Gps глонасс что это такое: Спутниковые системы GPS, ГЛОНАСС. GLONASS в Щелкове. Мониторинг транспорта.

Содержание

Как пользоваться глонасс на смартфоне | Ростов-на-Дону ГК Система Измерений

Глобальная навигационная спутниковая система, аббревиатура которой читается как ГЛОНАСС, была окончательно запущена в работу в 2015 году и сейчас представляет собой достойную альтернативу американской Global Positioning System.

 

Соответственно, использование системы навигации вполне схоже и с GPS. Т.е. вы можете определять собственное местонахождение на карте, используя любое устройство с соответствующим датчиком. Практически в каждом современном смартфоне такой датчик есть и у многих возникает закономерный вопрос – а как пользоваться навигационной системой ГЛОНАСС на смартфоне?

Есть ли в вашем телефоне ГЛОНАСС?

Но для того, чтобы активно изучать, как пользоваться ГЛОНАСС, вам следовало бы удостовериться, что данная система присутствует на вашем мобильном. Для этого можно уточнить характеристики устройства на проверенных ресурсах или найти необходимую информацию в меню смартфона.

 

Имеется и третий вариант – установите программу для тестирования навигации на смартфоне. Как правило, большинство приложений заточены под поиск спутников и проверку тем самым навигационного модуля. Но если в числе спутников помимо GPS будут указаны еще и ГЛОНАСС, значит, устройство работает с обеими системами.

В каких смартфонах поддерживается ГЛОНАСС?

Еще совсем недавно подавляющая масса смартфонов работала только с американским GPS, однако время меняется, технологии совершенствуются и сейчас поддержку российской навигационной системы можно встретить на большом количестве девайсов, включая модели таких популярных брендов, как iPhone или Samsung.

Зачем ГЛОНАСС и GPS одновременно устанавливаются на телефоны?

 

На самом деле, никакого расточительства в таком подходе не просматривается. Просто работа двух систем вкупе позволяет более точно позиционировать устройство, что для обладателя мобильного телефона лишь очередное преимущество и исключение неприятных ситуаций с неверными маршрутами на картах.

Как пользоваться ГЛОНАСС?

 

Принцип работы с данной навигационной системой аналогичен GPS, поэтому вопроса, как пользоваться ГЛОНАСС на ПО андроид возникать не должно. Вам следует включить поддержку спутниковой системы, открыть приложение с картой и приступить к работе. В случае если необходимая программа отсутствует на телефоне, ее можно найти в магазине, поддерживаемом операционной системой смартфона или на сторонних ресурсах.

В чем разница между ГЛОНАСС и GPS?

Длительное время система геопозиционирования, созданная в США (GPS), была единственной среди доступных систем для обычных пользователей. Данной системы ранее хватало как для навигации, так и для отслеживания координат транспортных средств. В свою очередь, еще в Советском Союзе, была изобретена и внедрена собственная система определения координат – сегодня ГЛОНАСС – со сходным принципом действия, однако с достаточным количеством отличий от GPS.

Основные отличия ГЛОНАСС от GPS

К основным отличиям двух систем можно отнести следующие:

  • ГЛОНАСС более точно работает в условиях серверных регионов, так как именно там ранее базировались войска СССР и России. Система ГЛОНАСС была рассчитана для корректной и точной работы именно в данном регионе.
  • Система ГЛОНАСС не нуждается в корректирующих станциях. Точность GPS обеспечивают цепочки геостационарных станций, которые отслеживают возможные отклонения, так как спутники самой системы неподвижны. Однако у ГЛОНАСС спутники движутся относительно Земли, поэтому не нуждаются в корректировке координат.
  • Спутники системы GPS занимают 6 плоскостей по 4 аппарата, а у ГЛОНАСС – 8 аппаратов в трех плоскостях.
  • Погрешность определения координат – еще одно отличие между системами. Погрешность у ГЛОНАСС немного выше (3-6 метров), чем у GPS (2-4 метра). Однако ГЛОНАСС обладает специальной функцией снижения погрешности, которая помогает корректировать координаты вплоть до 10 сантиметров.
  • У ГЛОНАСС склонение спутника к горизонту на севере значительно меньше, поэтому при равной точности оценки временных интервалов между сигналами расчёт координат и скорости будет гораздо точнее.

Несмотря на все отличия, системы функционируют практически одинаково и построены на единых принципах работы. ГЛОНАСС менее распространена во множестве точек мира, но данная проблема сегодня активно решается возведением дополнительных наземных станций и принятием ряда технических решений. Современные устройства – навигаторы и системы спутникового мониторинга – сегодня наделены возможностью одновременно работать как с GPS, так и с ГЛОНАСС – это значительно увеличивает точность позиционирования, а также сглаживает отличия между двумя системами практически полностью. Более того, совместное использование двух систем сегодня позволяет нивелировать недостатки каждой и получить качественный результат.

Система спутникового ГЛОНАСС | GPS мониторинга

Технология спутникового ГЛОНАСС и GPS мониторинга

На данный момент спутниковая система навигации держится на двух китах – GPS (США) и GLONASS (РФ). Другими словами, Америка и Россия снабжают всея человечество ценной информацией о настоящем местоположение любого объекта нашего с вами земного шарика во всемирной системе координат. Китай и Евросоюз также стремятся стать глобальным конкурентом, но пока функционируют, как региональные системы спутниковой навигации, т.е. работают только у себя дома. Увы, спутников, чтобы «мониторить» весь Мир, у ребят не хватает. Но это пока…

Почему GPS и ГЛОНАСС правят?

Всё просто. Штаты и Россия имеют на орбите ровно столько спутников, сколько нужно для 100% покрытия земного шара. Среднее требуемое количество – 24 спутника. Таким образом вышеуказанные системы способны точно позиционировать объект в любой точке земного шара. Китай и Европа немного опаздывают, но уже на 2020 год у стран-конкурентов имеются грандиозные планы – запустить на орбиту оставшееся количество спутников для глобальной работы систем. Похоже в будущем заблудиться на этой планете нам точно не удастся!

Как начать использовать систему ГЛОНАСС / GPS мониторинга

Как уже было сказано, GPS и ГЛОНАСС мониторинг – две ведущие на данный момент технологии спутникового слежения. Ясное дело – большинство устройств для навигации и слежения работают именно с ними. Под устройствами мы имеем ввиду GPS-трекеры и мобильные приложения, с помощью которых вы отслеживаете автотранспорт и грузы, следите за работой мобильных сотрудников и так далее.

Кстати, стоит напомнить, что ваш GPS-трекер (в машине, на шее у собаки или в кармане вашего промоутера) обменивается сигналом со спутниками GPS и ГЛОНАСС, чтобы отобразить вам на мониторе все данные о местоположении, скорости, времени в пути и т.д. Ну, это просто, чтобы связать в голове эти две вещи воедино.

Таким образом, если ваше устройство поддерживает GPS и ГЛОНАСС одновременно – это здорово! В любом дремучем лесу, до куда возможно не достаёт спутник GPS – достанет ГЛОНАСС и наоборот. Вы и то, что вам важно всегда «будет на карте». GPS-мониторинг от ГдеМои об этом позаботится.

GPS И ГЛОНАСС: Этапы интеграции глазами участника событий

18 октября 1989 г., Куин-Элизабет-Холл в Лондоне, около 8:30 утра. Тогда я еще не подозревал, что два часа этого дня неизгладимо запечатлятся в моей памяти.

Я шел вверх по лестнице, к стенду своей компании Ashtech, на конференции Королевского института навигации (Royal Institute of Navigation, Великобритания). Мой хороший друг, ныне покойная Энн Битти, увидев меня, спросила: «Как дела дома» Я подумал, что это обычный вежливый вопрос, и ответил: «Спасибо, все в порядке». У нее было странное выражение лица. Она продолжала: «Ваша семья в порядке» Я повторил: «Да, спасибо, все хорошо». Потом она поняла, что я ничего не знаю о катастрофе, произошедшей в области залива Сан-Франциско, и взволнованно спросила: «Разве вы не знаете Он пришел! Большой удар, землетрясение в Сан-Франциско!»

Среди калифорнийцев ходили слухи, что когда придет Большой удар, не останется Калифорнии, и Невада окажется на берегу океана. И вот теперь Энн сказала мне, что «он» пришел! Я бросился к телефону и услышал автоматическое сообщение о том, что «все линии в вашем районе не работают». Мне понадобился целый час, чтобы разобраться, что это землетрясение не было тем «Большим ударом» и что моя семья в безопасности. Я никогда в жизни не забуду эти 60 минут. Никогда!

Так же я никогда не забуду и события следующего часа. Наш стенд посетила советская делегация из Научно-исследовательского института приборостроения (НИИП, с 1991 г. Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения — РНИИ КП, в настоящее время — ОАО «Российские космические системы»). Сначала члены делегации выразили свое сочувствие по поводу землетрясения, затем мы стали обсуждать технологию GPS и ее сходство с ГЛОНАСС. Обе системы были тогда относительно новыми, хотя спутники GPS были запущены первыми, в 1978 г., а ГЛОНАСС — чуть позже, в 1982 г. Во время нашей встречи в Лондоне на орбите находилось уже 12 спутников GPS и столько же ГЛОНАСС.

Делегация из СССР посетила стенды всех производителей пользовательского оборудования GPS в выставочном зале, а затем участники конференции собрались в кафетерии для частных бесед. За несколько часов до закрытия конференции русские вернулись на наш стенд и сказали: «Мы хотим объединить GPS и ГЛОНАСС, и выбрали для этого Вас».

Четыре месяца спустя, холодным февральским днем 1990 г., после оформления визы и проработки деталей поездки, я приехал в Москву. Тогда это был еще Советский Союз.

Я родился и вырос в Иране, и СССР был нашим северным соседом. Вспоминая глобальный политический пейзаж своего детства, я испытывал одновременно очарование и страх, когда мой самолет садился в московском аэропорту. Однако, после общения с людьми, которые меня встречали, страхи рассеялись, а очарование усилилось.

Первая официальная встреча состоялась в НИИП, отвечавшего за программу ГЛОНАСС.

Мне хочется сказать несколько слов о команде разработчиков системы ГЛОНАСС и выразить свое восхищение. По сравнению с разработчиками систем GPS и Galileo, им довелось работать в гораздо более сложных политических и финансовых условиях. Но они смогли реализовать успешный проект. Советский Союз, а позже Россия пережили огромные политические, экономические, социальные и географические революции, но команде ГЛОНАСС удалось сохранить спутниковую навигацию живой и процветающей.

Руководство Galileo в условиях большей стабильности и лучшего финансирования, безусловно, может оценить и понять значение того, что сделала команда ГЛОНАСС. Кроме того, проект Galileo выиграл в результате интеграции 27ми европейских стран, в то время как Советский Союз распался на 15 самостоятельных государств.

Несмотря на весь героический труд, разработчики ГЛОНАСС не получили достаточного международного признания. Более того, из-за специфической политической ситуации они и у себя на родине остались неизвестными. Например, я лично способствовал тому, чтобы Николай Емельянович Иванов (1927–2006), руководитель программы ГЛОНАСС в НИИП, получил признание за рубежом среди специалистов, работающих в области спутниковой навигации. В этой статье я хочу поделиться своими воспоминаниями о некоторых участниках этих событий и сохранить их имена и фотографии хотя бы в архивах журнала «Геопрофи».

На первом заседании в Москве особо подчеркивалась важность объединения GPS и ГЛОНАСС для различных приложений. Я удостоверился в глубоком желании разработчиков ГЛОНАСС в осуществлении этих намерений: они подготовили подробные схемы, таблицы и планы, особенно для высокоточных приложений.

Мы подписали протокол о сотрудничестве и договорились подробно обсудить технические данные на нашей следующей встрече, которая состоялась несколько месяцев спустя. Тогда же я познакомился со Станиславом Юлиановичем Силановицким — Стасом, в то время, ведущим научным специалистом команды Н.Е. Иванова. Позже он стал вице-президентом трех основанных мною компаний. И на протяжении 19 лет, до самой смерти, он был моим лучшим другом.

У нас было несколько встреч в Москве и одна в Париже, в штаб-квартире партнера Ashtech — компании SAGEM. У меня остались прекрасные воспоминания об этих встречах. На совещании в Париже присутствовал директор НИИП Леонид Иванович Гусев. Однажды вечером Стас позвонил мне в номер с просьбой отменить ужин в известном французском ресторане и вместо этого присоединиться к их «настоящему ужину». Видимо, Л.И. Гусев устал от французской кухни! Ужин состоялся в гостиничном номере директора, в меню были черный хлеб, колбаса, селедка и обилие русской водки.

Первое объявление о начале работ по объединению систем GPS и ГЛОНАСС было опубликовано в журнале GPS World, во втором номере (март/апрель) 1990 г. В том же году на выставке в Институте навигации (ION) мы напечатали плакат с американским и советским флагами, расположенными рядом. Мой близкий друг, полковник Гэйлорд Грин, второй директор офиса объединенной программы GPS, отказался фотографироваться на фоне этого плаката. И мы сфотографировались с обратной стороны нашего стенда.

Через несколько месяцев после парижского заседания произошли известные политические события, приведшие к распаду СССР. Жизнь в России стала чрезвычайно трудной. Я позвонил Стасу, чтобы обсудить ситуацию. Мы пришли к выводу, что у нас нет варианта, кроме как продолжать план своими силами, если мы хотим объединить GPS и ГЛОНАСС. Я приезжал в Москву еще несколько раз, и в феврале 1992 г. состоялось официальное открытие московского подразделения компании Ashtech. Это подразделение продолжает действовать в Москве, где работает 10% от первоначальной команды. Именно это подразделение в настоящее время покупает компания Trimble Navigation. Вот такой поворот событий!

В 1996 г. мы представили первый в мире приемник GPS/ГЛОНАСС, объявление о котором появилось в июльском номере журнала GPS World за 1996 г. Когда я вернулся в США, оказалось, что политическая ситуация изменилась, и поддерживать ГЛОНАСС стало не патриотично. Наиболее видные деятели GPS «дразнили» меня, что я напрасно трачу время на ГЛОНАСС. Их любимым аргументом было утверждение, что российская экономика в упадке. В августе 1998 г. в результате дефолта российский рубль рухнул более чем на 300% за неделю. Даже компания Coca Cola не смогла выплатить своим сотрудникам зарплату в России, потому что банки были закрыты. Многие западные компании покинули тогда Россию. В течение этого сложного периода я намеренно больше времени проводил в Москве, и мне удавалось выдавать зарплаты нашим сотрудникам без единого дня задержки. Кроме того, рост доллара более чем в три раза по отношению к рублю сделал наших сотрудников относительно богатыми, потому что их заработная плата была привязана к курсу доллара.

Я был уверен, что ГЛОНАСС ждет успех, потому что видел энтузиазм и самоотверженность руководства и сотрудников этой программы. Решив, что Уолл-стрит негативно посмотрит на ГЛОНАСС и связь с Россией, мои партнеры по компании Ashtech были намерены компенсировать свои инвестиции и потребовали изменить курс компании. Мои планы не совпали с их, и в 1996 г. я основал новую компанию — Javad Positioning Systems (JPS). Около 90 инженеров, бывших сотрудников Ashtech, последовали за мной в JPS.

После другого события и прекращения всяких юридических ограничений и обязательств в июне 2007 г. я основал компанию JAVAD GNSS. Почти все ключевые специалисты снова последовали за мной. Наша нынешняя команда имеет почти двадцатилетний опыт совместной работы.

В JAVAD GNSS мы подняли планку по интеграции GPS/ГЛОНАСС на более высокий уровень и сосредоточили свои усилия в двух новых направлениях. Первое — заключается в устранении проблемы межканальных смещений в FDMA-формате сигналов спутников ГЛОНАСС. Второе — состоит в поддержке инженеров, которые настаивают на введении в радиосигналы спутников ГЛОНАСС стандарта множественного доступа (CDMA), используемого в радиосигналах спутников GPS. Проблему межканальных смещений сигналов ГЛОНАСС нам удалось решить в 2009 г. и мы объявили: «Наш ГЛОНАСС так же хорош, как и GPS».

На втором фронте мы работали с руководством ФГУП «РНИИ КП» и Информационно-аналитическим центром координатно-временного и навигационного обеспечения (ИАЦ КВНО) ЦНИИмаш, чтобы продемонстрировать преимущества формата CDMA для высокоточных приложений.

Несколько лет назад Стас, по секрету, сообщил мне, что вопрос о CDMA вовсе не новый, и что он обсуждался на всех уровнях различных организаций на раннем этапе проектирования системы ГЛОНАСС. Результатом всех этих обсуждений было то, что инженеры и технические специалисты были за CDMA, а высшее руководство, главным образом под влиянием военных, поддержало FDMA. До сих пор остается загадкой, почему все-таки FDMA, хотя есть мнение, что этот формат выбирали, чтобы не повторять решения GPS, а еще потому, что не видели преимуществ CDMA. Некоторые также полагают, что формат FDMA обеспечивает лучшую защиту от помех.

Конечно, на заре становления систем никто даже не представлял, что можно будет использовать GPS или ГЛОНАСС в высокоточных приложениях, и тогда действительно не было большой разницы между CDMA и FDMA. Возможность использования фазы несущей GPS и ГЛОНАСС в высокоточных приложениях была открыта значительно позже, и преимущества формата CDMA стали актуальны, на что намекал Н.Е. Иванов еще при нашей первой с ним встрече.

После того как мы объединили GPS и ГЛОНАСС, и когда многие наши пользователи по всему миру начали сравнивать две системы, вопрос о формате CDMA снова встал на повестку дня перед руководителями программы ГЛОНАСС.

Начиная с 2007 г. состоялось несколько встреч в РНИИ КП в Москве, в ИАЦ КВНО в Королеве и в московском офисе компании JAVAD GNSS. У нас было несколько теплых встреч в моей московской квартире, согретых русской водкой и лучшим армянским коньяком, подарком С.Г. Ревнивых, заместителя генерального директора ЦНИИмаш, начальника ИАЦ КВНО. Все заседания были открытыми и откровенными, мы обсуждали и демонстрировали преимущества формата CDMA, поддерживая тем самым инженеров РНИИ КП, которые не желали высказывать свое мнение выше определенного уровня.

Также у меня были встречи с главой Роскосмоса Анатолием Николаевичем Перминовым, при поддержке и содействии которого я получил вид на жительство в России.

Я хотел бы выразить признательность Федерации космонавтики России за вручение мне медали «За заслуги» и часов как у российских космонавтов. Не пойму только, зачем мне на день рождения подарили автомат Калашникова АК47. Интересно, как его везти домой, в Америку Анатолий Евгеньевич Шилов, заместитель руководителя Роскосмоса, Вячеслав Владимирович Дворкин, начальник отделения ОАО «Российские космические системы», Сергей Георгиевич Ревнивых, Виктор Евгеньевич Косенко, первый заместитель генерального конструктора ОАО «Информационные спутниковые системы») и Сергей Николаевич Карутин, заместитель начальника отделения ОАО «Российские космические системы» — новое поколение руководителей программы ГЛОНАСС, которые поддержали идею введения стандарта CDMA в систему.

В феврале 2011 г. был запущен новый спутник «ГЛОНАСС-К», который передает экспериментальный сигнал L3 с кодовым разделением (CDMA) в дополнение к сигналам L1 и L2 с множественным доступом и частотным разделением (FDMA). Почти сразу же, через несколько часов после ввода навигационного спутника «ГЛОНАСС-К» в эксплуатацию, мы объявили, что наше оборудование отслеживает новый сигнал в частотном диапазоне L3. Подробную информацию о новом сигнале, таком же хорошем во всех аспектах, как и сигналы GPS, можно найти на нашем сайте.

Еще один важный вопрос, который встал перед командой ГЛОНАСС, — это вопрос о новой частоте. Хотя он больше политический, чем технический, но обсуждается в тесном взаимодействии.

