CC BY
34
16 декабря 2011 г. 10:25
T-Comm #9-2010______________________________________(Технологии информационного общества)
Совместное использование фазовых и кодовых измерений для повышения точности определения положения объекта двигающегося с постоянным ускорением
Представлены несколько способов совместного использования кодовых и фазовых измерений радионнави-гационных параметров сигналов ОРИ/ГЛОНАСС для повышения точности определения положения пт)-вижного объекта, движущегося с постоянным ускорением. Приводятся результаты моделирования этих методов с памощью полунатурмого моделирования.
Душистое Е.Л.,
МГТУ ГА
Введение
Кодовые измерения псевдодалыюети (ИД) от подвижного объекта (ПО) до спутника имеют точность порядка доли длительности элемента псевдослучайной последовательности (ПСІІ). В соответствии с интерфейсным контрольным документом СРНС ГЛОНАСС [1]. длительность элемента ПСИ сигнала стандартной точности (СТ) - 2 мке, а у сигнала высокой точности (ВТ) - 0.2 мкс. Фазовые измерения выполняются с точностью до доли периода радиосигнала несущей, для ГЛОНАСС. при работе в диапазоне І.бГГц (Ы), эта величина примерно равна 0.6 не. Таким образом, точность фазовых измерений приращения ИД на два порядка превосходит точность измерения по коду псевдодальности. Это позволяет при совместном использовании этих двух типов измерений повысить точность определения местоположения ПО. При этом не требуется разрешать фазовую многозначность, т.к. используются не абсолютные, а относительные измерения. Один из простейших способов, описанный в [2]. заключается в
следующем. Пусть ДФ(/,,'у ) — приращение псевдофазы за интервал времени между /1 и /у , Р(1)- псевдодальность на момент времени I. тогда оценка псевдодальности на момент времени Р(/|) будет
Я(',)=—X < ^~ Аф( '| л))' (I)
N *-і
или, если представить Р{1) в виде суммы истинного значения псевдодалыюети Р„(1) и ошибки £(/)
™ I N *«
(2)
Можно использовать модификацию этого метода для улучшения оценки псевдодальности в темпе измерений
/<(',) = 77«^-1>/< )-ЛФи,Л », (-1)
N
Л(/V) = /’С (/,) + АФ1/, ./у )- (4)
Как видно из (2), используя информацию за несколько отсчетов, возможно улучшить точность оценки
1 Л
псевдодальности, поскольку величина ) стрела и
миться к нулю, при достаточно больших N. Но данный способ не подходит в случае, когда вторая производная измеренных координат ПО в течение некоторого периода времени отлична от нуля.
Рис. 1. Ошибка определения положения для X. Y. 7 (в метрах)
На рис. I показаны результаты использования фильтра, основанного на формуле (1), при движении НО сначала с постоянной скоростью, а начиная с отсчета 1234 е постоянным ускорением. Данные были получены в результате использования приемника и имитатора спутниковых сигналов.
В приемнике использовался несколько модифицированный способ по сравнению с методом (4), а именно, jV равно 8, если модуль разности между f\ls) и Р(1У) превышает некий эмпирически выбранный порог. и jV равно 250 в противном случае.
Т-Comm #9-2010
(Технологии информационного общества)
Как видно, ошибка начинает возрастать при движении с постоянно меняющейся скоростью. В данной работе делается попытка подбора фильтра, адаптирующегося к динамическим характеристикам 110 и способного дать лучшие результаты по сравнению с ( 1 ).
Фильтрации координате использованием вторичных данных
В связи с тем. что приращение псевдофазы, как упоминалось выше, определяется с высокой точностью. Скорость МО. вычисленная на основе данных об изменении фазы несущей сигнала, принимаемого от каждого из спутников, содержит небольшую ошибку (в среднем несколько сантиметров в секунду). Это позволяет построить фильтр данных, вторичных для приемника спутниковых сигналов GPS/1'JIOHACC - координаты ПО и его скорость.
Пусть Л(/)И Г(0 - вектора координат и скорости ПО на момент времени t, тогда уточненная оценка положения ПО будет
Х%) = Хи»м)+Г{1% )*<Л-Д*(Г(/, )-! (/,,))*<//. (5) i(/v) = Â"(/v )¥k*(XOs. )-i>v ))•
•О 70
■' <ovVK sr V vT і
ex
— ' tfv
02
БО 70
80 too
ления недостатков обоих вышеуказанных методов и использования их достоинств является рассмотренный ниже алгоритм.
Улучшение оценки иссвдо/шлыюстсй с помощью
вторичных данных
Как показал анализ данных приемника, рассмотренных на рис. I. причиной ошибки при движении с постоянным ускорением является то. что математическое ожидание є(/,) из (2) не стремится к нулю при движении с постоянным ускорением, а равно некой константе С,> 0, различной для каждого спутника (точнее, она зависит от взаимного расположения спутник - приемник н того, с какой скоростью и ускорением движется НО). Таким образом, определив, что ПО. начиная с некоторого отсчета, движется с постоянным ускорением (это можно сделать, основываясь на анализе рассчитанной на данный и несколько предыдущих отсчетов скорости), можно рассчитать С\ . Далее, введя эту поправку в (2). можно улучшить оценку ПД и, как следствие, оценку местоположения ПО. Рассчитать С, можно
следующим способом. Пусть - время последнего отсчета, когда ПО еще не начал равноускоренное движение. а Р(1„)- оценка пссвдодальносМі) на этот момент. тогда
N 1-і
(7)
Далее можно использовать вычисленную С для перерасчета Р(1к), подставив С, в (4):
ЯС</,)=4т((.У-1)ЯС (/,) + />(/, )-ЛФ</,./ч ))-<Г..
N
(S)
Я(М=/<(0+ДФ('іЛ)-
Рис. 2. Ошибка определения положения для X. У, 2 (в метрах), до (а) и после фильтрации (б)
После реализации данного алгоритма в приемнике и воспроизведения условий эксперимента, результаты которого показаны на рис. 1. были получены точности определения координат приблизительно в 1.5 раза лучше, чем давал метод (4). при приблизительно одинаковой величине ОООР.
На рис. 3 представлены результаты использования нового (нижний график) и старого фильтров, для ИД. рассчитанных до одного из спутников. В отсчете под номером 1000 началось движение с постоянным ускорением.
К недостаткам данного метода стоит отнести высокую чувствительность к единичным ошибкам местооп-ределення положения ПО. Одним из способов прсодо-
123
