Факторы, влияющие на точность определения навигационных параметров местоположения беспилотного летательного аппарата | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 апреля, печатный экземпляр отправим 10 апреля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (449) январь 2023 г.

Дата публикации: 13.01.2023

Статья просмотрена: 400 раз

Библиографическое описание:

Мансур, Рами. Факторы, влияющие на точность определения навигационных параметров местоположения беспилотного летательного аппарата / Рами Мансур, С. А. Лунякин, А. Г. Гасилин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 2 (449). — С. 22-25. — URL: https://moluch.ru/archive/449/98619/ (дата обращения: 29.03.2024).



В интересах повышения точности определения местоположения беспилотного летательного аппарата в спутниковой радионавигационной системе в условиях воздействия многих видов помех разработано исследование всех известных источников погрешности в зависимости от причины их происхождения.

Ключевые слова: спутниковая радионавигационная система, беспилотный летательный аппарат, точность определения местоположения.

Пространственное место беспилотного летательного аппарата БПЛА в спутниковой радионавигационной системе СРНС определяется относительно спутников. Понятно, что чем точнее известно местоположение спутников на орбитах, тем точнее будут определены координаты беспилотного летательного аппарата.

Составляющие дальномерной погрешности в зависимости от причины их происхождения можно разделить на три группы: погрешности, вносимые в навигационной системе НС СРНС; погрешности, вносимые на трассе распространения; погрешности, вносимые аппаратурой пользователя [2]. основными из которых являются [3,11,12]:

— несовершенство аппаратуры, размещенной на НС;

— несоответствие эфемерид параметрам движения НС;

— условия распространения радиосигналов в ионо- и тропосфере;

— многолучевое распространение радиосигнала;

— несовершенство приемника;

— взаимное расположение БПЛА и НС выбранного рабочего созвездия.

Несовершенство аппаратуры НС определяется прежде всего точностью хранения шкалы системного времени, которая зависит от нестабильности частоты эталона времени и частоты [3]. Эти погрешности непосредственно и весьма значительно влияют на определение расстояния до спутника [4]. СРНС работает в своем «системном», времени, определяемым наземным центральным синхронизатором высокой точности (нестабильность ) [1], и оснащены атомными часами, которые обеспечивают эталонное время для всех действий, выполняемых на спутнике, включая отметку времени сигнала. Спутниковые часы, несмотря на то что они являются атомными часами, имеют свои смещения [11]. При этом смещение шкалы времени за сутки составляет около 1–10 нс, что вносит погрешность в измерение псевдодальности от до м [3].

Несоответствие эфемерид фактическим параметрам движения НС обусловлено неточностью их прогноза из-за воздействия на спутники в процессе движения их по орбитам случайных возмущений и факторов, не поддающихся точному учету (космический ветер, непостоянство гравитационных полей и др.). Очевидно, что с увеличением интервала времени, прошедшего после закладки эфемеридной информации в память бортового компьютера НС, точность прогноза снижается. В настоящее время неточность прогноза эфемерид за сутки приводит к погрешности измерения псевдодальности до НС около 3 м [3].

Распространение радиосигнала в ионо- и тропосфере: Существование данной группы погрешностей обусловлено особенностями распространения рдиоволн в атмосфере Земли и околоземном космическом пространстве [5]. Распространение сопровождается рефракцией, т. е. искривлением его траектории [3]. Атмосфера, как ионосфера, так и тропосфера, могут искажать сигналы, заставляя спутники казаться дальше, чем они есть на самом деле [12]. Это приводит к дополнительной неизвестной задержке сигнала. Влияние ионо- и тропосферной рефракции проявляется в гораздо большей степени для сигналов, принимаемых от НС, находящихся вблизи плоскости горизонта (назовем их горизонтными), чем от НС, находящихся вблизи зенита (зенитных НС). Для зенитных НС влияние тропосферной рефракции приводит к погрешности измерения псевдодальности до м, для горизонтных — до м [3].

