Обработка сигналов спутниковой радионавигации в условиях многолучевости

• Автор: Милютин, Данила Святославович
• Шифр специальности: 05.12.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СПУТНИКОВЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ОШИБКИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
1.1. Спутниковые радионавигационные системы
1.1.1. Общие сведения
1.1.2. Космический сегмент GPS
1.1.3. Космический сегмент ГЛОНАСС
1.1.4. Модернизация СРНС
1.2. Режимы работы приёмника
1.2.1. Измерения. Уравнения наблюдения
1.2.2. Режим одиночного позиционирования
1.2.3. Режим дифференциального позиционирования
1.2.4. Задача высокоточного позиционирования в реальном времени
1.3. Способы борьбы с ошибками многолучёвости
1.4. Выводы по главе 1 (Постановка задачи исследования)
2. АНАЛИЗ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Некоторые обозначения и определения
2.2. Структура приёмника
2.3. Аналоговая часть
2.3.1. Анализ прохождения сигнала через аналоговую часть приёмника. Результирующий фильтр
2.3.2 Анализ прохождения шума через результирующий фильтр
2.4. Статистические характеристики сигналов на выходе квантователя
2.4.1 Общие предположения
2.4.2 Математическое ожидание
2.4.3 Автокорреляционная функция и дисперсия
2.5. Ста тистические характеристики выходных величин коррелятора
2.5.1. Переход от дискретных характеристик к непрерывным
2.5.2. Математические ожидания
2.5.2.1. Общая формула для математического ожидания
2.5.2.2. СА-сигнап
2.5.2.2(1). Вычисление взаимокорреляционной функции ПСП
2.5.2.2(2). Дальнейшие упрощения для СА-кода
2.5.2.2(3) Случайный код
2.5.2.2(4) Коды Гоулда
2.5.2.2(5) Приближённые вычисления для СА-кода (коды Г оулда)
2.5.2.3. Civil-сигнал
2.5.2.3(1) Вычисление взаимокорреляционной функции ПСП
2.5.2.3(2) Приближённые вычисления для Civil-сипіала

2.5.3. Дисперсии
2.5.3.1. Общая формула
2.5.3.2. СА-сигнал
2.5.3.3. СщН-сигнал
2.5.4. Обобщение формул на ВОС-сигналы
2.6. Расчёт ошибок многолучёвости
2.7. Расчётная ошибка многолучёвости для ВР8К-сигналон и ВОС-сигналов
2.8. Выводы по главе
3. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ ВЫСОКОТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
3.1. Предварительная обработка псевдодальпостей и полных фаз
3.1.1. Коррекция измерений
3.1.1.1. Уравнения наблюдения
3.1.1.2. Фундаментальные константы
3.1.1.3. Эфемериды, коррекции к часам и релятивистские аффекты
3.1.1.4. Моделирование тропосферы и ионосферы
3.1.1.5. Характеристики шумов наблюдения
3.1.1.6. Первые разности измерений и коррекции
3.1.1.7. Линеаризация уравнений наблюдения
3.1.1.8. Вторые разности измерений
3.1.2. Комбинации измерений
3.1.2.1. Комбинации свободные от ионосферы и геометрии
3.1.2.2. Комбинации фаз с сочинением целочисленности неоднозначностей
3.2. Частные задачи ВПРВ
3.2.1. Позиционирование
3.2.1.1. Постановка задачи
3.2.1.2. Позиционирование по псевдодальностям
3.2.1.3. Позиционирование по псевдофазам
3.2.1.4. Общий вид уравнений наблюдения задачи позиционирования
3.2.2. Определение неоднозначностей
3.2.2.1. Постановка задачи
3.2.2.2. Уравнения наблюдения для задачи определения неоднозначностей
3.2.2.3. Фильтр для неоднозначностей
3.2.2.4. Целочисленное разрешение
3.2.2.5. Обратная задача
3.2.2.6. Модификации задачи
3.2.2.7. Специальные режимы задачи определения неоднозначностей
3.2.2.8. Схема задачи определения неоднозначностей
3.2.3. Отбраковка аномалий
3.2.3.1. Постановка задачи
3.2.3.2. Схема отбраковщика аномалий
3.2.3.3. Критерий согласованности измерений
3.2.3.4. Поиск и отбраковка апомш1ьпых измерений

