LR12
— аналогичен 3000LR8, только имеет 12- канальный
приемник. Другим классом приемников
системы OmniSTAR являются полнофункциональные
модульные OEM- приемники, которые
устанавливаются как блоки в составе
другого оборудования (Рис.). Например,
приемник 3000LM
имеет вход антенны, входы/ выходы
источника питания и интерфейса для
обмена данных, а также светодиодные
индикаторы состояния прибора. Другие
разновидности приемников этого класса
3000LCC
и 3000LCE.

htmlconvd iiJZok html 16b34cc82baf0fe2

Рис.

Новый
приемник 7000L
представляет собой полнофункциональный
DGPS- приемник со встроенной антенной
(Рис.). Он может устанавливаться на крыше
автомобиля.

htmlconvd iiJZok html f314fafbf9f20e8b

Рис.

Приемники
системы OmniSTAR позволяют выполнять
настройку и управлять конфигурацией
через порт ввода/вывода, т.е. система, в
состав которой входит такой приемник,
способна управлять им через программное
обеспечение. Кроме того, через тот же
самый порт может осуществляться
ввод/вывод данных.

В
случае, когда пользователь работает в
зоне действия более, чем одного центра
управления сетью, система автоматически
производит необходимые переключения
в соответствии с текущим положением
пользователя. На участках земной
поверхности, где сигнал системы
резервируется, могут осуществляться
автоматические переключения пользователя
на резервное обслуживание, если основной
сигнал передается с помехами.

В
настоящее время ведутся работы по
реализации общеевропейского
радионавигационного плана. Разработан
специальный стандарт пересылки поправок
DGPS, который называется RTCM SC — 104. Все
производители GPS — приемников используют
его для реализации дифференциального
режима работы своей аппаратуры.

В
геодезических приложениях нашли
применение исключительно дифференциальные
методы GPS — измерений, поскольку только
с их использованием возможно определение
координат точек местности с требуемой
точностью.

Имеется
несколько методов выполнения наблюдений.
Выбор конкретного метода зависит от
следующих факторов:

  • требуемый уровень
    точности;

  • технические
    возможности приемника и наличие
    соответствующего программного
    обеспечения;

  • характер окружающей
    местности и метеоусловия (радиопомехи,
    рельеф, гроза);

  • наличие ограничений
    на переезд между наблюдаемыми пунктами
    и расстояние между ними;

  • конфигурация
    спутниковой системы и количество
    наблюдаемых спутников, наличие средств
    связи.

Для
решения различных задач: определения
точных координат отдельных точек,
последовательных измерений местоположения
множества точек, непрерывных координатных
определений в процессе движения
автомобиля и др. — в рамках DGPS- режима
разработан ряд методов выполнения
измерений. Эти методы отличаются
технологией выполнения работ и получаемой
точностью вычисления вектора базы.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

�. ��������, �. ��������

���������������� ������� ����������� ���������. ����� ������������ ���������

� �������������� ����� ������� ���� ����������� ��������� ����������� ������������� ������ GPS � GLONASS, � ����� ������� ���������� ���������� ����������� (���������� � ����������� �����). � ���� ������ �� �������� ��������� �� ������������ ����������� ���������������� ������, ������� ��������� ����������� �������� �������� ����������� ��������� �����������.

��� ����� �������������������������?

�������� ����������� ��������� �����������, ������� ������������ ������� GPS � GLONASS, ���������� ����� 10 �. ������ ��� ������ ����������, ����� ��� ��������� �����������, ����� �� ����� ����������, ��������, ��������� ����������� ���������, �������� �������� ������������. ��� ���������� �������� ���������������� ��� ��������� ����� ���������������� ���������, ������� ������������ �������� �� ���������� �������� �����������.

���������������� ����� ����������� � ������� ������������ �������������� ��ɸ�����, ����������� ������� ��������. ������� ������� ��������������� � ����� � ���������� ��������������� ������������. ��������� ��������� ���������� (���������� � ���������� ������������ ������������� �߸���) � ����������� ������������, ������� ������������� ��ɸ���� ��������� ��������, ������� ���������� ������������ �� ������� ����� (������� 1).

������� 1. ����� DGPS ����������� �������� ������

����� DGPS ����������� �������� ������.

��ɸ���� ����������� ��������� �������� �� ������� ������� �������� ��� ������� ������������� ������. ��� ��������� ���������� ��� ���������� � ��������� �� ������ �����.

��������� ��� ������ ���������� ��������:

  • ����� ��������� ���������, ����� � �������� ���������������� �������� � ������� ������� �������� ������� � ���������� � ������������ ������ �����������. ����������� ����� ������ �������� ��, ��� ��ɸ����� �������� � ������������� ������� ������ �������� �� ������ �������� ���������. ��� ��������, ��������� ��� �����������, ������������ ���������������� ��������, ������ �������� �� ����� � ��� �� ���;
  • ����� ��������� ������������� ����������, ��� ������������� �������� �� ������� ������� ������������ �������� � ���������� ���������� (��������, ����������������) ��� ���� ���������, ������� ������������ ����� ���� ������������ �������������. ��� �������� ���������� ������������ � ����������� ��� ������� ������������� ������. ����������� ����� ������ �������� ��������� ��������� ���������� ������������.

����������, ���������� � ������� ����������������� ������, � ������������ ������� ������� �� ���������� ����� ������������ � ������� ��������. ���������� ����� ������ �������� ����������, ����� �������������� �������� ��������������� ������, ������������� �������� (�� ��������� � ��ɸ�����) ���������. ��� ������ � ������������ ���� �������������� ��� ������� ������������ ������� ������� � ��ɸ����� �����������. ������� ���� ������������ ������� ������� ���������� �� ����� 500 ��.

�������� ���������������� �������� �� ������� ������� � ����������� ����� �������������� � ������� ���������� ��� ����������, �� �������� ����������� ����� (��������, INMARSAT), � ����� � �������������� ���������� �������� �������� ������ RDS (Radio Data System) �� �������� FM-������������. � ��������� ����� �� ������ ������� ��� ��������� �������� ���� ������� (����������������) �������, ��������� ������������� �������� �� ������̸���� ����������.

��������, � ��� ���������������� �������� ���������� ��������� ������� ����� ������� ��������, ���������� �� ������� 283,5�325 ���. ������������ ���� �������� ����� ����� ��������. ��� �����-����������� � ������� 1998 ���� ���� ����������� ������ ������� �������. ��� �������� ���������������� �������� �� ������� 298,5 ���.

������������� ����������� ���������������� ������ ����������� ���������

��������� [1-3] ��������� �������� ��������� ������������� ����������� ���������������� ������ ����������� ���������.

  1. ������� ���������������� ��������� �� ������� � ������������� ����������. ������� ���������������� ��������� �� ������� ���������� �������� �� ������ ��������� � ��������� ����������������, � ����� ������, ����� �������������� ������� �������� � ��������������� �������� ���������������� �� ����� ����� �� ���������� ������. ������� ���������������� ��������� �� ������������� ���������� ��������������� ����� ������� ��������� ���������������� (�� ����� ����������). ������ ������� �� �������� ���������� ���������� ~10�12 �� � ������������� ������ � ~100 �� � ������������� ������. ������������� ������������ ���������������� ������ �� ������������� ���������� �������� ��������������� ���� ���������, ������������ �� �������������. ������� ���������������� ��������� �� ������������� ���������� ������ �������� ��������� ������������� ����������� [4].
  2. ������� ���������������� ��������� �� ������� ����������, � ���� �������, ��������� �� ��������� (Local Area Differential GPS), ����������������� (Wide Area Differential GPS, WADGPS) � ���������� (Global Differential GPS, GDGPS). ���������� ���������� ������������� ������ ���������������� ��������� ����� ����������� ������ ��� ������ �� ������ ������� ���������.
  3. ����������� ����������� ������ ���������������� ��������� �������� ����������. ��� ���������� ������ ���� �������� ������� ��������� � ������������ ���������������� �������� (����� ����� �������� Ÿ �����������). ���������� ������������� � ������ ��������� ����, ������ ������� �������� [1] ����� �������� �� 200 ��. � ������ ���� �������������� �������� ���������������� ������� 0,5�1 �. �� ��������� ���� �������� ���������� � ���������� ������������ � �������� ���������� ����������������. ���������������� �������� � ��������� �������� ���������������� ��������� ����� ������������� �� ������ ������ ��������� ��������� [5] (the position�domain approach [7]) � ������ ��������� ������������� ���������� [5] (the measurement�domain approach [7]). �� �������� ������� ��������������� ������� ������ �����, � ������� ���������� ��������� �������� � ���������� ���������������� ��� ������� �� ������� �� ���������. ����������� ���������� ���� ��������� ���������������� �� ��� �� ��������� �� ��������, ���������� �� ����������. ��� �������� ��������, �������������� � ������������ � ������� ��������� �������������� ���������, ��� ���������� ����������� �������� RTCM SC-104 [6], ����������� � ��������� ����� ����������� ������������� ������ GPS � �������.
  4. � ����������������� �������� ���������������� ��������� (WADGPS) ������������ ���� ������� ����� ���������� (���) � ������������� ���� ����� ������������ ���������������� �������� [1,7,8]. ���� ����� ������� �������� the state-space approach (�������� — ����� ��������� ���������� ������������ ��������� ���, ����� �������������, ����� ��������� ���������� ������� �������� ��, ���������� ������ ����������� �������� � �������� ���� ������� ������������� ���������). � ����������������� �������� ��������� ������������� ������������� ��ɸ������, ������������� �� �������� ����� ���������� (���), ���������� � ������ �����, ��� �������������� �� ���������� ��������� � ����� ������������ ��������� ���������� ������� �������� ��, �������� ���� ������� ��������� � ����������� ���� ������������ ����������� ��������. ��� ������������� ������ ����� ���������� ���������� ��� ��� ���� �������� �����������, ������� ���������� �� ��� ��������� ������, ����������� �� �� �������� ������������� ���������. �������� [1,7,8], ����������������� ������� ���������������� ��������� ������������ �������� ���������������� �� �������������������� ������� ~0,5 � � �������, ������������ ����� ���, � ������� � ��� ��������. � [8] ����������� �� ������� ���������� ����� �������� ������ �������� ���� ������� � �������� ������ ������������ ��������� ��ɸ�����. ����� ���������� ��������� ���������� ������������ ��������������� ������� �����������, �������� ��� ��������� � �������� ������ �����. ������������ ������� ������ ��ɸ������ ������� ����� ���������� � ��ɸ����� ����������� � ������� ���������� ����������� ��������� ����� ��������� ������ ������ �������� ���� ������� � ������������ ��������� ��ɸ�����. ���������� ��������������� ������������� ������������� �������������������� ������ ������������ ��������� ������ 0,4 � [8].

    ��������������, ����� ������ ��������� ����������������� ������ �������� ����������� ������� ��������� �����������, �� ��������� � ������������, ������������ �������� ������������ ���������. � [1] ����������� ������� ��������� ����������� �� �޸� ������������� ������������, ��������������� ������������������ ��������� ���������������� ���������.

    � ��������� ����� � ���� �������� ������ ��� ����������������� ������� ���������������� ���������. ������ ������� WADGPS ����������� ����� Satloc [7,8]. ������ ������� WAAS [1] (Wide Area Augmentation System) ����� ������ ������������� ���. ��� ������� ���׸����� � ��������������� �� ���������� ���. � ������� WADGPS ����� Satloc ����������� ���������� ����� ������������ ����������� �������� � ����� 2° [7]. � ������� WAAS, � ����������� �� ������ ��������, ����������� ����� ������������ ����� ������������ ����������� �������� ������ ��������. �������� ��������� ����� �������� �� 929 ����� ������� ��������� (IPP — ionosphere pierce points) [1].

    � [8] ���������� ���������� ��������� ������������� ������� WADGPS ����� Satloc � ���������������� ������� WAAS. �������� ������������ �������������� �������� � ������� ����� Satloc ���������� 4 �, � ������� WAAS ~6 �. Satloc ���������� ������ 15 ���, ������������� ������ �� ��������������� ���������� ���. WAAS ���������� ���������� ����� �� 24-� ���, ������������� ��� �� ��������������� ���������� ���, ��� � �� ������ � ��������� ��������. ��� ����, ����� ������������� ������� ����������� ����������� (availability), �������������� ������� ������� �����������, ������� WAAS ������� ��� ��� ����� ��������������� ��������, ���������� �������������� ������������ ����. �������� �������� �������������� ���������� � ������� ����� Satloc ����� 750 ���/�, � � ������� WAAS � 250 ���/�. �������������� ���������� � ������� ����� Satloc ���������� � ��������� 1/16 �, � � ������� WAAS � � ��������� 1/8 �.

    �������� [7,8], ���������������� ����������������� ������ ���������������� ��������� �������� �� ������������� �Ҹ� �������� ����� ������������ �����������. ������ ��� � ����������� ����������� ��������� ���������� ����� � �������� ���� ������� ���������. ������ ��� � ���������� ��������� ���� ������������ ����������� ��������. ������ ��� � ����������� �����������, ������������ ����������� ���������������� �������� ���� ���������������� ������� � �������� �������� �������.

    ����� ���������� [1,9] ��������� �������� �����������, �������������� � ������������ ������ ��������� ���������� ����� � �������� ���� ������� ���������. � �������� ������� ����������� ������ �������� ��� ���������� ���������� ������������� ������. ��Ը� ��������� ��������� ������������� ������������� ��ɸ������, �������������� ������������ �� ���������� �������� ������� � ���������� ������������, ������������ ���������� �������������� � �������� ���� ������� ���������, ����������� � ���� ��������� �������� �������. ��� ���� �� ����������� ������������ ����������, ������������� � ָ����� ����������������� ����������������� ��������� ��������� � �������� ������� �������. �������� ������������ ������ ��������� ���������� ����� � �������� ���� ������� ��������� ���������� �������� ������ � [1]. � �������������� ������ ������������� ����������� ������������ ����������� ������� �������� ����� ��� �޸�� ������������ ����������. � �������� ������ � ����������� ������������ ������ ����������� ������̸���� ����� ���������� ������, �������� ���� ������� ��������� � �������� �������, � ����� ��������� �������������� ����������, ����������� ��������� �������� ��������� ��������� �������, ������������� � ������������ �������� ��������� �� ���������� ���������� �������. ������ ������������ ������������� ������ �������� ��� ����������� ���������� ��������� ������ �������� � �������� ���� �������, ��� ����������� ����������� �������. ��� ���������� � [9], ���� ���������� � �������� �������� ������������, �� ���������� ������ �������� � �������� ���� ������� ��������������, � ������ ������ �������� ������ ��� ����� ����� ���������.

    ����������� ����������� ��������� ���������� ����� � �������� ���� ������� ��������� � ������� WAAS � ���������������� ������� ����� Satloc ���������� ��������� �� ������ ����������������� � ��������������� ������� �������� ������ ���������� �������� GIPSY/OASIS II (GOA II) [7,9]. ���� ����� ���������� ������������ �����, ����� ���������� ������� �������� � ������ ������������ ��� ������������� ����������� ����� ��������� �� (� ��� �����, ��������� GPS), � ����� � ����� ������������ ����������� ��������. ������������� � ���������� ������ GOA II �������� ����������� ����������� �������� (Jet Propulsion Laboratory, JPL) ��������������� ������������ ��������� (California Institute of Technology). �������� ����� GOA II ������� �� ������� ����� �� ���������� �������� � UNIX-���������, ��� ������ ���������� ��� ������������� � ������ ��������� ������� � �����, �������� �� UNIX. ��� ����������� ���� ����������� JPL �� ������ ������ GOA II ����������� ����� ����� Real-Time Gipsy (RTG). ���� ����� ������������ ��� ������������� � �������� ����������������� ���������������� ��������� � ������ �������� ��������� �������, ��������, � �������� NASA �� ����������� ����� �� ����� �� � ����������� ��������� ������������� � ��������������� ��������� �� ����̸�� � �������� �������� ������� [7]. WAAS � ���������������� ������� ����� Satloc ���������� ��� ��������� ���������� ����� � �������� ���� ������� ��������� ����� RTG, ��������������� JPL.