При многолучевом распространении при работе НАП в городских условиях, а также в любых других ситуациях, характеризующихся наличием отражающих предметов, на вход приемника, кроме сигналов НС, поступают переотраженные от местных предметов сигналы [4]. Уровень мощности отраженного сигнала может быть соизмерим с прямым сигналом [2]. Их сложение с полезным сигналом приводит к образованию результирующего сигнала, который флуктуирует по амплитуде, фазе и задержке огибающей. Эффект многолучевого распространения значителен для наземных потребителей и может приводить к погрешности измерения псевдодальности до нескольких сотен метров [3]. степнь проявления эффекта многолучевости во многом зависит от взаимного расположения НС, приемной антенны НАП и окружающих объектов [5].

Погрешности аппаратуры потребителя в измерение псевдодальности, зависят от отношения сигнал/шум на входе, способа обработки сигнала (когерентный или некогерентный) и навигационной информации, внутренних шумов, нестабильности опорного генератора и других факторов [3]. При этом диапазон погрешностей оценивания псевдодальности составляет ...

м, а псевдоскорости — ... м/с [4].

Существенное влияние на точность навигационных определений в спутниковых РНС оказывает взаимное пространственное расположение потребителя и НС. Для оценки этого влияния используется понятие геометрического фактора, или GDOP (Geometric Dilution of Precision) [3,13]. Следовательно, возникает задача выбора оптимального рабочего созвездия НС, при котором будет обеспечиваться заданная точность измерений, как приведено на рис. 1. [4].

Выбор рабочего созвездия

Рис. 1. Выбор рабочего созвездия

Параметры DOP подразделяются [1,6,7,10]:

— DOP (Horizontal) — снижение точности в горизонтальной плоскости;

— VDOP (Vertical) — снижение точности в вертикальной плоскости;

— PDOP (Position) — снижение точности по местоположению;

— TDOP (Time) — снижение точности определения поправки часов;

— GDOP (Geometric) — суммарное геометрическое снижение точности по местоположению и времени.

Коэффициент геометрии численно определяется для случая, когда погрешности определения псевдодальностей до четырех НС равновелики и не коррелированны. В общем случае его можно представить выражением [4,8,9]

,(1)

где — дисперсия измерения псевдодальностей.

Выражение (1) может быть записано в другом виде:

,(2)

где

– пространственный (PDOP) коэффициент; – временной (TDOP) коэффициент.

В свою очередь, пространственный коэффициент может быть разбит на составляющие, характеризующие точность определения координат потребителя в горизонтальной и вертикальной плоскостях:

,(3)

где – горизонтальный (HDOP) коэффициент; – вертикальный (VDOP) коэффициент.

Следовательно, HDOP можно представить выражением [13]

,(4)

Коэффициент потери точности GDOP является наиболее общей характеристикой, отражающей геометрию положения и оценку поправки часов. Как правило, значения GDOP больше 5 считаются слабыми, а при GDOP больше 7 ответственные измерения обычно не производятся. Средняя величина HDOP и VDOP — около двух. Коэффициенты DOP можно вычислять на будущее по приближенному положению приемника и предсказанным эфемеридам спутника [7].

Значения геометрических факторов, обеспечиваемых орбитальной группировкой, и вероятности видимости заданного числа спутников в СРНС ГЛОНАСС приведены в табл. 1 [5].

Таблица 1

Геометрический фактор в СРНС

Параметры

Число видимых НС ( )

4

5

6

7

8

9

1

1

1

1

0,91

0,58

1,41

1,26

1,15

1,03

0,95

0,89

2,0

1,75

1,7

1,61

1,6

1,55

1,13

1,03

1,03

0,95

0,93

0,91

2,45

2,16

2,05

1,91

1,86

1,79

2,69

2,39

2,3

2,13

2,08

2,01

18,3

16,2

15,4

14,3

13,9

13,4

1,83

1,62

1,54

1,43

1,39

1,34

Из представленных данных можно видеть, что потенциальная точность определения координат, заложенная в GPS при использовании С/А(СТ) кода, будет составлять , а при использовании точного кода P (ВТ) [5].

