CC BY
102
УДК 621.396.2
О.В. Бояркеева СГГА, Новосибирск
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИМИТАЦИИ НАВИГАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ
В статье проведен обзор и сравнительный анализ средств имитации навигационных полей.
O.V. Boyarkeeva
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
METHODS AND MEANS OF SIMULATION NAVIGATION FIELDS
The article provides an overview and comparative analysis of simulated navigation fields.
В околоземном пространстве существует совокупность физических навигационных полей искусственного и естественного происхождения. Находящийся в зоне действия этих полей потребитель с помощью специальной аппаратуры может определять свои координаты, параметры движения и текущий момент времени. Наиболее точно эти задачи решаются на основе применения сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS и GALILEO.
Требования конкурентной способности отечественной спутниковой навигационной системы (СНС) ГЛОНАСС, возрастающие требования к точности и надежности координатно-временных определений, доступности навигационных сигналов, заставляют проводить исследования аппаратуры пользователей и исследовать основные сегменты, обеспечивающие функционирование системы ГЛОНАСС. Это сегмент эфемеридно-временного обеспечения (ЭВО) и сегмент метрологического обеспечения ГЛОНАСС.
Из-за сложности задач координатно-временных определений, решаемых на основе спутниковых навигационных технологий, наиболее приемлемыми для исследований этих задач представляются методы имитационного моделирования. Для этих целей применяются имитаторы навигационных сигналов [1] и имитаторы измерительной информации, поступающей от навигационных спутников [2].
Существует два типа имитаторов навигационной информации: физические имитаторы навигационных сигналов и программные имитаторы. Физические имитаторы навигационных сигналов являются самыми распространенными, т.к. позволяют сформировать радионавигационный сигнал, аналогичный сигналу навигационного спутника (НС). Такие имитаторы предназначены, главным
образом, для настройки аппаратуры пользователей в процессе ее производства и для калибровки этой аппаратуры при ее эксплуатации. Такая аппаратура выпускается рядом отечественных , (КБ НАВИС, ОАО МКБ «КОМПАС») [3] и зарубежных производителей (Cast Navigation, SPIRENT, WelNavigate) [4-6]. Характеристика физических имитаторов данных производителей приведена в табл. 1 и 2.
Таблица 1 Характеристики физических имитаторов навигационных сигналов
отечественных производителей
Тип имитатора СНС Число каналов Разделение по частотам Погрешность воспроизведения, м
ИМ-2 ГЛОНАСС/GPS 12 L1/L2 0,5
СН-3802 ГЛОНАСС/GPS 4 L1/L2 -
СН-3803 ГЛОНАСС/GPS 12 L1/L2 -
Таблица 2 Характеристики физических имитаторов навигационных сигналов
зарубежных производителей
Тип имитатора СНС Число каналов Разделение по частотам Погрешность воспроизведения, м
STR 4790 raOHACC/GPS 24 L1/L2 <0,3
STR 4760 rnOHACC/GPS 32 L1/L2 0,01
GSS4750 r^OHACC/GPS 4-16 L1/L2 0,01
GSS 4860 r^OHACC/GPS 4-32 L1/L2 0,01
GSS 7700 GPS/GALILEO 4-32 L1/L2/L5 0,01
STR 4500 GPS 12 L1 0,01
GSS 6560 GPS 12 L1 0,0005
GSS 4730 GPS 4 L1/L2 0,01
GSS 4200 GPS 6 L1 0,01
GSS 4100 GPS 1 L1 -
DSR 220 GPS 16 L1/L2 -
CAST-500 GPS 12-16 L1/L2 0,01
CAST-1000 GPS 16 L1/L2 -
CAST-2000 GPS 16 L1/L2 0,0002
CAST-4000 GPS 20 L1/L2 0,0002
CAST Vip Simulator GPS 32 L1/L5 0,0001
HAGR GPS 12 L1/L2 -
Многие функции СНС описанные имитаторы воспроизводят достаточно грубо. Например, изменение радиальной дальности от НС до беззапросной измерительной станции воспроизводится как фрагмент параболической функции. В силу этого обстоятельства подавляющее большинство физических имитаторов не могут рассматриваться как средства измерений, задающие «эталонные» навигационные параметры.