    � ������ ���������� �������� GIPSY/OASIS II (GOA II) [9] ����������� ���������� � ������������ ������� �������� ��������� �� ��������� ������� ������, �������� ���� ������� ��������� � �������� �������, ������������ ��������� � ����������� ���������� ��������. ��������� ��������� ����������� �� ���������� �� 30-������� ���������� [9]. � ���������� �������� ����������� ���������� ���������� ����� ��� � ��� ����, �� ��������� � ��������� �����, ��������� ������� ���������� � ������������� ���������� ���������. �������������������� ������ �� �������, ����Ҹ� � ����� ������ ��� ���������� ���� ������ ���������� �������������� 0,65, 1,37 � 1,96 � [9].

    ��������� ��������� �������������� ��Ը� ���������� ������������ ������� ����������, ��� ���������� ������� ������������ ��������� ������:

    • �������������� ������ JGM-3, ����������� 1212 �������� ��������������� ���� �����;
    • ������� �������������� ����� ������ ������ � ���� � ������ �Ҹ� ���;
    • �������������� ��������� ����� ����� (Solid Earth tide) � ��������� �������;
    • ������ ������� ���������� ��������.

    ��� ���������� ������������ Square Root Information Filter (SRIF), ���������� ���������� ��������� ���������-����, �� ��������� � non-square root implementations. � ������������� ���������� ������� �������������� ������������ SRIF ������������ ������������� �������.

    � ���������� [1,7] ����������� �������� ���� ������� ���������� ��������� ���� ������������ ����������� ��������. � ������ ������� ������ [1], ����������� nonlinear static estimation (NSE), ����� ���������� ������ ���������� ������� ������ ������������ ����������� �������� ���������, �������������� ��������� � �������������� ������ ������������ ��������� ������ � ������������ ���������. ��������� ����������� �� ������������� ��������� ������������� ��ɸ������, ������������� �� �������� ����� ����������. ������������ �������� ����� ���������� �����ĸ� � [1]. ������ ����� ���������� ���������������� ������ ������ �������� Global Ionosphere Map (GIM), �������������� JPL [1,8]. ����� �������� GIM �������� ��������� �� �������� � UNIX-��������. ��� ���������� ����������� � �������� ������ � �������� �������� ������� JPL ����������� �� ������ GIM ����� ����� �������� — Real Time Ionosphere (RTI), ������������ �� ��� ������������� �������������. � GIM � RTI ��������� �������������� ��� �������� ��� ���̸� � ������� ���������, ������������� ������������ ������. ��������� � ����� ������� �� ������� �� �������� ����� �, �������������, �� ������� �� �������� �������. �������� �������������� �� ����������� ��������. �������� ������������ ����������� ������������ (���) � ������� ������� ������������ ���������� ��� ��������� �������� � ����������� � ������� ������������� �������. ��������� ����������� �������� ������� �����. ����������������� ������� ���������������� ��������� ����� Satloc ��� ���������� ���� ������������ ����������� �������� ���������� ����� RTI, ��������������� JPL.

    ��������� �������� � ����������� �����������, ������������ ����������� ���������������� �������� ���� ���������������� ������� � �������� �������� �������, ���������� � [3,7]. ����� ������� ������ �� �������� ������������ � ������ ������� � ������� ����� �� ������������ ����������� ����������� ������������ ���������������� �������� ���� ��������� ������ ��������.

  5. �� ����� ��������� ���������� ������� ���������������� ��������� (GDGPS) [2,3] ����� ����� � ������������������ ��������� (WADGPS). ��� ��� �� ���������� �������� ���� ������� ����� ���������� � ��� �� ����� ������������ ���������������� �������� (the state-space approach). �������� ������� ����������� � ���, ��� ���������� ����-������� ������ � ���������� �������� ���������������� ��������� �������������� ��Ը� ������������� ������������� ���������. �� ������ ������� [3], ����������� �������� ����������� ����� � ��������� L2 ��� � GPS, ��� � � ������� ������� ������������� ��������� ��������������.

���������� ������������� ��������� ��������� ����� ������������ ����������� �������� ��������� ������ ������� ��������� ������� �������� ����. �� ������ ������� [3], ��� ���� ����� ���������� ����� 12 ������ ������������� �� ����� ���� ������� ����� ����������. ��� �������� ������������� ������ [3] ������������ 18 �� ������� 60 ������� ��������� ���������� ���� GPS (Global GPS Network, GGN) ������������� NASA, ������� ����������� �������������� �������������� ��ɸ�������. � [2,3] ���������� ������������� �������� ���������� ������� � ��������� �� ���������� �� 25�30. �������� ���������� ������� ��������� ��������� �������� � ��ĸ������ ���������������� �������.

� ��������� ����� ����� ������� �� ������������� ���� ��� ������������ � ���� ���������� ������� ���������������� ��������� [2,3], ������������ � �������� ������ ������� ���������� GPS ���� (GGN) NASA. ��� ������������ ��������� ����� ������������� ��������� � ���� ������� ������������ ��� �� ����� ���������� �������� RTG (Real Time Gipsy), ������� ������������ ��� ��������� ����� � ����������������� ���������������� �������� ����� Satloc � WAAS. ��� �������� ��������� � ����� ��������� ������������ ���������� ���� Internet.

���������� ����������� ���������, ����������� � [2,3], ������������� �������������������� ������ ����������� �������������� ��������� ����� 0,1 � � ����� 0,2 � ��� ������������ ���������.

����� ���������������� ������ ����������� ��������� ��������� ������� ����� � ���, ��� �������� ���������� ���������� ���������������� ������ � ���������� ������� ������������� ������������ � ��������, ������������ � ������. ��� �������� � ����� ������������ ����̸���� ���������� ������ ���׸�������� ������� ���� �������� ������� ����� ����������, ����������� ��� ���������� ��������� ���� ������������ ����������� ��������, ����� ����� �������������. � ���������� �������� ���������������� ��������� ��������������� �� ���������� ����������� ������ ����������� �� �����������. ��� ����� ���������, ����� ������������ ����� ������� ���� �������� ���������������� �������������� ��ɸ�������, ��� ����������� ������� ��������� ���������� �����������. ������ ����� ��������, ��� ��� �������� ������������ ����� ���������� ��������� ������� Ÿ ���������, �� ��������� �� ���������� ��������� ��������������� ����������, ������Ը� �������������. � �޸��� �������� � ��������� ������� ����������� ������������ ����� � GPS � �������, ��������������� � ���������� ������������� ���������� ����������� ������ ������������.

����������

  1. Global Positioning System: Theory and Applications. Edited by B.W. Parkinson and J.J. Spilker Jr. Published by the American Institute of Aeronautics and Astronomics Inc. 1996.
  2. Muellerschoen R.J., Bertiger W.I., Lough M., Stovers D. and Dong D. An Internet-Based Global differential GPS System, Initial Results. ION National Technical Meeting. Anaheim. CA. Jan. 2000.
  3. Muellerschoen R.J., Bar-Sever Y.E., Bertiger W.I., Stovers D.A. Decimeter Accuracy. NASA�s Global DGPS for High-precision Users. GPS World. January 2001. P. 14�20.
  4. ����� �.�., ������� �. �. ������ � �������� ������������� ����������� � ������� NAVSTAR // ���������� ����������������. 1989. � 1. �. 33�45.
  5. ��������� �.�., ��������� �.�., ������ �.�., ������� �.�., ������ �.�. ���������������� ����� ������� ����������� ������������������ ������� // ���������� ����������������. 1989. � 1. �. 5�32.
  6. RTCM PAPER 11-98/SC104-STD. RTCM RECOMMENDED STANDARTS FOR DIFFERENTIAL GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS) SERVISE. VERSION 2.2. DEVELOPED BY RTCM SPESIAL COMMITTEE NO. 104. JANUARY 15, 1998. Radio Technical commission For Marine Services. 1800 Diagonal Road. Suite 600. Alexandria. Virginia 22314-2840 U.S.A.
  7. Whitehead M.L., Penno G., Feller W.J., Messinger I., Bertiger W.I., Muellerschoen R.J., Ijima B.A., Piesinger G. A Close Look at Satloc�s Real-Time WADGPS System. GPS Solutions. 1998. Vol. 2. � 2. P. 46�63.
  8. Muellerschoen R.J., Bertiger W.I., Whitehead M.L. Flight Tests Demonstrate Sub 50 cms RMS Vertical WADGPS Positioning. Proceedings of ION GPS-99. Nashville. Tenn. September 1999. P. 199�210.
  9. Ceva J., Parkinson B., Bertiger W., Muellerschoen R., Yunck T. Incorporation of Orbital Dynamics to Improve Wide-Area Differential GPS. Proceedings of ION GPS-95. P. 647�659. The 8thInternational Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation.


Дифференциальный режим СНС

Точность определения координат, которую обеспечивают системы GPS и GLONASS, В лучшем случае составляет около 10 м. Однако для многих приложений, таких как навигация автомобилей, навигация судов на узких фарватерах, геодезия, навигация летательных аппаратов, такая точность недостаточна. Для ее увеличения был разработан метод дифференциальной навигации DGPS (Differential GPS), который обеспечивает (в специальных случаях) точность до нескольких десятков сантиметров . 

Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного навигационного приемника 5 (см. рисунок), устанавливаемого в точке с точно известными географическими координатами и называемого базовой станцией. Сравнивая известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными с помощью спутников 1—4, базовый приемник формирует поправки, которые передаются потребителю 6 по каналу связи 7. С учетом принятых поправок приемник обычного потребителя позволяет определить его координаты с точностью до одного метра и менее.

При реализации дифференциального режима используют два метода формирования поправок:

  1. Метод, при котором поправки на базовой станции формируются только для созвездия НКА, используемого в определяемом пункте, что является существенным недостатком метода.
  2. Метод, при котором на базовой станции определяются поправки для всех спутников, которые потенциально могут быть использованы потребителями. Недостатком этого метода является усложнение аппаратуры потребителей.

Поскольку полученные с помощью дифференциального метода результаты в значительной степени зависят от расстояния между потребителем и базовой станцией, то зона обслуживания базовой станции составляет не более 500 км.

Передача дифференциальных поправок от базовой станции к потребителю может осуществляться с помощью телефонной или радиосвязи, по системам спутниковой связи (например, INMARSAT), а также с использованием технологии передачи цифровых данных RDS (Radio Data System) на частотах FM-радиостанций.

В настоящее время во многих странах уже действует развитая сеть базовых станций, постоянно транслирующих поправки на определенную территорию. Например, в США дифференциальные поправки передаются береговой охраной через морские радиобуи, работающие в диапазоне 283,5…325 кГц. Под Санкт-Петербургом в феврале 1998 года была установлена первая базовая станция, которая передает поправки на частоте 298,5 кГц.

При реализации дифференциального режима СНС используются методы кодовых и псевдофазовых (относительных) измерений. Кодовые системы строятся на основе измерения и обработки псевдодальностей; они имеют в общем случае неограниченную область действия и характеризуются ошибками местоопределения от долей до нескольких метров. Псевдофазовые системы характеризуются высокой точностью местоопределения (до долей сантиметра), однако область их действия ограничивается дальностью 10… 12 км в одночастотном режиме и около 100 км в двухчастотном.

Кодовые системы дифференциальной навигации делятся на локальные (Local Area Differential GPS), широкодиапазонные (WADGPS — Wide Area Differential GPS) и глобальные (GDGPS — Global Differential GPS).

Большинство современных систем дифференциальной навигации являются локальными. Они используют одну базовую станцию, которая располагается в центре локальной зоны размером около 200 км. В центре зоны обеспечивается точность местоопределения порядка 0,5… 1 м; на периферии зоны точность ухудшается и постепенно приближается к точности абсолютных местоопределений (без поправок). Дифференциальные поправки в локальных системах могут формироваться путем коррекции координат или навигационных параметров. Наибольшее распространение получил второй метод, при котором базовая станция формирует поправки к измерениям псевдодальностей для каждого из видимых ею спутников. При этом приемник поправляет свои измерения псевдодальностей по teM же спутникам. Для передачи поправок, сформированных в соответствии с методом коррекции навигационного параметра, был разработан специальный стандарт RTCM SC-104, учитывающий особенности навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.

В широкодиапазонных системах дифференциальной навигации WADGPS используется сеть станций сбора информации и метод формирования дифференциальных поправок, при котором на станциях сбора информации осуществляется обработка с целью оперативного уточнения параметров моделей движения НКА, смещения их шкал времени и составления карт вертикальных ионосферных задержек. Все эти данные оперативно передаются потребителю, который использует их для уточнения данных, извлекаемых из сигналов навигационных спутников. Системы WADGPS обеспечивают точность местоопределения со среднеквадратической ошибкой около 0,5 м в области, охватываемой сетью станции сбора информации, и смежных с ней областях.

В настоящее время в мире используются две системы WADGPS: первая принадлежит фирме Satloc, вторая под названием WAAS (Wide Area Augmentation System) — правительству США. Обе системы развернуты и эксплуатируются на территории США. В системе WADGPS фирмы Satloc потребителю предоставляется карта вертикальных ионосферных задержек с шагом 2°, в системе WAAS — разной точности. Наиболее подробные карты содержат до 929 точек. Задержка формирования корректирующих поправок в системе фирмы Satloc составляет 4 с, а в системе WAAS — около 6 с. Satloc использует только 15 станций сбора информации, расположенных на континентальной территории США, WAAS — 24, расположенных как на континентальной территории США, так и на Аляске и Гавайских островах. Для удовлетворения требований доступности (availability) для системы WAAS используется один из двух геостационарных спутников, излучающих дополнительные дальномерные коды, которые доступны для приемников с опцией WAAS-enabled. Скорость передачи корректирующей информации в системе фирмы Satloc равна 750 бит/с, а в системе WAAS — 250 бит/с. Корректирующая информация в системе фирмы Satloc квантуется с шагом 1/16 м, а в системе WAAS — с шагом 1/8 м.

Глобальные системы дифференциальной навигации (GDGPS) по своей структуре очень схожи с широкодиапазонными (WADGPS). Они также используют наземную сеть станций сбора информации и тот же метод формирования дифференциальных поправок. Основное отличие заключается в том, что исключение ионосферных ошибок в GDGPS осуществляется путем использования двухчастотных измерений.

В настоящее время единственная в мире система GDGPS использует в качестве основы станции GPS сети NASA. Для оперативного уточнения орбит навигационных спутников в этой системе используется пакет прикладных программ RTG (Real Time Gipsy), который применяется также и в широкодиапазонных дифференциальных системах фирмы Satloc и WAAS. Для передачи измерений в центр обработки используется сеть Internet. Результаты испытаний системы показали, что среднеквадратическая ошибка определения горизонтальных координат составляет менее 0,1 м и около 0,2 м — для вертикальных.

Система поправок в Европе реализуется в проекте EGNOS (European Global Navigation Overlay System — Европейская глобальная навигационная оверлейная система), рассчитанном на прием как сигналов GPS, так и ГЛОНАСС. EGNOS является совместным проектом Европейского космического агентства (ESA), Еврокомиссии (ЕС) и Eurocontrol (организации, отвечающей за аэронавигацию в Европе и являющейся предшественником Galileo — первой глобальной системы спутниковой навигации Европы). Поправки EGNOS, доступные для приемников с опцией EGNOS-enabled, транслируются через три геостационарных спутника. Два из них относятся к семейству Inmarsat и обслуживают районы Атлантического и Индийского океанов, а спутник ESA Artemis — районы Африки. Кроме них, в систему входят 4 мастер-центра МСС (Master Control Centres), которые управляют этими спутниками и вырабатывают поправки, 34 станции контроля положения и целостности RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), данные которых используются в мастер-центрах для уточнения поправок, а также передающие эту информацию на спутники наземные навигационные станции NLES (Navigation Land Earth Stations).

Применение системы EGNOS позволяет повысить точность определения координат в несколько раз (до 3…5 м). Следует заметить, что для использования поправочных коэффициентов, передаваемых со спутников WAAS/EGNOS, необходима сеть наземных базовых станций. Поскольку такая сеть в России отсутствует, то их использование нецелесообразно: если приемник имеет возможность фиксации сигналов спутников WAAS/EGNOS, то такую функцию лучше отключить, так как определение координат может не только не улучшиться, но и ухудшиться.