В первое время моих частых поездок в Советский Союз КГБ, вероятно, подозревал, что я агент ЦРУ, а ЦРУ, вероятно, полагало, что я агент КГБ!Я не удивлюсь, если узнаю, что ЦРУ и КГБ отслеживали каждый мой шаг, каждое движение во время моих поездок, мероприятий и встреч. Однако спустя несколько лет меня перестали допрашивать в аэропорту Сан-Франциско по возвращении домой из России. Возможно, после пристального внимания спецслужб ко мне я заслужил доверие и дружбу обеих сторон и их уверенность в том, что ничего другого у меня и в мыслях не было, кроме как обеспечить интеграцию GPS и ГЛОНАСС. С 2007 г. я являлся неофициальным членом российских и американских делегаций на так называемых дискуссиях о совместимости GPS и ГЛОНАСС, которые также затрагивали вопрос о формате CDMA.

Некоторые из самых плодотворных и дружеских бесед между российскими и американскими делегациями происходили в моей квартире в Москве после официальных заседаний с. Кен Ходжкин из Государственного департамента США, Майк Шоу, директор Национального исполнительного комитета США по использованию космического позиционирования, навигации и синхронизации, Дэвид Тернер, директор Центра космической политики и стратегии США, Скотт Фиэрхеллер из ВВС США, и Том Станселл, консультант по GPS, — вот лишь некоторые из моих почетных гостей.

Вопрос о новой частоте для ГЛОНАСС все еще находится в процессе обсуждения, и я горжусь тем, что участвую в этой работе и поддерживаю обе стороны. Со стороны Правительства РФ наблюдается повышенное внимание и поддержка дальнейшего развития системы ГЛОНАСС. В мае 2011 г. у меня состоялся разговор с А.Е. Шиловым. В нашем разговоре он с энтузиазмом и оптимизмом отметил, что программа ГЛОНАСС будет продвигаться вперед еще быстрее.

Сигналы навигационных спутников ГЛОНАСС оказались реальным и надежным дополнением к сигналам GPS. И если бы не провал запуска трех спутников в декабре 2010 г., созвездие системы ГЛОНАСС сейчас было бы полным и работающим в глобальном масштабе. Нет сомнения, что это осуществится в ближайшее время. По оценкам С.Г. Ревнивых, в настоящее время система ГЛОНАСС покрывает 99,8% земной поверхности. На сегодняшний день надежная и быстрая кинематика в режиме реального времени (RTK) невозможна без сочетания сигналов спутников GPS и ГЛОНАСС.

Новые свидетельства успеха ГЛОНАСС поступают от давних противников этой системы, которые когда-то критиковали меня за ее поддержку. Теперь они готовы заплатить большие деньги, чтобы приобрести первую компанию, которая была основана мною в Москве, и у которой, по их мнению, не было шансов выжить. В 2011 г. мы празднуем двадцатую годовщину работы в России и продолжаем работать еще усерднее, чтобы сделать интеграцию GPS и ГЛОНАСС более эффективной. 7 мая 2010 г. от рака крови умер Стас. Ему не довелось стать свидетелем успеха наших новых приемников TRIUMPHVS. До сих пор у меня в холодильнике лежат лекарства, которые он приносил мне всякий раз, когда я простужался. Я очень скучаю по нему, а наша команда продолжает дело, которое любил Стас и которому он посвятил свою жизнь.

В заключение я хочу подвести краткий итог современного состояния систем GPS и ГЛОНАСС и очертить их будущие перспективы для пользователей. ГЛОНАСС сейчас насчитывает 24 спутника, передающих сигналы в формате FDMA в двух диапазонах частот L1 и L2. Неудачная попытка развернуть еще три спутника задержала развертывание системы до конца 2011 г. Преимуществом системы ГЛОНАСС является то, что ее сигналы L1 и L2 не зашифрованы и дают более точные данные, чем зашифрованные P1 и P2 GPS.

В плане развития системы ГЛОНАСС рассматривается добавление к сигналам всех спутников сигнала с кодовым разделением (CDMA) и исключения межканального смещения. Но на реализацию этого плана уйдет около 10 лет. В пользовательской аппаратуре, выпускаемой компанией JAVAD GNSS, уже осуществлена калибровка сигнала ГЛОНАСС с точностью до 0,2 мм. Мы сделали сигнал спутников ГЛОНАСС в формате FDMA таким же, как сигнал GPS в формате CDMA, добавив запатентованные решения и усовершенствованные алгоритмы.

В системе GPS планируется добавление сигнала третьей частоты (так называемый L5) и незашифрованный сигнал на частоте L2. Но, чтобы сделать спутники пригодными для ежедневной работы, потребуется несколько лет, а также запуск новых спутников.

В настоящее время существуют две полноценные системы, состоящие из 30 спутников GPS и 27 спутников ГЛОНАСС. Не зашифрованные сигналы ГЛОНАСС дают ему преимущество над зашифрованными сигналами GPS, с учетом наличия калибровки межканальных смещений сигналов ГЛОНАСС в формате FDMA.

В системе ГЛОНАСС планируется улучшить мониторинг спутников, повысить точность часов и параметры орбиты спутников. В любом случае, большинство этих ошибок будет отфильтровано в дифференциальных и высокоточных приложениях.

Существование двух полных и бесплатных систем, GPS и ГЛОНАСС, ставит под сомнение существование и рентабельность системы Galileo, потому что в данных условиях будет крайне сложно собирать деньги с пользователей. Кроме того, необходимость для пользователя третьей системы тоже сомнительна. Скорее всего, поводом для создания и развития системы Galileo послужил специфический интерес некоторых европейских военных организаций.

Мне очень повезло, потому что у меня была возможность работать с системой GPS с первых дней ее создания, участвовать в разработке высокоточных приложений компании Trimble Navigation. Я многим обязан Чарльзу Тримблу, который протянул мне руку помощи, когда я искал убежища в США в 1981 г. Он учил меня не только GPS, но и бизнесу. Также я многое вынес для себя из воскресных собраний доктора Брэдфорда Паркинсона, первого директора программы GPS, который был и по-прежнему является членом совета директоров компании Trimble Navigation.

После ухода из Trimble, на протяжении многих лет информация о моих инновационных разработках, созданных под марками Ashtech, JPS и JAVAD GNSS публиковалась во многих специализированных изданиях, в том числе и в журнале «Геопрофи».

В этой статье я неспроста сосредоточил свое внимание именно на системе ГЛОНАСС. Я хотел вспомнить о становлении ГЛОНАСС, ее пионерах, о которых часто забывают. А GPS — это широко известная, хорошо отлаженная система, костяк глобальной спутниковой навигации.

И последнее, позвольте добавить, что современные геодезические комплексы, разработанные компанией JAVAD GNSS, отслеживают сигналы всех существующих и находящихся в разработке глобальных навигационных спутниковых систем, а именно: GPS, ГЛОНАСС, QZSS и Galileo. Да, и Galileo тоже!

GPS/ГЛОНАСС спутниковая система навигации — Оборудование

GPS и ГЛОНАСС – эффективные спутниковые системы навигации

Спутниковые системы, навигация gps глонасс, предоставляют возможность получить точные данные обо всех видах транспорта, включая морские суда, воздушный и наземный транспорт. Полученная информация используется для решения вопросов организации труда, оказания своевременной помощи и других немаловажных задач.

Спутниковые системы, навигация GPS ГЛОНАСС, предоставляют возможность получить точные данные обо всех видах транспорта, включая морские суда, воздушный и наземный транспорт. Полученная информация используется для решения вопросов организации труда, оказания своевременной помощи и других немаловажных задач.


Виды систем навигации

Российская и американская система навигации GPS ГЛОНАСС схожа и имеет одинаковый принцип действия. Определение локации объекта совершается с помощью данных нескольких спутников, что позволяет фиксировать его параметры:

  • › местоположение;
  • › скорость;
  • › время;
  • › траекторию движения.

ГЛОНАСС

ГЛОНАСС представляет собой глобальную навигационную спутниковую систему России, различают базовый вид передачи данных и специальный защищённый для военных и силовых структур РФ. Обладает следующими преимуществами:

  1. › Точное определение локации объекта с погрешностью не более 1 метра определяется благодаря работе 24 спутников на орбите, которые не синхронизируются с вращением планеты.
  2. › Действует в программе «ЭРА-ГЛОНАСС», дающей возможность оперативно отреагировать спасательным учреждением при аварии автомобиля. Информация о происшествии направляется на горячую линию, после чего с водителем машины пробуют связаться, а при отсутствии ответа направляют службы по оказанию помощи.
  3. › Определяет горизонтальные и вертикальные координаты, скорость и время (погрешность 99,7%).

GPS и A-GPS

GPS является стандартной системой глобального позиционирования США, данные о местоположении и времени определяются через информацию, полученную от нескольких спутников. С 2001 г. используется усовершенствованная система A-GPS, обладающая рядом специфических особенностей:

  1. › Получение дополнительных данных от операторов сотовых сетей, что в разы увеличивает скорость обновление геолокации «ускоренный старт».
  2. › Быстрое распознавание и передача сигнала менее 2 сек.
  3. › Точные данные, благодаря использованию нескольких источников фиксирования координат заданного объекта.

Данная спутниковая навигация GPS ГЛОНАСС имеет свои недостатки при неустойчивом сигнале от одного из источников повышаются затраты энергии, возможны сбои и нарушение работы.


Что выбрать

Современные системы навигации совмещают в себе оба типа, но это существенно повышает стоимость устройства и незначительно, для стандартного пользователя, качество предоставляемой информации. Для работы вполне достаточного одного из видов. Выбор GPS ГЛОНАСС зависит от различных факторов:

  • › география использования определяет целесообразность применения одного из видов GPS ГЛОНАСС, так в северных широтах и на севере России удобнее использовать ГЛОНАСС, а так же в скандинавских странах;
  • › точность определения локации у A-GPS до 2-8 м., а у ГЛОНАССа до 4-8 м;
  • › эффективность работы зависит от количества спутников, необходимых для определения данных, ГЛОНАССу достаточно 6-7, а GPS 6-11 для корректной работы.

Зачем используется GPS ГЛОНАСС в автомобилях

Для компании при решении корпоративных задач спутниковая навигация GPS ГЛОНАСС необходима для увеличения контроля качества работы и оперативного реагирования при возникновении сложных ситуаций. Повышается дисциплина, водителю приходится соблюдать скоростной режим, заданную траекторию поездки и условия отдыха. При внедрении в организацию работы, спутниковый GPS ГЛОНАСС позволит избежать излишнего расхода или кражи бензина, пресечь факты использования автомобиля для личного пользования. Кроме этого, GPS ГЛОНАСС оптимизирует бизнес следующим образом:


  • › позволяет произвести удалённо блокировку электросистемы машины при возникновении нестандартных ситуаций, требующих принятия незамедлительных мер;
  • › оперативно информирует об аварийной ситуации в дороге или во время выполнения какого-либо другого официального задания;
  • › GPS ГЛОНАСС навигация способствует формированию карт изменения скорости движения;
  • › обеспечивает взаимодействие водителя транспорта и диспетчера.

Качественная аппаратура спутниковой навигации GPS ГЛОНАСС обязательная составляющая корпоративных решений по оптимизации и повышению производительности трудового процесса. Современный GPS ГЛОНАСС обеспечивает безопасность, рационализацию, контроль, оптимизирует организацию труда.

ТЕХНОЛОГИЯ ГЛОНАСС СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АВТОТРАНСПОРТА ГЛОНАСС

СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АВТОТРАНСПОРТА ГЛОНАСС

Что такое Глонасс? Ни что иное, как глобальная навигационная спутниковая система. Это советский аналог известной американской навигационной системе NAVSTAR GPS.

КАК СОЗДАВАЛАСЬ СИСТЕМА ГЛОНАСС?

Разработкой навигационной системы Глонасс занимался совет главных конструкторов Советского Союза по заказу Минобороны СССР. В октябре 1982 года на орбиту вывели первый спутник глобальной навигационной спутниковой системы. Уже через год систему официально приняли в эксплуатацию. Сейчас за развитие национального проекта «Эра-Глонасс» отвечает «Роскосмос», а также ОАО «Российские космические системы».

Согласно федеральной целевой программе «Глобальная навигационная система», принятой в 2001 году, полное покрытие территории Российской Федерации должно было произойти в 2008 году. К концу 2010 года завершилось развертывание системы Глонасс. В Екатеринбурге, как и в других городах России, можно приобрести спутниковые навигаторы Глонасс/gps.

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ GLONASS

Спутниковая система Глонасс основана на спутниковой группировке. Она состоит из 24 спутников. Спутники Глонасс осуществляют свое движение в трех различных орбитальных плоскостях. Угол наклона орбитальных плоскостей равен 64,8°, а высота нахождения спутников над поверхностью Земли составляет 19 тысяч 100 километров.

Принципы измерения двух конкурирующих систем – Глонасс и GPS – схожи между собой. В основе спутниковой системы мониторинга Глонасс лежит такая технология, как «клиент-сервер». Правда, на сегодняшний день российский Глонасс несколько уступает американской системе. Вот данные за 2010 год, опубликованные Российской системой дифференциальной коррекции и мониторинга — СДКМ. Если ошибки GPS составляют порядка 2,00 м—8,76 м (используются от 6 до 11 спутников КА), то ошибки навигационной системы Глонасс равны 4,46м —8,38 м (используются 7 или 8 спутников КА). В том случае, когда применяются обе навигационные системы, вероятность ошибочных данных сокращается до 2,37м—4,65 м (используются от 14 до 19 спутников КА). Поэтому в России пока правомерным считается применение технологии Глонасс вместе с GPS.

НАВИГАЦИОННАЯ АППАРАТУРА ГЛОНАСС/GPS

Первый спутниковый навигатор, в котором были совмещены Глонасс-GPS, выпустила компания Ashtech в 1995 году. Он представлял собой профессиональный прибор. Спутниковые навигаторы, рассчитанные на потребителя, появились на российском рынке в самом конце 2007 года. В настоящее время производством навигационной аппаратуры занимаются как российские, так и зарубежные производители. В частности НПО «Прогресс» выпускает целый ряд приборов Глонасс, среди которых инерциально-спутниковая аппаратура, аппаратура точного времени, а также аппаратура спутниковой навигации.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЛОНАСС МОНИТОРИНГА

Глонасс установка, которой может быть оборудовано любое транспортное средство, имеет целый ряд достоинств.

  • Во-первых, система мониторинга Glonass онлайн позволяет осуществлять постоянный контроль движения транспорта в автоматическом режиме, отображая на электронных картах местоположение транспорта, его соответствие маршруту и графику работы.
  • Во-вторых, Глонасс навигация характеризуется высокой скоростью доставки сообщений.
  • В-третьих, электронный навигатор Глонасс может быть использован совместно с информационными системами на различных предприятиях.
  • В-четвертых, все данные, получаемые системой, полностью конфиденциальны.
  • В-пятых, чтобы решать параллельные задачи, к электронному навигатору могут быть подключены специальные модули ПО.
  • В-шестых, навигатор Глонасс не требует от пользователей ежемесячного внесения абонентской платы.
  • В-седьмых, оборудование Глонасс отличается доступной ценой и требует минимальных затрат при постоянной эксплуатации системы.
Электронный навигатор, который представляет собой спутниковая система мониторинга транспорта Глонасс, позволяет осуществлять управление, а также контролировать передвижение транспорта. Используется система Глонасс практически во всех отраслях экономики, начиная от автопарков и заканчивая оснащением многих видов военной техники Вооруженных Сил РФ.

Навигационная система постоянно совершенствуется, и в недалеком будущем Глонасс чипы, установленные на общественный и личный автотранспорт, будут выполнять функции спутниковой охранной сигнализации, а также передавать сигналы об аварийной ситуации, в которую попало транспортное средство.

По распоряжению Правительства сначала российской навигационной системой будет оснащен весь общественный транспорт Сочи. Надо полагать, что в скором времени Глонасс в Екатеринбурге будет не менее популярен, чем GPS навигаторы.

Vantage M2 Руководство пользователя | Спутники позиционирования

Polar Vantage M2 Руководство пользователя:

Часы со встроенной системой GPS (GNSS) предоставляют данные о скорости, дистанции и высоте при занятиях на улице. После тренировки вы также можете просмотреть свой маршрут на карте при помощи приложения или онлайн-сервиса Polar Flow.

Вы можете изменить спутниковую навигационную систему, которую ваши часы используют в дополнение к GPS. Для этого нужно зайти на часах в меню: Общие настройки > Спутники позиционирования.Можно выбрать: GPS + ГЛОНАСС, GPS + Galileo или GPS + QZSS.Выбор по умолчанию — GPS + ГЛОНАСС.Эти варианты позволяют вам протестировать различные спутниковые навигационные системы и выяснить, какие из них лучше работают для конкретного региона.

ГЛОНАСС — российская глобальная спутниковая навигационная система. Это настройка по умолчанию, и в целом мы рекомендуем использовать ее, так как с точки зрения надежности и видимости спутников данная система является лучшей из трех возможных вариантов.

Galileo — глобальная навигационная спутниковая система, созданная Европейским союзом. Этот проект все еще находится на стадии доработки — ожидается, что он будет завершен к концу 2021 года.

QZSS — это четырехспутниковая региональная система синхронизации времени и спутниковая система дифференциальной коррекции, разработанная для улучшения GPS в регионах Азии и Океании, и прежде всего в Японии.

A-GPS

Чтобы быстрее установить связь со спутником, в часах используется сервис A-GPS. Данные A-GPS сообщают часам предполагаемое расположение GPS-спутников. Часы знают, где искать спутники и, следовательно, быстрее определяют ваше исходное местоположение.

Данные A-GPS обновляются раз в день. Файл с последними данными A-GPS автоматически обновляется на часах каждый раз, когда вы синхронизируйте их с онлайн-сервисом Polar Flow через программу FlowSync или приложение Polar Flow.

Дата истечения срока действия A-GPS

Файл с данными A-GPS действителен до 14 дней. Точность позиционирования относительно высока на протяжении первых трех дней и постепенно снижается на протяжении остальных дней. Регулярные обновления позволяют достичь высокого уровня точности позиционирования.

Дату истечения срока действия для текущего файла с данными A-GPS можно узнать из часов. Перейдите в раздел Настройки > Общие настройки > О ваших часах > Истечение срока действия A-GPS. Если срок действия файла с данными истек, синхронизируйте часы с онлайн-сервисом Polar Flow через программное обеспечение FlowSync для того, чтобы обновить данные A-GPS.

Как только срок действия файла с данными A-GPS истек, для получения данных о текущем расположении может потребоваться больше времени.

Для наиболее эффективной работы системы GPS рекомендуется носить часы на запястье, дисплеем вверх. Из-за расположения антенны GPS не рекомендуется носить часы дисплеем вниз. То же правило действует и при креплении устройства к рулю велосипеда: дисплей должен быть обращен вверх.

