CC BY
166
УДК 006:629.783
А.К. Синякин, А.В. Кошелев
СГГ А, Новосибирск
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ GPS/ГЛОНАСС
Статья представляет анализы источников ошибок частоты генератора приемников для достижения высокой точности в GPS-измерения.
A.K. Siniakin, A.V. Koshelev
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo U1., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
POTENTIAL ACCURACY OF RADIO SIGNAL PARAMETERS MEASUREMENT FOR GPS/GLONASS
The paper presents analysis errors of frequency generators devices for observation to achieve higher accuracy in GPS/GLONASS-measurements.
В пассивных (беззапросных) дальномерных методах, реализованных в GPS/ГЛОНАСС, радиосигналы, их параметры (частота, фаза, временная шкала и т. д.) формируется на спутниках, а измерение этих параметров осуществляется в наземных приемниках. Измерения должны выполняться в единой для всех спутников и приемников шкале времени. В реальной действительности в информационно-измерительном навигационном комплексе действуют три временные шкалы [1]:
- Системная;
- Бортовая;
- Потребителя.
Системная шкала времени формируется в квантовом эталоном времени и частот, находящемся в наземной контрольно-измерительной станции. Бортовая шкала времени генерируется квантовыми стандартами частот (цезиевыми, рубидиевыми), расположенными на борту конкретного спутника. Шкала времени потребителя определяется частотой опорного генератора приемника
Именно в приемниках выполняется обработка сложно -структурированного радиосигнала, извлечение необходимой информации, измерение различных параметров, в том числе, измерение дальности, определение координат.
Измерение дальности на основе использования кодовых сигналов является процессом измерения временного интервала между сигналом, излучаемым спутником, и копией сигнала, сформированным в приемнике на основе корреляционной обработки сигналов.
Обобщенное выражение этого процесса описывается соотношением
S(t) = jy(t)h(t-T)cos2nftdt (1)
0
где y(t) - сигнал, излучаемый спутником;
h(t- т) - копия сигнала, сформированная в приемнике;
Л
T - интервал измерительного процесса (10- с).
Функциональная схема реализации процесса приведена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема процесса:
X - перемножитель сигналов; { - интегратор; ГКП - интегратор кодовой последовательности; ОГ - опорный генератор; ФВШ - формирователь временной шкалы; ИВИ - измеритель временных интервалов
Как следует из схемы, опорный генератор является устройством, формирующим шкалу для измерения временного интервала между началом отсчета и окончанием измерительного цикла. От параметров опорного генератора зависит точность формирования начала отсчета, точность определения временного интервала, а в последующем - точность определения координат.
В качестве опорного генератора в приемниках применяется схема кварцевого генератора в интегральном исполнении. Относительная нестабильность кварцевого генератора составляет 10-6. С учетом периода
'У
повторения кодовых сигналов 10- с. Следует ожидать, что нестабильность опорного генератора приемника составит погрешность в расстоянии 0,3 м.
При относительном методе измерений на практике в большей степени используют вторые разности фаз, т.е. разности фаз сигналов двух приемников, принимаемых одновременно от одних и тех же спутников для одной и той же эпохи.
В двойных разностях фаз, если измерения выполняются синхронно, влияние различия во временных шкалах приемников исключаются [2]
Д> =
Я} (0 - Яу - Лу (0 + Яг (О
с
где ^ - частота сигнала, излучаемого спутником;
- номер спутников;
1,2 - номера приемников;
Я} (),,Я\] (?),Я„ (?) - расстояния между j и i - спутниками и
приемниками номер 1и 2 на момент времени 1
Уравнение двойных разностей фаз (2) соответствует модели активного дальномерного метода, т.е. опорный и дистанционный сигналы должны формироваться в одном источнике (генераторе) сигналов. В условиях беззапросного (пассивного) дальномерного метода формирование дистанционного сигнала осуществляется на спутнике, а формирование опорного сигнала и процесс фазовых измерений выполняется в приемнике, т.е. измерения отнесены к шкале времени приемника, формируемой опорным генератором.
Для исключения двойственности процесса, фазу опорного сигнала, протекание сигнальных параметров следует рассматривать в шкале времени спутника, проецируя шкалу времени спутника на шкалу приемника.
По этой причине, целесообразно анализировать не только погрешности за постоянство расхождения временных шкал спутника и приемника, но и появление дополнительной фазовой ошибки, вызванной запаздыванием сигнала в аппаратуре приемника по отношению к каждому спутнику. С учетом преобразований [1] уравнение (2) может быть приведено к виду
д> =
С
Яи(і) _ Яг] — Яі]() + Яті (і)
+ (<%./«„ - іап ~ 8(Рушп + 3(Р2шп)
2 jan
(3)
где 5фап - фазовая ошибка, вызывающая запаздыванием сигнала в аппаратуре приемника (несинхронность шкал времени).
Остаточное влияние несинхронности, чаще по причине доплеровского смещения частот, корректируется в пределах 1 мкс, т.е. 1.10"6.
Вместе с тем, результаты измерения сдвига фаз (первых и двойных разностей) регистрируются в стандартных фазометрических устройствах (цифровых фазометрах). Функциональная схема цифрового фазометра приведена на рис.2.
опорный
КГ
ФИ
ФИ ФИ
1 \
1
дистанционныи
ЭК
Рис. 2. Функциональная схема цифрового фазометра:
ФИ - формирователь импульсов; КГ - кварцевый генератор; ЭК ■ электронный ключ; Сч - цифровой счетчик
Как следует из рис. 2 сдвиг фаз зависит от стабильности частоты кварцевого генератора - опорного генератора приемника.
Стабильность частоты кварцевого генератора, выполненного по интегральной схеме, определяется величиной 1.10-6. Этим и оцениваются предельные относительные погрешности приемников геодезического назначения -1.10-6 в дифференциальном режиме измерений.
Выводы:
1. При полевых исследованиях GPS/ГЛОНАСС приемников на прецизионных базисах следует эталонировать частоты опорных генераторов.
2. Для повышения точности измерений при относительном методе в качестве опорных генераторов приемников рекомендуется при возможности применять квантовые стандарты частоты
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / под ред. В.Н. Харисова, Л.И. Перова, В.А. Болдина [Текст]. - М: ИПРЖР, 1998.-C.397.
2. Синякин А.К. Физические принципы работы GPS/ГЛОНАСС^Текст] А.К. Синякин, А.В. Кошелев. - Новосибирск: СГГА, 2009. - C. 105.
© А.К. Синякин, А.В. Кошелев, 2010
