Вопрос для самоконтроля:

1. Что, кроме віддалемірних кодов и несущих частот, входит в спутниковый сигнал?

2. Что модулируется навигационным сообщением?

3. Что представляют собой віддалемірні коды?

4. В котором субкадрі передается метка времени?

5. Сколько времени тратится на передачу альманаха?

Раздел 8. Методы спутниковых измерений

8.1. Кодовые измерения

При кодовых измерениях, как уже подчеркивалось раньше, величиной, которая измерится, есть время  распространение сигнала от спутника до приемника, в которое входит как задержка в атмосфере, так и совокупное отклонение часов спутника и приемника от системного времени. Измерения выполняются путем корреляционной обработки кодовых сигналов.

Принцип кодовых измерений иллюстрируется на рис.8.1. В приемнике формируется точно такой же псевдослучайный код, которым модулирован спутниковый сигнал.

Рис.8.1. К принципу кодовых измерений с корреляционной обработкой сигнала

Этот код (назовем его местным кодом) и сигнал, который приходит от спутника подаются на корелятор, который обеспечивает переворот фазы несущего колебания, которое приходит, на 180^в в моменты изменения символов местного кода. Тогда, если менять задержку местного кода относительно кода, который содержится в спутниковом сигнале, то, когда эта задержка станет равной нулю, на выходе корелятора возникнет не модулированное колебание несущей частоты. Поэтому, при співпаданні обеих кодов до 180 в-^их сдвигов фазы несущей от “ спутникового кода” будут в те же моменты добавляться 180 в-^ни сдвиги от местного кода, а значит, общий сдвиг фазы несущей будет 360^в (нулевой), то есть фазовая манипуляция снимается. При этом мощность сигнала на выходе фильтру резко возрастает (что отвечает максимуму корреляционной функции).

Таким образом, появление немодулированного колебания служит индикатором совпадения “спутниковой и местной кодовых последовательностей”, которые были сдвинуты во времени. Эта временная задержка и измеряется при сдвиге местного кода относительно спутникового к ним співпадання. Здесь, однако, надо иметь в виду, который если мы работаем за грубым кодом (С/ А-Кода в GPS или Ст-Кода в ГЛОНАСС), то мы можем таким образом измерить задержку только в пределах периода повторения кода, который составляет в обеих системах 1мс. Чтобы получить полное время распространения, надо знать, сколько в нем содержится целых мілісекунд. Поскольку за 1 мс радиоволна проходит 300км, то надо знать, сколько 300- километровых отрезков содержится в расстоянии к спутнику, то есть знать это расстояние с ошибкой меньше 150км. Для этого достаточно вычислить ее за координатами спутника и приближенных координатах наземной станции.

При использовании точного кода такой проблемы не возникает, поскольку его период повторения явным образом больше времени распространения .

Определивши  и помножив его на скорость света в вакууме, получают псевдодальність, описываемую формулой (6.2) раздела 6:

Р =  + сt_атм + сt_г .

Определение координат из кодовых измерений. Запишем полученную из кодовых измерений псевдодальність в виде:

Р =  + _т + _и + сt_г , (8.1)

где члены _т и _и - выраженные в линейной мере суммарные “взносы” тропосферы и ионосферы соответственно, обусловленные как задержками, так и удлинением рефракции траектории. Эти величины могут быть учтены (вычисленные) с определенной степенью точности (см. следующий раздел), то есть их можно считать известными. Неизвестными остаются  и t_г.

Дальность  связанная с геоцентрическими координатами приемника X,Y,Z и спутника XS, YS_, ZS известным из аналитической геометрии соотношением:

 = [(XS - X)² + (YS - В)² + (ZS - Z)²]^1/2 (8.2)

Координаты спутника XS, YS_, ZS получают по ефемеридними данным, которые с помощью сектора управления и контроля спорят в навигационное сообщение, транслированное из спутника на приемник, то есть XS, YS_, ZS можно считать известными. Поэтому уравнение (8.1) фактически содержит четыре неизвестных - три координаты приемника ( определяемого пункта) X,Y,Z и относительный отход часов t_г. Если выполнить ОДНОЧАСНО измерение псевдодальностей до четверых спутников, то мы получаем ( об этом уже упоминалось раньше) систему четверых уравнений вида (8.1) с четверыми неизвестными, из решения которых и находятся искомые координаты пункта X,Y,Z.

Дифференциальный метод кодовых измерений. Описанным выше образом, который иногда называют автономным, можно было получать координаты с погрешностью в диапазоне 10-100 м, но после отличия режима избирательного доступа (SA) погрешность снизилась до 5-15 г. Существенным образом увеличивается точность при использовании так называемого дифференциального метода. Это - метод с использованием двух наземных станций (приемников). Одна из них устанавливается на пункте с известными координатами и называется базовой, опорной или референц-станцией. Другая станция есть подвижной (роверною). Приемник базовой станции беспрерывно работает в Р-Коде, и вымеренные им псевдодальності сравнивают с “эталонными расстояниями”, вычисленными за координатами. Получаемые различия, которые называют дифференциальными поправками, передают на передвижной приемник для коррекции измерений. При этом предполагается, что много погрешностей одинаково влияют на измерение с обеих станций. Чем меньше расстояние между станциями, тем это предположение выполняется точнее. Например, при расстояния меньше 10 км влияние атмосферы можно считать абсолютно одинаковым - радиоволны от спутника, который находится на высоте 20 000 км, проходят расстояния до двух что разнесли на 10 км приемников практически в одних и тех же атмосферных условиях.

Дифференциальный метод выводит точность кодовых измерений в диапазон от нескольких метров до нескольких дециметров. Существует целая сеть базовых станций ( в разных странах), что передают дифференциальные поправки в стандартном международном формате для всех заинтересованных пользователей (бесплатно или на коммерческой основе).