Антенны GPS ГЛОНАСС — Taoglas

Показано 1–32 из 96 результатов

  • Tycho MA310.A.LB.001 Магнитное крепление GPS/ГЛОНАСС-SMA(M) 4G LTE/Cellular-SMA(M) 3M RG-174

  • TG.08.0723 Сотовая сотовая связь GPS / ГЛОНАСС / Galileo / BeiDou Антенна с шарнирным креплением Fakra Длина 79,5 мм

  • QHA.50.A.301111 Colosseum Passive Quad Helix, покрывающий все основные диапазоны GNSS

  • MA9909 — внешняя комбинированная антенна GuardianX 9in1 с клеем GNSS и 8*5G/4G MIMO

  • MA284 Клейкое крепление Комбинация 4-в-1 GNSS, 2* LTE MIMO и низкопрофильная антенна Wi-Fi

  • MA233 — Stream Adhesive Antenna 3in1 Разработана для использования с металлическими GPS/ГЛОНАСС/Galileo, Cellular LTE, Wi-Fi

  • МА1506.AK.001 — Synergy 6-в-1, комбинированная ГНСС следующего поколения, 2*5G/4G, 3*Wi-Fi стационарная антенна с 5-метровым кабелем в оплетке

  • MA1270 Raptor III Высокоэффективная комбинированная антенна 7-в-1 в стиле акульих плавников

  • MA114.B Стационарная антенна 2-в-1 малого форм-фактора GNSS и 5G/4G

  • MA114 Стационарная антенна малого форм-фактора 2-в-1

  • HP5010A — GPS L1/L2/L5, ГЛОНАСС и BeiDou Single Feed, пакетная заплата Terrablast

  • ГВЛБ258.A – Многодиапазонная многодиапазонная антенна Accura GNSS L1/L5

  • GPSDSF.35.7.A.08 – многослойная патч-антенна GNSS SDARS, 35 мм

  • GPDF6010.A ​​— Вседиапазонная высокоточная многослойная патч-антенна GNSS

  • GPDF5012.A – Многодиапазонная высокоточная многослойная антенна GNSS 50*50*12 мм

  • GPDF254.A – Пассивная двухконтактная патч-антенна GNSS 25*25*4 мм

  • ГГСФТП.50.7.A.08 Патч GPS L1, L2 с одинарной подачей, 50 мм, Terrablast Patch

  • GGBLA.125.A – GPS L1/L2/L5/L6, ГЛОНАСС, керамическая рамочная антенна BeiDou

  • EAHP.50 — Встроенная кросс-дипольная активная многодиапазонная антенна GNSS с превосходным подавлением внеполосных сигналов

  • Colosseum X — активная многодиапазонная внешняя антенна XAHP.50 GNSS

  • Болт А.93 с высоким коэффициентом усиления GPS/ГЛОНАСС/ГАЛИЛЕО Постоянная временная антенна

    держателя
  • АСГГБ254.A – Active GNSS Surface Mount Patch 25 мм

  • ASGGB184.A — Активная накладка GNSS для поверхностного монтажа 18 мм

  • AGPSF.36C.07.0100C Активная низкопрофильная многослойная антенна GPS L1/L2, I-PEX MHF® I

  • AGGBP.SLS.35A – Активная накладка GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 35 мм с SAW/LNA/SAW, I-PEX MHF® I (U.FL)

  • AGGBP.SLS.25A — GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 25-мм активная накладка с SAW/LNA/SAW, I-PEX MHF® I (U.Флорида)

  • AGGBP.SLS.18A – Активная накладка GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 18 мм с SAW/LNA/SAW, I-PEX MHF® I (U.FL)

  • AGGBP.SL.35A – Активная накладка GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 35 мм с SAW/LNA, I-PEX MHF® I (U.FL)

  • AGGBP.SL.25A – Активная накладка GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 25 мм с SAW/LNA, I-PEX MHF® I (U.FL)

  • AGGBP.SL.18A — GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou 18-мм активная накладка с SAW/LNA, I-PEX MHF® I (U.Флорида)

  • ADFGP.50A — Встроенная активная GNSS двойная многослойная патч-антенна, I-PEX MHF® I (U.FL)

  • ADFGP.25E — Встроенная двухштырьковая активная патч-антенна GPS/ГЛОНАСС/BeiDou/Galileo, I-PEX MHF® I (U.FL)

Вариации геометрии орбиты GPS, ГЛОНАСС и Галилео, вызванные общей теорией относительности, сфокусированной на Галилее на эксцентричных орбитах

Sośnica et al. (2021) вывели теоретические эффекты изменений эксцентриситета из-за Шварцшильда, Ленсе-Тирринга и Де Ситтера.{ — 4} } \right).$$

(3)

Гораздо меньшие периодические вариации вызваны Ленсе-Тиррингом и Де Ситтером (уравнения см. в Sośnica et al. 2021). Максимальные значения \(a \cdot {\Delta}e\) для E14 и E18 равны 16,37, 0,19 и 0,11 мм по Шварцшильду, Де Ситтеру и Ленсе-Тиррингу соответственно; таким образом, они того же порядка, что и изменения большой полуоси. Однако вариации большой полуоси всегда отрицательны, тогда как вариации эксцентриситета меняют знак в апогее и перигее.Для спутников Галилео на эксцентрических орбитах изменение большой полуоси отрицательно в перигее и апогее с максимальным изменением в перигее; таким образом, размер орбиты всегда уменьшается. Изменение эксцентриситета отрицательно в перигее, что подразумевает более круглую орбиту, поскольку перигей поднимается выше, и положительно в апогее, что подразумевает более эксцентриситет орбиты, поскольку апогей также поднимается выше с точки зрения геоцентра. Таким образом, ОТО мгновенно меняет форму и размер орбиты в противоположных направлениях; однако оба эффекта в определенной степени компенсируют друг друга.

Интересно, что изменение эксцентриситета из-за ОТО не зависит от начального эксцентриситета спутника, если считать e 2 пренебрежимо малым. Периодические изменения эксцентриситетов имеют аналогичный порядок для спутников с разницей высот в перигее и апогее в несколько километров (например, GPS или Galileo на круговых орбитах), а также в десятки тысяч километров, как в случае с Galileo. Е14 и Е18.

На рисунке 4 показано, что предсказанный теоретический эффект очень хорошо реконструируется для GPS G28 для решений с β = 1 и γ = 1, тогда как Galileo E18 показывает смещение.Расхождения связаны с предположением, что все кеплеровские параметры возмущаются по отдельности, тогда как в реальных решениях ГНСС параметры сильно коррелированы, а это означает, что изменения других параметров могут поглощать некоторые возмущения одного параметра. Большая полуось коррелирует с эксцентриситетом с коэффициентом корреляции даже 0,9, тогда как корреляции между β и γ, \(a\) и \(e\) находятся между 0,2 и 0,7.

Рис. 4

Наблюдаемые изменения эксцентриситета GPS G28 (левый столбец) и Galileo E18 (эксцентрическая орбита, правый столбец) в соответствии с общей теорией относительности в зависимости от высоты.Решения верхней строки предполагают, что параметры PPN равны β = 1 и γ = 1, решения нижней строки позволяют каждому спутнику найти свои лучшие значения β и γ, т. е. β и γ оцениваются как свободные параметры. Синие точки соответствуют отклонениям орбиты каждые 15 минут, красная линия соответствует методу наименьших квадратов, тогда как зеленоватая линия представляет ожидаемый эффект PPN из приближений первого порядка

− 6,73 и − 5,74 \(\cdot \) 10 –10 согласно теоретическим значениям, решение с PPN = 1 и решение с расчетным PPN соответственно, тогда как изменение эксцентриситета в апогее составляет + 3.51, + 2,69, + 2,72 \(\cdot \) 10 –10 для решений того же порядка. Решение с оценкой PPN явно более разбросано (рис. 5). В таблице 5 сравниваются теоретические возмущения ОТО первого порядка с возмущениями, полученными из решений с различной обработкой параметров PPN. Максимальные различия в перигее и апогее достигают 20–30 % от прогнозируемого теоретического эффекта при фиксации ППН и 20–40 % при оценке ППН.

Рис. 5

Изменения эксцентриситета Galileo E18 в соответствии с общей теорией относительности в зависимости от доли суток и высоты спутника: PPN = 1 (слева) и оценка параметров PPN (справа)

Таблица 5 Изменения ось эксцентриситета из-за эффектов ОТО, суммы эффектов Шварцшильда, Ленсе-Тирринга и Де Ситтера, действующих на эксцентричную Galileo E14&E18 и круговую E30&E08.Периоды затмения удалены из статистики

Влияние на все спутники GNSS

На рис. 6 показано влияние эффектов GR на все спутники GPS, ГЛОНАСС и Galileo в виде разницы между решением без эффектов GR и решением с фиксированным β и γ до 1 (вверху) и оценка β и γ (внизу), что позволяет каждому спутнику найти оптимальную кривизну пространства-времени. Из решения с фиксированным PPN средние изменения большой полуоси хорошо соответствуют теоретическим значениям.Только E14 и E18, а также некоторые спутники GPS имеют большие отклонения из-за их эксцентриситета (рис. 1).

Рис. 6

Изменения большой полуоси для спутников GPS, ГЛОНАСС и Galileo из-за ОТО в предположении, что PPN = 1 (вверху) и параметры PPN оцениваются (внизу) на основе разности орбит каждые 15 мин. Все значения выражены в метрах. Прямоугольник простирается от квартиля Q1 до Q3 (межквартильный размах, IQR), оранжевые линии обозначают медиану, а усы простираются до 1,5 \ (\ cdot \) IQR.Пунктирные горизонтальные линии показывают среднее значение из набора. Цветная пунктирная линия обозначает теоретическое значение изменения большой полуоси из-за GR

Несмотря на разные высоты, эксцентриситеты и разные углы наклона спутников GPS, ГЛОНАСС и Galileo, среднее изменение большой полуоси колеблется вокруг значения \(-17,35 \) мм, что приблизительно равно удвоенному значению радиуса Шварцшильда, как и предсказывает теория. Точность решения сильно зависит от точности радиальной компоненты орбиты, которая ограничена моделированием альбедо Земли, инфракрасного повторного излучения и спутниковых тепловых эффектов, а также корреляциями между определенными параметрами.Среднее смещение большой полуоси по всем спутникам из решения с оценкой PPN составляет \(-17,41\pm 2,90\) мм, что дает относительную ошибку относительно ожидаемого значения 0,36%.

На рисунке 7 показаны изменения эксцентриситета орбиты из-за ОТО. Почти невозможно отличить Galileo на эксцентриситетных орбитах от других спутников GNSS на основе изменения эксцентриситета. Изменения эксцентриситета, вызванные ОТО, не зависят от начального значения эксцентриситета; таким образом, вариации для Galileo E14 и E18 не отличаются от вариаций для спутников с почти круговой орбитой.Только небольшая асимметрия ящиков с медианами, слегка смещенными в сторону положительных значений, может показать, какие спутники находятся на эксцентричных орбитах. Смещение вызвано тем, что для сравнений использовались регулярные интервалы в 15 мин, тогда как эксцентрические спутники «проводят» больше времени в области апогея, чем в перигее.

Рис. 7

Изменения эксцентриситета для спутников GPS, ГЛОНАСС и Galileo из-за ОТО в предположении, что PPN = 1 (вверху) и при оценке параметров PPN (внизу) на основе разности орбит каждые 15 мин.Определение прямоугольников такое же, как на рис. 6

Наблюдаемое среднее изменение эксцентриситета для всех спутников и решение с оценкой PPN (рис. 7) равно 3,17 \(\cdot \) 10 –17 со стандартным отклонением 7,52 \(\cdot \) 10 –11 , что очень близко к ожидаемому значению, равному нулю. Критерий χ 2 из таблицы 6 показывает, что мы можем отвергнуть гипотезу о том, что ОТО не изменяет большую полуось, тогда как мы не можем отвергнуть гипотезу о том, что изменение эксцентриситета отличается от нуля, а большая полуось отличается от значения \(-17.35\) мм, ожидаемый из теории.

Таблица 6 Статистика χ2 для предположения о среднем изменении большой полуоси a0 = 0,00 мм и a1=\(-17,35\) мм и среднем изменении эксцентриситета \(e=0\) за счет ОТО из решения с оценка параметров PPN

GPS/ГЛОНАСС Автономный модуль | ТОП-электроника

Характеристики продукта

Quectel LC79D
Модуль приемника GPS/Глонасс

Обладая одновременным приемником GNSS с несколькими созвездиями на двух диапазонах GNSS, LC79D может работать в диапазонах L1 и L5 для спутников GPS, Galileo и QZSS, в диапазоне L1 для спутников ГЛОНАСС и BeiDou, а также в диапазоне L5 для спутников IRNSS. .

По сравнению с модулями GNSS, работающими только в диапазоне L1, LC79D значительно увеличивает количество спутников, участвующих в отслеживании и позиционировании, тем самым значительно уменьшая эффект многолучевости, вызванный высокими зданиями в городских условиях, сокращая время приема сигнала и повышая точность позиционирования.

LC79D совместим с AIS-140, а его встроенные МШУ и ПАВ-фильтры обеспечивают лучшее позиционирование в зонах со слабым сигналом и других суровых условиях. Набор микросхем GNSS, использующий 28-нм технологический процесс, в сочетании с передовым решением для управления с низким энергопотреблением обеспечивает маломощное определение местоположения и определение местоположения GNSS и делает модуль идеальным решением для чувствительных к энергопотреблению систем и систем с батарейным питанием.

Благодаря своим превосходным характеристикам в улучшении дрейфа позиционирования и повышении точности позиционирования в труднопроходимых городских каньонах, LC79D стал популярным выбором для систем слежения в реальном времени, приложений для совместного использования и т.д.

Компактная конструкция, низкое энергопотребление и высокая производительность делают его идеальным для отслеживания транспортных средств, людей и активов, а также для приложений с экономикой совместного использования.

Основные преимущества

— Сверхкомпактный размер: 10,1 мм × 9,7 мм × 2,4 мм
— Мульти-GNSS-движок для GPS, ГЛОНАСС, IRNSS, BeiDou, Galileo и QZSS
— Поддержка двух диапазонов GNSS (L1, L5)
— Поддержка АГНСС
— Встроенный МШУ для лучшей чувствительности
— Поддержка интерфейсов SPI, UART и I2C
— Поддержка команды SDK, разработанной Quectel
. — Поддержка UDR (Untethered Dead Reckoning) в режиме хоста

— Продукт Quectel Wireless Solutions —

Позиционирование воздушных судов с использованием кодовых наблюдений GPS/ГЛОНАСС

Аннотация

Назначение

Цель данной статьи состоит в том, чтобы представить проблему интеграции данных глобальной системы позиционирования (GPS)/глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) для обработки определения местоположения самолета.

Дизайн/методология/подход

Координаты самолета получены на основе кодовых наблюдений GPS и ГЛОНАСС для метода одноточечного позиционирования (SPP). Численные расчеты проводились в пакете программ позиционирования самолета (APS). Математическая схема наблюдения уравнения метода SPP решалась методом наименьших квадратов при стохастической обработке.В исследовательском эксперименте использовались необработанные данные глобальной навигационной спутниковой системы от бортового приемника Topcon HiperPro.

Находки

В документе средние ошибки определения местоположения самолета от APS были менее 3 м. Кроме того, точность позиционирования самолета была лучше 6 м. Срок целостности для параметров уровня горизонтальной защиты и уровня вертикальной защиты в летных испытаниях был ниже 16 м.

Ограничения/последствия исследований

В статье представлено только применение GPS/ГЛОНАСС наблюдений в авиации, без спутниковых данных других навигационных систем.

Практические последствия

Представленный метод исследования может быть использован в авиационном комплексе польской авиации.

Социальные последствия

Бумага адресована лицам, работающим в авиации и воздушном транспорте.

Оригинальность/ценность

В статье представлен метод SPP как спутниковый метод восстановления положения самолета в авиационном испытании.

Ключевые слова

Благодарности

Авторы выражают благодарность за онлайн-сервис CSRS-PPP для численных расчетов. Эта статья была поддержана Польским университетом ВВС на 2019 год.

Цитата

Красуски, К., Цвиклак, Дж. и Гжегожевски, М. (2020), «Позиционирование самолетов с использованием кодовых наблюдений GPS / ГЛОНАСС», Авиационная техника и аэрокосмические технологии , Vol.92 № 2, стр. 163-171. https://doi.org/10.1108/AEAT-01-2019-0018

Издатель

:

Изумруд Паблишинг Лимитед

Copyright © 2019, Изумруд Паблишинг Лимитед

Преимущества комбинации GPS/ГЛОНАСС с недорогими MEMS IMU для автомобильной городской навигации

дои: 10.3390/s120405134. Epub 2012 19 апр.

Принадлежности Расширять

принадлежность

  • 1 Факультет прикладных наук, Неаполитанский университет Партенопа, Неаполь, Италия. [email protected]это
Бесплатная статья ЧВК

Элемент в буфере обмена

Антонио Ангрисано и др. Датчики (Базель). 2012.

Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

дои: 10.3390/с120405134. Epub 2012 19 апр.

принадлежность

  • 1 Факультет прикладных наук, Неаполитанский университет Партенопа, Неаполь, Италия. [email protected]

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Интеграция глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) с инерциальными навигационными системами (ИНС) очень активно исследуется в течение многих лет из-за взаимодополняющего характера этих двух систем.В частности, в течение последних нескольких лет исследовалась интеграция с микроэлектромеханическими системами (МЭМС) инерциальных измерительных блоков (ИИС). Фактически, недавние достижения в технологии MEMS сделали возможной разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков, характеризующихся малыми размерами и малым весом, что представляет собой привлекательный вариант для массовых приложений, таких как автомобильная и пешеходная навигация. Однако, несмотря на большой интерес к интеграции GPS с ИНС на основе МЭМС, было проведено мало исследований по расширению этого приложения до обновленной системы ГЛОНАСС.В этом документе рассматриваются преимущества добавления ГЛОНАСС к существующим системам GPS/INS (MEMS) с использованием стратегий слабой и тесной интеграции. Также оцениваются относительные преимущества различных ограничений. Результаты показывают, что при плохой видимости спутника (примерно 50% готовности решения) преимущества ГЛОНАСС проявляются только при использовании алгоритмов тесной интеграции. Для более благоприятных сред слабосвязанная система GPS/ГЛОНАСС/ИНС предлагает производительность, сравнимую с жестко связанной системой GPS/ИНС, но с меньшими сложностью и временем разработки.

Ключевые слова: ГЛОНАСС; GPS; фильтр Калмана; слабо связанный; псевдонаблюдения; тесно связаны.

Цифры

Фигура 1.

Слабосвязанная схема.

Фигура 2.

Сильносвязанная схема.

Рисунок 3.

Вспомогательная схема ограничения скорости/высоты.

Рис. 3.

Вспомогательная схема ограничения скорости/высоты.

Рисунок 3.

Вспомогательная схема ограничения скорости/высоты.

Рисунок 4.

Оборудование.

Рисунок 5.

Тестовая траектория (из Google Earth).

Рисунок 5.

Тестовая траектория (из Google Earth).

Рисунок 5.

Тестовая траектория (из Google Earth).

Рис. 6.

Видимость и GDOP во время…

Рисунок 6.

Видимость и GDOP во время теста.

Рисунок 6.

Видимость и GDOP во время теста.

Рис. 7.

Видимость GNSS на сегменте…

Рисунок 7.

Видимость GNSS на траектории участка 1.

Рисунок 7.

Видимость GNSS на траектории участка 1.

Рисунок 8.

Видимость GNSS на сегменте…

Рисунок 8.

Видимость GNSS на участке траектории 2.

Рисунок 8.

Видимость GNSS на участке траектории 2.

Рисунок 9.

Видимость GNSS на сегменте…

Рисунок 9.

Видимость GNSS на участке траектории 3.

Рисунок 9.

Видимость GNSS на участке траектории 3.

Рисунок 10.

Траектории, полученные со свободным…

Рисунок 10.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 1).

Рисунок 10.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 1).

Рисунок 11.

Траектории, полученные со свободным…

Рисунок 11.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 2).

Рисунок 11.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 2).

Рисунок 12.

Траектории, полученные со свободным…

Рисунок 12.

Траектории, полученные с помощью метода слабой связи (участок 3).

Рисунок 12.

Траектории, полученные с помощью метода слабой связи (участок 3).

Рисунок 13.

Траектории, полученные с помощью…

Рисунок 13.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 1).

Рисунок 13.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 1).

Рисунок 14.

Траектории, полученные с помощью…

Рисунок 14.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 2).

Рисунок 14.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 2).