Из представленных данных видно, что одним из основных источников погрешности измерений навигационных параметров и, следовательно, координатных определений является ионосферная погрешность. В отличие от других видов погрешностей, полностью скомпенсировать эту погрешность наиболее трудно, поскольку ее величина зависит не только от регулярной, но и от текущих гелио-геофизических условий. В связи с этим, настоящее время погрешности навигационно-временны́х определений НВО, обусловленные влиянием неоднородной и нестационарной ионосферы, являются основным негативным фактором, ограничивающим возможности достижения потенциально возможных характеристик функционирования СРНС GPS и ГЛОНАСС [5].

Таким образом, для повышения точности определения местоположения беспилотного летательного аппарата БПЛА в спутниковой радионавигационной системе СРНС. Необходимо работать над тем, чтобы свести влияние этих параметров, упомянутых выше, к минимуму, и принять соответствующие меры на каждом из этих параметров.

Литература:

  1. Сарайский Ю. Н., Липин А. В., Либерман Ю. И. Аэронавигация. Часть II. Радионавигация в полете по маршруту: Учебное пособие. /Университет ГА. С-Петербург, 2013, 298 с.
  2. Михайлов, Н. В. Автономная навигация космических аппаратов при помощи спутниковых радионавигационных систем / Н. В. Михайлов. — Санкт-Петербург: Издательство «Политехника», 2014. — 362 с.
  3. Скрыпник, О. Н. Радионавигационные системы воздушных судов: Учебник / О. Н. Скрыпник. — М.: ИНФРА-М. — 2018. — 348 с.
  4. Тяпкин, В. Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: монография / В. Н. Тяпкин, Е. Н. Гарин. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. — 260 с.
  5. Демьянов В. В. Особенности функционирования спутниковых радионавигационных систем в неблагоприятных гелио-геофизических условиях / В. В. Демьянов. — Иркутск: ИрГУПС, 2010. — 212 с.
  6. Демиденко П. П. Судовые радиолокационные и радионавигационные системы: учебное пособие. Одесса, 2008. — 334 с.
  7. Антонович, К. М. Космическая навигация: учеб. пособие. — Новосибирск: СГУГиТ, 2015. — 233 с.
  8. Перов А. И., Харисов В. Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. 4-е изд., перераб. и доп. — М: Радиотехника, 2010. — С. 800.
  9. Перов А. И., Устинов А. Ю. Целесообразность размещения псевдоспутников и мощность их излучения на основе анализа обобщенного геометрического фактора в радионавигационных системах// Радионавигационные технологии. Вып. 5. Сб. статей / Под ред. А. И. Перова. — М.: Радио-техника, 2016. — 51–60 с.
  10. Skrypnik O. N. Radio Navigation Systems for Airports and Airways // Springer Aerospace Technology- Singapore Pte Ltd. 2019, 239 p.
  11. Acharya R. Understanding Satellite Navigation, Academic Press, Elsevier Inc. San Diego — USA 2014, — 391 p.
  12. Madry S. Global Navigation Satellite Systems and Their Applications // SpringerBriefs in Space Development- New York USA, 2015 -117 p.
  13. Shusen T. GNSS Systems and Engineering // JohnWiley & Sons, Singapore, 2018- 285 p.
Основные термины (генерируются автоматически): GDOP, DOP, HDOP, VDOP, беспилотный летательный аппарат, GPS, PDOP, TDOP, снижение точности, спутниковая радионавигационная система.


Ключевые слова

беспилотный летательный аппарат, спутниковая радионавигационная система, точность определения местоположения

Похожие статьи

Автономная система навигации и ориентирования беспилотных...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), полёт, автономная система

В последние годы массовое применение беспилотных летательных аппаратов (БЛА)

и заглушать сигналы спутниковой навигации — AUDS Anti-UAV Defence System (Blighter, USA) [9] и комплекс «Солярис-Н»

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Системы навигации подвижных наземных объектов и их...