Такие функции реализуются программными имитаторами измерительной информации. Данные имитаторы, как правило, воспроизводят условия формирования измерительной информации, адекватные реальным условиям.
Применяются, в основном, для отработки тех или иных фрагментов спутниковых технологий.
В настоящее время в рамках выполнения Федеральной Целевой программы «ГЛОНАСС» для целей формирования ЭВО отрабатывается беззапросная технология траекторных измерений, которая, в свою очередь, требует проведения комплекса исследований точностных характеристик измерительных каналов, определение оптимальной конфигурации сети беззапросных измерительных станций, выбора режимов проведения измерений. Такие исследования могут быть проведены методами имитационного моделирования с помощью программного имитатора измерительной информации.
Существуют программные имитаторы измерительной информации, поступающей от навигационных спутников [2], имитаторы эфемеридной информации, имитаторы нестабильностей квантовых стандартов частоты, применяемых в качестве бортовых часов [7].
В ФГУП «СНИИМ» разработан и применяется программный имитатор измерительной информации, поступающей с орбитальной группировки НС ГЛОНАСС, под названием МоёБ1в24 [2].
Программный имитатор «Modbis 24» предназначен для решения следующих системных задач:
- Для отработки методик и алгоритмов оценивания текущих навигационных параметров и параметров согласующих модулей, учитывающих действие на КА возмущений и влияние различных факторов на точность измерений;
- Для оценивания метрологических характеристик применяемых алгоритмов воспроизведения текущих навигационных параметров по результатам траекторных измерений;
- «ModBis24» методами имитационного моделирования позволяет решить задачу оптимального размещения БИС и оптимального планирования измерительного процесса, произвести калибровку применяемого программного обеспечения посредством решения контрольных примеров.
Функционально программный имитатор ModBis 24 обеспечит решение следующих задач [8]:
- Расчет движения орбитальной группировки КА ГЛОНАСС (до 25 КА) с учетом действующих на КА возмущений;
- Задание сети БИС в геоцентрической системе;
- Задание параметров вращения Земли;
- Расчет геометрических дальностей от каждого КА до каждой БИС;
- Имитацию факторов, влияющих на точность измерений;
- Оценивание характеристик погрешностей модельных исследований.
Поэтому, чтобы устранить противоречия, связанные с недостатками физических имитаторов навигационных сигналов, представляется
целесообразным дополнить функции физических ИНС элементами программного имитатора ModBis 24.
Полученный имитатор навигационных сигналов с расширенными опциями станет важным фрагментом метрологического обеспечения ЭВО ГЛОНАСС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. http://www.spirentcom.com/product_fmder/index.cfm
2. Владимиров, В.М. Имитатор измерительной информации для отработки эфемеридно-временного обеспечения космической навигационной системы ГЛОНАСС /В.М. Владимиров, А.К. Гречкосеев, А.С. Толстиков // Измерительная техника. - 2004.- №8. - С.12-14
3. http : //www. navis .ru
4. www.castnav.com
5. http : //www. welnav.com/pro ducts. htm
6. http://www.navsys.com
7. Тиссен, В.М. Математические модели нестабильности КСЧ [Текст]/ В.М. Тиссен, А.С. Толстиков // Международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП -2004.» Материалы конференции. - Новосибирск. НГТУ - 2004. - Том 3. - С. 263-269.
8. Бояркеева, О.В. Программный имитатор измерительной информации, поступающей от навигационных спутников орбитальной группировки ГЛОНАСС/О.В. Бояркеева, А.С. Толстиков // Материалы X международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения», АПЭП-2010.- Т.3. Метрология и метрологическое обеспечение. Измерительные приборы, устройства и системы.- Новосибирск, 2010.- С. 41-46.
© О.В. Бояркеева, 2011