Рисунок 15.

Траектории, полученные с помощью…

Рисунок 15.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 3).

Рисунок 15.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 3).

Рисунок 16.

Сравнение между LC и TC…

Рисунок 16.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения положения, скорости и ориентации…

Рисунок 16.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 1).

Рисунок 17.

Сравнение между LC и TC…

Рисунок 17.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения положения, скорости и ориентации…

Рисунок 17.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 2).

Рисунок 18.

Сравнение между LC и TC…

Рисунок 18.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения положения, скорости и ориентации…

Рисунок 18.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 3).

Все фигурки (18)

Похожие статьи

  • Тесно связанная интеграция мульти-GNSS, одночастотного RTK и MEMS-IMU для повышения производительности позиционирования.

    Ли Т, Чжан Х, Ню С, Гао З. Ли Т и др. Датчики (Базель). 2017 27 октября; 17 (11): 2462. дои: 10.3390/s17112462. Датчики (Базель). 2017. PMID: 2

  • 70 Бесплатная статья ЧВК.

  • Тесно связанная недорогая интеграция 3D RISS/GPS с использованием смешанного фильтра частиц для автомобильной навигации.

    Георгий Дж., Нурельдин А. Джорджи Дж. и др.Датчики (Базель). 2011;11(4):4244-76. дои: 10.3390/s110404244. Epub 2011 8 апр. Датчики (Базель). 2011. PMID: 22163846 Бесплатная статья ЧВК.

  • Анализ производительности тесно связанной интеграции GPS/BDS/INS на основе фазы несущей в средах с ухудшенными или запрещенными GNSS.

    Хан Х, Ван Дж, Ван Дж, Тан Х. Хан Х и др. Датчики (Базель). 2015 14 апреля; 15 (4): 8685-711.дои: 10.3390/s150408685. Датчики (Базель). 2015. PMID: 25875191 Бесплатная статья ЧВК.

  • Алгоритмы уменьшения случайных ошибок для повышения точности инерциальных датчиков МЭМС — обзор.

    Хань С., Мэн З., Омисоре О., Акинеми Т., Ян Ю. Хан С. и др. Микромашины (Базель). 2020 ноябрь 21;11(11):1021. дои: 10.3390/ми11111021. Микромашины (Базель). 2020. PMID: 33233457 Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.

  • Состояние, перспективы и тенденции развития спутниковой навигации.

    Хайн ГВ. Хайн ГВ. Спутник Навиг. 2020;1(1):22. doi: 10.1186/s43020-020-00023-x. Epub 2020 3 августа. Спутник Навиг. 2020. PMID: 34723195 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

Цитируется

14 статей
  • Дополнение GNSS недорогими MEMS IMU, OBD-II и цифровым высотомером для улучшения позиционирования в городской местности.

    Лим Дж., Ю В.Дж., Ким В., Ли Ю.Д., Ли Х.К. Лим Дж. и др. Датчики (Базель). 2018 8 ноября; 18 (11): 3830. дои: 10.3390/s18113830. Датчики (Базель). 2018. PMID: 30413086 Бесплатная статья ЧВК.

  • Калибровка ошибок узла инклинометра и горизонтальная коррекция изображения в фотоэлектрических измерительных системах.

    Kong X, Chen Q, Wang J, Gu G, Wang P, Qian W, Ren K, Miao X.Конг X и др. Датчики (Базель). 2018 16 января; 18 (1): 248. дои: 10.3390/s18010248. Датчики (Базель). 2018. PMID: 29337894 Бесплатная статья ЧВК.

  • Тесно связанная интеграция мульти-GNSS, одночастотного RTK и MEMS-IMU для повышения производительности позиционирования.

    Ли Т, Чжан Х, Ню С, Гао З. Ли Т и др. Датчики (Базель). 2017 27 октября; 17 (11): 2462. дои: 10.3390/s17112462. Датчики (Базель). 2017. PMID: 2

  • 70 Бесплатная статья ЧВК.

  • Адаптивная недорогая тесно связанная архитектура интеграции INS/GNSS, основанная на оценке ковариации шумов с избыточными измерениями.

    Ли Зи, Чжан Х, Чжоу Цюй, Че Х. Ли Зи и др. Датчики (Базель). 2017 5 сентября; 17 (9): 2032. дои: 10.3390/s170. Датчики (Базель). 2017. PMID: 28872629 Бесплатная статья ЧВК.

  • Анализ эффективности приема сигналов глобальной навигационной спутниковой системы с помощью инерциальной навигационной системы различного класса в высокодинамичных условиях.

    Чжан С, Ли С, Гао С, Линь Т, Ван Л. Чжан С и др. Датчики (Базель). 2017 28 апреля; 17 (5): 980. дои: 10.3390/s17050980. Датчики (Базель). 2017. PMID: 28452933 Бесплатная статья ЧВК.

Рекомендации

    1. Кай С., Гао Ю. Комбинированный алгоритм навигации GPS/ГЛОНАСС для использования в условиях ограниченной видимости спутников. Дж. Навиг. 2009; 62: 671–685.
    1. Онг Р., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Надежность разрешения неоднозначности с использованием GPS и ГЛОНАСС. Труды Международного технического совещания Института навигации; Сан-Диего, Калифорния, США. январь 2010 г.; стр. 591–606.
    1. Райан С., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Расширение возможностей GPS для судоходства в стесненных водных путях. В: Уйт де Хааг М., Гебре-Эгзиабхер Д., Петовелло М.Г., редакторы. ION GPS Redbook Vol. VII Интегрированные системы. Институт навигации; Манассас, Вирджиния, США: 2010. стр. 206–214.
    1. Хьюитсон С., Ван Дж. Расширенный автономный мониторинг целостности приемника (eRAIM) для интеграции GNSS/INS. Дж.Surv. англ. 2010; 136:13–22.
    1. Годха С. М. С. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2006. Оценка производительности недорогого IMU DGPS на основе MEMS, интегрированного с DGPS для приложения навигации наземных транспортных средств.

Показать все 28 ссылок

Преимущества комбинированного GPS/ГЛОНАСС с недорогими MEMS IMU для автомобильной городской навигации

Датчики (Базель).2012 г.; 12(4): 5134–5158.

Антонио Ангризано

1 Кафедра прикладных наук, Неаполитанский университет Парфенопы, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Неаполь, Италия Университет Калгари, 2500 University Drive NW, Калгари, AB T2N 1N4, Канада; Электронная почта: [email protected]

Giovanni Pugliano

3 Технологический факультет Неаполитанского университета Парфенопы, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Napoli, Италия; Электронная почта: [email protected]

1 Факультет прикладных наук, Неаполитанский университет Парфенопы, Centro Direzionale di Napoli, Isola C4, 80143 Неаполь, Италия

2 Кафедра инженерной геоматики, Инженерная школа им. Шулиха, Университет Калгари, 2500 University Drive NW, Калгари, AB T2N 1N4, Канада; Электронная почта: [email protected]

Поступила в редакцию 13 февраля 2012 г.; Пересмотрено 21 марта 2012 г.; Принято 16 апреля 2012 г.

Авторские права © 2012 принадлежат авторам; лицензиат MDPI, Базель, Швейцария.Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Интеграция глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) с инерциальными навигационными системами (ИНС) очень активно исследуется в течение многих лет из-за взаимодополняющего характера этих двух систем. В частности, в течение последних нескольких лет исследовалась интеграция с микроэлектромеханическими системами (МЭМС) инерциальных измерительных блоков (ИИС). Фактически, недавние достижения в технологии MEMS сделали возможной разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков, характеризующихся малыми размерами и малым весом, что представляет собой привлекательный вариант для массовых приложений, таких как автомобильная и пешеходная навигация.Однако, несмотря на большой интерес к интеграции GPS с ИНС на основе МЭМС, было проведено мало исследований по расширению этого приложения до обновленной системы ГЛОНАСС. В этом документе рассматриваются преимущества добавления ГЛОНАСС к существующим системам GPS/INS (MEMS) с использованием стратегий слабой и тесной интеграции. Также оцениваются относительные преимущества различных ограничений. Результаты показывают, что при плохой видимости спутника (примерно 50% готовности решения) преимущества ГЛОНАСС проявляются только при использовании алгоритмов тесной интеграции.Для более благоприятных сред слабосвязанная система GPS/ГЛОНАСС/ИНС предлагает производительность, сравнимую с жестко связанной системой GPS/ИНС, но с меньшими сложностью и временем разработки.

Ключевые слова: GPS, ГЛОНАСС, фильтр Калмана, слабосвязанные, сильносвязанные, псевдонаблюдения

1. Введение

Как известно, городская среда является критическим местом для глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). В таких условиях здания блокируют многие сигналы, что снижает доступность спутников и ухудшает геометрию наблюдения, а крайним случаем является недоступность решения.Здания также могут отражать сигналы, вызывая явление многолучевости, которое приводит к наибольшим ошибкам измерения в этих областях. Прошлые исследования по этой проблеме можно в целом классифицировать как направленные на: (а) увеличение количества спутников, как правило, за счет включения дополнительных ГНСС в существующую систему, или (б) интеграцию ГНСС с внешними датчиками, чаще всего с инерциальной навигационной системой (ИНС). ).

За некоторыми исключениями, Глобальная система позиционирования США (GPS) была основной GNSS с момента ее создания много лет назад.Российская система ГЛОНАСС использовалась в середине-конце 1990-х годов, прежде чем потерпела неудачу, которая преследовала систему до последних нескольких лет. Тем не менее, преимущества интеграции ГЛОНАСС с GPS были достаточно хорошо задокументированы, и были показаны улучшения в измерениях и доступности решений, точности и надежности позиционирования и разрешении неоднозначности [1–3]. В связи с недавним возрождением системы ГЛОНАСС ее снова рассматривают для использования во многих системах (там же).

Интеграция GNSS с INS активно исследуется в течение многих лет из-за взаимодополняющего характера этих двух систем. В сложных условиях GNSS, таких как городские каньоны и под листвой, цель INS — предоставить навигационное решение во время сбоев GPS. Кроме того, интеграция GNSS с инерциальной навигационной системой может обеспечить более надежные и надежные системы, чем любая из отдельных систем по отдельности [4]. Однако производительность ИНС во многом зависит от качества (и, следовательно, стоимости) используемых инерциальных датчиков, причем более качественные датчики дают наилучшие результаты.

С этой целью использование высокотехнологичных ИНС обычно ограничивается только высокоточными приложениями из-за их цены и размера [5,6]. Тем не менее, недавние достижения в технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС) сделали возможной разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков, характеризующихся малыми размерами и легким весом, которые представляют собой привлекательный вариант для коммерческих приложений, таких как пешеходные и автомобильные датчики. навигация. ИНС на основе МЭМС также характеризуются низкой производительностью, особенно при отсутствии данных ГНСС, поэтому их использование в составе комплексной навигационной системы в настоящее время находится на стадии изучения.В последние несколько лет несколько исследователей исследовали интеграцию систем ГНСС с ИНС на основе МЭМС [5–12]. Однако стоит отметить, что все эти исследования были сосредоточены только на GPS для обновления INS.

Интеграция комбинированной системы GPS/ГЛОНАСС с ИНС уже была протестирована несколько лет назад (например, Лехнер и др. [13]) или совсем недавно, например, Риннан и др. . [14], но с устройствами IMU высокого класса), следует идее проверить в этой работе производительность GPS/ГЛОНАСС с недорогими инерциальными датчиками.

В частности, для автомобильной навигации ограничения скорости транспортного средства, известные как неголономные ограничения, могут применяться для дальнейшего улучшения характеристик ИНС [6,15–19]. Кроме того, для улучшения характеристик также можно использовать данные о рыскании (азимуте), полученные с помощью ГНСС [11]. Наконец, если предположить, что транспортное средство движется по приблизительно ровной дороге, можно также ввести ограничение по высоте.

Основная цель этой статьи — расширить предыдущую работу, чтобы исследовать преимущества, если таковые имеются, от добавления ГЛОНАСС к системам GPS/INS (MEMS), особенно для автомобильных навигационных приложений.В рамках этого документа оценивается производительность алгоритмов слабой и тесной интеграции ( т.е. ., интеграция на уровне положения и уровне измерения, соответственно). В частности, поскольку слабая связь не может обеспечивать обновления в периоды недостаточной видимости спутника [5], что приводит к снижению производительности по сравнению со случаем тесной интеграции, рассматривается роль добавления данных ГЛОНАСС в различные архитектуры (интересное применение GNSS/INS). интегрирование со слабосвязанной стратегией выполнено в [20]).Аналогичным образом роль неголономных ограничений, а также вспомогательной информации, полученной из данных о курсе, полученных с помощью GNSS, и ограничений по высоте, также необходимо переоценить с учетом повышения доступности измерений GNSS.

Имея это в виду, основной вклад статьи заключается в следующем: во-первых, путем добавления ГЛОНАСС к существующим системам GPS/INS оценивается роль улучшенной доступности спутников для точности системы в городских условиях. Во-вторых, оценивается относительная производительность алгоритмов свободной и жесткой интеграции с ГЛОНАСС и без нее.При этом показано, что в некоторых случаях подход со слабой интеграцией с ГЛОНАСС может дать такие же характеристики, как и случай только с GPS с тесной интеграцией. Эта информация полезна для проектировщиков систем, поскольку алгоритмы слабой интеграции, как правило, легче реализовать, чем их аналоги с жесткой интеграцией. В-третьих, в присутствии ГЛОНАСС также оцениваются преимущества неголономных ограничений, помощи при рыскании, полученных с помощью GNSS, и ограничений по высоте, чтобы оценить их преимущества по сравнению со случаем, когда используется только GPS.Наконец, стоит отметить, что, хотя основное внимание уделяется роли ГЛОНАСС по эксплуатационным причинам, представленные результаты должны также применяться к другим будущим ГНСС, таким как Galileo и/или Compass.

Остальная часть документа организована следующим образом: во-первых, краткий обзор релевантных теорий в контексте этого документа с акцентом на различные алгоритмы интеграции (слабая связь по сравнению с сильной связью ) и доступная вспомогательная информация (ГНСС- производный заголовок и неголономные ограничения).Во-вторых, описываются тесты, используемые для оценки эффективности различных стратегий интеграции. Затем результаты представляются и анализируются, после чего делается краткое изложение основных выводов.

2. Обзор систем

В этом разделе дается краткий обзор GPS и ГЛОНАСС, а также инерциальных датчиков, используемых в конечной интегрированной системе.

2.1. GPS/ГЛОНАСС

GPS и ГЛОНАСС являются основными используемыми сегодня системами GNSS и во многом схожи, но имеют некоторые существенные отличия.Обе системы способны обеспечить различное количество воздушных, морских и любых других пользователей всепогодным трехмерным позиционированием, скоростью и временем в любой точке мира или околоземного пространства. Обе навигационные системы основаны на концепции «односторонней дальности», при которой неизвестная позиция пользователя получается путем измерения времени прохождения сигналов, транслируемых спутниками, в известных позициях и эпохах [21].

Основное различие между двумя системами заключается в том, что GPS и ГЛОНАСС работают с разными временными привязками и с разными системами координат [22,23].В частности, время GPS связано с UTC (USNO), универсальным скоординированным временем (UTC), установленным в Военно-морской обсерватории США. Напротив, время ГЛОНАСС связано с UTC (SU), UTC, поддерживаемым Россией. Смещение между двумя эталонами времени можно откалибровать, но эта информация еще не включена в навигационные сообщения, передаваемые спутниками. Это приводит к увеличению числа неизвестных, подлежащих оценке, с 4 до 5; три координаты положения пользователя и смещения часов приемника относительно двух шкал системного времени (одно смещение может быть заменено межсистемным смещением времени).Эта проблема в конечном итоге будет решена с помощью спутников ГЛОНАСС нового поколения (, т.е. , ГЛОНАСС-М), которые планируется транслировать смещение между двумя шкалами времени. Кроме того, разность данных GPS и ГЛОНАСС не требует дополнительного состояния, так как WGS84 и PZ90 известны и фиксированы и связаны вполне определенным математическим преобразованием (подробнее см. в [24]). Другие различия связаны с природой сигнала, а именно с различной шириной полосы сигнала и схемами множественного доступа, которые не относятся к данной статье.

2.2. Недорогие инерциальные датчики

Большой прогресс в МЭМС сделал возможной разработку нового поколения недорогих инерциальных датчиков. Инерциальные измерительные блоки MEMS (IMU), то есть собственно датчик в сборе, характеризуются небольшими размерами, малым весом, низкой стоимостью и низким энергопотреблением по сравнению с инерциальными датчиками более высокого уровня. Эти функции делают МЭМС-датчики привлекательным вариантом для таких приложений, как автомобильная навигация. Однако МЭМС-датчики также характеризуются худшими характеристиками, поэтому их нельзя использовать в автономном режиме в течение длительного времени, хотя они хорошо подходят для интегрированных навигационных систем (обычно в сочетании с системами GPS), где внешние измерения могут ограничить рост их погрешности.IMU обычно состоит из триады акселерометров и гироскопов, уравнение измерения которых может быть выражено как:

f=f∼+ba+f⋅Sa+ηaω=ω∼+bg+ω⋅Sg+ηg

(1)

, где f и – фактическая и измеренная удельная сила,

  • ω и ω фактическая и измеренная угловая скорость,

  • б а и б г датчик уклоны акселерометром и гироскопом соответственно,

  • S и S G Коэффициенты шкалы датчиков акселерометра и гироса соответственно,

  • η A и η G и η G и η G и η G и η G .

Более подробные уравнения измерения можно найти в [25], включая дополнительные термины, такие как коэффициенты нелинейного масштабирования и коэффициенты поперечной связи. Они здесь не рассматриваются, поскольку их оценка нецелесообразна, учитывая количество и качество данных GNSS, используемых в этом исследовании.

Смещение датчика определяется как среднее значение выходного сигнала, полученного в течение определенного периода при фиксированных рабочих условиях, когда входной сигнал равен нулю. Смещение обычно состоит из двух частей: детерминированной части, называемой смещением смещения или смещением включения, и стохастической части, называемой дрейфом смещения или смещением во время выполнения.Смещение при включении, по сути, представляет собой смещение в измерении и является постоянным в течение одной миссии; он имеет детерминированную природу и поэтому может быть определен с помощью процедуры калибровки (или также может быть смоделирован статистически как случайный постоянный процесс). Дрейф смещения — это изменение датчика во времени; дрейф смещения имеет случайный характер и поэтому должен моделироваться как стохастический процесс. Ошибка масштабного коэффициента представляет собой отношение изменения выходного сигнала датчика к изменению измеряемой физической величины.В идеальных условиях масштабный коэффициент должен быть равен единице. Эта ошибка имеет детерминированную природу, но обычно моделируется как случайный процесс. Ошибки инерциального датчика могут быть выражены в терминах случайного блуждания по углу (ARW) и случайного блуждания по скорости (VRW). Параметр ARW описывает среднее отклонение или ошибку, возникающую при интегрировании шума в выходной сигнал гироскопа. Точно так же определение параметра VRW основано на той же концепции для акселерометров.

Типовые характеристики датчика MEMS приведены в таблице , где для сравнения также приведены характеристики навигационного и тактического IMU.Поскольку смещения гироскопа ухудшают положение в зависимости от куба времени [26], из таблицы очевидно, что датчики на основе МЭМС будут давать очень плохие навигационные результаты за короткое время, если они не интегрированы с другими системами (обычно GNSS) для ограничения ошибок. Отсюда видно, что смещение при включении МЭМС-гироскопа составляет около 5400 град/ч, в то время как у датчиков навигационного и тактического класса оно значительно меньше. Кроме того, смещение во время движения может составлять 1040 град/ч в датчиках MEMS, тогда как для тактического гироскопа оно составляет около 1 град/ч.Эти параметры обеспечивают хорошую оценку производительности МЭМС по сравнению с датчиками более высокого класса.