Космический сегмент

Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника — формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Наземный сегмент

В состав наземного сегмента входят: космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.

Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как КА.

Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.

Пользовательский сегмент

В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей, предназначенная для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю в составе навигационного сигнала передается информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

На рисунке приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников. Цветными толстыми линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Цветные тонкие линии – это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – т.е. часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.

potr

В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают, для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.

В действительности показания часов, которые входят в состав НАП, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один — смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.

Для функционирования навигационных спутниковых систем необходимы данные о параметрах вращения Земли, фундаментальные эфемериды Луны и планет, данные о гравитационном поле Земли,
о моделях атмосферы, а также высокоточные данные об используемых системах координат и времени.

Геоцентрические системы координат — системы координат, начало которых совпадает с центром масс Земли. Их также называют общеземными или глобальными.

Для построения и поддержания общеземных систем координат используются четыре основных метода космической геодезии:

  • радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ),
  • лазерная локация КА (SLR),
  • доплеровские измерительные системы (DORIS),
  • навигационные измерения КА ГЛОНАСС и других ГНСС.

Международная земная система координат ITRF является эталоном земной системы координат.

В современных навигационных спутниковых системах используются различные, как правило национальные, системы координат:

Навигационная система Система координат
Система координат ГЛОНАСС ПЗ-90 (Параметры Земли 1990 года)
Система координат GPS WGS-84 (World Geodetic System)
Система координат Galileo GTRF (Galileo Terrestrial Referenfce Frame)
Система координат Beidou CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000)
Система координат QZSS JGS (Japanese geodetic system)
Система координат NavIC WGS-84 (World Geodetic System)

В соответствии с решаемыми задачами используются два типа систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени основаны на суточном вращении Земли. Эталоном для построения шкал астрономического времени служат солнечные или звездные сутки, в зависимости от точки небесной сферы, по которой производится измерение времени.

Всемирное время UT (Universal Time) — среднее солнечное время на гринвическом меридиане.

Всемирное координированное время UTC синхронизировано с атомным временем и является международным стандартом, на котором базируется гражданское время.

Атомное время (TAI) — время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. В 1967 году на Генеральной конференции мер и весов было принято, что атомная секунда представляет собой переход между сверхтонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 основного состояния 2S1/2 атома цезия-133, не возмущённого внешними полями, и что частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 770 Гц.

Спутниковая радионавигационная система является пространственно-временной системой с зоной действия, охватывающей всё околоземное пространство, и функционирует в собственном системном времени. Важное место в ГНСС отводится проблеме временной синхронизации подсистем, которая важна и для обеспечения заданной последовательности излучения сигналов всех навигационных спутников. Она обусловливает возможность применения пассивных дальномерных (псевдодальномерных) методов измерений. Наземный командно-измерительный комплекс обеспечивает синхронизацию шкал времени всех НКА путем их сверки и коррекции (непосредственной и алгоритмической).

Навигационных радиосигналы

При выборе типов и параметров сигналов, используемых в спутниковых радионавигационных системах, учитывается целый комплекс требований и условий. Сигналы должны обеспечивать высокую точность измерения времени прихода (задержки)
сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятность правильного декодирования навигационного сообщения. Также сигналы должны иметь низкий уровень взаимной корреляции для того,
чтобы сигналы разных НКА надежно различались НАП. Кроме того, сигналы ГНСС должны максимально эффективно использовать отведенную
полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, а также иметь высокую помехоустойчивость.

Почти все существующие навигационные спутниковые системы, за исключением индийской системы NAVIC, используют для передачи сигналов диапазон L.
Система NAVIC будет излучать сигналы дополнительно и в S диапазоне.

Диапазоны, занимаемые различными навигационными спутниковыми системами

signals GNSS

Виды модуляции

По мере развития спутниковых навигационных систем изменялись используемые виды модуляции радиосигналов.
В большинстве навигационных систем изначально использовались исключительно сигналы с бинарной (двухпозиционной)
фазовой модуляцией – ФМ-2 (BPSK). В настоящее время в спутниковой навигации начался переход к новому классу модулирующих функций,
получивших название BOC (Binary Offset Carrier)-сигналов.

Принципиальное отличие BOC-сигналов от сигналов с ФМ-2 состоит в том, что символ модулирующей ПСП BOC-сигнала представляет собой
не прямоугольный видеоимпульс, а отрезок меандрового колебания, включающий в себя некоторое постоянное число периодов k. Поэтому
сигналы с BOC-модуляцией часто называют меандровыми шумоподобными сигналами.

Использование сигналов с BOC-модуляцией повышает потенциальную точность измерения и разрешающую способность по задержке.
Одновременно с этим, уменьшается уровень взаимных помех при совместном функционировании навигационных систем,
использующих традиционные и новые сигналы.

Каждый спутник принимает с наземных станций управления навигационную информацию, которая передается обратно пользователям в составе навигационного сообщения.
Навигационное сообщение содержит разные типы информации, необходимые для того, чтобы определить местоположение пользователя и синхронизовать его шкалу времени с национальным эталоном.

Типы информации навигационного сообщения
  • Эфемеридная информация, необходимая для вычисления координат спутника с достаточной точностью
  • Погрешность расхождения бортовой шкалы времени относительно системной шкалы времени для учета смещения времени КА при навигационных измерениях
  • Расхождение между шкалой времени навигационной системы и национальной шкалой времени, для решения задачи синхронизации потребителей
  • Признаки пригодности с информацией о состоянии спутника для оперативного исключения спутников с выявленными отказами из навигационного решения
  • Альманах с информацией об орбитах и состоянии всех КА в группировке для долгосрочного грубого прогноза движения спутников и планирования измерений
  • Параметры модели ионосферы, необходимые одночастотным приемникам для компенсации погрешностей навигационных измерений, связанных с задержкой распространения сигналов в ионосфере
  • Параметры вращения Земли для точного пересчета координат потребителя в разных системах координат

Признаки пригодности обновляются в течение нескольких секунд при обнаружении отказа. Параметры эфемерид и времени, как правило, обновляются не чаще, чем 1 раз в полчаса. При этом период обновления для разных систем сильно отличается и может достигать четырех часов, в то время как альманах обновляется не чаще, чем 1 раз в день.

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию и передается в виде потока ЦИ.
Изначально во всех навигационных спутниковых системах использовалась структура вида «суперкадр/кадр/строка/слово». При этой структуре поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров,
суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк.

В соответствии со структурой «суперкадр/кадр/строка/слово» формировались сигналы системы Baidou, Galileo (кроме E6), GPS (LNAV данные, L1), сигналы ГЛОНАСС с частотным разделением.
В зависимости от системы, размеры суперкадров, кадров и строк могут отличаться, но принцип формирования остается похожим.

В настоящее время в большинстве сигналов используется гибкая строковая структура. В этой структуре навигационное сообщение формируется в виде переменного потока строк различных типов.
Каждый тип строки имеет свою уникальную структуру и содержит определённый тип информации (указаны выше).
НАП выделяет из потока очередную строку, определяет её тип и в соответствии с типом выделяет информацию, содержащуюся в этой строке.

Гибкая строковая структура навигационного сообщения позволяет гораздо эффективнее использовать пропускную способность канала передачи данных.
Но главным достоинством навигационного сообщения с гибкой строковой структурой является возможность её эволюционной
модернизации при соблюдении принципа обратной совместимости. Для этого в ИКД для разработчиков НАП специально указывается,
что если НАП в навигационном сообщении встречает строки неизвестных ей типов, то она должна их игнорировать. Это позволяет добавлять
в процессе модернизации ГНСС к ранее существовавшим типам строк строки с новыми типами. НАП, выпущенная ранее, игнорирует строки с новыми типами и,
следовательно, не использует те новации, которые вводятся в процессе модернизации ГНСС, но при этом её работоспособность не нарушается.

Сообщения сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением имеют строковую структуру.

На точность определения потребителем своих координат, скорости движения и времени влияет множество факторов, которые можно разделить на три категории:

  1. Системные погрешности, вносимые аппаратурой космического комплекса

    Погрешности, связанные с функционированием бортовой аппаратуры спутника и наземного комплекса управления ГНСС, обусловлены в основном несовершенством частотно-временного и эфемеридного обеспечения.

  2. Погрешности, возникающие на трассе распространения сигнала от КА до потребителя

    Погрешности обусловлены отличием скорости распространения радиосигналов в атмосфере Земли от скорости их распространения в вакууме, а также зависимостью скорости от физических свойств различных слоёв атмосферы.

  3. Погрешности, возникающие в АП

    Аппаратурные погрешности подразделяются на систематическую погрешность аппаратурной задержки радиосигнала в АП и флуктуационные погрешности, обусловленные шумами и динамикой потребителя.

Кроме того, на точность НВОсущественно влияет взаимное расположение навигационных спутников и
потребителя.

Количественной характеристикой погрешности определения местоположения и поправки показаний часов, связанной с особенностями пространственного положения спутника и потребителя, служит так
называемый геометрический фактор ΓΣ или коэффициент геометрии. В англоязычной литературе используется обозначение GDOP — Geometrical Delusion of Precision.

Геометрический фактор ΓΣ показывает во сколько раз происходит уменьшение точности измерений и зависит от следующих параметров:

  • Гп — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС в пространстве.
    Соответствует PDOP — Position Delusion of Precision.
  • Гг — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по горизонтали.
    Соответствует HDOP — Horizontal Delusion of Precision.
  • Гв — геометрический фактор точности определения местоположения потребителя ГНСС по вертикали.
    Соответствует VDOP — Vertical Delusion of Precision.
  • Гт — геометрический фактор точности определения поправки показаний часов потребителя ГНСС.
    Соответствует TDOP — Time Delusion of Precision.

Существующие в настоящее время ГНСС GPS и ГЛОНАСС позволяют удовлетворить потребности в навигационном обслуживании обширный круг потребителей. Однако существует ряд задач, которые требуют высоких точностей навигации: взлет, заход на посадку и посадка самолетов, судовождение в прибрежных водах, навигация вертолетов и автомобилей и др.

Классическим методом повышения точности навигационных определений является использование дифференциального (относительного) режима определений.

Дифференциальный режим предполагает использование одного или более базовых приёмников, размещённых в точках с известными координатами, которые одновременно с приёмником потребителя (подвижным, или мобильным) осуществляют приём сигналов одних и тех же спутников.

Повышение точности навигационных определений достигается за счёт того, что ошибки измерения навигационных параметров потребительского и базовых приёмников являются коррелированными. При формировании разностей измеряемых параметров большая часть таких погрешностей компенсируется.

В основе дифференциального метода лежит знание координат опорной точки – ККС или системы опорных станций, относительно которых могут быть вычислены поправки к определению псевдодальностей до навигационных спутников. Если эти поправки учесть в АП, то точность расчета, в частности, координат может быть повышена в десятки раз.

Для обеспечения дифференциального режима для большого региона – например, для России, стран Европы, США — передача корректирующих дифференциальных поправок осуществляется при помощи геостационарных спутников. Системы, реализующие такой подход, получили название широкозонные дифференциальные системы.

Подробнее о системах функциональных дополнений ГНСС, которые предоставляют потребителям дополнительную корректирующую информацию, смотрите в разделе «Функциональные дополнения».

Среди различных систем GNSS система DGNSS была первой, которая была разработана достаточно давно и в настоящее время широко используется пользователями навигации. Сейчас почти все коммерческие устройства GPS, даже портативные устройства, предлагают ввод данных DGPS. В некоторой степени форма DGPS в настоящее время является естественной частью большинства операций GPS.

Есть много операционных систем, используемых по всему миру; По данным Береговой охраны США, в 47 странах действуют системы, аналогичные NDGPS США (общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования). Есть несколько важных примеров систем DGNSS по странам:

США

Первая система DGNSS была разработана Береговой охраной США и называлась, во-первых, DGPS, а затем превратилась в NDGPS США (Общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования). Министерство транспорта Соединенных Штатов совместно с Федеральным управлением автомобильных дорог, Федеральным управлением железных дорог и Национальной геодезической службой США назначило Береговую охрану США в качестве обслуживающего агентства для национальной сети DGPS США. Система является расширением предыдущей морской дифференциальной системы GPS (DGPS), которую Береговая охрана начала в конце 1980-х годов и завершила в марте 1999 года. DGPS охватила только прибрежные воды, Великие озера и внутренние водные пути реки Миссисипи, в то время как NDGPS расширяет эту систему и включает полный охват континентальной части Соединенных Штатов. Централизованным блоком управления и контроля является USCG Navigation Center, базирующийся в Александрии, штат Вирджиния. USCG перешло к выполнению своих обязанностей NDGPS после перехода из Министерства транспорта в Министерство национальной безопасности США. В сети США в настоящее время транслируется 82 сайта NDGPS. Начиная с 15 января 2016 года федеральные агентства, ответственные за систему, планируют закрыть и вывести из эксплуатации 62 из 84 действующих участков NDGPS.

Канада

Канадская система похожа на систему США и предназначена главным образом для морского использования, охватывающего Атлантическое и Тихоокеанское побережье, а также морские пути Великих озер и Святого Лаврентия. Он был разработан канадской береговой охраной, и он также перекрывает охват смежных вод DGPS США.

Австралия

В Австралии действуют две системы DGPS: одна в основном для морской навигации, которой управляет Австралийское управление по безопасности на море, транслирующее свой сигнал на длинноволновую полосу; другой используется для наземных съемок и наземной навигации и имеет исправления, транслируемые в радиодиапазоне Commercial FM.

Европейская сеть DGPS

Европейская сеть DGPS была разработана в основном морскими администрациями Финляндии и Швеции с целью повышения безопасности на архипелаге между двумя странами. В Великобритании и Ирландии система была внедрена как морская навигационная система, чтобы заполнить пробел, оставшийся после упадка системы Decca Navigator в 2000 году.

С сетью из 12 передатчиков, расположенных вокруг береговой линии и тремя станциями управления, она была создана в 1998 году соответствующими Генеральными маяковыми властями стран (GLA) — Тринити-Хаус, охватывающий Англию, Уэльс и Нормандские острова, Совет Северного маяка, охватывающий Шотландию, остров Мэн и комиссары ирландских огней, охватывающие всю Ирландию. Передавая данные в диапазоне 300 кГц, система прошла тестирование, и к ней были добавлены два дополнительных передатчика, прежде чем система была объявлена работоспособной в 2002 году.

300px SBAS

Диаграмма принципа работы спутниковой системы дифференциальных поправок

Системы дифференциальной коррекции (дополнения глобальных навигационных спутниковых систем, англ. GNSS augmentation) — методы улучшения характеристик работы навигационной системы, такие, как точность, надежность и доступность, через интеграцию внешних данных в процессе расчета. Применяемое сокращение DGPS (рус. ДГНСС — дифференциальные глобальные навигационные спутниковые системы).

Для повышения точности позиционирования навигационной аппаратуры ГНСС на земной поверхности или в околоземном пространстве. Суть большинства методов дифференциальной коррекции заключается в учете навигационной аппаратурой различного рода поправок, получаемых из альтернативных источников. Для различного рода применений источниками корректирующей информации являются УССИ (унифицированные станции сбора измерений)[комм. 1], опорные координаты которых известны с высокой точностью. Как правило методы дифференциальной коррекции обеспечивают поправками ограниченную территорию Земли. Каналы доставки данных дифференциальной коррекции могут быть различными, традиционно это УКВ, сотовая и спутниковая связь.

Спутниковая система дифференциальной коррекции (SBAS)

Спутниковая система дифференциальной коррекции (англ. SBASSatellite Based Augmentation System). Спутниковые вспомогательные системы поддерживают увеличение точности сигнала за счет использования спутниковой трансляции сообщений. Такие системы обычно состоят из нескольких наземных станций, координаты расположения которых известны с высокой степенью точности. Также встречается под названием WADGPS (Wide Area Differential GPS)[1].

