Повышение эффективности системы ГЛОНАСС с использованием технологии некратных фазометрических шкал

Введение. Проведен анализ возможности реализации высокоэффективных беспереборных алгоритмов разрешения неоднозначности фазовых измерений в отечественной и зарубежных глобальных навигационных спутниковых системах. Предложены номинальные значения несущих частот системы ГЛОНАСС с кодовым разделением сигналов, обеспечивающие повышение ее эффективности посредством реализации технологии некратных шкал. Рассмотрены алгоритмы разрешения неоднозначности фазовых измерений, использующие систему остаточных классов для вычисления целого значения числа фазовых циклов несущих частот в полученном диапазоне однозначности. Приведены результаты моделирования и показана устойчивость предложенных алгоритмов к систематическим и случайным погрешностям фазовых измерений.

Цель работы. Повышение эффективности глобальных навигационных спутниковых систем при определении местоположения в навигационной аппаратуре потребителей, использующей фазовые измерения.

Материалы и методы. Для обработки фазовых измерений из файлов RINEX использовалась среда моделирования MATLAB. Указанная среда успешно применяется для решения широкого спектра научных задач разной сложности в промышленности и научно-исследовательских организациях. Для решения поставленной задачи в описываемой работе используется математический аппарат теории чисел и системы остаточных классов.

Результаты. Для системы ГЛОНАСС с кодовым разделением сигналов предложены новые номинальные значения несущих частот, разработан и промоделирован высокоэффективный беспереборный алгоритм разрешения неоднозначности фазовых измерений. Показана устойчивость некратных шкал к систематическим ошибкам, вызывающим сдвиг шкал друг относительно друга, и подтверждена работоспособность и надежность алгоритмов разрешения неоднозначности при наличии случайных погрешностей, не превышающих значения заданной предельной погрешности фазовых измерений. Заключение. Проведенный анализ показал возможность формирования некратных фазометрических шкал в навигационной аппаратуре потребителя, использующей сигналы с кодовым разделением систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и BeiDou.

1. Забелин А. В. Математическая модель метода совпадения дробных частей порядка интерференции // Измерительная техника. 2011. № 7. С. 8–12.

2. Кукушкин С. С. Конструктивная теория конечных полей – основа алгоритмического решения проблем радиотехнических измерений // Двойные технологии. 2007. № 3 (40). С. 67–73.

3. ГЛОНАСС. Модернизация и перспективы развития / под ред. А. И. Перова. М.: Радиотехника, 2020. 1072 с.

4. Глобальная навигационная спутниковая система. Интерфейсный контрольный документ. Общее описание системы с кодовым разделением сигналов. Редакция 1.0. М.: АО РКС, 2016. 133 с.

5. Шиханович Ю. А. Введение в современную математику. М.: Наука, 1965. 375 с.

6. Михелович Ш. М. Теория чисел. М.: Высш. шк., 1967. 336 с.

7. Бахолдин В. С. Беспереборный метод разрешения неоднозначности фазовых измерений в системе ГЛОНАСС // Радиотехника. 2015. № 11. С. 105–111.

8. Пат. RU 2157547 C1 МПК G01S 3/00,5/00 (24.09.1999). Способ разрешения неоднозначности фазовых измерений / В. А. Пономарев, В. С. Бахолдин. Опубл. 10.10.2000.

9. Тяпкин В. Н., Гарин Е. Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС / СФУ. Красноярск, 2012. 259 с.

10. Пат. RU 2591953 C2 МПК G01S 19/04 (22. 12.2011). Навигационная система и способ разрешения целочисленных неоднозначностей с использованием ограничения неоднозначности двойной разности / Л. Л. Дай, Р. Р. Хэтч, Ю. Чжан, М. Ван. Опубл. 20.07.2016.

11. Пат. RU 2213979 C2 МПК G01S 3/00, 11/00 (22.12.2000). Способ разрешения неоднозначности фазовых измерений в системе GPS / В. А. Пономарев, В. С. Бахолдин. Опубл. 10.10.2003.

12. Карутин С. Н., Власов И. Б., Дворкин В. В. Дифференциальная коррекция и мониторинг глобальных навигационных спутниковых систем. М.: Изд-во Моск. ун-та "ГАЛЕРИЯ", 2014. 464 с.

13. Бахолдин В. С., Леконцев Д. А. Концептуальная модель радиотехнической системы траекторных измерений на основе технологии формирования некратных измерительных шкал // Вопросы радиоэлектроники. 2020. № 11. С. 14–21. doi:10.21778/2218-5453-2020-11-14-21

14. Глобальная навигационная спутниковая система. Интерфейсный контрольный документ. Навигационный радиосигнал открытого доступа с кодовым разделением в диапазоне L1. Редакция 1.0. М.: АО РКС, 2016. 64 с.

15. Глобальная навигационная спутниковая система. Интерфейсный контрольный документ. Навигационный радиосигнал открытого доступа с кодовым разделением в диапазоне L2. Редакция 1.0. М.: АО РКС, 2016. 15 с.

16. Разрешение неоднозначности в информационно-измерительных многошкальных приборах и системах / В. А. Пономарев, А. В. Пономарев, Т. М. Пономарева, В. С. Бахолдин; ВИКУ. СПб., 2001. 164 с.

17. Бахолдин В. С., Леконцев Д. А. Результаты моделирования и экспериментальной обработки фазовых измерений системы GPS с использованием беспереборных алгоритмов разрешения неоднозначности // Навигация и гидрография. 2023. № 71. С. 34–46.

18. Власов И. Б., Карутин С. Н. Беспереборный метод раскрытия неоднозначности измерений фазы в угломерной навигационной аппаратуре системы GPS // Вестн. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2004. № 3. С. 62–75.

19. Бахолдин В. С., Леконцев Д. А. Результаты экспериментальной обработки фазовых измерений системы ГЛОНАСС с использованием беспереборного алгоритма разрешения целочисленной неоднозначности для высокоточного абсолютного местоопределения // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 2. С. 162–170. doi: 10.17586/0021-3454-2024-67-2-162-170

20. Дьяконов В. П. Matlab: обработка сигналов и изображений. Спец. справочник. СПб.: Питер, 2002. 608 с.