Таблица 1.

Сводка характеристик IMU для различных типов датчиков (из [6,27]).

навигации Tactical МЭМС Акселерометры
Параметр Марка IMU

В-Run Bias (мг) 0.025 1 2,5
ВКЛЮЧЕНИЕ смещения (мг) 30
Коэффициент масштабирования (PPM) 100 300 10000
VRW (г/√Гц) 2.16e-06 370e-06

гироскопов
В-Run Bias (° / ч) 0,0022 1 <+1040
ВКЛЮЧЕНИЕ Уклон (° / ч) 5,400
Масштабная коэффициент (PPM) 5 150 10 000
AR (°/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/h/°92 7,5 226,8
Прибл. Стоимость >90,000$ >20,000$ <2,000$

С этой целью в данной работе измерения GNSS обрабатываются в одноточечном режиме, поэтому не применяются дифференциальные поправки и не требуется развертывание опорной станции.Используются только наблюдаемые псевдодальности и Доплера (фазовая скорость).

Чтобы учесть тот факт, что спутниковые измерения при малых углах места, как правило, более зашумлены [28], измерения взвешиваются как синус угла места спутника, как предложено в [19,27]. Чтобы учесть также различную точность, связанную с наблюдаемыми псевдодальностями и доплеровскими, вес (обратный дисперсии), связанный с общим измерением, выражается как:

где σm2 — либо дисперсия псевдодальности σPR2 или дисперсия скорости псевдодальности σPRточка2.

Решение GNSS получается с использованием метода WLS (взвешенных наименьших квадратов), уравнение которого:

Δx_=(HTWH)−1HTWΔρ_

(3)

, где Δ ρ — вектор невязки измерения,

  • H — геометрическая (расчетная) матрица,

  • Δ x — неизвестный вектор поправок к оценкам текущего состояния,

  • W 905 весовая матрица которых w ii взяты из уравнения (2).

Состояния: ошибки положения, скорости и часов. Если рассматривается одна система GNSS (например, только GPS или ГЛОНАСС), ошибка часов моделируется двумя состояниями: смещением и дрейфом. Если объединяются две GNSS (например, в случае GPS/ГЛОНАСС), необходимо включить дополнительное состояние, представляющее межсистемное смещение времени.

3.1. Интеграция GNSS/INS

Интеграция GNSS/INS очень распространена, поскольку эти системы дополняют друг друга во многих аспектах. В частности, ИНС более точна в краткосрочной перспективе, она может предоставлять данные с очень высокой скоростью, а также может предоставлять информацию об отношении.С другой стороны, GNSS более точна в долгосрочной перспективе, и ошибка практически не зависит от времени. В следующих разделах описываются два наиболее распространенных подхода к интеграции GNSS и инерциальных данных, а именно слабая и тесная связь.

3.1.1. Слабосвязанный подход

Стратегия слабой связи (LC) также называется «децентрализованной» и включает фильтр Калмана (KF) для объединения параметров INS и GNSS. Другой оценщик KF или LS используется для вычисления навигационного решения GNSS.Схема LC показана на . Хотя подход LC относительно прост в реализации, основным недостатком подхода LC является то, что при недостаточном количестве спутников для расчета автономного решения GNSS инерциальная система не обновляется. В конечном итоге это приводит к более высоким ошибкам позиционирования [27] по сравнению с подходом с сильной связью (подробности ниже).

Для вычисления привязки GNSS здесь предпочтительнее использовать оценщик LS, чтобы упростить прямое сравнение LC/TC. В частности, при использовании метода наименьших квадратов для LC результаты будут такими же, как и в случае TC, если доступно достаточное количество спутников для вычисления решения.

Инерционное решение получается путем применения уравнений механизации для бесплатформенной конфигурации к ускорениям и угловым скоростям от IMU. Для этой работы механизация ИНС реализована в локальной структуре Восток-Север-Вверх (ENU). Детали уравнений механизации широко доступны в литературе (например, [26]) и поэтому здесь исключены.

Разность между INS и взвешенным методом наименьших квадратов (WLS) положение и скорость GNSS используются в качестве входных измерений для KF.Ковариационная матрица WLS используется в качестве ковариационной матрицы измерений R для KF:

R=cov(Δx_)=(HTWH)−1

(4)

Вышеприведенное подразумевает, что только подматрицы, соответствующие состояниям, используемым в обновлении, извлекаются из ковариационной матрицы WLS (подробности следуйте в ближайшее время).

Вектор состояния комбинированного GNSS/INS KF в LC архитектуре:

? X _ = [δP_nδv_nɛ_nδb_aδb_gδS_aδS_g] T

(5)

с & Dgr; P п положения вектора ошибки, вектор ошибки & Dgr; v л скорости, ε п отношения вектор ошибки, δb в вектор ошибки смещения акселерометра, δb g вектор ошибки смещения гироскопа, δS a вектор масштабного коэффициента акселерометра и δS g масштабный коэффициент гироскопа.Ошибки часов приемника GNSS не включены, потому что они легко отделяются от других состояний после решения WLS.

Модель ошибки ИНС (для положения, скорости и положения) типична для того, что широко доступно в литературе (например, [26]). Векторы ошибок смещения δb a , δb g моделируются как процессы Гаусса-Маркова 1-го порядка и включают в себя сумму смещений при запуске и включении [19]. Векторы масштабных коэффициентов δS a , δS g также моделируются как процессы Гаусса-Маркова 1-го порядка (там же.). IMU на основе MEMS, используемый в этой работе, представляет собой IMU Crista, спектральная плотность случайного шума которого и параметры Гаусса-Маркова (GM) показаны на рис.

Таблица 2.

Crista IMU Спектральная плотность случайного шума и параметры Гаусса-Маркова.

Акселерометры Гироскопы

смещения ГМ Параметры Масштабный коэффициент ГМ Параметры Шум смещения ГМ Параметры Масштабный коэффициент ГМ Параметры Шум
σ ( м / сек 2 ) τ ( с ) σ ( ЦБК ) τ ( с ) г / Гц σ (град / с ) τ ( с ) σ ( ЦБК ) τ ( с ) (град/с)/Гц
0.0077 270 10000 18000 300e-6 192 350 10000 18000 220
3.1.2. Подход с сильной связью

Стратегия с сильной связью (TC) также называется «централизованной», поскольку существует только один центральный KF, обрабатывающий как наблюдения GNSS, так и данные INS. Схема ТК показана на . Хотя этот подход является более сложным, он обычно обеспечивает лучшую производительность, поскольку обновления могут выполняться независимо от того, сколько спутников отслеживается.

В отличие от случая LC, разница между измеренной и предсказанной ИНС псевдодальностью и доплеровскими наблюдаемыми используется в качестве входных измерений для KF. Соответствующая ковариационная матрица измерений определяется с учетом точности, присущей измерениям GNSS, и точности, зависящей от высоты, как и в случае LC (см. уравнение (2)).

Вектор состояния TC KF имеет те же 21 состояние, что и для случая LC (см. уравнение (5)), но также дополнен смещением и дрейфом часов приемника GPS.Если включаются измерения ГЛОНАСС, необходимо также учитывать межсистемный временной сдвиг GPS-ГЛОНАСС, и в этой работе он моделируется как случайная константа.

И слабая, и узкая стратегии здесь реализованы в конфигурации с замкнутым контуром, что означает, что состояния ошибок навигации, смещения и коэффициента масштабирования, выдаваемые KF, используются для корректировки входных данных INS. Конфигурация с замкнутым контуром необходима, когда ИНС с низкими характеристиками используется для уменьшения роста инерционной ошибки [6], что, в свою очередь, удовлетворяет допущениям о малом угле, используемым для вывода уравнений ошибки ИНС.

3.2. Вспомогательные методы

В этом разделе кратко рассматриваются детали использования курса, полученного с помощью GNSS, а также псевдонаблюдения за скоростью и высотой транспортного средства, чтобы помочь улучшить общее решение.

3.2.1.

Вспомогательная информация о курсе, полученная с помощью GNSS Для улучшения оценки курса можно использовать вспомогательную информацию, полученную с помощью GNSS. Для включения измерений курса в модель измерений фильтра GNSS/INS требуется уравнение, связывающее ошибки курса с состояниями ошибок системы [5].bn(2,2))

(6)

, где шапки вверху означают, что количества оцениваются.

Соотношение между оценочной и фактической матрицей поворота от тела к кадру ENU:

с E n = [ ε E ε N ε U ] T ε U ] T

С учетом этого уравнение (6) принимает вид:

ψ^=arctan(R^bn(1,2)R^bn(2,2))=arctan(Rbn(1,2)+ɛURbn(2,2)−ɛNRbn(3,2)−ɛURbn( 1,2)+Rbn(2,2)+ɛERbn(3,2))

Вычисляя дифференциал предыдущего уравнения, уравнение ошибки курса получается как:

δψ=∂ψ∂ɛEδɛE+∂ψ∂ɛNδɛN+∂ψ∂ɛUδɛU

(7)

с:

∂Ψ^∂ɛE= R^bn(1,2)Rbn(3,2)[R^bn(2,2)]2+[R^bn(1,2)]2≈R^bn( 1,2)R^bn(3,2)[R^bn(2,2)]2+[R^bn(1,2)]2∂Ψ^∂ɛN= R^bn(2,2)Rbn (3,2)[R^bn(2,2)]2+[R^bn(1,2)]2≈R^bn(2,2)R^bn(3,2)[R^bn( 2,2)]2+[R^bn(1,2)]2∂Ψ^∂ɛU= R^bn(1,2)Rbn(1,2)+R^bn(2,2)Rbn(2 ,2)[R^bn(2,2)]2+[R^bn(1,2)]2≈1

В уравнении (7) измерение:

δψ=[ψINS−ψGNSS]=[ψINS−arctan(VEVN)]

(8)

где ψ INS – азимут, оцененный в фильтре GNSS/INS, 907 6 6GNSS – 907 6 90SS 90 азимут, полученный с помощью GNSS, в зависимости от компонентов скорости на востоке и севере, точность которого выражается как:

где В HGNSS — горизонтальная скорость (оцененная по GNSS) и σVHGNSS2 — связанная дисперсия.

Уравнение внешнего курса может быть встроено в модель измерений GNSS/INS KF и используется, когда горизонтальная скорость транспортного средства достаточно высока. Для этой работы это измерение используется только тогда, когда скорость транспортного средства превышает 5 м/с, так как это дало разумные результаты. Другие пороги не исследовались, и это оставлено на будущее.

3.2.2. Неголономные ограничения и псевдоизмерения высоты

В автомобильной навигации одним из возможных подходов к уменьшению накопления ошибок ИНС является применение ограничений, основанных на движении транспортного средства.Другими словами, можно сгенерировать уравнения ограничений, отражающие поведение транспортного средства во время навигации [15–17].

В контексте данного документа предполагается, что транспортное средство не скользит вбок или не прыгает/подпрыгивает, так что движение происходит в основном в продольном направлении транспортного средства. Приведенные выше предположения составляют так называемые неголономные ограничения и математически описываются как:

где vxb и vzb – компоненты скорости в поперечном и вертикальном направлениях тела (автомобиля) соответственно, а η x и η z – (фиктивные) шумы измерений, обозначающие возможные расхождения в сделанных выше предположениях.Последние необходимы, поскольку возможны небольшие перемещения в боковом и вертикальном направлениях.

Уравнение (10) можно использовать во время перебоев в работе GNSS, чтобы облегчить навигацию INS, используя следующее уравнение:

δV_b=RnbδV_n+RnbV_n×ɛ_n

(11)

, который показывает, как скорость, помогающая каркасу тела, δv b , может улучшить оценку скорости и пространственного положения.

Второе уравнение ограничения может быть получено с учетом того факта, что высота существенно не изменяется при наземной навигации в течение коротких периодов времени.Следовательно, при отключении ГНСС высоту можно считать постоянной и равной эталонному значению h ref , вычисленному непосредственно перед отключением в условиях хорошей видимости [19]. Математически это записывается так:

Хотя это может показаться эквивалентным второму уравнению в уравнении (10), между ними есть небольшая разница. В частности, уравнение (10) относится к системе координат тела, тогда как псевдонаблюдение за высотой применяется в системе координат локального уровня. Поскольку возможно, что каркас кузова наклонен относительно истинной вертикали (т.г., если автомобиль наклонен из-за неравномерного распределения веса), эти два ограничения, строго говоря, не эквивалентны.

Как неголономные ограничения, так и псевдоизмерения высоты могут использоваться в качестве моделей измерения дополнительного фильтра Калмана во время перебоев в работе GNSS, как показано на рис. Таким образом, неголономные ограничения и ограничения по высоте называются здесь соответственно псевдоизмерениями скорости и высоты. Наконец, хотя это и не показано на , их также можно применять при наличии обновлений GNSS.

Вспомогательная схема ограничения скорости/высоты.

4. Описание испытаний и оборудование

Эксперимент по сбору данных был проведен в автомобиле в центре города Калгари, Канада, 22 июля 2010 г., около 14:00 по местному времени. Центр города Калгари представляет собой типичный городской сценарий, характеризующийся небоскребами, поэтому это сложная среда для спутниковой навигации из-за проблем с блокировкой и многолучевым распространением. Общая продолжительность теста около 23 мин; скорость автомобиля варьировалась от 0 до 50 км/ч с частыми остановками из-за светофоров, а общее пройденное расстояние составило около 10 км.

Испытательное оборудование состоит из спутникового приемника и MEMS IMU (технические характеристики которого приведены в ) для проведения эксперимента и более точных устройств в качестве эталона. В частности, для тестирования различных конфигураций используются приемник NovAtel Receiver ProPak V3, способный принимать спутниковые сигналы GPS и ГЛОНАСС, и Crista IMU от Cloud Cap Technology. Признано, что использование высококачественного приемника несовместимо с идеей недорогой системы. Однако недорогого приемника GPS/ГЛОНАСС для тестирования не оказалось.Тем не менее, ожидается, что различия между использованием только GPS и GPS и ГЛОНАСС в значительной степени не зависят от приемника.

Эталонное решение получено с использованием NovAtel SPAN (Synchronized Position Attitude Navigation), интегрированной системы, состоящей из приемника NovAtel OEM4 и IMU тактического класса HG1700. Данные SPAN обрабатываются программным обеспечением NovAtel Inertial Explorer с использованием фазовых и доплеровских измерений в режиме двойной разности. Базовое расстояние (относительно базовой станции, расположенной в кампусе Университета Калгари) варьировалось в пределах 6–7 км.Точность эталонного решения в этих условиях представлена ​​в . Все оборудование было размещено на крыше автомобиля, как показано на рисунке, а полный тест траектории показан на рисунке .

Тестовая траектория (из Google Earth).

Таблица 3.

Точность эталонного решения.

+
Информация Точность
Позиция дм уровня
Скорость см / с уровня
Отношение <1 град

Для облегчения анализа данных три сегмента траектории, представляющие различные оперативные сценарии, рассматриваются и изучаются отдельно.Видимость и поведение GDOP показаны на , где также выделены сегменты. Параметр GDOP представляет собой геометрический фактор, представляющий увеличение стандартного отклонения ошибок измерения на решение [21].

Видимость и GDOP во время теста.

Основные характеристики покрытия GNSS на всех сегментах приведены в таблице с точки зрения доступности решения и максимальной продолжительности простоя. Это ясно показывает преимущества включения наблюдений ГЛОНАСС в этот сценарий.

Таблица 4.

Доступность GNSS и длительность простоя.

90 807 +
Сегмент GNSS Созвездие Решение Наличие Серия Решение перелива
1 GPS 73% 60 сек
GPS / ГЛОНАСС 81% 30 с
2 GPS 53% 60 с
GPS / ГЛОНАСС 55% 60 лет
3 GPS 81% 10 с
GPS/ГЛОНАСС 86% 8 с

Участок 1 можно рассматривать как стоянку в полурабочих условиях и спутник начал на стоянке. открытое небо (4–10 видимых спутников GPS).Вторая часть сегмента 1 находилась в требовательном городском каньоне с плохим спутниковым покрытием (0–6 доступных спутников GPS). Видимость спутника в случаях только GPS и GPS/ГЛОНАСС показана на . В случае использования только GPS очевидны частые частичные и полные отключения, особенно в восточном конце длинной восточно-западной части траектории и вдоль северно-южной части траектории (расположенной недалеко от центра города Калгари). Самый длинный период GPS, в течение которого автономное решение GPS недоступно (далее именуемый «сбой»), составляет около 60 с и выделен пунктирным кружком в верхней части .В случае с GPS/ГЛОНАСС этот период все еще в значительной степени присутствует, но сокращается за счет комбинированной фиксации GPS/ГЛОНАСС, как показано в нижней части .

Видимость GNSS на участке траектории 1.

Сегмент 2 представляет собой очень сложный сценарий. Количество видимых спутников GPS на траектории представлено (вверху), показывая два длительных частичных/полных отключения GPS (около 60 с) на двух участках восток/запад. Эти две части траектории соединяются поворотом в самой западной части центра города с достаточной видимостью для непрерывной фиксации GPS.Включение ГЛОНАСС (внизу) существенно не улучшает спутниковое покрытие на этом участке, что также показано на рис.

Видимость GNSS на участке траектории 2.

Сегмент 3 представляет собой более благоприятный сценарий, в котором количество спутников GPS, видимых на траектории, представлено (вверху). После некоторых коротких частичных отключений GPS (длительностью несколько секунд) в начале сегмента видимость спутника позволяет практически непрерывно определять местоположение GPS.На траектории было встречено всего два коротких сбоя. Включение ГЛОНАСС (внизу) еще больше увеличивает количество доступных спутников, сокращая продолжительность простоев и повышая доступность решения ().

Видимость GNSS на участке траектории 3.

5. Результаты и анализ

Как упоминалось ранее, основной целью этой работы было сравнение характеристик GPS и GPS/ГЛОНАСС, интегрированных с недорогой ИНС, с особым акцентом на оценку преимуществ включения ГЛОНАСС.Стратегии слабой и тесной интеграции тестируются, чтобы определить, играет ли тип интеграции значительную роль. Псевдоизмерения, основанные на предположениях о типичном поведении транспортного средства, включены в обе архитектуры интеграции для оценки эффективности в этом контексте, как и полученные с помощью GNSS наблюдения за рысканьем.

С этой целью рассматриваются несколько конфигураций обработки. Базовая конфигурация в случаях свободной и тесной интеграции основана только на GPS и соответственно обозначается как «LC GPS/INS» и «TC GPS/INS».Аналогично включение ГЛОНАСС обозначается как «LC GG/INS» и «TC GG/INS». Использование ограничений обозначается добавлением Y (измерение рыскания, полученное с помощью GNSS), V (псевдоизмерение скорости) и H (псевдоизмерение высоты). Например, LC GG/INS YVH представляет слабосвязанное решение GPS/ГЛОНАСС со всеми тремя ограничениями.

5.1. Решения для ослабленных муфт

5.1.1. Участок 1

В показаны траектории, полученные с различными подходами LC. Решение GPS/INS показывает большие ошибки во время вышеупомянутого самого продолжительного отключения GPS, при этом максимальные ошибки достигают около 400 м.Добавление ГЛОНАСС к этому решению показывает очевидные улучшения по сравнению с базовым случаем. На самом деле изолированная фиксация GPS/ГЛОНАСС (обведена кружком в правой части ) позволяет траектории оставаться относительно близкой к эталонной между вторым и третьим поворотами, тогда как без ГЛОНАСС возникают гораздо большие ошибки. Кроме того, конфигурация LC GG/INS обеспечивает более высокую производительность, чем решение только для GPS, на участке с востока на запад (около значений восточного направления 705 000), где ошибка LC GPS/INS имеет тенденцию к росту из-за коротких отключений только GPS (15–15 000). продолжительность 20 с).Наконец, траектория, полученная с помощью GPS/ГЛОНАСС/ИНС, дополненная данными о рыскании, полученными с помощью ГНСС, а также псевдоизмерениями скорости и высоты, показывает значительные улучшения по сравнению с другой конфигурацией с небольшими расхождениями с эталонной траекторией.