В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

• Устройства получения видовой информации: •Спутниковую навигационную систему

по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (GPS, ГАЛИЛЕО).

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система

Ключевые слова: роевой интеллект, БПЛА, FANET, мультиагентная система управления...

Приборы для автономной системы навигации и ориентирования...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), автономная система навигации и ориентирования

Применение беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в различных сферах

- цифровые модели рельефа (DTM – Digital Terrain Model) на основе спутникового

Они обладают точностью измерений на удалениях до ста метров в пределах 2 мм.

Формирование облика навигационной системы для подвижного...

...системы беспилотного летательного аппарата с указанием задач решаемых летательным аппаратом.

Востриков, О. В. Обоснование облика навигационной системы ударного беспилотного

Для изменения рабочего созвездия спутников необходимо создание системы контроля

GPS, прибор, формат, беспилотный летательный аппарат, автономная система...

Системы навигации подвижных наземных объектов и их...

В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования...

Это такие системы как GPS, RTK-GPS, Глонасс, которые используют спутники для позиционирования.

GPS: принципы работы системы и точность определения координат — URL: http

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

NAVSTAR GPSсистема спутниковой навигации (глобальная система.

Автономная система ориентирования беспилотного...

...являются альтернативой спутниковым системам и технологиям навигации и наведения.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система

GPS США стали стремительно развиваться беспилотные летательные аппараты (БЛА).

Рис. 6. Распределение ошибки вычисления приращения координат от точности измерения дальности.

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, оптический координатор, видеосопровождение. Одной из важных областей применения системы обработки, хранения и анализа, фото- и видеоинформации являются системы обнаружения и сопровождения объектов.

Похожие статьи

Автономная система навигации и ориентирования беспилотных...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), полёт, автономная система

В последние годы массовое применение беспилотных летательных аппаратов (БЛА)

и заглушать сигналы спутниковой навигации — AUDS Anti-UAV Defence System (Blighter, USA) [9] и комплекс «Солярис-Н»

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Системы навигации подвижных наземных объектов и их...

В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].

Системы автоматического управления БПЛА | Статья в журнале...

• Устройства получения видовой информации: •Спутниковую навигационную систему

по сигналам глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (GPS, ГАЛИЛЕО).

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система

Ключевые слова: роевой интеллект, БПЛА, FANET, мультиагентная система управления...

Приборы для автономной системы навигации и ориентирования...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), автономная система навигации и ориентирования

Применение беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в различных сферах

- цифровые модели рельефа (DTM – Digital Terrain Model) на основе спутникового

Они обладают точностью измерений на удалениях до ста метров в пределах 2 мм.

Формирование облика навигационной системы для подвижного...

...системы беспилотного летательного аппарата с указанием задач решаемых летательным аппаратом.

Востриков, О. В. Обоснование облика навигационной системы ударного беспилотного

Для изменения рабочего созвездия спутников необходимо создание системы контроля

GPS, прибор, формат, беспилотный летательный аппарат, автономная система...

Системы навигации подвижных наземных объектов и их...

В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].

Анализ и выбор систем навигации робота для позиционирования...

Это такие системы как GPS, RTK-GPS, Глонасс, которые используют спутники для позиционирования.

GPS: принципы работы системы и точность определения координат — URL: http

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

NAVSTAR GPSсистема спутниковой навигации (глобальная система.

Автономная система ориентирования беспилотного...

...являются альтернативой спутниковым системам и технологиям навигации и наведения.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система

GPS США стали стремительно развиваться беспилотные летательные аппараты (БЛА).

Рис. 6. Распределение ошибки вычисления приращения координат от точности измерения дальности.

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, оптический координатор, видеосопровождение. Одной из важных областей применения системы обработки, хранения и анализа, фото- и видеоинформации являются системы обнаружения и сопровождения объектов.

Задать вопрос