300px WAAS 2018

Принцип работы

Работу спутниковой системы дифференциальной коррекции (ССДК) можно представить следующим образом:

  • базовые станции мониторинга системы (RIMS), с заранее определенными координатами определяют координаты, ведут непрерывное слежение за космической группировкой;
  • далее станции RIMS передают накопленную информацию на контрольно-вычислительные станции (мастер-станции) системы (MCC);
  • на станциях MCC по данным, принятым со всех обслуживаемых станций мониторинга, определяются погрешности и формируются дифференциальные поправки на некую ограниченную территорию;
  • вычисленные поправки передаются на станции закладки (передачи данных), равномерно расположенные на обслуживаемой территории;
  • после этого поправки передаются на геостационарные спутники;
  • со спутников пользователю[2][3].

GDGPS

GDGPS — это высокоточная система дифференцированной коррекции GPS, разработанная лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) для поддержки требований к позиционированию, времени и определению в реальном времени научных миссий НАСА. Будущие планы НАСА включают использование спутниковой системы слежения и ретрансляции данных (TDRSS) для распространения через спутник сообщений о дифференцированной коррекции в реальном времени.

Система обслуживается спутниками службы коррекции TDRSS (TASS). В основе навигационной технологии GDGPS лежит крупная глобальная инфраструктура, включая систему WAAS и сегмент оперативного управления GPS следующего поколения (OCX).

Используя большую наземную сеть опорных станций, инновационную сетевую архитектуру и программное обеспечение для обработки данных. Система обеспечит субдециметровую (<10 см) точность позиционирования и субнаносекундную точность передачи времени в любой точке мира, на земле, в воздухе и в космосе, независимо от местной инфраструктуры. Полный массив информации о состоянии созвездий ГНСС, экологических данных и вспомогательных продуктов будет доступен в реальном времени.

Полный спектр услуг по увеличению точности, вспомогательных услуг ГНСС (A-GPS), ситуационной оценки и экологического мониторинга будет доступен для GPS, ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo — глобально, равномерно, точно и надежно.[4]

Широкозонные (Региональные) ССДК обеспечивающие собственную спутниковую навигационную группировку

ГНСС Соединённые Штаты Америки GPS Россия ГЛОНАСС Европейский союз Galileo Китай Бэйдоу/BDS Япония QZSS Индия IRNSS
СДК ГНСС WAAS (англ. Wide Area Augmentation System); WAGE (англ. Wide Area GPS Enhancement) СДКМ EGNOS(англ. European Geostationary Navigation Overlay Service SNAS (англ. Satellite Navigation Augmentation System) MSAS(англ. Multi-functional Satellite Augmentation System) GAGAN(англ. GPS Aided Geo Augmented Navigation)
Эксплуатирующая организация Федеральное управление гражданской авиации США; Министерством обороны США Роскосмос Европейское космическое агентство Китайское национальное космическое управление Министерством земли, инфраструктуры, транспорта и туризма Индийская организация космических исследований
Система координат WGS 84 (World Geodetic System 1984)[комм. 2] ПЗ-90 (Параметры Земли 1990)[комм. 2] GTRF 2000 (Galileo Terrestrial Referenfce Frame 2000)[комм. 2] CGCS 2000 (China Geodetic Coordinate System 2000)[комм. 2] JGS (Japanese geodetic system)[комм. 2] WGS 84
Наземный сегмент (измерительные станции) WAAS — 20 в США (кроме Аляски); 7 на Аляске; 1 на Гавайях; 1 в Пуэрто-Рико; 5 в Мексике и 4 в Канаде 46 на территории РФ; 3 в Антарктике; 1 в Республике Беларусь; 2 в Казахстане; 1 в Армении по 1 в Северной и Южной Америках, 6 — в Африке и 22 — в Европе 16 измерительных пунктов
Космический сегмент (спутники связи) Спутники связи «Inmarsat 4-F3» — 98°W; «Galaxy 15» — 133°W; «Anik F1R» — 107,3°W Спутники связи Луч-5А 167° в. д.; Луч-5Б 16° з. д.; Луч-5В 95° в. д. Спутники связи «Inmarsat 3-F2», «Inmarsat 3-F5» и ARTEMIS Планируется развертывание системы в составе 35 космических аппаратов к 2020 году, в числе которых: 5 спутников на геостационарной орбите; 3 спутника на наклонной геосинхронной орбите. Спутники связи MTSAT-1R — 140° E и MTSAT-2 145° E Спутники связи GSAT-8 GSAT-10

Глобальные Сервисы ССДК

Системы SBAS обычно используют только одно созвездие GNSS, например GPS. Глобальные Сервисы ССДК совместимы с несколькими созвездиями GNSS, включая GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и QZSS и обеспечивают более точное, последовательное и надежное позиционирование, чем ССДК. Услуги коррекции, также доступны по всему миру, системы WAAS, СДКМ, EGNOS и прочие ограничены определёнными регионами. Сервисы используют всемирную сеть базовых станций с избыточностью в инфраструктуре для расчета и предоставления услуг коррекции. Все базовые станции, решения для коррекции и механизмы доставки контролируются глобальной командой сетевых инженеров и ИТ-специалистов для обеспечения надежности позиционирования и вещания по большей части мира. В данных сервисах как правило применяется SDGPS-методика, труднодоступная региональным системам NDGPS (Nationwide DGPS).

Решение Доступность (охват) Способ доставки Горизонтальная точность (RMS) Вертикальная точность (RMS) Время инициализации Дополнительное оборудование Предоставляемая информация
Глобальные Сервисы ССДК Абсолютный/Локальный (Быстрый) Предвычесление эфемерид и времени Широкозонный средства связи, интернет (Сотовая или спутниковая связи) 3 −5 м, 2 — 50 см (зависит от уровня подписки) 6 — 10 м, 5 см — 1 м (зависит от уровня подписки и средства связи)  < 1 — < 20 минут (зависит от средства связи) Доступ к глобальным система связи (интернету) Эфемеридно-временная информация
SBAS (WAAS, EGNOS и т. д.) Континентальный Спутник связи, интернет (в формате SISNeT) 1 м 2 м Мгновенный Приемник радио-частот системы Эфемеридно-временная информация;

информация о целостности навигационного поля;

данные о величине вертикальной ионосферной задержки

Real Time Kinematic (RTK)(Single-Base RTK) Локальный Радио 8 мм + 1,0 ppm (2 см при расстоянии 12 км от базовой станции) 15 мм + 1,0 ppm (2,7 см при расстоянии 12 км от базовой станции) Мгновенный Радио-модем (с планом передачи данных) Фазовая
Virtual Reference Station (VRS) (Network RTK) Региональный Радио или Сотовая связь 8 мм + 0,5 ppm (2 см или лучше в большинстве сетей) 15 мм + 0,5 ppm (3 см или лучше в большинстве сетей) Мгновенный Модем (с планом передачи данных) Фазовая

Коммерческие сервисы

TerraStar

TerraStar — сервис спутниковой коррекции. Ошибки, исходящие от орбитальных спутников GPS/ГЛОНАСС, вычисляются на базовых станциям сервиса TerraStar (более 80 штук). Затем эта информация поступает и обрабатывается в Контрольном Пункте Управления. Оттуда уже загружается на геостационарные спутники, которые и вещают поправку. Учитывая, что спутники находятся над экватором, чем южнее находится пользователь, тем выше над горизонтом находится спутник и тем качественнее сигнал.[5]

TerraStar предоставляет услуги передачи данных, которые обеспечивают надежные решения для позиционирования на уровне сантиметров и дециметров для наземного и воздушного применения. Сервис базируется на методе PPP, где данные о времени и фактических эфемеридах используются в сочетании с приемниками GNSS для обеспечения решений сантиметрового уровня с использованием только одного приемника. Сигналы поступают от 7 спутников, равномерно расположенных вдоль экватора (два луча всегда видны из любой точки Земли). Сеть TerraStar имеет три центра управления. Данные транслируются отдельно каждому навигационному спутнику.

Услуги по коррекции данных TerraStar предоставляются в партнерстве с ведущими производителями GNSS-приемников.

Сервис TerraStar-M — максимально возможная точность порядка 5 сантиметров. Сервис TerraStar-D — обеспечивает точность порядка 10 см[6][7][8][9].

Сервис включает в себя мониторы целостности TerraStar-X и RTK ASSIST обеспечивающие непрерывность наблюдений ГНСС-созвездий, как в пространстве так и во времени.

TerraStar-X service совмещенный с TerraStar-C PRO, обеспечивает бесшовность (непрерывную точность сантиметрового уровня по краям зон покрытия).

RTK ASSIST и RTK ASSIST PRO поддерживает позиционирование на сантиметровом уровне в течение 20 минут после отключения коррекции RTK и обеспечивает независимое позиционирование на сантиметровом уровне в районах, где нет базы RTK или покрытия сети.[10]

В случае службы TerraStar с генерированные поправки передаются для конечных пользователей с помощью телекоммуникационных спутников Inmarsat.

Уровни обслуживания TerraStar[11]

Решение TerraStar-L TerraStar-C TerraStar-C PRO
Плановое положение 40 см (RMS) и 50 см (95 %) 4 см (RMS) и 5 см (95 %) 2.5 см (RMS) и 3 см (95 %)
Высотное положение 60 cm (RMS) 6.5 cm (RMS) 5 cm (RMS)
Время конвергенции (инициализации) < 5 min 30 min < 18 min
Используемые ГНСС GPS/GLO GPS/GLO GPS/GLO/GAL/BDS
Поддерживаемая платформа OEM7, OEM6 OEM6 OEM7
Leica SmartLink

Сервис Leica Geosystems, доступен в двух вариантах в виде подписки на 1 или 2 года: SmartLink — полноценный сервис и SmartLink fill — ограниченный до 10 мин.
SmartLink, не требующий использования RTK-поправок и позволяет обойтись без использования базовых станций и RTK сетей не ограничено по времени. Точность определения плановых координат при использовании службы, по сравнению с режимом RTK-NETWORK или RTK-Single base несколько снижается и позволяет определить положение с 5-сантиметровой точностью.

SmartLink fill является дополнением технологии RTK для районов с нестабильной связью, автоматически восполняет возможные срывы в RTK (GSM, GPRS или Radio), сохраняя точность порядка 5 см на время до 10 минут.

Leica xRTK — это новый тип позиционирования, с точностью от 10 до 30 см. Технология основана на использовании дополнительных сигналов L-band геостационарных спутников Terrastar. При этом в качестве опорных (базовых) станций используются станции наземного сегмента спутниковой группировки Terrastar (более 80 штук), расположенные по всему миру. Технологии поддерживает работу с местными системами координат[12][13][14][15].

TopNET Global

Глобальные спутниковые сервисы TopNET предоставляемые компанией Topcon работают на базе TerraStar. TopNET Global обеспечивает точность 4-10 см. Подписка реализуется через глобальные спутники L-диапазона, обеспечивающие коррекцию GPS+ГЛОНАСС PPP, причем время конвергенции обычно составляет 20-30 минут. Длительность подписки составляет: 1, 3, 6 и 12 месяцев[16][17][18].

SECORX

Septentrio, производитель высокоточных OEM- и ГНСС-приемников для морской навигации, в марте 2018 объявил о запуске службы коррекции SECORX. Сервис SECORX предназначен для владельцев приемников Septentrio, которым требуется высокоточное и надежное позиционирование GNSS используя алгоритмы PPP. Cервисы SECORX-С и SeCoRx-D позволяет выполнять работы с сантиметровой и дециметровой точностью на материковой части нашей планеты. Сервис SECORX-60 обеспечивает точность 10 см в плане и 20 см по высоте на суше и в море на удалении до 60 км от берега. Сервис использует технологию TerraStar[19][20].

Trimble RTX

Trimble RTX (Real Time eXtended) — технология разработанная компанией Trimble Navigation. Обеспечивающая услуги коррекции в большей части земного шара, используя спутниковые и атмосферные данные в реальном времени из глобальной сети станций слежения. Резервная архитектура системы, современные процессинговые (обрабатывающие) центры на 3 континентах (Северной Америке, Европа и Австралия), обеспечивают мониторинг глобальных сетевых систем и резервирование сети для обеспечения бесперебойной работы системы. Резервное обслуживание обеспечивается системой Trimble xFill. Услуги коррекции Trimble RTX доступны только на суше.

Trimble RTX — эксклюзивная, передовая технология PPP, которая обеспечивает позиционирование сантиметрового уровня (2 −2.5 cm с вероятностью 95 %) горизонтальную. в реальном времени, работает без ограничений локальной базовой станции или сети VRS (Системы точного позиционирования), поправки поставляются по всему миру через спутник или сотовую связь/IP. Система работает со всеми ГНСС GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и QZSS и обеспечивает максимальную надежность и доступность. Минимальное время инициализации — 15 мин, прерывание сигнала — 200 секунд. Trimble RTX не является RTK. RTK требует использования либо временной, либо постоянной базовой станции (поправки могут быть представлены в виде поправок VRS), а производительность зависит от расстояния от базовой станции и непосредственно влияет на неё. Локальная базовая станция RTK может потребоваться для самых высоких требований к точности. В то время как RTK работает на основе корректировки источников ошибок GNSS между локальной базой и ровером, Trimble RTX моделирует эти ошибки в глобальном масштабе. Таким образом, Trimble RTX доступен по всему миру, транслируется через спутник или сотовую связь и позволяет пользователям работать без ограничений локальной базовой станции RTK или СТП.

Представляет собой семейство сервисов коррекции GNSS, которые обеспечивают высокоточное позиционирование через спутник или интернет. Службы коррекции Trimble RTX имеют разное время инициализации в диапазоне от 1 до 30 минут в зависимости от типа службы коррекции. Большинство приемников с поддержкой Trimble RTX позволят установить «порог конвергенции», который определяет, какой уровень точности должен быть достигнут.

— CenterPoint (геодезическая или основная) обеспечивает 2-2.5 см точность по горизонтали и 5 см по высоте, с вероятностью в 95 %. Инициализация мене чем в течение 1 мин в быстром режиме и 15 мин в стандартном. Предоставляются через спутник или Интернет (например, через сотовую передачу данных), через абонентское обслуживание.

— xFill Premium (премиум) обеспечивает 2-2.5 см точность по горизонтали, с вероятностью в 95 %. Инициализация мене чем в течение 1-2 мин в быстром режиме и 15-20 мин в стандартном. Поставляется только через спутник.

— FieldPoint (полевая) обеспечивает 10-20 см точность по горизонтали, с вероятностью в 95 %. Инициализация более чем в течение 1 мин в быстром режиме и 15 мин в стандартном.

— RangePoint (сельскохозяйственная) обеспечивает 30-50 см точность по горизонтали, с вероятностью в 95 %. Инициализация менее чем в течение 5 мин.

— ViewPoint (обзорная) обеспечивает 50-100 см точность по горизонтали, с вероятностью в 95 %. Инициализация менее чем в течение 5 мин.

Trimble CenterPoint RTX — служба постобработки для определения положения базовой станции и контрольных точек. Работает в ITRF2014 эпоха 2005 и доступна по адресу www.TrimbleRTX.com. Текущая эпоха ITRF2014 приводит к небольшой разнице между координатами позиции в ITRF и координатами той же позиции в WGS84.

Trimble CenterPoint RTX различают на QuickStart и CenterPoint RTX Fast Restart — это функции, которые позволяют быстро повторно инициализировать CenterPoint RTX в точно известной точке. Запустив приемник в известной точке или в том же месте, где он был в момент последнего выключения, CenterPoint RTX может полностью инициализироваться менее чем за 5 минут.