Траектории, полученные методом слабой связи (Участок 1).

Вклад различных комбинаций ограничений в решение положения суммирован в . Как видно, рыскание (направление, полученное с помощью GNSS) в целом дает мало преимуществ.Напротив, скорость дает большое преимущество. Ограничение по высоте не улучшает среднеквадратичную точность, но снижает максимальную ошибку положения примерно на 28%.

Таблица 5.

Ошибка позиционирования, полученная с конфигурациями LC.

12,9 33,1 8,8 20,5
Конфигурация Ошибка положения (м)

Среднеквадратичное значение Максимум

East North до East North до
ЛК GPS/INS 48.4 48,7 16,3 347,0 341,2 48,0
LC GG / ИНС 20,2 15,0 8,0 109,6 51,2 34,4
LC GG / ИНС Y 15,0 7,6 80,1 48,2
LC GG / ИНС Ю.В. 8,1 6,6 3,8 41,9 40.0
LC GG / ИНС YVH 7,9 5,6 3,9 33,9 6,3
5.1.2. Сегмент 2

показывает траектории, полученные с помощью различных подходов LC. Решение GPS/INS дает большие ошибки во время сбоев GPS. Включение ГЛОНАСС не улучшает видимость в критических зонах, как ожидалось на основании и . Соответственно, решение LC GG/INS показывает ошибки, аналогичные случаю только GPS.Кроме того, включение ограничений также показывает большие расхождения с эталоном во время длительных отключений GNSS.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 2).

5.1.3. Участок 3

В показаны траектории, полученные с различными подходами LC. В начале сегмента GPS/INS показывает некоторые расхождения с эталоном из-за частичных отключений GPS. Однако на оставшейся части участка при хорошей видимости спутника полученная траектория очень близка к эталонной.Включение измерений ГЛОНАСС, как и ожидалось, приводит к уменьшению первоначальных разногласий. С добавлением помощи рыскания, полученной с помощью GNSS, и ограничений движения по скорости и высоте полученная траектория близка к эталонной на протяжении всего сегмента.

Траектории, полученные методом слабой связи (участок 3).

5.2. Решения для герметичного соединения

5.2.1. Участок 1

В показаны траектории, полученные при различных заходах на ТЦ.По сравнению с результатами ЖХ в , все решения показывают значительное улучшение. Это согласуется с предыдущими исследованиями и связано с использованием данных GNSS, когда видно несколько спутников. В частности, базовая конфигурация (TC GPS/INS) не содержит большого дрейфа во время длительного отключения GPS на северном/южном участке траектории. В этом случае, хотя включение наблюдений ГЛОНАСС по-прежнему дает лучшее общее решение, относительное улучшение меньше, чем в случае слабого интегрирования.Это снова связано с повышенной наблюдаемостью в результате тесной интеграции. Наконец, траектория, полученная также путем интегрирования помощи при рыскании и псевдонаблюдений за скоростью и высотой, показывает значительные улучшения по сравнению с другой конфигурацией TC, особенно в течение определенной выше критической зоны.

Траектории, полученные методом сильной связи (Участок 1).

Характеристики различных конфигураций TC с точки зрения среднеквадратичной ошибки и максимальной ошибки положения приведены в .

Таблица 6.

Ошибка положения, полученная с конфигурациями TC.

9,29947 Участок 2

Траектории, полученные при различных подходах TC для этого сценария, показаны на .Решение GPS/INS не дает больших ошибок во время сбоев GPS, как в соответствующем случае LC, благодаря способности вычислять интегрированное положение в случае частичных сбоев GNSS. Несколько лучшая траектория получается при включении измерений ГЛОНАСС и рассмотренных ограничений.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 2).

5.2.3. Участок 3

Траектории, полученные при различных подходах TC для этого сценария, представлены в .Как и ожидалось, результаты очень близки к эталонным из-за хорошего покрытия GNSS. Решение GPS/INS показывает некоторые разногласия во время отключений GPS в начале сегмента. Опять же, включение измерений ГЛОНАСС приводит к уменьшению вышеупомянутых разногласий. При добавлении помощи рыскания, полученной с помощью GNSS, и ограничений движения по скорости и высоте полученная траектория близка к эталонной на протяжении всего сегмента.

Траектории, полученные методом сильной связи (участок 3).

5.3. Сравнение свободных и плотных растворов

В этом разделе сравниваются свободные и плотные растворы для разных сегментов теста.

5.3.1. Сегмент 1

Для лучшего сравнения проанализированных конфигураций с архитектурами LC и TC среднеквадратичные ошибки положения, скорости и ориентации представлены в . Основные замечания, вытекающие из этого рисунка:

  • при базовой интеграции GPS/INS архитектура TC обеспечивает значительно лучшее горизонтальное решение и аналогичный результат по высоте, чем LC, как ожидалось и как показано в предыдущей работе;

  • , включая наблюдения ГЛОНАСС, обеспечивает значительное повышение производительности как для LC, так и для TC архитектур с точки зрения оценки положения, скорости и азимута;

  • в случае GPS/ГЛОНАСС без дополнительной поддержки архитектура TC обеспечивает лишь немного лучшее решение по сравнению со случаем LC;

  • конфигурации со слабой связью GPS/ГЛОНАСС и жесткой связью только с GPS (без других вспомогательных средств) обеспечивают очень похожие характеристики;

  • включая помощь по азимуту, основанную на GNSS, и ограничения по скорости/высоте дает значительные улучшения как для случаев LC, так и для TC с точки зрения положения, скорости и азимута;

  • результаты, полученные при использовании слабого и тесного интегрирования для конфигураций GG/INS YVH, очень похожи.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 1).

Практические последствия приведенных выше соображений двояки. Во-первых, в среде такого типа слабосвязанная конфигурация GPS/ГЛОНАСС может заменить сильносвязанную конфигурацию только GPS без снижения производительности. Такой подход проще реализовать, что снижает затраты на разработку. Кроме того, решение только для GNSS ( i.е. , без инерционного) доступен и в этом случае. Во-вторых, добавление ограничений на транспортные средства в равной степени полезно для случаев LC и TC, что еще больше размывает преимущества подхода TC.

5.3.2. Сегмент 2

Среднеквадратичные ошибки архитектур LC и TC для сегмента 2 представлены в . Основные замечания, вытекающие из этого рисунка:

  • Архитектура LC не обеспечивает удовлетворительную производительность для каждой тестируемой конфигурации (с GPS и ГЛОНАСС или с ограничениями движения), показывая большие ошибки при сбоях GNSS;

  • Архитектура TC показывает лучшую производительность по сравнению с архитектурой LC для каждой протестированной конфигурации;

  • Включение наблюдений ГЛОНАСС обеспечивает небольшое улучшение производительности архитектуры TC с точки зрения оценки положения, скорости и азимута;

  • Включение основанных на GNSS данных о рыскании и ограничений по скорости и высоте в конфигурацию TC GG/INS улучшает оценку положения, скорости и азимута.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 2).

Из этих результатов, в отличие от сегмента 1, видно, что тесная интеграция по-прежнему предпочтительнее, поскольку в целом она обеспечивает значительно более высокую производительность.

5.3.3. Сегмент 3

Среднеквадратичные ошибки архитектур LC и TC для этого сегмента показаны в . Основные замечания, вытекающие из этого рисунка:

  • В этом относительно благоприятном сценарии позиционные характеристики всех рассмотренных конфигураций очень похожи;

  • Включение наблюдений ГЛОНАСС как для LC, так и для TC обеспечивает небольшие улучшения с точки зрения положения и скорости;

  • Включение основанных на GNSS вспомогательных средств рыскания и ограничений скорости/высоты приводит к уменьшению ошибок скорости и азимута, но не дает преимуществ в отношении среднеквадратичных ошибок положения.

Сравнение архитектур LC и TC с точки зрения среднеквадратичных ошибок положения, скорости и ориентации (сегмент 3).

Как и в случае с сегментом 1, эти результаты показывают, что использование приемника GPS/ГЛОНАСС в системе LC должно давать результаты, аналогичные случаю TC, но с более простой системой и меньшим временем разработки.

Для оценки общей производительности рассматриваемых конфигураций среднеквадратичные ошибки для трех сегментов показаны на .

Таблица 7.

Сравнение производительности между конфигурациями LC и TC для трех сегментов.

Конфигурация Ошибка положения (м)

Среднеквадратичное значение Максимум

East North до East North до
TC GPS/INS 14.1 20,4 13,3 61,4 70,1 55,7
TC GG / ИНС 8,2 12,9 13,0 61,1 69,7 46,4
TC GG / ИНС YVH 4,8 9,5 4,0 18,4 30,5 6,4
17
8
Конфигурация СКО

Ошибка положения (м) Ошибка скорости (м/с) Ошибка ориентации (градусы)
East North до East North до Ролл Шаг Рыскание
LC8 72,2 20,8 3,30 4,06 0,68 1,9 2,5 41,2
LC GG / ИНС 36,6 41,0 17,3 2,24 2,41 0,63 1,8 2,5 33,8
LC GG / ИНС YVH 37,1 42,5 3.2 2.14 2,41 0,10 1.1 1,1 16,0
TC GPS / ИНС 11,8 18,4 15,8 1,08 1,44 0,57 2,2 1,5 33,9
TC GG / ИНС 8,6 13,8 14,1 0,84 1,03 0,47 1,6 1,8 27,8
TC GG / ИНС YVH 6.2 13.5 4.1 0,41 0,87 0,11 1,0 1,0 8.4
8.4 8.4 8.4

6. среда городского каньона. Также был рассмотрен эффект использования различных ограничений движения транспортных средств. Данные были собраны в центре Калгари и обработаны с использованием различных конфигураций. Для проанализированных данных основные выводы таковы:

  • В условиях, когда видимость спутника недостаточна для автономного GNSS-позиционирования примерно в 50 % случаев, преимущества ГЛОНАСС при слабосвязанной реализации минимальны.Однако в тесно связанной реализации ГЛОНАСС обеспечивает значительные улучшения. В этом отношении эти результаты аналогичны предыдущим результатам, полученным с системами GPS/INS.

  • В условиях, когда автономное GNSS-позиционирование возможно в течение 70% времени и более, включение ГЛОНАСС в свободную интеграцию обеспечивает производительность, аналогичную системе жесткой связи только с GPS. Это говорит о том, что можно создать более простую систему без ущерба для навигационных характеристик, просто добавив измерения ГЛОНАСС.В свою очередь, это напрямую влияет на время и стоимость разработки системы.

  • В благоприятных условиях, где решения GNSS доступны большую часть времени, включение GLONASS дает мало преимуществ, поскольку в системе уже преобладают ошибки GNSS, поскольку свободная инерциальная навигация не нужна.

  • Включение помощи по азимуту, полученной с помощью GNSS, и псевдонаблюдений скорости/высоты обеспечивает значительное улучшение производительности независимо от стратегии интеграции.Кроме того, в этом случае результаты между слабой и тесной интеграцией очень похожи, что еще больше стирает преимущества подхода с жесткой интеграцией.

Исходя из этих результатов, включение наблюдений ГЛОНАСС дает некоторые существенные преимущества по сравнению с интегрированными системами, использующими только GPS. Хотя это и не определено здесь количественно, аналогичные результаты можно было бы ожидать и при включении данных других GNSS (например, Galileo).

Список литературы

1. Cai C., Gao Y. Комбинированный алгоритм навигации GPS/ГЛОНАСС для использования в условиях ограниченной видимости спутников.Дж. Навиг. 2009; 62: 671–685. [Google Академия]2. Онг Р., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Надежность разрешения неоднозначности с использованием GPS и ГЛОНАСС. Труды Международного технического совещания Института навигации; Сан-Диего, Калифорния, США. январь 2010 г.; стр. 591–606. [Google Академия]3. Райан С., Петовелло М.Г., Лашапель Г. Расширение возможностей GPS для судоходства в стесненных водных путях. В: Уйт де Хааг М., Гебре-Эгзиабхер Д., Петовелло М.Г., редакторы. ION GPS Redbook Vol. VII Интегрированные системы.Институт навигации; Манассас, Вирджиния, США: 2010. стр. 206–214. [Google Академия]4. Хьюитсон С., Ван Дж. Расширенный автономный мониторинг целостности приемника (eRAIM) для интеграции GNSS/INS. Дж. Сурв. англ. 2010; 136:13–22. [Google Академия]5. Годха С. М. С. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2006. Оценка производительности недорогого IMU DGPS на основе MEMS, интегрированного с DGPS для приложения навигации наземных транспортных средств. [Google Академия]6. Годха С., Кэннон М.Е. Интегрированная система GPS/MEMS INS для навигации в городских районах.GPS раствор. 2007; 11: 193–203. [Google Академия]7. Наяк Р.А. РС. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2000. Надежная и непрерывная городская навигация с использованием нескольких GPS-антенн и недорогого IMU. [Google Академия]8. Шин Э., доктор философии. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2005. Методы оценки для недорогой инерциальной навигации. [Google Академия]9. Мезенцев О. к.т.н. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2005 г. Сенсорное обеспечение пешеходной навигации HSGPS.[Google Академия] 10. Абдель-Хамид В., доктор философии. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2005. Повышение точности интегрированных систем MEMS-IMU/GPS для приложений навигации наземных транспортных средств. [Google Академия] 11. Сайед З., Аггарвал П., Янг Ю., Эль-Шейми Н. Улучшенная навигация транспортных средств с помощью тесно связанной интеграции. Материалы конференции IEEE по автомобильным технологиям, Марина-Бэй; Сингапур. май 2008 г.; стр. 3077–3081. [Google Академия] 12. Хан С., Ван Дж. Навигация на наземном транспортном средстве с интеграцией GPS и уменьшением производительности INS за счет увеличения скорости.Дж. Навиг. 2010;63:153–166. [Google Академия] 13. Лехнер В., Йеске Р., Виег С., Клюшников С. Интеграция GPS, ГЛОНАСС и ИНС на основе необработанных данных — первые результаты экспериментального исследования. Материалы 48-го ежегодного собрания Института навигации; Дейтон, Огайо, США. июнь 1992 г.; стр. 351–358. [Google Академия] 14. Риннан А., Сигмонд М.Э., Робертсен А., Гундерсен Н. Квалификация гибридного решения GNSS и IMU. Материалы конференции по динамическому позиционированию; Хьюстон, Техас, США. Октябрь 2009 г.[Google Академия] 15. Суккарие С., к.т.н. Тезис. Сиднейский университет; Сидней, Австралия: 2000. Низкая стоимость, высокая надежность, вспомогательные инерциальные навигационные системы для автономных наземных транспортных средств. [Google Академия] 16. Шин Э. М. С. Тезис. Университет Калгари; Калгари, AB, Канада: 2001. Повышение точности недорогих INS/GPS для наземных приложений. [Google Академия] 17. Кляйн И., Филин С., Толедо Т. Псевдоизмерения в помощь ИНС при сбоях GPS. Навигация. 2010;57:25–34. [Google Академия] 18. Ангрисано А., Петовелло М.Г., Пульяно Г. Интеграция GNSS/INS в автомобильную городскую навигацию. Материалы 23-го Международного технического совещания отдела спутников Института навигации; Портленд, штат Орегон, США. сентябрь 2010 г.; стр. 1505–1512. [Google Академия] 19. Ангрисано А. к.т.н. Тезис. Университет Партенопы в Неаполе; Неаполь, Италия: 2010. Методы интеграции GNSS/INS. [Google Академия] 20. Вандер Кайлен Л., Лейссенс Дж., ван Меерберген Г. Использование приемника AsteRxi GNSS/MEMS IMU в системе позиционирования контейнеров.Труды симпозиума по местоположению и навигации; Индиан-Уэллс, Калифорния, США. Май 2010 г. [Google Scholar] 21. Каплан Е.Д., Лева Ю.Л. Основы спутниковой навигации. В: Каплан Э.Д., Хегарти С.Дж., редакторы. Понимание GPS: принципы и приложения. 2-е изд. Артек Хаус; Норвуд, Массачусетс, США: 2007. [Google Scholar]22. Мисра П., Пратт М., Берк Б. Расширение GPS/LAAS с помощью ГЛОНАСС: оценка эффективности. Материалы 11-го Международного технического совещания отдела спутников Института навигации; Нэшвилл, Теннесси, США.сентябрь 1998 г.; стр. 495–502. [Google Академия] 23. Гальоне С., Ангрисано А., Пульяно Г., Робустелли У., Сантамария Р., Вултаджио М. Стохастическая сигма-модель для псевдодальности спутника ГЛОНАСС. заявл. Геомат. 2011;3:49–57. [Google Академия] 24. Митрикас В.В., Ревнивых С.Г., Быханов Е.В. WGS84/PZ90 Определение параметров преобразования на основе лазерной и эфемеридной обработки долговременных орбитальных данных ГЛОНАСС. Материалы 11-го Международного технического совещания отдела спутников Института навигации; Нэшвилл, Теннесси, США.сентябрь 1998 г.; стр. 1625–1636. [Google Академия] 25. Чатфилд А. Основы высокоточной инерциальной навигации. АИАА Инк .; Вашингтон, округ Колумбия, США: 1997. [Google Scholar]26. Джекели С. Инерциальные навигационные системы с геодезическими приложениями. Вальтер де Грюйтер; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: 2000. [Google Scholar]27. Петовелло М.Г., Кэннон М.Е., Лашапель Г. Преимущества использования IMU тактического класса для высокоточного позиционирования. Навигация. 2004; 51:1–12. [Google Академия] 28. Спилкер Дж. Дж. Младший. Спутниковое созвездие и геометрическое ослабление точности.В: Паркинсон Б., Спилкер Дж.Дж. младший, редакторы. Глобальная система позиционирования: теория и приложения. Том. 1 АИАА Инк .; Вашингтон, округ Колумбия, США: 1996. [Google Scholar]

мерцаний сигналов GPS, ГЛОНАСС и Galileo на экваториальной широте

. Дж. Космическая погода, полет в космос. 4 (2014) A22

Стандартный артикул

Мерцания сигналов GPS, ГЛОНАСС и Galileo на экваториальной широте

Nikolai Hlubek 1 * , Jens Berdermann 1 , Volker Wilken 1 , Stefan Gewies 1 , Norbert Jakowski 1 , 1 , Norbert Jakowski 1 , Mogese .

1 Немецкий аэрокосмический центр (DLR), Институт связи и навигации (IKN), Kalkhorstweg 53, 17235 Нойштрелиц, Германия
2 Лаборатория геокосмических и радиолокационных исследований Washera, Университет Бахир-Дар, Эфиопия

* Автор, ответственный за переписку: Николай[email protected]

Получено: 19 Маршировать 2014
Принято: 4 Июль 2014

Аннотация

Мелкомасштабные ионосферные возмущения могут привести к флуктуациям принимаемого спутникового сигнала, так называемым мерцаниям сигнала. Для глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) это снижает точность позиционирования. Особо сильные события могут даже привести к потере синхронизации между спутником и приемником. Это явление влияет на все сигналы GNSS.Ожидается, что влияние мелкомасштабных помех на разные сигналы GNSS будет различным для каждого сигнала, поскольку сигналы передаются на разных несущих частотах и ​​строятся по-разному. В этой статье мы сравниваем частоту появления мерцаний сигнала между различными глобальными навигационными спутниковыми системами и их разными частотами сигналов. В частности, мы рассматриваем GPS L1, L2 и L5, ГЛОНАСС L1 и L2 и Galileo E1 и E5a. В этом анализе используются данные высокоскоростной GNSS-станции Немецкого аэрокосмического центра (DLR), расположенной в Бахир-Даре, Эфиопия, с координатами 11°36′ северной широты, 37°23′ восточной долготы.Станция собирает необработанные данные с частотой 50 Гц, на основе которых рассчитывается амплитудный индекс мерцаний S 4 . Данные собраны за весь 2013 г. Поскольку количество сильных мерцаний с S 4  > 0,5 оказалось меньше ожидаемого, дополнительно учитываются слабые мерцания с S 4 ≥ 0,25. Используется алгоритм, обеспечивающий мягкий барьер для S 4 ≥ 0,25. Результирующие события показаны как среднесуточные и сезонные значения.Наконец, оценивается общее влияние мелкомасштабных ионосферных возмущений в виде мерцаний сигналов на сигналы ГНСС.

