При уточнении ковариационной матрицы ошибок Pk вектора оценки состоянияxk учитывается возможность искажения модели поведения системы некоторым случайным процессом. Статистические параметры этого процесса задаются элементами матрицы возмущений Qk.

Поскольку в процессе вычислений изменяются степень неопределенности оценки состояния системы и элементыИковариационной матрицы ошибок, то фильтр Калмана можно рассматривать как алгоритм с переменными весами. При неизменном состоянии системы ал-

горитм фильтра Калмана даст те же результаты, что и классический метод наименьших квадратов, в котором в качестве весовой используется матрица, обратная ковариационной.

Алгоритм фильтра Калмана сегодняДявляется основным средством обработки измеренийбв навигационных системах, использующих спутниковый метод определений. При этом, располагая характеристиками погрешностей о оих систем, фильтр Калмана сводит к минимуму их влияние на выходные навигационные данные [56].

Таким образом, фильтр Калмана является инструментом, позволяющим построить оптимальные оценки системных переменных на основе математической модели системы и по результатам выполнен-

рентная природа, проявляющаяся при работе в реальном времени, и возможность априорной оценки точности получаемых результатов средствами самого алгоритма.

ных измерений. Его важнейшимиАдостоинствами являются рекур-

Математ ческая модель интеграции инерциальных и спутниковых змерен й достаточно сложна, а ее основные положения сводятся

Ск следующему.

и10.4.3. Элементы модели интеграции ИНС и СНС

Выставка блока нерциальных измерений (IMU, заключается в установке его в положен е, при котором его координатные оси будут либо параллельны координатным осям «целевой» системы – транспортного средства (самолета, автомобиля, водного судна и др.) или аэрокамеры, либо совмещены с ними. Рассматриваемая операция выполняется в несколько этапов, включающих грубую выставку приборов и ее уточнение. При этом содержание операций определяется требуемой точностью и, следовательно, областью использования данных.

Грубая выставка блока инерциальных измерений зачастую сводится к жесткому креплению его на соответствующей площадке но-

105

сителя с помощью болтов. Точность такой выставки невысока, и погрешности угловой ориентации могут достигать градуса. Во многих случаях этого достаточно для определения положения движущегося объекта (например, в автомобильном транспорте), тем более что па-

Порядок грубой выставки определяется инструкцией по эксплуатации блока в рамках соответствующей технологии.

Уточнение параметров выставки («точная выставка») иногда совмещается с инициализацией системы и выполняется непосредственно перед началом измерений с целью определения начальных установок и настройки оборудования. Решение этих задач зачастую требует выполнения определенных действий, регламентируемых руководством по эксплуатации системы и связанных с перемещением носителя (самолета или автомобиля) по определенной траектории. Автоматическая обработка полученных при этом инерциальных и спутниковых данных позволяет определить начальные значения параметров полета и иные необходимые данные.

Руководство по эксплуатации съемочной системы ADS40 рекомендует выполнять уточнение выставки измерительных блоков и их

Точность определен я параметров выставки при такой регулировке вполне достаточна для целей навигации, однако не всегда соот-

106

Согласование результатов инерциальных и спутниковых изме-

рений выполняется в бортовом вычислителе (рис. 10.19), функции которого сводятся к следующему [56].

блок IMU (инерциальных измерений) выполняет измерение па-

раметров ориентации и проекций вектора кажущегося ускорения на координатные оси инерциальной системы, после чегоИнаправляет их на вход блока «Алгоритм навигации»;

блок GPS (спутниковых измерений) осуществляет прием сиг-

налов спутников, выполняет первичную обработку данных и направляет полученные результаты на вход блока 1;

«алгоритм навигации» осуществляетД:А

фактическими и прогнозируемыми данными и передает на вход Калмана как элементы в е к т о р а и з м е р е - н и й, содержащие погрешности;

5) ф льтр Калмана на основе полученного из блока 1 век-

СТаким образом, алгоритм последовательно обрабатывает вновь поступающие векторы измерений с учетом значений, вычисленных в предшествующем цикле, и передает полученные данные для накопления и последующей обработки.

108

ются во фрагменты траектории AB, BC, CD и DF (4) соответственно и оказываются в непосредственной близости от фактической.

Приведенная интерпретация несколько условна, но она отражает принцип согласования результатов инерциальных и спутниковых данных, дает ключ к пониманию причин относительно невысокой их точ-

−параметров железнодорожного полотнаД(в т.ч. егоИдеформации);

−местоположения Аподвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других движущихся объектов;

−координат геодезических пунктов различного назначения иобеспечен

GPS-702-GG (для высокоточных работ и совместной работы ГЛО- /GPS) или GPS-702L, GPS-702-GGL, ANT-534 (для дифферен-

циального сервиса OmniStar);

110

• блок инерциальных измерений одной из рассмотренных выше конструкций, с помощью которого выполняются инерциальные

(псевдодальности, псевдофазы и доплеровские сдвиги частоты), что позволяет получать надежные решения даже при недостаточном числе наблюдаемых спутников. Кроме того, допустимо использование режимов абсолютных, относительных и дифференциальных спутниковых измерений и их комбинаций, что позволяет сократить время захвата и перезахвата сигналов от спутников, а также существенно снизить время инициализации при RTK режиме.

Экспериментальная проверка точностиДпозиционирования с использованием технологии SPAN была выполнена путем проложения трассы с включением в нее пунктов, расположенных на застроенных территориях с многоэтажной застройкой, в залесенной местности, под мостами и эстакадами. В ряде случаев участки трассы с полным отсут-

О разработке технологии SPAN было объявлено в августе 2004 г., а публикации о ней можно найти на сайтах компании NovAtel и свя-

занных с ней российских компаний GPScom и GNSSplus.

ствием радиовидимости оказывались довольно протяженными.

мени оказались равными 0,02 м/с, 0,03 м/с2 и 20 нс соответственно. Как следует из приведенных данных, использование интегриро-

ванной технологии инерциальных и спутниковых измерений SPAN обеспечивает достаточно высокую точность получения координат определяемых точек вне зависимости от условий видимости на них.

111

Проявляющийся повышенный интерес к средствам и методам интеграции инерциальных и спутниковых измерений со стороны геодезистов и топографов дает уверенность, что они займут достойное место в ряду современных технологий производства топографо-

вающий возможность позиционирования с точностью 10 – 30 см в режиме кинематики и 1,5 – 2,0 см в режиме статики без использования базовых станций. Решения базируются на использовании двухчастотных GPS-приемников и точных эфемерид наблюдаемых спутников, содержащихся в файлах Rapid и Final и доступных спустя 17 и 12 ч соответственно через сеть Международной службы навигационных сообщений IGS. Оба решения, реализованные в программах GrafNav компании NovAtel версий 7.70 – 8.10, используют алгоритмы многопроходного (multi-pass) сглаживания при помощи фильтра Калмана и широко применяются при выполнении изыскательских и

10.Что означает термин «позиционирование»?

11.Почему система спутниковой навигации и позиционирования является глобальной?

12.Из каких трёх основных сегментов состоит спутниковая навигационная система?

112

фотосъёмки?

31.Какими методами и с какой точность определяются координаты центров фотографирования при аэрофотосъёмке?

32.Как осуществляется переход от координат фазового центра антенны спутникового приёмника к координатам центра проекции фотокамеры?

113