Главное


Исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем

Целью данной работы является исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем называемого Фильтром Калмана. Задачей работы помимо исследования алгоритма является реализация его на языке с++. Объектом оценивания будет являться спутниковые измерения.

Спутниковая система навигации (GNSS, global navigation satellite system) - комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (позиционирования), а также параметров движения (скорости, направления движения и др.) для различных целей. Местоположение определяется тремя координатами приёмника спутниковой навигации в некоторой системе координат. Обычно используются системы координат ECEF (Earthcentered & earthfixed, декартова система координат с началом в точке центра масс Земного шара), WGS84 (World Geodetic System 1984, сферическая система координат с началом в точке центра масс Земного шара). Если местоположение считается в сферической системе координат и третья координата (высота) неизвестна, то позиционирование является двумерным. Если в процессе позиционирования координаты приёмника не меняются, то позиционирование называется статическим. В противном случае говорят о кинематическом позиционировании.

Система спутниковой навигации включает в себя орбитальную группировку, состоящую из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы, наземную систему контроля, приёмное клиентское оборудование ("спутниковые навигаторы"), Возможно также использование системы наземных станций, позволяющих повысить точность определения координат, системы для передачи пользователям уточнённых координат и часов спутников.

Местоположение приемника в системе спутниковой навигации вычисляется пересечением сфер от разных спутников. Радиусы сфер определяются неточно из-за ионосферной и тропосферной задержек, релятивистского эффекта, эффекта приема отраженного сигнала и других факторов. Без каких-либо коррекций точность определения местоположения составляет 30-50 метров.

Важнейшими приложениями спутниковой навигации являются:

· Картография: построение карт при помощи систем спутниковой навигации;

· Геодезия, кадастровые работы: с помощью систем навигации определяются точные координаты границ земельных участков;

· Навигация: с применением систем спутниковой навигации осуществляются морская, дорожная, авиационная и другие виды навигации;

· Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью систем навигации ведется мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением;

· Сотовая связь: в случае, когда телефон снабжен устройством спутниковой навигации, можно узнать его местоположение;

· Геофизические измерения: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний литосферных плит.

В каждой области, где используется та или иная система спутниковой навигации, существуют свои требования к точности нахождения местоположения. Например, при кадастровых работах необходимо, чтобы ошибка была не более 10 сантиметров. Напротив, в дорожной навигации, точности в 5 метров зачастую бывает достаточно. В соответствии с этими требованиями используются разные датчики и разные методы.

Существует несколько классов методов решения задач спутниковой навигации. В прошлом наиболее популярны были разностные методы. Для этих методов необходима как минимум одна наземная станция (т.е. приёмник, координаты которого известны), находящаяся достаточно близко к месту измерений. Эти методы позволяют алгебраическими преобразованиями сократить большинство ошибок, в частности можно сократить ионосферную и тропосферную задержки, ошибки часов спутников и приёмников. Однако, чем дальше от наземной станции производится подсчёт, тем меньше точность позиционирования.

Это главный минус разностных методов, но тем не менее ранее им уделялось большое внимание и практически не рассматривались абсолютные методы, т.е. методы, использующие лишь один приемник. Но ситуация начала меняться, когда стали появляться наземные службы, вычисляющие различные дополнительные данные, такие как точные орбиты спутников, погрешности часов спутников, атмосферные карты и др. На сегодняшний день самая большая такая служба - IGS (International GNSS Service, [13]), В последнее время стали приобретать популярность методы высокой точности (point precise positioning). Этот класс методов подразумевает учёт максимального числа данных для коррекций различных ошибок и задержек.

Нахождение местоположения в системе спутниковой навигации - это нахождение трёх координат. Наряду с этими величинами, можно замерить ряд относительных параметров при помощи инерциальных датчиков (IMU, inertial measurements unit): акселерометра, гироскопа и магнетометра. При помощи акселерометра можно измерить три координаты ускорения, при помощи гироскопа - три координаты угловых скорости, при помощи магнетометра - три координаты вектора магнитного склонения. Эти данные также могут быть использованы при решении навигационных уравнений.

Ошибки измерений и их порядки

В этом главе будет представлена в аналитическом виде значительная часть ошибок и задержек, возникающих при измерении расстояния от спутника до приемника.

Под ошибкой будем понимать какой-либо сдвиг координат спутника или часов приёмника и спутников. Задержка - эта ошибка, по причине которой изменилась скорость прохождения сигнала на каком-либо участке от спутника до приёмника.

Пусть у нас имеется приемник и несколько спутников. Пусть имеется общая временная шкала, т.о. время, но которому выстроены часы спутников и приёмника, В качество общей временной шкалы практически всегда берут среднее время но Гринвичу (время на нулевом меридиане). Будем называть псевдодалъностъю величину

• c - скорость света в вакууме

• t(T2) - время получения сигнала приемником по часам приемника

• ti(T1) - время отправления сигнала спутником по часам спутника номер i

Определяя расстояние от i-го спутника до приёмника, псевдодальность содержит также следующие ошибки: ошибку синхронизации часов спутника и приемника, задержку сигнала в атмосфере (тропосфера и ионосфера), релятивистский эффект, инструментальные задержки, помехи тина "повторных изображений" (multipath), интерференции и другое.

Учитывая вышеуказанное, получим следующее выражение для псевдодальности:

(*)

где: геометрическое расстояние от спутника под номером i, т.е.

изменение часов приемника от общей временной шкалы;

изменение часов i-го спутника от общей временно шкалы;

тропосферная задержка;

характеризует ионосферную задержку, множитель, который выражается через частоту сигнала ;

релятивистский эффект;

инструментальная задержка, вызванная помехами спутника, не зависит от частоты;

эффект приема отраженного сигнала, зависит от частоты;

неучтенные ошибки.

    Другие статьи по теме

    Исследование параметров и аномалий длинной оптической линии
    В настоящее время системы связи стали одной из основ развития общества. Спрос на услуги связи, от обычной телефонной связи до широкополосного доступа в Интернет, постоянно растет. Это п ...

    Методы оценки качества функционирования систем распределения информации
    Автоматическая телефонная станция (АТС), сеть связи, для передачи и приема различного вида информации (телефонной, телеграфной, передача данных) состоят из тысяч отдельных приборов, кот ...

    Электропреобразовательные устройства РЭС
    Курс «Электропреобразовательные устройства РЭС» является одной из первых инженерных дисциплин специальности «Радиотехника», обеспечивающей подготовку радиоинженера в области силовых рад ...

    www.domen.ru © 2018