Trimble xFill — спутниковые линии связи плавно включают если Радио RTK или сотовая связь/ IP потеряны более чем на 200 секунд, в то время как сигналы GNSS могут быть потеряны до четырёх минут, прежде чем приемник потребует полной повторной инициализации. Обеспечивает резервное копирования RTK и VRS данных. Его можно использовать для того чтобы компенсировать перерывы сигнала коррекции с высокой точностью на всю продолжительность перерыва, и смягчить повреждения. xFill работает плавно в фоновом режиме, вычисляя позиции Trimble RTX, и автоматически заполняет пробелы позиционирования, если источник коррекции RTK или СТП (VRS) пользователя прерывается в связи с нарушение сотового сигнала или потери радиосвязи. Поправки Trimble RTX поставляются через спутник, что позволяет продолжать полевые операции во время прерываний сигнала RTK/VRS и в течение большинства периодов помех, которые делает RTK неработоспособным. Xfill обеспечивает близкую к CenterPoint RTX точность позиционирования в течение всего периода прерывания, расширяя стандартную службу, которая ограничена 5-20 минутами.

Зона покрытия Регион наземного сегмента Частота
RTXWN Western North America 1557.8614
RTXCN Central North America 1557.8150
RTXEN Eastern North America 1557.8590
RTXSA Latin America 1539.8325
RTXAE Europe/Africa 1539.8125
RTXAP Asia/Pacific 1539.8325
RTXIO[комм. 3] Central Asia 1545.5300

[21]

Услуга предоставляется по подписке.

OmniSTAR и Starfix DGPS System

Starfix DGPS System и OmniSTAR — поддерживается голландской компанией Fugro N.V. (коммерческая система) система координат WGS84. Спутниковый сервис OmiSTAR предназначен для использования только на территории суши, на внутренних водных путях, портах и гаванях в то время как Starfix DGPS System используется на судах и сооружениях эксплуатируемых на море)[22]. При выходе за зону действия дифференциальный сервис автоматически выключается, при возвращении в зону вновь автоматически включается[23]. Наземный сегмент OmniSTAR состоит из 100 наземных референц-станций, 3 центров загрузки данных на спутники, и 2 контрольных центра (Network Control Centres). Поправки формируются с помощью методики известной как виртуальная базовая станция(Virtual Base Station (VBS). Опции подписки на услугу OmniSTAR VBS:

  • VBS Continental (Континентальная VBS): Сигнал покрывает территорию всего континента (например, Европы).
  • VBS Regional (Региональная VBS): Сигнал покрывает территорию выбранного региона или государства.
  • Agri-License (Земледельческая лицензия): VBS формируется на локальную территорию, выбранную пользователем[24].

OmniSTAR использует геостационарные спутники связи компании Inmarsat, Mobile Satellite Ventures (MSV) и пр. в восьми регионах, охватывающих большую часть суши каждого обитаемого континента на Земле.

Спутники OmniSTAR и региональный охват[25][26][27][28][29]

Зона покрытия Регион наземного сегмента Название спутника Тип спутника Частота
Зона MSV[комм. 4] Восточная подзона США (Eastern U.S.) MSV-E MSV-1 (США), MSV-2 (Канада) и чуть позже MSV-SA (Латинская Америка) 1557.8450
Центральная подзона США (Central U.S.) MSV-C MSV-1 (США), MSV-2 (Канада) и чуть позже MSV-SA (Латинская Америка) 1557.8350
Западная подзона США (Western U.S.) MSV-W MSV-1 (США), MSV-2 (Канада) и чуть позже MSV-SA (Латинская Америка) 1557.8550
Северная, Центральная и Южная Америка, включая Карибский бассейн (North, Central and South America including the Caribbean) Зона ASAT ASAT[комм. 5] Н/Д 1539.9325
Запад Атлантического океана (Atlantic Ocean West) Зона AORW AOR-W Inmarsat-3 F4 1539.9625
Европа, Африка И Ближний Восток (Europe, Africa & Middle-East) Зона ESAT ESAT Inmarsat-3F2 1539.9125
Индия, СНГ, Ближний Восток (India, CIS, Middle-East)[комм. 6] Зона IOR IOR Inmarsat-3F1 1539.9325
Юго-Восточная Азия, Австралазия, западная часть Тихого океана, Австралия (Asia Pacific) Зона AUSAT AUSAT Delphini 1 1539.9625
Австралия И Тихоокеанский Регион (Australia & Pacific Rim) Зона POR POR[комм. 7] Inmarsat-3F3 1539.9525

Starfix DGPS System — основана на 2 частотности ГНСС и методе PPP. В систему входят наземный сегмент состоящий из 60 наземных (базовых или контрольно корректирующих станций) и космический — 4 КА «Инмарсат» (INMARSAT), в частности AOR-W (Западный регион Атлантического океана(Inmarsat-3F4)), POR (Регион Тихого океана (Inmarsat-3F3)), IOR (регион Индийского океана (Inmarsat-3F1)), ESAT (Восточный (Европейский) Регион Атлантического океана(Inmarsat-3F2)).
Дальность превышает 2000 км от побережья. Охват системы многие районы акваторий прилегающих морей и океанов всех континентов за исключением побережья Юго-Восточной части Африки. Северо-Востока Азии (Россия) и центральных районов Мирового океана. Заявленная точность местоопределения (с вероятностью 0,95) 1-2 м на дальности до 1000 км и 3 м на удалении, свыше 2000 км. Космический сегмент ретранслирует поправки на частоте 1600 МГц. Формат данных соответствует стандарту RTCM-104 версии 2.0. Сбор данных производится в центрах управления, расположенные в Хьюстоне (США), Перте (Австралия) и Еике. (те же что и для OmniSTAR), где осуществляется анализ их достоверности и совместная обработка. После обработки корректирующая информация (дифференциальные поправки, параметры базовых станций и специальное сообщение стандарта RTCM SC-104) ретранслируется пользователям[30].

StarFire navigation system

320px Navcom GPS Receivers

2 приемника Navcom SF-2040G

StarFire navigation system — поддерживается американской компанией John Deere (коммерческая система), система координат WGS84. Обеспечивает точность в течение 24-часового периода менее 4,5 см. Идея о картографировании урожайности с применением GPS-приемников и счётчиков зерна появилась в 1994 году. Однако точность GPS, все ещё использующая выборочную доступность, была слишком низкой. В 1997 году была сформирована команда из представителей компанией John Deere, Стэнфордского университета и инженеров NASA из Лаборатории реактивного движения[31]. Они решили создать систему DGPS, которая довольно сильно отличалась от аналогичных систем, типа WAAS.

Система StarFire использует двух частотный метод. Для этого приемник захватывает сигнал P(Y), который транслируется на двух частотах, L1 и L2, и сравнивает влияние ионосферы на время распространения обеих частот (фазы 2-х сигналов) и вычисляет поправку с помощью специализированного ПО. На момент разработки это был дорогой с точки зрения электроники, метод. После вычисления поправок на базовых станциях, информация передается пользователю. StarFire передает эти данные со скоростью 300 бит в секунду, повторяя один раз в секунду. Поправки, как правило, действуют в течение примерно 20 минут.

При первоначальном развертывании StarFire использовала семь опорных станций в континентальных районах США. Поправки, генерируемые на этих станциях, отправляются на две резервные станции обработки (одна из которых расположена совместно с эталонным/мониторным сайтом), а затем результирующий сигнал передается с станции восточного побережья США. Все станции связаны через интернет, с выделенными линиями ISDN и ссылками VSAT в качестве резервных копий. Полученные сигналы ретранслировались через спутник Inmarsat III.

Позднее были созданы дополнительные сети StarFire в Южной Америке, Австралии и Европе, каждая из которых работает со своих собственных опорных станций и передает данные на свои собственные спутники. По мере расширения использования этой системы было принято решение объединить различные «локальные» сети в единую глобальную сеть. Сегодня сеть StarFire использует двадцать пять станций по всему миру, вычисляя и передавая данные.

  • Сигнал SF1 — точность ± 30 см
  • Сигнал SF2 — точность ± 10 см
  • Сигнал RTK — точность ± 2 см[32]

SkyFix и SkyFix XP

Система SkyFix и SkyFix ХP эксплуатируется фирмой Racal Survey Limited — охватывает все основные районы мира, в которых ведутся наиболее активные процессы добычи и разведки природных ресурсов. Передача дифференциальных поправок осуществляется через спутники связи «Inmarsat». SkyFix обеспечивает точность порядка 3 м и лучше в широкой области; кроме того, при использовании нескольких ККС точность увеличивается до 1 м. SkyFix реализует средства наблюдения за функционированием элементов системы, контроля характеристик и целостности. Данные о любом отказе быстро становятся известными потребителю. Фирма Racal Survey арендует каналы 4-х КА «Inmarsat». Предполагается, что сеть ККС будет насчитывать около 60 станций, разбросанных по всему миру. Система SkyFix должна использовать не только сигналы GPS, но и ГЛОНАСС. Система включает два центра управления (в шотландском Абердине и Сингапуре), сеть референц-станций по всему миру и несколько мониторов, 5 станций загрузки расположены в Хьюстон (США), Абу-Диби (ОАЭ),Кейптаун (ЮАР) Перт (Австралия), Гунхилли (Великобритания). Для доведения корректирующей информации до потребителей система SkyFix использует специализированные каналы на спутниках системы «Inmarsat» — AOR-E (Atlantic Ocean Region East), AOR-W (Atlantic Ocean Region West), IOR (Indian Ocean Region), POR (Pacific Ocean Region). Зона охвата SkyFix закрывает все главные области деятельности высокоточных геодезических работ по всему миру, включая морские акватории. Корректирующих станций расположены.[33]

SkyFix XP, обеспечивает дециметровую точность (порядка 10 см в плане и 15 см по высоте) определения координат без ограничений на удаление приемника от референц-станций. SkyFix XP превосходит все существующие системы по точности и скорости позиционирования морских и речных судов, для проведения сбора данных и их обработки в целях нефтегазодобычи и разведки полезных ископаемых, строительства и гидрографических изысканиях.

В SkyFix XP воплощена новая SDGPS-методика, использующая глобальную сеть референц-станций корпорации Thales, расположенных так, чтобы обеспечивать непрерывный прием данных со всех GPS-спутников для постоянного обновления дифференциальных поправок на референц-станциях, что, собственно, и обеспечивает действительно глобальное покрытие высокоточными GPS-данными.

SDGPS как методика определения координат на базе GPS-данных, основана на использованием дифференциальных поправок, связанных с конкретным спутником GPS созвездия, а не с конкретной референц-станцией. Достигается путем непрерывного мониторинга спутников на их орбитах со станций слежения корпорации Thales, благодаря чему выполняется выявление недопустимых погрешностей по каждому спутнику и отбраковка ненадежных данных. Одновременно вводятся локальные тропосферные и ионосферные поправки на основе двухчастотных GPS-измерений. Влияние многократных отражений и внутренних задержек приемника устраняется в ходе пост-обработки.

Система SkyFix XP существенно отличается от традиционных дифференциальных GPS-методов, которые используют точно известные координаты референц-станции для определения дифференциальных поправок в измерения, выполненные мобильными приемниками (роверами) по доступным в данный момент спутникам созвездия GPS. Эти поправки в псевдодальности передаются в формате RTCM SC-104 для вычисления координат. Такой подход позволяет получить только один вариант поправок, которые учитывают только источники погрешностей, связанные с данными от доступных референц-станций. SkyFix XP полностью устраняет такие ограничения на удаление приемника от опорных станций.

Расположение центральных станций SkyFix

Регион Страна Местоположение
Северная Америка Канада Галифакс
США Сан-Франциско
Тампа
Хьюстон
Новый Орлеан
Мексика Сьюдад-дель-Кармен
Южная Америка Бразилия Макаэ
Панама Панама
Фолклендские острова Порт-Стэнли
Африка Кения Момбаса
ЮАР Дурбан
Кейптаун
Намибия Уолфиш-Бей
Ангола Луанда
Габон Порт-Жантиль
Нигерия Порт-Харкорт
Мозамбик Бейра
Азия ОАЭ Абу-Даби
Индия Мумбай
Япония Сапоро
Гонконг
Филиппины Манила
Малайзия Куала-Лумпур
Сингапур
Россия Ноглики
Индонезия Риау
Австралия Австралия Дарвин
Дампер
Брум
Аделаида
Перт
Сидней
Кэрнс 
Европа Испания Кадис
Италия Рим
Норвегия Хамерфест
Берген
Брённёйсунн
Молде
Шотландия Самбург
Абердин
Голландия Ден-Хелдер
Швеция Стокгольм
Англия Фламборо
Норвич
Бискайский Залив

Мониторы целостности расположены в Абердине (Северный) и Кейптауне (Южный), резервные в Перте (Южный) и Хьюстоне (Северный)[34][35]

Кроме того, наземная сеть SkyFix, поддерживает систему SDGPS, которая контролируются и эксплуатируются 24 часа в сутки. Погрешность точности менее 2 м, зона покрытия с центром на станции коррекции более 2000 км, Цикл обновления информации — 5 секунд. Системы Starfix используются сообщения стандарта RTCM SC-104[36].

Зона покрытия Регион наземного сегмента Название спутника Тип спутника Частота
Запад Атлантического океана (Atlantic Ocean West) Зона AORW AOR-W Inmarsat-3 F4
Восток Атлантического океана (Atlantic Ocean East) Зона AORE AOR-E Inmarsat-3 F5
Индия, СНГ, Ближний Восток (India, CIS, Middle-East)[комм. 8] Зона IOR IOR Inmarsat-3F1
Австралия И Тихоокеанский Регион (Australia & Pacific Rim) Зона POR[комм. 9] POR Inmarsat-3F3

Наземная система дифференциальной коррекции (GRAS)

Наземная система дифференциальной коррекции (англ. GRASground-based regional augmentation system)) — система дифференциальной коррекции (DGPS) в которой дополнительные информационные сообщения передаются через наземные УКВ-станции в пределах охвата базовой станции. Также встречается под названием GBAS (ground-based augmentation system).

Наземное дополнение GBAS включает следующие основные элементы:

  • унифицированную станцию сбора измерений;
  • станцию мониторинга дифференциальных поправок;
  • станцию передачи дифференциальных поправок и сигналов предупреждения[37].

АДПС (авиационные дифференциальные подсистемы)

360px SmartCube Modular Data Center

20-футовый блок-контейнер узкоспециального назначения (УССИ)

360px %D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B

Дизель-генератор для бесперебойного питания в блок-контейнере узкоспециального назначения (УССИ)

360px FEMA 24585 Photograph by Robert Kaufmann taken on 05 23 2006 in Louisiana

Спутниковая антенна связи для дистанционного управления и загрузки данных (УССИ)

АДПС (авиационная дифференциальная подсистема) — дифференциальная система/подсистема, направленная на повышение уровня обслуживания авиации на этапах захода на посадку, посадки и вылета, а также для наземных операций и маневрирования в районе аэродрома. Они имеют местное покрытие (например, окрестности аэропорта). Основной целью АДПС является обеспечение целостности, она также повышает точность до 1 м[38][39]. Русскоязычное обозначение — ЛДПС (локальная дифференциальная подсистема)[комм. 10][40]. В англоязычных источниках применяются аббревиатуры GBAS (англ. ground-based augmentation system) или LAAS (англ. local area augmentation system)[комм. 11].

АДПС представляет собой критически важную для безопасности гражданской авиации систему и состоит из наземной подсистемы и подсистемы по определению местоположения воздушного судна. Наземная подсистема обеспечивает воздушное судно данными о траектории захода на посадку и для каждого спутника в поле зрения информацией об исправлениях и целостности. Поправки позволяют самолету более точно определять свое положение относительно траектории захода на посадку. Наземная инфраструктура для АДПС состоит из ЛККС[42]. Радиус вещания составляет 30 километров. Покрытие сигнала предназначено для поддержки перехода воздушного судна из воздушного пространства на маршруте в воздушное пространство терминальной зоны и через него[43] Частоты вещания от 108 до 118 МГц. Формат поправок RTCM — SC 104. Конструктивно собой представляет моноблок. Локальные ДПС имеют максимальные дальности действия от УССИ (унифицированной станции сбора измерений) или передатчика линии передачи данных (ЛПД) — до 50—200 км.[уточнить] ЛДПС обычно включают одну УССИ (имеются варианты с несколькими), аппаратуру управления и контроля (в том числе и контроля целостности), а также средства передачи данных. Расположение GBAS в зоне аэродрома создает условия для расширения ее функций, а также облегчает обслуживание. Предоставляется возможность осуществлять контроль и управления всеми подвижными объектами, находящимися в зоне аэродрома.[37].

Локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС)

В состав ЛККС входит:

  • дублированный комплект модулей обработки и контроля (МОК)
  • дублированный комплект серверов последовательных интерфейсов (СПИ)
  • дублированный комплект передатчиков VDB
  • контрольный приемник VDB
  • модуль спутниковых навигационных приемников (МСНП), включающий четыре опорных спутниковых приемника и один контрольный спутниковый приемник
  • устройство ввода-вывода и интерфейсное оборудование (ИО)[44].

Радиопередатчик на УКВ ретранслирует поправки, параметры целостности и различные локальные данные, связанные с мировой геодезической системой (WGS84)[42].

По данным на 2010 год НИЦ «Геодинамика» рекомендован Межгосударственным авиационным комитетом (МАК) и Минтрансом РФ для проведения работ по геодезическому обеспечению авиации. Центром реализовано свыше 70 проектов в аэропортах стран СНГ на более чем 40 вертолетных площадках России[45]. Системой ЛККСА-А-2000 в России оснащены около 40 аэродромов[46].

АДПС могут иметь архитектуру расширенной зоны действия, охватывающей определенный регион (РДПС). Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь одну или несколько унифицированных станции сбора измерений. В случае когда архитектура системы предполагает несколько УССИ, дополнительно организуется контрольный пункт. Наземная подсистема передает корректирующую информацию к дальномерным сигналам посредством УКВ-передачи. Примерами таких РДПС являются австралийская наземная региональная система дополнения (AGRAS — Australian ground-based regional augmentation system), которая охватывает территории Австралии и Новой Зеландии, и европейская система «Еврофикс», в которой для передачи поправок потребителям используются передающие станций импульсно-фазовой РСДН Loran-C (eLoran)[46].

МДПС (морская дифференциальная подсистема)

МДПС (морская дифференциальная подсистема, англ. MDGPSmaritime DGPS) — система (подсистема) основана на передающих станциях, установленных в различных прибрежных пунктах, центра управления, оборудования GPS и связи на судах. Дополняет глобальные системы позиционирования, предоставляя локализованные поправки к псевдодальностям и вспомогательную информацию, которые транслируются по сети морских радиомаяков. Данные передаются в формате RTCM SC-104 с использованием модуляции минимального сдвига (MSK). Трансляция производится в диапазоне от 285 кГц до 325 кГц, который выделен для морской радионавигации (радиомаяки). Все УССИ (унифицированные станции сбора измерений) имеют индивидуальный идентификационный номер, передающейся в сигнале DGPS. Точность определения местоположения составляет 10 метров или лучше (в случае удачной группировки спутников для пользовательского оборудования т.е DOP < 2 или 3)[47]. Дальность достигает 500 км. Скорость передачи корректирующей информации колеблется от 25 до 200 бит/с.

В состав МДПС входит от одной до нескольких УССИ (унифицированные станции сбора измерений), объединенных в кластер, аппаратура удаленного управления и контроля кластера (контрольный пункт), прямые и обратные линии связи контроля/управления. Логика работы заключается в обеспечении повышенной точности за счет использования опорного GPS-приемника (базовой станции), расположенного в точке с известными координатами, путем сравнения координат известного местоположения с тем, что получено. Затем вычисляются спутниковые поправки диапазона и передаются в режиме реального времени по радиосвязи близлежащим пользователями, которые используют поправки для улучшения своих позиционных расчетов[48].[49].

Традиционно в состав дифференциальной подсистемы входят:

  • УССИ (унифицированная станция сбора измерений), осуществляющая контроль качества ретранслируемых сигналов посредством геодезически привязанной опорной станции.
  • Процессор, вычисляющий дифференциальные поправки и формирующий данные для передачи пользователю. Сформированные файлы поправок могут содержать данные с метеостанции и стандарт частоты и времени.
  • Аппаратура передачи дифференциальных поправок (передача осуществляется «напрямую» через УКВ).
  • Приёмная аппаратура потребителей, обеспечивающая приём и учёт дифференциальных поправок (как правило, совмещённая с ГНСС оборудованием)[50].
Унифицированные станции сбора измерений (УССИ)

УССИ обеспечивают формирование поправок к сигналам ГЛОНАСС/GPS и их передачу по стандарту RTCM SC-104. Для контроля работы УССИ и контроля передачи навигационной информации создаются контрольные пункты. Все операции контроля и управления могут быть выполнены на месте от каждой из станций DGPS или удаленно из контрольного пункта или центра управления, откуда могут быть изменены параметры и переменные службы передачи дифференциальных поправок. Кроме того УССИ имеют компьютерные приложения, которые позволяют вести автоматическую запись данных. УССИ спроектированы в избыточной конфигурации, гарантирующей ее надежность и автономность в случае сбоев и нарушений.

В состав УССИ (унифицированной станции сбора измерений) входят:

  • 2 опорные станции (основной и резервный комплекты (ОС)) для определения дифференциальных поправок и формирования корректирующей информации;
  • компьютер удаленного управления и оперативного контроля состояния УССИ;
  • 2 монитора целостности (основной и резервный комплекты станции интегрального контроля (СИК);
  • аппаратура избирательного доступа;
  • передатчик радиомаяка;
  • система связи (RDSI, GSM или Inmarsat) и бесперебойного питания[51][52][53].
Контрольный пункт (КП)

Основная задача контрольного пункта (КП) — контроль работы (ведение) унифицированных станции сбора измерений, линий связи (RDSI, GSM или Inmarsat) между ними и КП, и специального канала передачи данных (англ. GIC — GPS integrity channel). А также обеспечение целостности наблюдений спутниковых радионавигационных систем и формирования данных о целостности для передачи их потребителям[54][37].

Центр управления системой (ЦУС)

ЦУС или централизованный блок управления NDGPS (nationwide DGPS) США расположен в Александрии штат Вирджиния.

В России на 2019 год не существует единой гражданской системы МДПС, соответственно, не существует и единого центра управления. А наземные системы работают независимо друг от друга.

МДПС на территории России

Применительно к локальным дифференциальным подсистемам наиболее проработаны вопросы построения морской ДПС (МДПС) для локальных прибрежных районов на базе существующих радиомаяков, работающих в диапазоне средних волн 283,5—325,0 КГц. По ним проводены ОКР и мероприятия по их развертыванию на побережье России и вдоль внутренних водных путей.

Почти все эксплуатируемые в России УССИ работают независимо друг от друга, ими не сформировано сплошное дифференциальное поле, также отсутствует централизованный контроль за работой существующих УССИ. Сплошное радионавигационное поле дифференциальной поправки ГЛОНАСС должно образовываться путём построения сети локальных дифференциальных подсистем (ЛДПС). При этом должно обеспечиваться перекрытие рабочих зон УССИ как минимум на 10—15 %, а достаточным перекрытием принято считать 30 %.[55].

%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5 %D0%9A%D0%9A%D0%A1 %D0%A0%D0%A4 2019

Зоны действия морских и речных гражданских УССИ РФ

По состоянию на январь 2010 года в составе МДПС России развернута и находится в штатной эксплуатации только МДПС Финского залива (маяк Шепелёвский).

В опытной эксплуатации находятся МДПС Азово-Черноморского региона, Балтийского, Каспийского, Баренцева, Белого морей и в заливе Петра Великого:

Новороссийская УССИ на мысе Дооб; Темрюкская УССИ на РЦ ГМССБ Темрюк; Туапсинская УССИ на мысе Кодош; УССИ МДПС на подходах к портам Балтийск и Калининград, в порту Балтийск; Астраханская УССИ, пост № 2 Волго-Каспийского канала; УССИ Каспийского моря, п. Махачкала; УССИ Баренцева моря, п-ов Рыбачий, маяк Цып-Наволок; Архангельская УССИ, маяк Мудьюгский; Залив Петра Великого, мыс Поворотный; УССИ на маяке Ван-дер-Линда; УССИ в п. Петропавловск-Камчатский; Сахалинская УССИ, в п. Корсаков; УССИ на острове Олений; УССИ на р. Енисей, Липатниковский перекат; УССИ на мысе Стерлигова, УССИ на о. Столбовой и Каменка, УССИ на мысе Андрея, Саббета[56], Индигирка.

По состоянию на январь 2010 года на внутренних водных путях: УССИ в п. Шексна, г. Волгоград, Ростов-на-Дону, Нижний Новгород, Казань, Саратов, Самара, Пермь, Красноярск, Иркутск, Омск, Ханты-Мансийск, Печора и Подкаменная Тунгуска[50].

В январе 2011 года «Транзас» завершил работы по вводу в опытную эксплуатацию УССИ ГЛОНАСС/GPS на внутренних водных путях РФ в районе Омска, Ханты-Мансийска и Печоры[57].

В сентябре 2012 года в Арктике, на трассе Северного морского пути, в дополнение к действующим УССИ на острове Олений, на мысе Стерлигова и на реке Индигирка, введены в эксплуатацию УССИ на островах Андрея, Столбовой и Каменка[58].

Постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. No 319 планируется к развертыванию: УССИ на островах Визе, Врангеля и Котельный, в п. Новорыбное, Проведения и Певек, на мысе Дежнева[55].

в 2015 году на Новосибирском шлюзе реки Обь была смонтирована УССИ в Новосибирске[59].

В 2017 году оборудование поставлено в городах Рыбинске (ФГБУ «Канал имени Москвы»), Сургут (ФБУ «Администрация „Обь-Иртышводпуть“») и Барнаул (ФБУ «Администрация Обского бассейна внутренних водных путей»), а также в посёлке Пархоменко Волгоградской области (ФБУ «Администрация „Волго-Дон“»)[60].

В 2018 году «Ростелеком» завершил монтаж двух УССИ для обработки сигналов спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS на побережье рек Обь и Томь в поселке Самусь Томской области и городе Барнауле, соответственно[59].

Система точного позиционирования

СТП (система точного позиционирования) в некоторой источниках фигурирует как (СДГС — сеть дифференциальных геодезических станций) — автоматизированный аппаратно-программный комплекс, представляющий собой централизованно управляемую сеть контрольно-корректирующих станций, предназначенный для предоставления поправок и услуг позиционирования[61]. Дальность таких систем — не более 50 км, они обеспечивают сантиметрово-дециметровый уровень точности. Требования непрерывности, доступности и целостности для таких систем могут быть существенно ослаблены[62][63].

Принцип работы

Базовые (референцные) станции систем точного позиционирования равномерно распределены по всей обслуживаемой территории. Каждая базовая станция является носителем географических координат эксплуатируемой ГНСС (WGS84, ПЗ-90 и т. д.). Кроме того, достоверно известны параметры перехода в местные плановые и высотные системы координат. Система точного позиционирования может использоваться как в режиме RTK, так и в режиме Post Processing Kinematic. Для определения координат в режиме реального времени используется станции оснащенные радиопередатчиками или выходом в Интернет. На этих станциях непрерывно производятся GPS-измерения, а их результаты передаются в центр управления (англ. control centre). Полученные дифференциальные GPS-поправки передаются пользователям системы на FM-частотах или через IP-адрес в формате RTCM SC-104[62].
При этом достигается точность определения плановых координат на уровне 1 м для пользователей сервиса типа базовый (Basic) и менее метра для пользователей сервиса типа улучшенный (Premium). Доступ к ССТП осуществляется по подписке. Для определения координат в режиме постобработки необходимо иметь данные не менее чем четырех базовых станций. При этом может быть достигнута сантиметровая точность результатов в прямоугольной системе координат. Данные о дифференциальных GPS-наблюдениях, полученные после обработки сигналов всех станций, доступны пользователям спустя 4 часа после окончания измерений. Информация может быть передана с центра управления (Control Centre) через Интернет или по каналам модемной связи[64][65].

Цели и задачи

Система точного позиционирования работает на основе постоянно действующих референцных геодезических станций. Система предоставляет дифференциальные поправки для определения координат объектов в режиме реального времени (RTK), а также исходные данные — RINEX файлы для метода Post Processing Kinematic[66].

Состав СТП

В состав СТП входят: сети постоянно-действующих спутниковых дифференциальных станций, серверы со специальным программным обеспечением, каналы связи, предназначенные для контроля работы дифференциальных станций и передачи спутниковой корректирующей информации пользователям, выполняющим спутниковые измерения относительными методами[61].

Автономные системы (АВАS)

Автономная система дифференциальной коррекции (англ. АВASaircraft-based augmentation systems) — система дифференциальной коррекции (DGPS) в которой дополнительные информационные сообщения генерируются самостоятельно, т.е. от внутренних алгоритмов.

Автономные системы, реализуются на борту подводных лодок или на борту воздушного судна, используют автономные методы контроля целостности RAIM & AAIM.

Бортовое дополнение ABAS по сути является усовершенствованием системы автономного контроля целостности и обычно именуется RAIM. С помощью всей доступной на борту навигационной информации, других бортовых систем потребителя и мощного процессора обеспечиваются требуемые характеристики навигационного обеспечения[37].

Принцип работы

Методы относительных GPS определений, использующие не менее двух антенн, объединенных в единую систему. Заключается в обработке реальных (получаемых) измерений исходными данными измерений (точность до 1—2 см). Зная «геометрию» между фазовыми центрами антенн — базисный треугольник или вектор, можно произвести дифференциальную коррекцию первичных измерений и перевычеслить координаты математического центра системы. Алгоритм «холодного старта» повторяется несколько раз, с определенной дискретностью (частотой), а позволяющей уточнять исходные данные.

После старта системы начинает работу система RAIM, производящая анализ поступающей информации. При необходимости RAIM отбраковывает спутники, данные с которых нельзя использовать в полном объеме при расчетах навигационных характеристик. На каждый отбракованный спутник должно приходиться 5 действующих[источник не указан 424 дня]. При недостаточном качестве и количестве наблюдаемых спутников система начинает использовать дополнительно информацию от процессора, вводить поправки[какие?] или замещать недостающие спутники виртуальными. Период замещения зависит от мощности процессора, программного обеспечения и исходной статистической информации.

Обновление данных системы должно происходит каждые 4 часа (время полного обновления плеяды/созвездия навигационных спутников) и/или каждые 3000 км дальности (зона охвата плеяды/созвездия навигационных спутников). Выполняется заранее дублирующим комплектом приемников (оптимальные периоды рассинхронизации составляют 2 часа и 1500 км, соответственно)[источник не указан 424 дня].

Архитектура

Архитектура систем АВАS избыточна и самодостаточна с двойным резервированием во всем ключевом оборудовании, что позволяет самостоятельно определять координаты (производить позиционирование с достаточно высоким качеством) и гарантирует безотказность.

Для любой системы ABAS одним из определяющих параметров «архитектуры» является конфигурация. Различают 2 основных вида — динамическая и статическая.

Статическая — заключается в расположении антенн (фазовых центров) в производной форме. Требует большего числа антенн для качественного пеленга. Гарантирует избыточность и большие периоды рассинхронизации.

Динамическая — заключается в расположении антенн (фазовых центров) в линию (вектор) вдоль оси носителя. Устанавливается на объектах со значительной скоростью движения. Требует меньшего числа антенн. Устанавливается как правило на воздушных судах. Дает хорошие результаты в процессе движения. Один из приемников устанавливается на носу носителя и считается «головным», второй в корме и определяется как «хвостовой». Применяя квазидифференциальные методы в прямом и обратном порядке, с достаточной дискретностью (частотой) можно вычислить азимуты движения относительно друг друга. Требует регулярного сброса информации — обновления кадра.

Состав системы

В состав системы ABAS входит 4 элемента.

Алгоритм первичного позиционирования

  • обеспечивает «холодный старт» системы (первичное позиционирование квазидифференциальными (относительными) методами);
  • обнаружение ошибок «холодного старта» (запуск/перезапуск системы).

Алгоритмы автономного контроля целостности (RAIM)

  • обнаружения отказов;
  • исключения отказавших навигационных спутников.

Использование методов бортового контроля целостности AAIM (airborne autonomous integrity monitoring)

  • обнаружения отказов внутренней системы;
  • исключения отказавших элементов внутренней системы.

