120
условиях и территориях с очень неравномерным рельефом, т.е. там, где сигналы могут быть блокированы препятствиями) и требуется большая точность.
Повышение точностных характеристик обычно связывается с более качественной спутниковой геометрией единого GNSS созвездия, которая уменьшает
так называемый DOP фактор и снижает ошибки в измеряемые псевдодальности. Гарантированная точность определения координат для потребителей Galileo
должна составлять 4 м в горизонтальной плоскости и 8 м - в вертикальной при
значении доступности 95%. Точность определения временного положения по шкале UTC - не более 50 нс. Следует отметить, что это предварительные данные, которые
могут уточняться.
6. Дифференциальный режим GPS
Как следует из предыдущих разделов, на точность определения места судна
влияет много факторов. Для их уменьшения, а в некоторых случаях – исключения, наиболее эффективным
средством является дифференциальный способ наблюдений - DGPS (Differential GPS). Его суть состоит в выполнении
измерений двумя приемниками: один
приемник GPS (1) устанавливается на
базовой (контрольной) станции - контрольном Рис.6.1. К сути дифференциального режима пункте (КП) с известными геодезическими координатами φ кп , λ кп (см.рис.6.1), а другой – в определяемом месте, например на судне (3).
Поскольку расстояние от ИСЗ до приемников значительно больше расстояния
между самими приемниками, то можно считать, что условия приема сигналов обоими приемниками практически одинаковы.
Следовательно, величины ошибок также будут близки.
Идея заключается в том, что на КП опорные приемоиндикаторы GPS ,
измеряющие псевдодальности до КА, рассчитывают точные дальности (по точным
координатам пункта и КА). Рассчитываются и псевдокоординаты, поправки к координатам или к дальностям. Эти поправки передаются по радио на находящиеся поблизости потребители (морские суда - 3) (рис. 6.1). Используя поправки, ПИ определяют навигационные параметры с высокой точностью.
Сравнивая измеренные и рассчитанные дальности, исключают коррелированные
погрешности: погрешности эфемерид (положения КА); погрешности рассогласования
шкал времени КА и ПИ; погрешности за условия распространения радиоволн - ионосферная и тропосферная; геодезические погрешности. Все это вырабатывается
в виде поправок. В случае использования DGPS точность места повышается более чем в 4 раза [12].
6.1.Способы дифференциальных определений
6.1.1. Способ разностей координат ∆φ и ∆λ
На контрольном пункте, где находится опорный приемник, рассчитываются по оптимальному (для него) созвездию координаты его места - φопр, λопр.
Зная φ кп, λ кп рассчитывают поправки согласно уравнений:
121
∆φ = φ кп - φопр , ∆λ = λ кп - λопр .
Эти поправки передаются с помощью передатчиков (2) по радио на
потребители (рис.6.1). Однако при этом необходимо выполнения одного существенного условия - использовать на судне необходимо те же КА, что и на КП, т.е. судовой ПИ лишается права выбора оптимального созвездия. По мере удаления
судна от КП (более 100 морских миль) поправки менее соответствуют фактическим значениям поправок.
6.1.2. Способ разностей расстояний ∆D
Способ заключается в определении дифференциальных невязок псевдодальностей ∆D, а фактически - определение ∆t (в наносекундах).
На контрольном пункте для каждого видимого КА рассчитывается Dгеодезич. по координатам КП и КА и определяется псевдодальность по сигналам КА.
Тогда
∆Di = Dгеодезич. – Dпсевдодал.
Компьютер рассчитывает ∆t, (в нс).
∆ti= ∆Di /с
Для всех видимых КА в эфир передается, например: "КА1задержка 5 нс, КА2 -
опережение 15 нс" и так далее [12].
Потребитель выбирает для себя оптимальное созвездие КА и принимает для них поправки ∆ti. Точность определения места при удалении не ухудшается (как при способе 6.1.1.), но усложняется устройство ПИ - необходима приставка к ПИ для приема дифференциальных поправок (∆ti) и дополнительное математическое обеспечение (компьютер). К тому же определенные поправки "устаревают", их необходимо заново определять. Обновление выполняется через 10 с (5 с идет
расчет "новых" ∆ti). Скорость передачи поправок - 50 бод (50 бит/с).
Международная ассоциация маячных служб (International Association of Lighthouse Authorities (IALA)) установила свой протокол использования специального
Международного стандарта выдачи поправок DGPS: RTCM - SC-104 (Radio Technical
Commission for Maritime - Special Committee 104). Для их трансляции используются,
как правило, морские радиомаяки, установленные по побережью в США, Швеции,
Финляндии, Норвегии, Нидерландах и других странах.
По количеству КП и взаимодействию с потребителем дифференциальные определения делятся на два варианта:
1. Общепринятый. Он основан на работе АП с одним КП. При этом учитывается
зависимость поправок от эфемеридной информации; от высоты КА над горизонтом; от условий распространения радиоволн (ионосферной и тропосферной); от удаления судна (ПИ) до КП (контрольного пункта).
Этот вариант прекращают использовать и переходят к развитому варианту.
2. Развитой дифференциальный вариант позволяет сохранить высокую точность
определения места в радиусе R ~ 1000 миль от
КП, практически не зависящую от удаления до
КП (рис.6.2).
Рис.6.2. Схема построения развитого дифференциального варианта