Качество геометрии спутников
Очередным фактором, влияющим на точность показаний приемника, является качество геометрии спутников – характер взаимного расположения спутников относительно приемника. Точность определения местоположения напрямую зависит от количества спутников в «зоне видимости» прибора, а также от того, как эти спутники распределены на небосводе. Все расчеты построены не столько на определении расстояния как такового, но и на пересечении прямых, образованных расстояниями от приемника до каждого из видимых спутников. Именно эти пересечения формируют зону вероятного нахождения объекта, и чем обширнее зона, тем ниже точность определения.
Рис. 5. Взаимное расположение спутников относительно приемника
Оптимальным вариантом измерения считается соотношение расстояний от терминала до четырех спутников одновременно, для создания подобных условий в любой точке земного шара по орбите Земли кружат 28 спутников [3]. Спутники равномерно распределены по орбите на высоте ~ 20 тыс. км. Для высокой точности измерений необходимо, чтобы спутники, находясь в пределах видимости прибора, были разнесены на максимально возможное расстояние. Если же все четыре спутника будут расположены, к примеру, только на северо-западе относительно прибора, не исключен вариант, что определить местоположение будет невозможно, либо точность определения будет неудовлетворительной (100 – 150 м.). Область вероятного расположения прибора (пересечения прямых) будет весьма значительной, что негативно отразится на точности.
Рис. 6. Спутники ГЛОНАСС и GPS относительно Земли
Особенно важным качество геометрии спутников является при расположении приемника в местности, где спутники могут быть заслонены естественными или искусственными преградами. Это могут быть горы, ущелья, высотные здания, в такой местности важно количество спутников, которые прибор может засечь одновременно, чем меньше спутников оказывается в пределах видимости, тем ниже точность определения местоположения [4]. В то время как один или несколько спутников остаются скрытыми, или же сигнал какого-либо из спутников заблокирован, система предпринимает попытки определить положение с помощью остальных спутников.
Существует система оценки качества геометрии спутников, которая используется производителями навигационных приборов и которая характеризует уровень потери точности непосредственно из-за расположения спутников. Показатель DOP (Delution of Precision — понижение точности), учитывает количество видимых спутников в определенный момент времени и расположение спутников относительно друг друга.
Помимо универсального показателя DOP применяются его модификации:
Геометрический фактор снижения точности (GDOP) определяет степень влияния погрешностей псевдодальности (характеризующей меру удаленности пользователя от спутника) на точность вычисления координат. Зависит от положения спутника относительно приемника и от смещения показания часов. Различие значений псевдодальности и фактической дальности связано со смещением показаний часов спутника и потребителя, с задержками распространения и другими ошибками.
Горизонтальный фактор снижения точности (HDOP) показывает степень влияния точности определения горизонтали на погрешность вычисления координат.
Фактор снижения точности определения положения (PDOP) — это безразмерный показатель, описывающий, как погрешность псевдодальности влияет на точность определения координат.
Относительный фактор снижения точности (RDOP), по сути, равен фактору снижения точности, нормализованному на период 60 с.
Временной фактор снижения точности (TDOP) описывает степень влияния погрешности показаний часов на точность определения координат.
Вертикальный фактор снижения точности (VDOP) показывает степень влияния погрешности в вертикальной плоскости на точность определения координат.
Пользователями приборов используется общее правило – чем выше значения показателей DOP, тем ниже точность определения.
Рис. 7. Составляющие показателя DOP
Кроме того, на качество геометрии спутников влияет широта, на которой находится приемник, а также близость к одному из полюсов Земли (влияние атмосферы).