Синхронизация и интеграция различных установленных на борту источников навигационной информации и данных с разных навигационных систем

  • Совместное использование сигналов GPS/Galileo/ГЛОНАСС;
  • вычислительные процессы (информация о времени и эфемеридах в формате «ожидаемая» (predicted)[уточнить] может генерироваться на основе уже полученных данных и/или загружена заранее);
  • совместное использование бортовых навигационных датчиков и средств (высотомер (глубиномер), высокоточные часы, гироскопы, компасы, инерциальная навигационная система)[37].

Прочие системы

  • СКНОУ (система координатно-временного и навигационного обеспечения Украины) — разработано ПАО «АО Научно-исследовательский институт радиоэлектронных измерений» по заказу Государственного космического агентства Украины. Эксплуатируется предприятиями ГКАУ входящими в состав Национального центра управления и испытания космических средств.
  • SACCSA — проект системы DGPS для стран Карибского бассейна, Центральной и Южной Америки, включает техническое определение, адаптированное к особым условиям стран Карибского бассейна, Центральной и Южной Америки (ионосфера, география и т. д.).
  • AFI — зарезервированная аббревиатура для стран Африки.

См. также

  • A-GPS
  • DGPS
  • WAAS
  • PPP и PPK
  • RTK

Примечания

Комментарии
  1. В некоторых русскоязычных источниках встречается как контрольно-корректирующая станция (ККС) или базовая станция (БС)
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Основана на ITRF (International Terrestrial Reference Frame)
  3. На территории России практически отсутствует
  4. Обслуживается 3-мя спутниками
  5. Замещается MSV-SA (Латинская Америка)
  6. На территории России практически отсутствует
  7. Охватывает территорию Тихого океана исключая северные регионы (Россию и Аляску)
  8. На территории России практически отсутствует
  9. Охватывает территорию Тихого океана исключая северные регионы (Россию и Аляску)
  10. Сокращение приведено в соответствии с Радионавигационным планом Российской Федерации от 28 июля 2015 года и не передает смысла назначения системы (авиационная, морская или геодезическая)
  11. Сокращение ранее применяемое в США для обозначения GBAS. В настоящее время Федеральным управлением гражданской авиации США осуществлен переход на стандартизованную ИКАО аббревиатуру, однако в некоторых старых документах осталось прежняя терминология[41]
Примечания
  1. Заблуждения | Спутниковая лаборатория ГЕОСПАЙДЕРА. Дата обращения: 15 сентября 2019. Архивировано 23 сентября 2019 года.
  2. Что такое GPS? Спутниковые системы дифференциальной коррекции SBAS. Дата обращения: 26 сентября 2019. Архивировано 25 сентября 2019 года.
  3. Site Maintenance. Дата обращения: 26 сентября 2019. Архивировано 26 сентября 2019 года.
  4. GDGPS:. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 31 декабря 2019 года.
  5. Технология Leica Smart Link. Дата обращения: 22 декабря 2019. Архивировано 22 декабря 2019 года.
  6. Home | Terrastar. Дата обращения: 28 декабря 2019. Архивировано 19 декабря 2019 года.
  7. TerraStar Correction Services | NovAtel. Дата обращения: 28 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  8. Сервис коррекции TerraStar. Новости компании «ООО «ГРУППА КОМПАНИЙ «УСПЕХ»». Дата обращения: 28 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  9. Технология DGPS — Технологии TOPCON. Дата обращения: 28 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  10. TerraStar Correction Services | NovAtel. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  11. TerraStar Correction Services | NovAtel. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  12. Hexagon — Магазин. Продукция компании Leica Geosystems. Дата обращения: 19 декабря 2019. Архивировано 19 декабря 2019 года.
  13. Leica SmartLink — ООО Фирма ЮСТАС. Дата обращения: 22 декабря 2019. Архивировано 22 декабря 2019 года.
  14. Leica xRTK. Дата обращения: 22 декабря 2019. Архивировано 22 декабря 2019 года.
  15. Leica SmartLInk и новое GNSS-оборудование в реальных условиях. Дата обращения: 22 декабря 2019. Архивировано 22 декабря 2019 года.
  16. Технология TopNET Global-D — Технологии TOPCON. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 31 декабря 2019 года.
  17. TopNET Global. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 26 декабря 2019 года.
  18. TopNET Global-D | Topcon Positioning Systems, Inc. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 31 декабря 2019 года.
  19. Спутниковый PPP сервис SeCorX | Технокауф в Москве. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 31 декабря 2019 года.
  20. Septentrio Introduces SECORX-60 Correction Service | 2018-03-21 | Point of Beginning. Дата обращения: 31 декабря 2019. Архивировано 31 декабря 2019 года.
  21. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 1 ноября 2019. Архивировано 1 ноября 2019 года.
  22. https://www.fugro.com/about-fugro/our-expertise/innovations/starfix-global-positioningl (недоступная ссылка)
  23. http://www.gisa.ru/4686.htm (недоступная ссылка)
  24. Спутниковая система дифференциальной коррекции OmniSTAR. Дата обращения: 11 мая 2019. Архивировано 14 мая 2019 года.
  25. OmniSTAR. Дата обращения: 11 мая 2019. Архивировано 11 мая 2019 года.
  26. Omnistar Coverage. Дата обращения: 25 января 2008. Архивировано 9 января 2008 года.
  27. Omnistar Satellites (недоступная ссылка). Дата обращения: 25 января 2008. Архивировано 10 февраля 2012 года.
  28. Источник. Дата обращения: 12 мая 2019. Архивировано 12 мая 2019 года.
  29. Delphini 1 (AUSAT 1). Дата обращения: 13 мая 2019. Архивировано 13 мая 2019 года.
  30. Анализ направлений и состояния разработок функциональных дополнений к спутниковым радионавигационным системам. Продолжение — Журнал Беспроводные технологии. Дата обращения: 11 мая 2019. Архивировано 26 декабря 2018 года.
  31. GPS Correction Technology Lets Tractors Drive Themselves. NASA. Дата обращения: 5 декабря 2016. Архивировано 10 мая 2017 года.
  32. John Deere Україна. Дата обращения: 11 мая 2019. Архивировано 29 марта 2017 года.
  33. Анализ направлений и состояния разработок функциональных дополнений к спутниковым радионавигационным системам. Продолжение — Журнал Беспроводные технологии. Дата обращения: 4 октября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.
  34. Геоинформационный портал ГИС-Ассоциации — *Корпорация Thales предлагает новую, действительно глобальную, систему позиционирования. Дата обращения: 4 октября 2019. Архивировано 11 ноября 2019 года.
  35. Источник. Дата обращения: 6 октября 2019. Архивировано 22 октября 2020 года.
  36. Источник (недоступная ссылка). Дата обращения: 6 октября 2019. Архивировано 15 мая 2013 года.
  37. 37,0 37,1 37,2 37,3 37,4 Анализ направлений и состояния разработок функциональных дополнений к спутниковым радионавигационным системам — Журнал Беспроводные технологии. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.
  38. GNSS Augmentation — Navipedia. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 31 октября 2019 года.
  39. ИКАО. Doc 8400. Правила аэронавигационного обслуживания. Сокращения и коды ИКАО. — 9. — 2016. — С. 1—8 (24). — 104 с. — ISBN 978-92-9258-092-6.
  40. Радионавигационный план Российской Федерации, от 28 июля 2015 года. docs.cntd.ru. Дата обращения: 3 сентября 2019. Архивировано 3 сентября 2019 года.
  41. GNSS Frequently Asked Questions — GBAS (неопр.). FAA.gov. Дата обращения: 29 августа 2019. Архивировано 29 августа 2019 года.
  42. 42,0 42,1 Ground-Based Augmentation System (GBAS) — Navipedia. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 1 марта 2021 года.
  43. Federal Aviation Administration. Дата обращения: 16 ноября 2016. Архивировано 25 января 1997 года.
  44. Источник. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 25 ноября 2019 года.
  45. «НИЦ «Геодинамика» МИИГАиК» — контакты, товары, услуги, цены. Дата обращения: 12 сентября 2019. Архивировано 24 октября 2020 года.
  46. 46,0 46,1 https://studref.com/332673/tehnika/povyshenie_tochnosti_navigatsionnyh_opredeleniy_potrebiteley_differentsialnom_rezhime (недоступная ссылка)
  47. Источник. Дата обращения: 15 сентября 2019. Архивировано 19 июня 2019 года.
  48. Beacon Company of Egypt — Egypt Marine DGPS. Дата обращения: 12 сентября 2019. Архивировано 17 ноября 2019 года.
  49. DGPS systems for maritime transport. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 27 сентября 2018 года.
  50. 50,0 50,1 Дифференциальные подсистемы космических радионавигационных систем — стр. 9. Дата обращения: 9 сентября 2019. Архивировано 16 декабря 2018 года.
  51. ГОСТ Р 55108-2012 Глобальные навигационные спутниковые системы. Морские дифференциальные подсистемы. Контрольно-корректирующая станция. Общие требования, методы и требуемые ре…. Дата обращения: 15 сентября 2019. Архивировано 11 августа 2019 года.
  52. [gpshttps://www.gmv.com/en/Products/dgps/ Источник]. Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 27 сентября 2018 года.
  53. Объединенный арктический радио-навигационный отряд (ОАРНО). ФГУП «Гидрографическое предприятие». Дата обращения: 11 сентября 2019. Архивировано 10 сентября 2019 года.
  54. http://www.hydro-state.ru/radionavigatsionnyi-otryad (недоступная ссылка)
  55. 55,0 55,1 Источник. Дата обращения: 11 сентября 2019. Архивировано 21 июля 2018 года.
  56. https://kronshtadt.ru/2016/11/02/gruppa-kronshtadt-uspeshno-zavershila-puskonaladochny-e-raboty-oborudovaniya-v-arkticheskom-portu-sabetta/
  57. Транзас — Транзас завершил работы по вводу в опытную эксплуатацию контрольно-корректирующих станций ГЛОНАСС/GPS на внутренних водных путях РФ в районе Омска, Ханты-Мансийска и…. Дата обращения: 13 сентября 2019. Архивировано 22 апреля 2021 года.
  58. Три контрольно-корректирующие станции введены в строй на Севморпути. Дата обращения: 13 сентября 2019. Архивировано 26 ноября 2020 года.
  59. 59,0 59,1 «Ростелеком» в Сибири реализовал проект в сфере высокоточной навигации. Официальный корпоративный информационный сайт. Дата обращения: 11 сентября 2019. Архивировано 21 апреля 2021 года.
  60. Источник. Дата обращения: 11 сентября 2019. Архивировано 14 августа 2018 года.
  61. 61,0 61,1 Спутниковые дифференциальные станции — GNSS EXPERT. Дата обращения: 17 сентября 2019. Архивировано 20 сентября 2019 года.
  62. 62,0 62,1 Источник. Дата обращения: 4 октября 2019. Архивировано 3 октября 2019 года.
  63. Геопрофи 5,2013 с. 5—7
  64. Дифференциальный Режим Gps. Дата обращения: 15 сентября 2019. Архивировано 27 сентября 2019 года.
  65. Источник (недоступная ссылка). Дата обращения: 16 сентября 2019. Архивировано 2 октября 2019 года.
  66. Спутниковая Системы Точного Позиционирования. Дата обращения: 15 сентября 2019. Архивировано 29 сентября 2019 года.

Ссылки

  • Дополнения глобальных навигационных спутниковых систем (недоступная ссылка). Архивировано 21 ноября 2009 года., ExpertGPS.ru
  • http://www.navipedia.net/index.php/GNSS_Augmentation
  • http://www-leland.stanford.edu/~spullen/ION%20GNSS%202011%20Tutorial%20-%20Aug-GNSS%20final%20(Pullen,%2009-16-11).pdf 2011
  • https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/laas/
  • http://www.gps.gov/systems/augmentations/

Дифференциальные системы спутниковой навигации. Обзор современного состояния

Е. Поваляев, С. Хуторной

Дифференциальные системы спутниковой навигации. Обзор современного состояния

В опубликованных ранее статьях была рассмотрена структура спутниковых навигационных систем GPS и GLONASS, а также вопросы построения аппаратуры потребителя (аппаратная и программная часть). В этой статье мы подробно расскажем об особенностях современных дифференциальных систем, которые позволяют существенно повысить точность определения координат потребителя.

Что такое дифференциальная навигация?

Точность определения координат потребителя, которую обеспечивают системы GPS и GLONASS, составляет около 10 м. Однако для многих приложений, таких как навигация автомобилей, судов на узких фарватерах, геодезии, навигации летательных аппаратов, подобная точность недостаточна. Для увеличения точности местоопределения был предложен метод дифференциальной навигации, который обеспечивает точности до нескольких десятков сантиметров.

Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного навигационного приёмника, называемого базовой станцией. Базовая станция устанавливается в точке с известными географическими координатами. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными координатами, базовый навигационный приёмник формирует поправки, которые передаются потребителям по каналам связи (рисунок 1).

Метод DGPS увеличивает точность данных
Рисунок 1. Метод DGPS увеличивает точность данных

Приёмник потребителя учитывает принятые от базовой станции поправки при решении навигационной задачи. Это позволяет определить его координаты с точностью до одного метра.

Различают два метода вычисления поправок:

  • метод коррекции координат, когда в качестве дифференциальных поправок с базовой станции передают добавки к измеренным в определяемом пункте координатам. Недостатком этого метода является то, что приёмники базового и определяемого пунктов должны работать по одному рабочему созвездию. Это неудобно, поскольку все потребители, использующие дифференциальные поправки, должны работать по одним и тем же ИСЗ;
  • метод коррекции навигационных параметров, при использовании которого на базовой станции определяются поправки к измеряемым параметрам (например, псевдодальностям) для всех спутников, которые потенциально могут быть использованы потребителями. Эти поправки передаются потребителям и учитываются при решении навигационной задачи. Недостатком этого метода является повышение сложности аппаратуры потребителей.

Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между потребителем и базовой станцией. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приёмнику) причинами. Эти ошибки в значительной мере компенсируются при близком расположении базовой станции и приёмника потребителя. Поэтому зона обслуживания базовой станции составляет не более 500 км.

Передача дифференциальных поправок от базовой станции к потребителю может осуществляться с помощью телефонной или радиосвязи, по системам спутниковой связи (например, INMARSAT), а также с использованием технологии передачи цифровых данных RDS (Radio Data System) на частотах FM-радиостанций. В настоящее время во многих странах уже действует развитая сеть базовых (дифференциальных) станций, постоянно транслирующих поправки на определённую территорию.

Например, в США дифференциальные поправки передаются береговой охраной через морские радиобуи, работающие на частоте 283,5–325 кГц. Пользоваться этим сервисом может любой желающий. Под Санкт-Петербургом в феврале 1998 года была установлена первая базовая станция. Она передаёт дифференциальные поправки на частоте 298,5 кГц.

Классификация современных дифференциальных систем спутниковой навигации

Источники [1-3] позволяют провести следующую классификацию современных дифференциальных систем спутниковой навигации.