Ключевые слова: Ионосфера (экваториальная) / Система позиционирования / Возмущения / Неоднородности / Мониторинг

© Н. Хлубек и др., опубликовано EDP Sciences, 2014 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), который разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

1. Введение

С момента своего создания данные глобальных навигационных спутниковых систем использовались для научных исследований. Долгое время для исследования были доступны только американский GPS и частично работающая российская ГЛОНАСС. Теперь ГЛОНАСС достиг полного покрытия, и две новые системы, европейская Galileo и китайская BeiDou, приближаются к полностью рабочему состоянию.Кроме того, GPS проходит модернизацию, которая обеспечит новую гражданскую частоту.

С точки зрения исследования ионосферы, преимущества этих новых и усовершенствованных систем двояки. Во-первых, увеличение количества спутников означает большее количество соединений с наземным приемником и, следовательно, дополнительные точки проникновения через ионосферу. Это, в свою очередь, соответствует большему числу точек измерения томографических методов, определяющих общее электронное содержание ионосферы. Во-вторых, новые частоты позволяют более детально анализировать дисперсионную природу ионосферы.Хотя долгое время многочастотное позиционирование было доступно только военным, теперь оно стало доступным и для гражданских пользователей.

Однако преимущества этих новых или усовершенствованных систем все еще могут быть сильно ограничены, когда электромагнитный сигнал дифрагирует на мелкомасштабных структурах в неоднородной ионосфере и начинает флуктуировать. Эти так называемые мерцания сигнала обычно снижают качество позиционирования, но в худшем случае могут привести к потере синхронизации со спутниками на уровне приемника Aarons (1997), Kintner et al.(2007), Кинтнер (2009). Они могут встречаться где угодно, но очень часто встречаются в экваториальных и полярных регионах. В дальнейшем мы сосредоточимся на экваториальных областях, где сильно нерегулярная ионосферная плазма в вечерние часы создает в основном мерцания амплитуды сигнала.

Поскольку сцинтилляции могут снизить точность позиционирования и привести к потере синхронизации, что может привести к задержке или полной недействительности решения по позиционированию, это затрагивает практически каждого пользователя GNSS. Особенно страдают пользователи, предъявляющие высокие требования к точности, целостности, доступности и непрерывности.Короче говоря, все клиенты дополнительных услуг, таких как Европейская геостационарная служба навигационного покрытия (EGNOS) или Американская система расширенных расширений (WAAS). Это включает, например. изыскательские работы, геодезические работы и особенно аэропортовые работы. В аэропортах GNSS позволяет осуществлять процедуры захода на посадку самолетов с вертикальным наведением, которые можно использовать вместо традиционной системы посадки по приборам (ILS). Системы GNSS выгодны в этом сценарии, поскольку ILS не подходит для требований современных аэропортов с интенсивным движением.С тех пор, как WAAS и EGNOS были сертифицированы для использования в приложениях безопасности жизни в 2007 и 2011 годах, соответственно, несколько прототипов аэропортов начали развертывание систем для посадки и взлета GNSS. Эти аэропорты-прототипы находятся в районах, где возникновение мерцаний незначительно Mayer et al. (2009), Circiu et al. (Январь 2014). Однако дальнейшее совершенствование этой технологии приведет к ее внедрению в регионах со средней и высокой частотой мерцаний. Поэтому необходимо понимание частоты возникновения и силы мерцаний, чтобы должным образом сертифицировать эти системы.

В этой статье мы проанализируем мерцания сигналов ГНСС. До сих пор почти все исследования мерцаний ГНСС были сосредоточены исключительно на частоте GPS L1 Béniguel et al. (2009 г.), Рабочая группа SBAS по ионосфере (2010 г.), Sreeja et al. (2011), Адевале и др. (2012), Пазнухов и др. (2012) с несколькими авторами, рассматривающими GPS L2 и L5 Conker et al. (2003), Каррано и соавт. (2012), Шанмугам и др. (2012) и ГЛОНАСС L1, L2 Sreeja et al. (2012). Чтобы расширить этот диапазон, мы представляем результаты, которые сравнивают влияние мерцаний на новые сигналы GPS L1.Обзор сигналов, рассматриваемых в данном исследовании, представлен в таблице 1. Все частоты находятся в L-диапазоне, что является хорошим компромиссом между затуханием сигнала на слишком высоких частотах и ​​ионосферной ошибкой на слишком низких частотах. Поскольку новые сигналы будут использоваться для улучшения решения о местоположении, необходимо знать, как на них влияют мерцания и какой сигнал более достоверен. Поскольку ионосфера является дисперсионной средой и, следовательно, рассеяние зависит от частоты, накопленные результаты сигнала GPS L1 нельзя напрямую перенести в новые сигналы, использующие другие частоты.То же самое верно и при рассмотрении технического дизайна сигналов. Различные сигналы используют разные скорости передачи элементарных сигналов, модуляции и методы мультиплексирования. Все эти факторы могут вносить вклад в различную устойчивость к мерцаниям сигнала и должны быть исследованы.

Таблица 1.

В таблице перечислены частоты в МГц для GNSS и конкретных каналов, изученных в этой статье. GPS и Galileo используют множественный доступ с кодовым разделением каналов и поэтому используют одну частоту для всех спутников на канал.ГЛОНАСС использует множественный доступ с частотным разделением каналов и, следовательно, имеет отдельные частоты для каждого канала для каждого спутника, определяемые базовой частотой, сдвинутой на номер частотного канала (FCN).

Оставшаяся часть бумаги оформлена следующим образом. После краткого объяснения того, как получаются статистические индексы, мы опишем установку измерительной станции. Затем следует обсуждение одиночного мерцания, наблюдаемого одним спутником GPS для разных сигналов.Далее мы представим алгоритм, позволяющий выбрать из нашего набора данных все события мерцаний 2013 г. Это позволяет нам показывать среднесуточные и сезонные данные мерцаний. Наконец, мы получим статистические значения для каждого сигнала, чтобы оценить влияние мерцаний на различные системы и частоты.

2. Статистические показатели

Поскольку ионосфера является нелинейной системой, лучший способ получить начальное представление — это использовать статистический подход и агрегировать большие объемы измеренных данных для классификации соответствующих порядков величин и частот возникновения.Статистический показатель, характеризующий мерцания амплитуды сигнала, преобладающие в экваториальных районах, определяется индексом мерцаний S 4 . Его определение позволяет рассчитать уникальный, но характерный амплитудный индекс мерцаний для каждого сигнала GNSS. Чтобы определить этот индекс, обычно используются синфазная и квадратурная составляющие приемников I и Q для получения широкополосной мощности средства оценки уровня сигнала. Затем, оценивая флуктуации широкополосной мощности, можно получить индекс S 4 путем деления дисперсии оценщика на его среднее значение каждые 60 с. Van Dierendonck et al.(1993), Beach & Kintner (2001), Symeonidis et al. (2011).

Теоретический верхний предел для S 4 составляет Рабочая группа SBAS по ионосфере (2010 г.). Численно можно получить большие значения, но они игнорируются, поскольку указывают на поврежденные данные. Что касается силы мерцаний, в этой статье мы рассматриваем 0,25 <  S 4  < 0,5 как слабое событие, а S 4  > 0,5 как сильное мерцание.

3.Установка измерительной станции

В этой статье мы используем данные нашей высокоскоростной измерительной станции в Бахир-Даре, Эфиопия, подключенной к сети экспериментов и верификации (EVNet) DLR Noack et al. (2005). Станция расположена с координатами 11°36′ северной широты, 37°23′ восточной долготы в районе экваториального гребня. Станция использует антенну JAVAD RingAnt-G. Это антенна с дроссельным кольцом, которая уменьшает влияние многолучевости. Приемник GNSS представляет собой приемник JAVAD DELTA G3TH, который работает с частотой обновления 50 Гц и может отслеживать GPS (L1, L2, L5), ГЛОНАСС (L1, L2), Galileo (E1, E5a) и BeiDou. как аугментационные системы.Он отслеживает все находящиеся в поле зрения спутники, которых обычно около 20. Приемник передает поступающие необработанные данные на подключенный компьютер, на котором работает наше программное обеспечение для анализа сцинтилляций в реальном времени. Программа вычисляет амплитудный индекс мерцаний S 4 и фазовый индекс мерцаний σ ϕ для каждого сигнала. Затем индексы передаются в центр обработки и управления DLR Neustrelitz, где подготавливается визуализация данных для платформы SWACI 1 .После этого результаты отображаются на веб-странице, а данные архивируются для последующего анализа.

4. Результаты и обсуждение

На рисунке 1 показано типичное вечернее созвездие точек пробоя ионосферы в Бахир-Дар, Эфиопия. Глядя на L1 (C/A)/E1, на первый взгляд кажется, что для решения позиционирования доступно достаточно невозмущенных спутников. Однако следует отметить, что для GPS невозмущенными являются только три спутника (5, 24, 29). Все остальные спутники GPS находятся под влиянием мерцаний сигнала от слабого до сильного.К северо-западу от приемника GNSS почти во всех точках пробивания наблюдается мерцание сигнала. Это можно объяснить сильной ионосферной флуктуацией, которая движется наружу от экваториального гребня. Глядя на другие частоты, интересно отметить, что сила мерцания выше для всех точек пробоя по сравнению с L1 (C/A). Далее мы подробнее остановимся на этом наблюдении и обсудим статистику, полученную в 2013 г. Мы покажем, что L1 (C/A) обычно наименее подвержен мерцаниям.

Фигура 1.

Созвездие точек пробивания ионосферы в Бахр-Дар, Эфиопия. Синий крестик отмечает местоположение приемника. Цвет точек прокола соответствует силе амплитудного мерцания S 4 , как показано на цветной полосе ниже. Левый полукруг показывает L1 (C/A)/E1. Правый полукруг показывает GPS L5, GLONASS L2 и Galileo E5a, если они доступны. Число рядом с точкой прокола соответствует идентификатору спутника в соответствии с нотацией NMEA i.е. GPS: 1-32, ГЛОНАСС: 65-96, Galileo: > 200.

На рис. 2 показан амплитудный индекс мерцаний S 4 для вечера 11 апреля 2013 г. в Бахр-Даре для спутника GPS G25. Мы выбрали спутник G25, так как он уже модернизирован и, таким образом, может вещать на новых частотах L5 и L2C. Различные сигналы показаны разными цветами. Наиболее очевидным наблюдением является то, что индексы сцинтилляций для зашифрованного точного кода (p(y)-код), показанные в виде крестов, обычно намного больше, чем индексы, полученные из c-кода.Развернутый приемник JAVAD не способен декодировать p-код, но использует технологию z-трекинга для восстановления фазы несущей L2. Это ухудшает отношение сигнал/шум Ву (2000). Поэтому неудивительно, что реконструированный p-сигнал более чувствителен к шуму и его общее качество хуже. Кроме того, этот механизм слежения очень подвержен потере блокировки. Поэтому для лучшего сравнения различных частот мы далее игнорируем зашифрованные сигналы. Поскольку это больше не является двусмысленным, мы теперь сокращаем L1 (C/A) до L1, а L2C до L2.

Фигура 2.

Сравнение индекса мерцаний S 4 для различных сигналов спутника GPS 25 11 апреля 2013 г. в Бахир-Даре, Эфиопия. Сплошные цветные линии — это средние значения S 4 во временном интервале [18:00, 19:30] UTC.

Разница между L1, L2 и L5 невелика в условиях большей части отсутствия возмущений после 20:00 UTC.Для времени позже 21:00 UTC все три сигнала сходятся к среднему значению мерцания S 4 ≈ 0,04. Однако на пике мерцания, в 19:00 UTC, разница между тремя сигналами становится довольно большой. Сплошные горизонтальные линии на графике представляют средние значения для события мерцания во временном интервале T событие  = [18:00, 19:30] UTC. Эти средние значения показывают, что сигнал GPS L1 является наименее искаженным, за ним следуют L2 и затем L5.Это наблюдение является общей тенденцией в данных. Причиной этого является частотная зависимость мерцаний, которая объясняется в конце этой статьи. В таблице 2 приведены средние значения S 4 и их стандартные отклонения для временного интервала T событие . В дополнение к уже рассмотренным средним значениям заметно, что стандартное отклонение L5 намного больше, чем для L1 и L2. Это отражено на рис. 2 гораздо более сильным разбросом отдельных точек для L5 по сравнению с L1 и L2.Можно предположить, что эта более сильная флуктуация связана с 10-кратно более высокой частотой дискретизации L5 по сравнению с L1 и соответствующим более длинным кодом. Временная недоступность сигнала приводит к гораздо большей потере данных с более высокой частотой дискретизации, а более длинный код задерживает процесс сбора и повторного сбора данных, если сигнал слабый или сильно колеблется.

Таблица 2.

Средние значения и стандартное отклонение спутника GPS 25 на 11 апреля 2013 г. между [18:00, 19:30] UTC.

Все эти наблюдения дают некоторые основания для выводов из следующего анализа.Обсудив наблюдения одного дня и одного спутника, теперь приведем средние значения за 2013 г. и по всем спутникам соответствующей ГНСС. Чтобы усложнить анализ, ионосфера в 2013 г. над Бахр-Даром была на удивление спокойной в отношении мерцаний. Мы не нашли много событий с S 4 ≥ 0,5. Поэтому, чтобы сделать нашу статистику более достоверной, мы также рассмотрели слабые мерцания с S 4 ≥ 0,25. Поскольку это значение легко превзойти из-за эффектов многолучевости при очень малых углах возвышения, мы удалили значения с возвышениями менее 20.Поскольку на рис. 2 показано, что некоторые сигналы довольно сильно колеблются во время мерцания, и мы не хотели произвольно уменьшать эти флуктуации, рассматривая только значения выше 90 263 S 90 264 90 762 4 90 763 ≥ 0,25, мы разработали алгоритм, который в определенной степени улавливает эти флуктуации. и что будет объяснено далее.

Во-первых, все данные с отметками ниже 20 отбрасываются. Затем данные очищаются путем удаления нефизических значений с помощью S 4  < 0 или .Чем сортируются данные. Далее проверяется, превышает ли минимальное количество значений μ для одного прохода спутника порог события τ (в нашем случае μ  > 5, τ  = 0,25). Это составляет примерно 0,1% собранных данных спутника, который проходит близко к приемнику. Этот критерий используется для исключения неблагоприятной геометрии спутников. То есть спутники, которые находятся в поле зрения ненадолго и имеют низкую высоту. Эти спутники могут генерировать большие значения 90 263 S 90 264 90 762 4 90 763 , но весьма вероятно, что эти значения возникают из-за эффектов многолучевости.Если в наборе данных для прохода спутника достаточно значений, превышающих пороговое значение, он рассматривается далее. Затем алгоритм перебирает набор данных. Все значения S 4 больше τ сохраняются. Кроме того, также сохраняются точки данных, предшествующие и следующие за сохраненными значениями S 4 в пределах промежутка времени γ  = 300 с. Эта форма мягкого отсечения позволяет улавливать флуктуации, близкие к порогу τ , и при этом надежно удалять невозмущенные данные.На рис. 3 показаны результаты работы алгоритма для того же дня, что и на рис. 2, для всех GNSS и сигнала L1/E1. Маленькие точки — это точки данных, которые были удалены алгоритмом, а большие считаются принадлежащими мерцанию. Хорошо видно, что флуктуации в районе порога τ не убираются, а сохраняются. Мы используем этот алгоритм для выбора событий мерцаний из наших данных Бахр-Дара за весь 2013 год. Алгоритм не слишком чувствителен к τ , γ как следующие сезонные и суточные средние значения, а также агрегированные статистические значения , можно качественно воспроизвести с τ  = [0.15, 0,5] и γ  = [60, 600] с.

Рисунок 3.

Индексы мерцаний S 4 для сигналов L1 (C/A)/E1 для всех спутников, отслеженных 11 апреля 2013 г. ослепительное событие.

На рис. 4 показано количество сцинтилляционных событий в день в течение 2013 г. для различных сигналов.Сплошная линия представляет собой сглаженную сезонную зависимость. Он был рассчитан с использованием фильтра скользящего среднего значения данных. Серая заштрихованная область показывает доступность данных. Кривые визуализируют сильную сезонную зависимость мерцаний. Они самые большие в периоды равноденствий, когда солнечный терминатор выровнен с магнитным меридианом. По крайней мере, для африканского сектора известно, что это увеличивает интенсивность предреверсивного усиления Tsunoda (1985), Batista et al. (1986), Abdu et al.(1992), Цунода (2010), Альфонси и др. (2013), который в основном контролирует экваториальное распространение-F, создавая более возмущенную ионосферу. Постоянная тенденция для всех сигналов заключается в том, что пик в день весеннего равноденствия больше, чем в день осеннего равноденствия. Разумно предположить, что это связано с активностью Солнца. Хорошей мерой для этой деятельности является количество солнечных пятен. 2 Если мы рассмотрим 30 дней вокруг равноденствий и рассчитаем среднее количество солнечных пятен, мы получим значение 57.1 для весеннего равноденствия и 44 для осеннего равноденствия. Это примерно на 30% больше активности весной, что, в свою очередь, может способствовать более высокому максимуму. Глядя на соответствующие геомагнитные явления и, следовательно, на планетарный Kp -индекс 3 и проводя тот же анализ, мы также находим примерно на 30% более высокие значения для времени вокруг весеннего равноденствия, что также может способствовать более высокому максимуму. Более глубокое исследование корреляции между мерцаниями и солнечной и геомагнитной активностью можно найти в Liu et al.(2012).

Рисунок 4.

Количество мерцаний в течение 2013 года. Символы представляют собой накопленное время мерцаний в минутах в день для соответствующего сигнала. Черные линии показывают скользящую среднюю. Серая заштрихованная область отмечает доступность данных.

На рис. 5 показана частота появления мерцаний в зависимости от времени суток, усредненная за 2013 г. Цвет соответствует общему количеству событий, произошедших в эту минуту (по оси x ), равному или меньше соответствующей мощности ( y -ось).Красный и желтый цвета отображают большое количество событий, зеленый цвет — промежуточное количество, а белый — вообще отсутствие событий. При создании этой статистики учитывалось изменение времени заката в течение года. Все было перенесено на время заката, соответствующее 1 января 2013 года, что составляет 15:17 UTC.

Рисунок 5.

Сводная статистика появления мерцаний в 2013 г. для различных сигналов в зависимости от скорректированного времени захода солнца.Пунктирные вертикальные линии указывают время заката.

Сразу видно, что большинство мерцаний приходится на вечерние часы. В это время наиболее сильно возмущение экваториальной ионосферы. Основным источником этого возмущения является гравитационная неустойчивость Рэлея-Тейлора, т.е. неустойчивость барьера между двумя средами с различной плотностью. Литература по этому эффекту обширна Farley et al. (1970), Ааронс (1977), Басу и Басу (1981), Ааронс (1982, 1993) с первым наблюдением, датируемым 1934 годом Беркнер и Уэллс (1934).Основная идея состоит в том, что вскоре после захода солнца ионосфера с более низкой плотностью в нижней части слоя F поднимается в ионосферу с более высокой плотностью выше. Это вызывает турбулентность на границе раздела. Пузырьки образуются в плазме и просачиваются вверх, что приводит к сильно нерегулярной ионосфере Келли (1985). Ночью этот механизм ослабевает и неровности затухают.