3.2.3.5. Уточнение вектора состояния
3.2.3.6. Примеры задач отбраковки аномалий
3.2.3.7. Выводы
3.3. Особенности задачи ВПРВ
3.3.1. Постановка задачи
3.3.2. Вычислительная сложность задач. Процессы обработки данных
3.3.3. Залача подготовки данных
3.3.3.1. Исходные посылки
3.3.3.2. Синхронизация измерений. Режимы работы с измерениями базы
3.3.4. Вычислительное ядро ВПРВ
3.3.4.1. Основание
3.3.4.2. Менеджер измерений
3.3.5. Полная схема
3.4. Выводы ПО ГЛАВЕ
4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ЗАДАЧИ ВПРВ
4.1. Специальные вопросы
4.1.1. Линейная модель наблюдения
4.1.2. Метод наименьших квадратов (МНК). Нормальные уравнения
4.1.3. Переход к модели с нормированными шумами
4.1.4. Использование QR-преобразования в МНК
4.1.5. Решение нелинейных систем методом наименьших квадратов
4.2. Алгоритмы индика горов аномалий
4.2.1. Формирование вторых разностей
4.2.2. Формирование невязок при использовании ВР
4.2.3. Методы обнаружения и исключения аномальных измерений
4.2.4. Алгоритм быстрого перебора
4.2.5. Позиционирование в режиме статика
4.3. Алгоритмы определения неоднозначностей
4.3.1. Формирование вторых разностей
4.3.2. Вычислительная схема задачи определения неоднозначностей
4.3.3. Обновление вектора состояния
4.3.4. Смена опорного спутника
4.3.5. Появление и исчезновение спутника
4.4. Выводы по главе
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
5.1. Анализ результа гов по расчёту многолучёвости
5.1.1. Ошибка многолучевости для сигналов с кодами Голда
5.2. Экспериментальное сравнение ВПРВ
5.3. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

используют специальный приёмник, позиция которого известна точно. Такой приёмнику называют базой. Как правило, база стоит неподвижно на земле. Расстояние между ровером и базой называют базовой линией.
Для исключения влияния указанных ошибок образуют первые разности (ПР) измерений, то есть из измерений ровера вычитают измерения базы. В результате такого вычитания на коротких базовых линиях полностью сокращаются ошибки ионосферы и ошибки эфемерид. На более длинных базовых линиях эти ошибки сокращаются частично. При любых базовых линиях сокращается УЧС. Тропосферную задержку убирают с помощью модели.
С помощью первых разностей кодовых измерений решается дифференциальная задача кодового позиционирования (называемая в англоязычной литературе Differential GPS - DGPS) аналогично тому, как это делалось для режима одиночного позиционирования. Точность дифференциального кодового позиционирования (ДКП) составляет 1 метр в смысле СКО.
В результате взятия первых разностей убираются существенные ошибки эфемерид и ионосферы. Однако в первых разностях остаётся сумма шумовых и многолучевых ошибок, а также ошибки модели тропосферы. Сумма шумовых ошибок представляет собой гауссов белый шум с нулевым математическим ожиданием и дисперсией равной, сумме дисперсий исходных шумов.
Ошибки тропосферы практически не влияют на приёмники, находящиеся на короткой базовой линии при одинаковой высоте базы и ровера. В целом ошибка тропосферной модели в первых разностях проявляется более существенно для низких спутников и составляет в худшем случае 1-2 сантиметра. В моей работе я не буду касаться анализа тропосферных ошибок.
Для повышения точности режима дифференциального позиционирования также как и для режима одиночного позиционирования