  1. Системы дифференциальной навигации по кодовым и псевдофазовым измерениям. Системы дифференциальной навигации по кодовым измерениям строятся на основе измерения и обработки псевдодальностей, в общем случае, имеют неограниченную область действия и характеризуются ошибками местоопределения от долей метра до нескольких метров. Системы дифференциальной навигации по псевдофазовым измерениям характеризуются очень высокой точностью местоопределения (до долей сантиметра). Однако область их действия ограничена дальностью ~10–12 км в одночастотном режиме и ~100 км в двухчастотном режиме. Специфической особенностью дифференциальных систем по псевдофазовым измерениям является неоднозначность этих измерений, затрудняющая их использование. Системы дифференциальной навигации по псевдофазовым измерениям иногда называют системами относительных определений [4].
  2. Системы дифференциальной навигации по кодовым измерениям, в свою очередь, разделяют на локальные (Local Area Differential GPS), широкодиапазонные (Wide Area Differential GPS, WADGPS) и глобальные (Global Differential GPS, GDGPS). Дальнейшая уточняющая классификация систем дифференциальной навигации будет проводиться только для систем на основе кодовых измерений.
  3. Большинство современных систем дифференциальной навигации являются локальными. Они используют только одну наземную станцию измерений и формирования дифференциальных поправок (далее будем называть её дифстанцией). Дифстанция располагается в центре локальной зоны, размер которой согласно
    [1] может доходить до 200 км. В центре зоны обеспечивается точность местоопределения порядка 0,5–1 м. На периферии зоны точность ухудшается и постепенно приближается к точности абсолютных местоопределений. Дифференциальные поправки в локальных системах дифференциальной навигации могут формироваться на основе метода коррекции координат [5] (the position–domain approach [7]) и метода коррекции навигационных параметров [5] (the measurement–domain approach [7]). На практике большее распространение получил второй метод, в котором дифстанция формирует поправки к измерениям псевдодальностей для каждого из видимых ею спутников. Потребитель поправляет свои измерения псевдодальностей по тем же спутникам на значения, полученные от дифстанции. Для передачи поправок, сформированных в соответствии с методом коррекции навигационного параметра, был разработан специальный стандарт RTCM SC-104 [6], учитывающий в настоящее время особенности навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.
  4. В широкодиапазонных системах дифференциальной навигации (WADGPS) используется сеть станций сбора информации (ССИ) и принципиально иной метод формирования дифференциальных поправок [1,7,8]. Этот метод получил название the state-space approach (дословно — метод коррекции параметров пространства состояния или, более содержательно, метод коррекции параметров моделей движения КА, параметров модели ионосферных задержек и смещений шкал времени навигационных спутников). В широкодиапазонных системах измерения двухчастотных навигационных приёмников, расположенных на станциях сбора информации (ССИ), собираются в единый центр, где осуществляется их совместная обработка с целью оперативного уточнения параметров моделей движения КА, смещения шкал времени спутников и составления карт вертикальных ионосферных задержек. Все перечисленные данные затем оперативно передаются тем или иным способом потребителю, который использует их для уточнения данных, извлекаемых им из сигналов навигационных спутников. Согласно [1,7,8], широкодиапазонные системы дифференциальной навигации обеспечивают точность местоопределения со среднеквадратической ошибкой ~0,5 м в области, охватываемой сетью ССИ, и смежных с ней областях. В [8] указывается на сильную корреляцию между ошибками оценки смещений шкал времени и ошибками оценки вертикальных координат приёмника. Такая корреляция возникает вследствие идентичности соответствующих частных производных, особенно для спутников с большими углами места. Стабилизация опорных частот приёмников станций сбора информации и приёмника потребителя с помощью рубидиевых генераторов позволяет лучше разделять ошибки оценки смещения шкал времени и вертикальных координат приёмника. Результаты соответствующих экспериментов демонстрируют среднеквадратические ошибки вертикальных координат меньше 0,4 м [8].

    Дополнительным, очень важным свойством широкодиапазонных систем является возможность резкого повышения целостности, по сравнению с целостностью, свойственной базовыми спутниковыми системами. В [1] обсуждаются способы повышения целостности за счёт использования возможностей, предоставляемых широкодиапазонными системами дифференциальной навигации.

    В настоящее время в мире известны только две широкодиапазонных системы дифференциальной навигации. Первая система WADGPS принадлежит фирме Satloc [7,8]. Вторая система WAAS [1] (Wide Area Augmentation System) прина длежит правительству США. Обе системы развёрнуты и эксплуатируются на территории США. В системе WADGPS фирмы Satloc потребителю сообщается карта вертикальных ионосферных задержек с шагом 2° [7]. В системе WAAS, в зависимости от класса точности, потребитель может использовать карты вертикальных ионосферных задержек разной точности. Наиболее подробные карты содержат до 929 точек прокола ионосферы (IPP — ionosphere pierce points) [1].

    В [8] приводится интересное сравнение характеристик системы WADGPS фирмы Satloc с характеристиками системы WAAS. Задержка формирования корректирующих поправок в системе фирмы Satloc составляет 4 с, а системе WAAS ~6 с. Satloc использует только 15 ССИ, расположенных только на континентальной территории США. WAAS использует избыточное число из 24-х ССИ, расположенных как на континентальной территории США, так и на Аляске и Гавайских островах. Для того, чтобы удовлетворить строгим требованиям доступности (availability), обеспечивающих высокую степень целостности, система WAAS требует два или более геостационарных спутника, излучающих дополнительные дальномерные коды. Скорость передачи корректирующей информации в системе фирмы Satloc равна 750 бит/с, а в системе WAAS — 250 бит/с. Корректирующая информация в системе фирмы Satloc квантуется с дискретом 1/16 м, а в системе WAAS — с дискретом 1/8 м.

    Согласно [7,8], функционирование широкодиапазонных систем дифференциальной навигации основано на использовании трёх основных видов программного обеспечения. Первый вид — программное обеспечение уточнения параметров орбит и смещения шкал времени спутников. Второй вид — вычисление подробных карт вертикальных ионосферных задержек. Третий вид — программное обеспечение, организующее непрерывное функционирование наземной сети дифференциальной системы в реальном масштабе времени.

    Обзор литературы [1,9] позволяет выделить статический, кинематический и динамический методы уточнения параметров орбит и смещения шкал времени спутников. В наиболее простом статическом методе решается так называемая вывернутая навигационная задача. Путём обработки измерений двухчастотных навигационных приёмников, осуществляемых одновременно из нескольких наземных пунктов с известными координатами, определяется мгновенное местоположение и смещение шкал времени спутников, находящихся в зоне видимости наземных пунктов. При этом не учитывается динамическая информация, заключающаяся в жёсткой коррелированности пространственного положения спутников в соседние моменты времени. Алгоритм статического метода уточнения параметров орбит и смещения шкал времени спутников достаточно подробно описан в [1]. В кинематическом методе дополнительно оцениваются составляющие мгновенного вектора скорости также без учёта динамической информации. В наиболее точном и совершенном динамическом методе оценивается определённый набор параметров орбиты, смещения шкал времени спутников и наземных пунктов, а также некоторых дополнительных параметров, порождающих модельные значения измерений наилучшим образом, согласующиеся с результатами реальных измерений на длительных интервалах времени. Важным достоинством динамического метода является его способность эффективно разделять оценки эфемерид и смещения шкал времени, что увеличивает целостность системы. Как отмечается в [9], если информация о движении спутника игнорируется, то раздельная оценка эфемерид и смещения шкал времени затруднительна, и точная оценка возможна только для суммы обеих компонент.

    Программное обеспечение уточнения параметров орбит и смещения шкал времени спутников в системе WAAS и дифференциальной системе фирмы Satloc использует алгоритмы из хорошо протестированного и обеспечивающего высокую точность пакета прикладных программ GIPSY/OASIS II (GOA II) [7,9]. Этот пакет использует динамический метод, имеет длительную историю развития и широко используется для высокоточного определения орбит различных КА (в том числе, спутников GPS), а также в целях высокоточной спутниковой геодезии. Разработчиком и владельцем пакета GOA II является Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) Калифорнийского технического института (California Institute of Technology). Исходный пакет GOA II состоит по большей части из фортранных программ и UNIX-сценариев, что сильно затрудняет его использование в режиме реального времени и среде, отличной от UNIX. Для преодоления этих ограничений JPL на основе пакета GOA II разработало новый пакет Real-Time Gipsy (RTG). Этот пакет предназначен для использования в системах широкодиапазонной дифференциальной навигации и прочих системах реального времени, например, в проектах NASA по определению орбит на борту КА и определению координат радиолокатора с синтезированной апертурой на самолёте в реальном масштабе времени [7]. WAAS и дифференциальная система фирмы Satloc используют для уточнения параметров орбит и смещения шкал времени спутников пакет RTG, лицензированный JPL.

    В пакете прикладных программ GIPSY/OASIS II (GOA II) [9] оцениваются координаты и составляющие вектора скорости спутников на некоторый узловой момент, смещение шкал времени спутников и наземных пунктов, тропосферные искажения и коэффициент солнечного давления. Указанные параметры оцениваются по измерениям на 30-часовых интервалах [9]. В результате точность определения траектории возрастает более чем в три раза, по сравнению с точностью орбит, параметры которых передаются в навигационных сообщениях спутников. Среднеквадратические ошибки по радиусу, поперёк и вдоль орбиты для указанного выше случая составляют соответственно 0,65, 1,37 и 1,96 м [9].

    Обработка измерений осуществляется путём фильтрации относительно опорной траектории, для построения которой используются следующие модели:

    • гравитационная модель JGM-3, учитывающая 1212 гармоник гравитационного поля Земли;
    • влияние гравитационных полей только Солнца и Луны в задаче трёх тел;
    • гравитационные искажения формы Земли (Solid Earth tide) и океанские приливы;
    • модель прямого солнечного давления.

    Для фильтрации используется Square Root Information Filter (SRIF), обладающий повышенной численной устойчиво-стью, по сравнению с non-square root implementations. В предположении отсутствия проблем вычислительной устойчивости SRIF эквивалентен Калмановскому фильтру.

    В литературе [1,7] встречается описание двух методов вычисления подробных карт вертикальных ионосферных задержек. В основе первого метода [1], называемого nonlinear static estimation (NSE), лежит вычисление оценок параметров простой модели вертикальных ионосферных задержек Клобучара, обеспечивающих наилучшее в квадратическом смысле согласование модельных данных с результатами измерений. Измерения извлекаются из двухчастотных измерений навигационных приёмников, установленных на станциях сбора информации. Итерационный алгоритм таких вычислений приведён в [1]. Второй метод использует модифицированную версию пакета программ Global Ionosphere Map (GIM), разработанного JPL [1,8]. Пакет программ GIM содержит программы на Фортране и UNIX-сценарии. Для увеличения мобильности и удобства работы в реальном масштабе времени JPL разработала на основе GIM новый пакет программ — Real Time Ionosphere (RTI), предлагаемый ею для лицензионного использования. В GIM и RTI ионосфера представляется как оболочка над Землёй в системе координат, фиксированной относительно Солнца. Ионосфера в такой системе не зависит от вращения Земли и, следовательно, не зависит от местного времени. Оболочка дискретизуется на треугольные элементы. Значение интегральной электронной концентрации (ТЕС) в вершине каждого треугольника трактуется как случайный параметр и оценивается с помощью Калмановского фильтра. Начальные ограничения задаются моделью Бента. Широкодиапазонная система дифференциальной навигации фирмы Satloc для вычисления карт вертикальных ионосферных задержек использует пакет RTI, лицензированный JPL.

    Некоторые сведения о программном обеспечении, организующем непрерывное функционирование наземной сети дифференциальной системы в реальном масштабе времени, приводятся в [3,7]. Автор данного обзора не является специалистом в данной области и поэтому обзор по программному обеспечению организации непрерывного функционирования наземной сети ограничен только ссылками.

  5. По своей структуре глобальные системы дифференциальной навигации (GDGPS) [2,3] очень схожи с широкодиапазонными системами (WADGPS). Они так же используют наземную сеть станций сбора информации и тот же метод формирования дифференциальных поправок (the state-space approach). Основное отличие заключается в том, что исключение ионо-сферных ошибок в глобальных системах дифференциальной навигации осуществляется путём использования двухчастотных измерений. По мнению авторов [3], перспективы введения гражданских кодов в диапазоне L2 как в GPS, так и в Глонасс сделают двухчастотные измерения общедоступными.

Исключение необходимости вычислять подробные карты вертикальных ионосферных задержек позволяет сильно снизить плотность станций наземной сети. По мнению авторов [3], для этих целей достаточно иметь 12 хорошо расположенных по всему миру станций сбора информации. Для реальных экспериментов авторы [3] использовали 18 из порядка 60 станций всемирной глобальной сети GPS (Global GPS Network, GGN) принадлежащей NASA, которые оборудованы двухчастотными навигационными приёмниками. В [2,3] отмечается необходимость введения избыточных станций и доведения их количества до 25–30. Введение избыточных станций позволяет увеличить точность и надёжность дифференциальной системы.

В настоящее время можно указать на существование пока что единственной в мире глобальной системы дифференциальной навигации [2,3], использующей в качестве основы станции глобальной GPS сети (GGN) NASA. Для оперативного уточнения орбит навигационных спутников в этой системе используется тот же пакет прикладных программ RTG (Real Time Gipsy), который используется для уточнения орбит в широкодиапазонных дифференциальных системах фирмы Satloc и WAAS. Для передачи измерений в центр обработки используется глобальная сеть Internet.

Результаты статических испытаний, приведенные в [2,3], демонстрируют среднеквадратические ошибки определения горизонтальных координат менее 0,1 м и менее 0,2 м для вертикальных координат.

Обзор дифференциальных систем спутниковой навигации позволяет сделать вывод о том, что принципы построения глобальных дифференциальных систем в наибольшей степени соответствуют особенностям и условиям, существующим в России. При огромной и очень неравномерно населённой территории России развёртывание плотной сети наземных станций сбора информации, необходимых для вычисления подробных карт вертикальных ионосферных задержек, будет очень дорогостоящим. В глобальных системах дифференциальной навигации ответственность за устранение ионосферных ошибок возлагается на потребителя. Для этого требуется, чтобы пользователи такой системы были снабжены двухдиапазонными навигационными приёмниками, что естественно повысит стоимость аппаратуры потребителя. Однако можно полагать, что при массовом производстве такой аппаратуры стоимость каждого её комплекта, по сравнению со стоимостью комплекта однодиапазонной аппаратуры, возрастёт незначительно. С учётом введения в ближайшем будущем гражданских модулирующих кодов в GPS и Глонасс, распространение и применение двухчастотной аппаратуры потребителя станет повсеместным.

Литература

  1. Global Positioning System: Theory and Applications. Edited by B.W. Parkinson and J.J. Spilker Jr. Published by the American Institute of Aeronautics and Astronomics Inc. 1996.
  2. Muellerschoen R.J., Bertiger W.I., Lough M., Stovers D. and Dong D. An Internet-Based Global differential GPS System, Initial Results. ION National Technical Meeting. Anaheim. CA. Jan. 2000.
  3. Muellerschoen R.J., Bar-Sever Y.E., Bertiger W.I., Stovers D.A. Decimeter Accuracy. NASA’s Global DGPS for High-precision Users. GPS World. January 2001. P. 14–20.
  4. Манин А.П., Романов Л. М. Методы и средства относительных определений в системе NAVSTAR // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. № 1. С. 33–45.
  5. Шебшаевич В.С., Григорьев М.Н., Кокина Э.Г., Мищенко И.Н., Шишман Ю.Д. Дифференциальный режим сетевой спутниковой радионавигационной системы // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. № 1. С. 5–32.
  6. RTCM PAPER 11-98/SC104-STD. RTCM RECOMMENDED STANDARTS FOR DIFFERENTIAL GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS) SERVISE. VERSION 2.2. DEVELOPED BY RTCM SPESIAL COMMITTEE NO. 104. JANUARY 15, 1998. Radio Technical commission For Marine Services. 1800 Diagonal Road. Suite 600. Alexandria. Virginia 22314-2840 U.S.A.
  7. Whitehead M.L., Penno G., Feller W.J., Messinger I., Bertiger W.I., Muellerschoen R.J., Ijima B.A., Piesinger G. A Close Look at Satloc’s Real-Time WADGPS System. GPS Solutions. 1998. Vol. 2. № 2. P. 46–63.
  8. Muellerschoen R.J., Bertiger W.I., Whitehead M.L. Flight Tests Demonstrate Sub 50 cms RMS Vertical WADGPS Positioning. Proceedings of ION GPS-99. Nashville. Tenn. September 1999. P. 199–210.
  9. Ceva J., Parkinson B., Bertiger W., Muellerschoen R., Yunck T. Incorporation of Orbital Dynamics to Improve Wide-Area Differential GPS. Proceedings of ION GPS-95. P. 647–659. The 8thInternational Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation.

 


Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как сделать успешный бизнес на ритуальных услугах
  • Выездной кейтеринг в России
  • Дифлеш рязань время работы
  • Дита чебаркуль автозапчасти режим работы
  • Дистанционный режим работы это что такое