5.3.3 Принцип измерения координат в срнс [13]

При решении задачи определения положения места ВС в СРНС используется геоцентрическая подвижная система координат OXYZ, центр которой совпадает с центром масс Земли, ось OZ – совпадает с осью вращения земного шара. Ось ОХ лежит в плоскости экватора и проходит через Гринвичский меридиан. Ось ОY дополняет систему до правой. В этой системе координат наземный сегмент управления формирует информацию о движении ИСЗ, в ней же определяется положение потребителей. В последующем, после пересчета, потребитель может получить данные о местоположении в геодезической системе координат – в виде широты, долготы и высоты.

Положение ВС относительно ИСЗ может определяться дальномерными (псевдодальномерными), разностно-дальномерными и радиально-скоростными (доплеровскими) методами.

В СРНС ГЛОНАСС и GPS получили применение псевдодальномерные методы, реализованные в аппаратуре потребителей. Псевдодальномерными называются беззапросные дальномерные методы, отличительной особенностью которых является то обстоятельство, что они реализуются в условиях, когда уход часов t на ВС весьма значителен, и игнорировать его нельзя (рис.5.6).

Рис.5.6. Определение псевдодальности

Псевдодальности Dj отличаются от действительных дальностей Rj на величины погрешностей распространения радиоволн _р, часов НИСЗ _с.ч. и самолетного стандарта времени ВС _с.в.:

При получении сигналов от четырех НИСЗ решается система из четырех уравнений вида[13]:

После предварительного определения _р и _c.ч рассчитываются четыре неизвестных, из которых три являются пространственными координатами ВС, а четвертая _с.в — погрешностью часов стандарта времени ВС. Продифференцировав уравнения по времени, получим следующие соотношения:

где xi, уi, Zi — составляющие скорости i-ro спутника, вычисляемые на основе эфемеридных данных.

Р ис.5.7 Графическая интерпретация решения задачи определения положения места летательного аппарата (ПМЛА)

Эфемеридами называются предвычисленные значения координат и скорости НИСЗ. При навигационных определениях на борту, желательно было бы иметь всю необходимую информацию об эфемеридах в таком виде, чтобы использовать ее в любой момент времени без привлечения средств связи с наземными пунктами управления. Однако интервал прогноза ограничен, что требует оперативной доставки на борт самолета эфемеридной информации на срок наблюдений. В настоящее время эфемеридная информация передается на борт с помощью НИСЗ, который производит запоминание эфемерид, относящихся к определенным моментам времени, и их выдачу в период навигационных измерений. Для этого стационарными наземными пунктами наблюдения, называемыми командно-измерительными центрами, замеряются текущие координаты НИСЗ с точной привязкой результатов измерений ко времени. Результаты измерений периодически обрабатываются, что дает возможность вычислять элементы орбиты спутников на определенные моменты времени. Эти данные используются для прогноза движения НИСЗ, а результаты прогнозирования передаются на борт НИСЗ и закладываются в бортовое запоминающее устройство. Погрешности, вносимые за счёт эфемерид, приведены в таблице 5.2.

В дальнейшем производятся последовательная выборка прогнозируемых значений координат и скорости НИСЗ, относящихся к определенным моментам времени, и трансляция их по радиоканалу. Аппаратурой потребителей ведутся прием и регистрация принятых эфемерид и использование их при навигационных расчетах.

Таблица 5.2 Погрешности эфемерид

Составляющая ошибки	Ошибка за 24 часа
радиальная	0,7 м
Продольная	3,5 м
поперечная	0,7 м

После предварительного определения D_j _р, _c.ч по четырем уравнениям вышеуказанного вида рассчитывают составляющие скорости ВС и погрешность частоты генератора самолетного стандарта времени. Таким образом, СРНС позволяет, используя прогностическую эфемеридную информацию, определить на борту все необходимые навигационные параметры.

При этом в случае одновременного наблюдения четырех НИСЗ обеспечивается режим 3D (т. е. измеряются три координаты местоположения и время). Если наблюдаются три спутника, то могут быть вычислены только две координаты (режим 2D, таким образом, аналогичен наблюдению с помощью РНС; высота полета в этом случае определяется на борту по автономному измерителю).

Точность определения координат с использованием ИСЗ характеризуется точностью измерения псевдодальности, точностью хода бортовых часов и зависит от геометрических условий измерений – взаимного расположения ВС и набора ИЗС, используемых для навигационных определений.

Современные приёмоиндикаторы СРНС из числа ИЗС, находящиеся в зоне видимости, выбирают оптимальное созвездие, обеспечивающее минимум погрешностей измерений. Кроме того, при выборе созвездия учитывается возможность обеспечения требуемого уровня готовности системы, то есть во время измерений при выполнении определенной операции (например, захода на посадку) нельзя переходить от использования одного созвездия к другому, так как при этом скачкообразно меняется геометрический фактор и погрешность измерений.