Более подробное рассмотрение рисунка 5 показывает, что GPS L1 имеет мерцания в течение всего дня.Кроме того, он показывает структуру с двойным пиком, один из которых находится ближе к 18:00, а другой — к 20:00. Аналогичное поведение наблюдается для GPS L2 и с меньшей интенсивностью для GLONASS L1 и Galileo E1. Это может указывать на общую тенденцию. GPS L5 действительно показывает гораздо меньше событий и почти ничего в дневное время. Поскольку до сих пор только несколько спутников GPS могут транслировать L5, это неудивительно. ГЛОНАСС L1 показывает схему, аналогичную GPS L1. ГЛОНАСС L2 показывает большое количество событий в течение дня и широкий максимум в вечернее время.Это доказывает, что ГЛОНАСС L2 очень чувствителен к экваториальным мерцаниям. Galileo E1 показывает ту же картину, что и GPS L1, хотя она имеет больше выбросов и менее гладкая. Поскольку Galileo E5a показывает гораздо более плавное распределение, эту остроту нельзя объяснить небольшим количеством спутников, но она может указывать на общую восприимчивость системы Galileo к экваториальным мерцаниям. Galileo E5a показывает события с большими значениями S 4 , распределенными в течение дня, и, таким образом, указывает на то, что на эту частоту сильно влияют экваториальные мерцания.

В таблице 3 показаны сводные статистические данные для различных сигналов GNSS. Первый столбец связывает общее среднее значение S 4 с нижним пределом для слабых мерцаний τ  = 0,25 по следующей формуле: (1)

Таблица 3.

Сводная статистика появления мерцаний за 2013 г. В первом столбце приведены оценки общего влияния амплитудных мерцаний на сигналы. В столбце «все» указано общее количество минут, в течение которых происходили сцинтилляции, как указано в алгоритме на рисунке 3.В столбце «sat» указано среднее время возмущения спутника, прошедшего через Бахр-Дар во время мерцаний, за 2013 г.

Для этого столбца учитывались только данные, собранные между 16:00 UTC и 22:00 UTC. Большее значение соответствует более сильному влиянию амплитудных мерцаний на сигнал. Хотя эта статистика имеет большую погрешность, тенденция очевидна. Частота L1 обычно имеет наименьшие значения. Это указывает на флуктуацию ближе к барьеру τ и, следовательно, на меньшее влияние мерцаний на эту частоту.Частота L5 имеет наибольшее значение для каждой системы. На него сильно влияют мерцания. Эта частотная зависимость дополнительно выделена на рисунке 6. На этом рисунке показана функция частоты. Согласно экспериментам, проведенным Ogawa et al. (1980) частотная зависимость S 4  ~  f −0,5 для 136 ≤ f ≤ 1700 МГц ожидается. Подгонка данных с этой зависимостью показана сплошной красной линией. Удивительно, что нужен только один подгоночный параметр.Хотя эта зависимость может объяснить данные, нужно быть осторожным с интерпретацией подборов, содержащих только три различных значения. Поэтому для сравнения дополнительно показана линейная подгонка.

Рисунок 6.

Среднее значение S 4 как функция частоты для различных сигналов. Сплошные линии соответствуют данным. На вставке показаны те же результаты с использованием двойных логарифмических осей.

В столбце 3 таблицы 3 указано общее количество мерцаний в минутах для каждого сигнала – т.е.е. количество значений с S 4  > 0,25, включая мягкий барьер, как обсуждалось выше. К этому числу следует относиться с долей скептицизма, поскольку количество спутников, которые могут транслировать конкретный сигнал, различается для каждого сигнала. Тем не менее, интересно отметить, что на ГЛОНАСС L2 и GPS L1 влияют мерцания в течение самого большого промежутка времени по сравнению с другими сигналами. Однако сила фактического влияния на GPS L1, как видно из первой колонки, невелика. Это повторяет общую тенденцию на рисунке 5.Грубо говоря, первый столбец соответствует максимуму каждого из подграфиков на рисунке 5, а второй столбец соответствует общему охвату и интенсивности в каждом из подграфиков.

В четвертом столбце Таблицы 3 приведены оценки количества событий на спутник. Рассматривая один сигнал, эта оценка делается путем подсчета количества спутников, которые участвовали в мерцаниях в конкретный день. Затем общее количество событий за этот день делится на это число.Затем эти средние времена мерцаний спутников суммируются за 2013 год. Проще говоря, четвертый столбец представляет собой оценку общего времени, в течение которого один спутник находится в состоянии возмущения. За исключением GPS, количество времени, в течение которого отдельные спутники находятся под влиянием мерцаний, является наименьшим для сигнала L1/E1. Вероятно, другой результат для GPS соответствует небольшому количеству модернизированных спутников GPS с L2C и L5, что искажает статистику.

5. Резюме

Мы показали статистику мерцаний для экваториальной Африки для различных сигналов GNSS.В частности, мы рассмотрели GPS L1, L2C и L5, ГЛОНАСС L1, L2 и Galileo E1 и E5a. В качестве общей тенденции мы заметили, что амплитуда мерцаний наименьшая для сигналов L1/E1 и наибольшая для сигналов L5/E5a. Мы рассчитали статистику появления мерцаний в течение года. Там мы наблюдали двойную пиковую структуру с максимальной величиной мерцаний во время весеннего и осеннего равноденствия. Пик более выражен в день весеннего равноденствия, что совпадает с более высокой солнечной активностью и более высоким Kp -индексом.Мы рассчитали статистику среднего появления мерцаний в течение суток. Как правило, это дало ожидаемый результат, заключающийся в том, что частота мерцаний достигает максимума после захода солнца. Более глубокий взгляд выявил два интересных результата. Во-первых, общая сила мерцаний у Галилео самая большая. Во-вторых, общее время воздействия на сигнал самое большое для ГЛОНАСС L2.

Благодарности

Совместное предприятие SESAR в рамках программы SESAR финансируется совместно ЕС и Евроконтролем.Мнения, высказанные здесь, отражают только точку зрения авторов. Совместное предприятие SESAR не несет ответственности за использование какой-либо информации, включенной в настоящий документ. Мы благодарим Национальный центр геофизических данных, Боулдер, Колорадо, США, за предоставление данных для Международного числа солнечных пятен и индекса Kp через ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP. Редактор благодарит Марсио Муэллу и анонимного рецензента за помощь в оценке статьи.


Ссылки

  • Ааронс, Дж., Экваториальные мерцания: обзор, IEEE Antennas Propag. Mag., 25 (5), 729–736, DOI: 10.1109/TAP.1977.1141649, 1977. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., Глобальная морфология ионосферных мерцаний, Тр. IEEE, 70 (4), 360–378, DOI: 10.1109/PROC.1982.12314, 1982. [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., Продольная морфология неоднородностей экваториального F-слоя, имеющая отношение к их возникновению, Space Sci.Rev., 63 (3–4), 209–243, DOI: 10.1007/BF00750769, 1993. [Google ученый]
  • Ааронс, Дж., 50 лет наблюдений за мерцанием радиоизлучения, журнал IEEE Antennas Propagation Magazine, 39, 7–12, DOI: 10.1109/74.646785, 1997. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Абду, М.А., И.С. Батиста и Дж.Х.А. Собрал, Новый аспект управления магнитным склонением экваториального разброса F и динамо F области, J. Geophys. Рез. [Космическая физика], 97 (A10), 14 897–14 904, DOI: 10.1029/92JA00826, 1992. [Google ученый]
  • Адевале, А.О., Э.О. Ойеми, А.Б. Аделой, К.Н. Митчелл, Дж.А. Р. Роуз и П. Дж. Сильерс, Исследование мерцаний L-диапазона и полного электронного содержания на экваториальной станции, Лагос, Нигерия, Radio Science, 47 (2), RS2011, DOI: 10.1029/2011RS004846, 2012. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Альфонси, Л., Л. Спольи, М. Пеццопане, В. Романо, Э. Цуккеретти, Г. Дефранчески, М.А. Кабрера и Р.Г. Эскер, Сравнительный анализ сигнатур разброса F и случаев мерцания GPS в Тукумане, Аргентина, J. ​​Geophys. Рез. [Космическая физика], 118 (7), 4483–4502, DOI: 10.1002/jgra.50378, 2013. [Google ученый]
  • Басу, С.и С. Басу, Экваториальные мерцания — обзор, J. Atmos. Терр. Phys., 43 (5–6), 473–489, Экваториальная аэрономия – I, DOI: 10.1016/0021-9169(81)

    -0, 1981. [Google ученый]

  • Батиста И.С., М.А. Абду и Дж.А. Биттенкурт, Вертикальные дрейфы плазмы в экваториальной области F: сезонная и долготная асимметрия в американском секторе, Дж.Геофиз. Рез. [Космическая физика], 91 (A11), 12,055–12,064, DOI: 10.1029/JA091iA11p12055, 1986. [Google ученый]
  • Бич, Т. и П.М. Кинтнер, Разработка и использование ионосферного сцинтилляционного монитора GPS, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39 (5), 918–928, DOI: 10.1109/36.9, 2001. [Google ученый]
  • Бенигель Ю., Ж.-П. Адам, Н. Яковски, Т. Ноак, В. Уилкен, Ж.-Дж. Валетт, М. Куэто, А. Бурдиллон, П. Лассудри-Дюшен и Б. Арбессер-Растбург, Анализ мерцаний, зарегистрированных во время кампании измерений PRIS, Radio Science, 44 (1), RS0A30, DOI: 10.1029/2008РС004090, 2009. [Google ученый]
  • Беркнер Л.В. и Х.В. Уэллс, Исследования ионосферы F-области в низких широтах, Земной магнетизм и атмосферное электричество, 39 (3), 215–230, DOI: 10.1029/TE039i003p00215, 1934.[Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Каррано, К.С., К.М. Гровс, У.Дж. Макнил и П.Х. Доэрти, Характеристики мерцаний в полосе частот GPS, в: 25-е Международное техническое совещание отдела спутников Института навигации, Нэшвилл, Теннесси, 17–21 сентября, стр. 1972–1989, https://www2.bc.edu/ ~carranoc/carrano-ion-2465.pdf, 2012 г. [Google ученый]
  • Цирчиу, М.-С., М. Фелюкс, П. Реми, Л. Йи, Б. Белаббас и С. Пуллен, Оценка характеристик двухчастотной GBAS с использованием полетных данных, в материалах Международного технического совещания Института навигации 2014 г., Сан-Диего, Калифорния, 645–656, http://elib.dlr.de/88286/, 2014 г. [Google ученый]
  • Конкер, Р.С., М.Б. Эль-Арини, С. Дж. Хегарти и Т. Сяо, Моделирование влияния ионосферных мерцаний на доступность GPS/системы спутниковой коррекции, Radio Science, 38 (1), 1–1–1–23. DOI: 10.1029/2000RS002604, 2003. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Фарли, Д.Т., Б. Б. Болси, Р. Ф. Вудман и Дж. П. МакКлюр, Экваториальное распространение F: последствия радиолокационных наблюдений в диапазоне ОВЧ, J. Geophys. Рез., 75 (34), 7199–7216, DOI: 10.1029/JA075i034p07199, 1970. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Келли, М., Экваториальное распространение-F: недавние результаты и нерешенные проблемы, J. Atmos. Терр. Phys., 47, 745–752, DOI: 10.1016/0021-9169(85)-0, 1985. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Кинтнер, П.М., Б.М. Ледвина и Э.Р. Депола, GPS и ионосферные мерцания, Космическая погода, 5 (9), S09003, DOI: 10.1029/2006SW000260, 2007. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Кинтнер, П.M.J., ГНСС и ионосферное мерцание — как пережить следующий солнечный максимум, в: InsideGNSS, 22–30 июля/августа, http://www.insidegnss.com/auto/julyaug09-kintner.pdf, 2009 г. [Google ученый]
  • Лю, Ю.-Х., К.-Х. Лю и С.-Ю. Su, Глобальная и сезонная морфология мерцаний в экваториальной области, полученная из данных ROCSAT-1 In-situ, Terr. Атмос. Океан. наук, 23, 95–106. DOI: 10.3319/ТАО.2011.06.30.01(АА), 2012. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Майер, С., Б. Белаббас и В. Дункель, Оценка модели ионосферной угрозы, в: Совещание ИКАО по NSP, 2009-03-17-2009-09-20, Экспериментальный центр ЕВРОКОНТРОЛЯ, Бретиньи (Франция), http://elib.dlr. де/58489/, 2009. [Google ученый]
  • Ноак, Т., Э. Энглер и Д. Клен, Высокая производительность, оценка необработанных данных GNSS на основе экспериментальной и проверочной сети DLR, в: Труды 18-го Международного технического совещания отдела спутников Института навигации (ION GNSS 2005). ), сентябрь, Лонг-Бич, Калифорния, 573–583, http://elib.dlr.de/18935/, 2005 г. [Google ученый]
  • Огава, Т., Синно К., Фудзита М. и Авака Дж. Сильные возмущения ОВЧ- и ГГц-волн от геостационарных спутников во время магнитной бури // J. Atmos. Терр. Phys., 42 (7), 637–644, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/00210

    7, 1980. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]

  • Пазнухов, В.В., К.С.Каррано, П.Х. Доэрти, К.М. Гровс, Р.Г. Катон и др., Пузыри экваториальной плазмы и мерцания L-диапазона в Африке во время солнечного минимума, Ann. Geophys., 30 (4), 675–682, http://www.ann-geophys.net/30/675/2012/, 2012. [Google ученый]
  • Рабочая группа SBAS по ионосфере Влияние ионосферных мерцаний на GNSS – Информационный документ, http://waas.stanford.edu/papers/IWG/sbas_iono_scintillations_white_paper.pdf, 2010 г. [Google ученый]
  • Шанмугам С., Дж. Джонс, А. Маколей и А.В. Дирендонк, Эволюция до модернизированных GNSS ионосферных мерцаний и мониторинга ПЭС, в: Proceedings of IEEE/ION PLANS, Миртл-Бич, Южная Каролина, апрель 2012 г., стр.265–273, DOI: 10.1109/PLANS.2012.6236891, 2012. [Google ученый]
  • Срея В., М. Акино, З.Г. Элмас и Б. Форте, Корреляционный анализ между уровнями ионосферных мерцаний и характеристиками отслеживания приемника, Космическая погода, 10 (6), 1–2, S06005, DOI: 10.1029/2012SW000769, 2012 г. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Срея, В.В., М. Акино, Б. Форте, З. Элмас, К. Хэнкок и др., Борьба с угрозой ионосферного мерцания для GNSS в Латинской Америке, J. Space Weather Space Clim., 1 (1), A05, DOI: 10.1051/swsc/2011005, 2011 г. [Перекрестная ссылка] [EDP наук] [Google ученый]
  • Симеонидис, Д., Дж. Фортуни-Гуаш, К. О’Дрисколл и А.Б. Мартинес, Оценка параметров мерцания с использованием немодифицированных профессиональных приемников GNSS: технико-экономическое обоснование, в: Материалы 24-го Международного технического совещания спутникового отдела Института навигации (ION GNSS 2011), Портленд, штат Орегон, сентябрь, 2580–2587, http ://azimout.dyndns.org/pdfs/scintillation_parameter_estimation.pdf, 2011 г. [Google ученый]
  • Цунода, Р.Т., Управление сезонным и долготным возникновением экваториальных мерцаний с помощью продольного градиента интегральной проводимости Педерсена в области Е, J. Geophys. Рез. [Космическая физика], 90 (A1), 447–456, DOI: 10.1029/JA090iA01p00447, 1985. [Google ученый]
  • Цунода, Р.T., Об экваториальном распространении F: установление гипотезы засеивания, J. Geophys. Рез. [Космическая физика], 115 (A12), A12303, DOI: 10.1029/2010JA015564, 2010. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]
  • Ван Дирендонк, А., Дж. Клобучар и К. Хуа, Мониторинг ионосферных мерцаний с использованием коммерческих одночастотных приемников кода C/A, в: Труды 6-го Международного технического совещания отдела спутников Института навигации (ION GPS 1993), сентябрь, Солт-Лейк City, UT, 1333–1342, http://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=4318, 1993. [Google ученый]
  • Ву, К., Оптимальное полубескодовое отслеживание фазы несущей L2. НАВИГАЦИЯ, Журнал Института навигации, 47, 82–99, http://www.ion.org/publications/abstract.cfm?jp=j&articleID=2272, 2000. [Перекрестная ссылка] [Google ученый]

Цитируйте эту статью как : Hlubek N, Berdermann J, Wilken V, Gewies S, Jakowski N, et al.: Мерцания сигналов GPS, ГЛОНАСС и Galileo на экваториальной широте. J. Space Weather Space Clim., 2014, 4 , A22.

Все таблицы

Таблица 1.

В таблице перечислены частоты в МГц для GNSS и конкретных каналов, изученных в этой статье. GPS и Galileo используют множественный доступ с кодовым разделением каналов и поэтому используют одну частоту для всех спутников на канал. ГЛОНАСС использует множественный доступ с частотным разделением каналов и, следовательно, имеет отдельные частоты для каждого канала для каждого спутника, определяемые базовой частотой, сдвинутой на номер частотного канала (FCN).

Таблица 2.

Средние значения и стандартное отклонение спутника GPS 25 на 11 апреля 2013 г. между [18:00, 19:30] UTC.

Таблица 3.

Сводная статистика появления мерцаний за 2013 г. В первом столбце приведены оценки общего влияния амплитудных мерцаний на сигналы. В столбце «все» указано общее количество минут, в течение которых происходили мерцания в соответствии с алгоритмом на рисунке 3. В столбце «сб» указано среднее время, в течение которого спутник, пересекающий Бахр-Дар во время мерцаний, был возмущен за 2013 г.

Все фигурки

Фигура 1.

Созвездие точек пробивания ионосферы в Бахр-Дар, Эфиопия. Синий крестик отмечает местоположение приемника. Цвет точек прокола соответствует силе амплитудного мерцания S 4 , как показано на цветной полосе ниже. Левый полукруг показывает L1 (C/A)/E1. Правый полукруг показывает GPS L5, GLONASS L2 и Galileo E5a, если они доступны. Число рядом с точкой прокола соответствует идентификатору спутника в соответствии с нотацией NMEA i.е. GPS: 1-32, ГЛОНАСС: 65-96, Galileo: > 200.

В тексте
Фигура 2.

Сравнение индекса мерцаний S 4 для различных сигналов спутника GPS 25 11 апреля 2013 г. в Бахир-Даре, Эфиопия. Сплошные цветные линии — это средние значения S 4 во временном интервале [18:00, 19:30] UTC.

В тексте
Рисунок 3.

Индексы мерцаний S 4 для сигналов L1 (C/A)/E1 для всех спутников, отслеженных 11 апреля 2013 г. ослепительное событие.

В тексте
Рисунок 4.

Количество мерцаний в течение 2013 года. Символы представляют собой накопленное время мерцаний в минутах в день для соответствующего сигнала.Черные линии показывают скользящую среднюю. Серая заштрихованная область отмечает доступность данных.

В тексте
Рисунок 5.

Сводная статистика появления мерцаний в 2013 г. для различных сигналов в зависимости от скорректированного времени захода солнца. Пунктирные вертикальные линии указывают время заката.

В тексте
Рисунок 6.

Среднее значение S 4 как функция частоты для различных сигналов. Сплошные линии соответствуют данным. На вставке показаны те же результаты с использованием двойных логарифмических осей.

В тексте
.

Comments |0|

Legend *) Required fields are marked
**) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
Category: Разное