Ошибки часов спутника и эфимеридная ошибка полностью компенсируются дифференциальным режимом, пока приемник пользователя и опорная станция используют данные одних и тех же спутников. Эфемеридные ошибки, если они достаточно велики (30 м и больше) точно так же компенсируются дифференциальным режимом. Для пользователей, находящихся вблизи опорной станции, пути соответствующих сигналов от спутников достаточно близки, так что компенсация является почти полной. Когда удаление пользователь - опорная станция возрастает и различные пути прохождения сигналов от спутников через ионосферу и тропосферу будут отличаться достаточно сильно, атмосферные неоднородности могут вызывать до некоторой степени различные задержки. Так как их протяженность различна, они вызывают ошибку в дифференциальных измерениях GPS, называемую пространственной декорреляцией. Эта ошибка становится больше при увеличении расстояния пользователь-станция, т.е. при нескольких сотнях километров.

Таким образом, в дифференциальном режиме остаются шумовые погрешности, погрешности из-за внешних источников шума, погрешности из-за переотражений, частично ионосферная ошибка и тропосферная ошибка. Эти погрешности, за исключением ионосферной составляющей, будут примерно равными как для P кода, так и для C/A кода.

4.3 Выводы

В автономном режиме с использованием C/A кода остаются ионосферные задержки, тропосферные задержки, эфимеридная ошибка, ошибки частотно-временной синхронизации, ошибки от внутренних и внешних шумов и ошибки из-за многолучевости.

При оценочных расчетах, ошибка в таком режиме составляет 70-100 метров. Метод временного усреднения позволяет исключить тропосферные ошибки что приводит к существенному улучшению точности до единиц метров.

В автономном режиме с использованием P кода устраняются ошибки: эфимеридная, частотно-временная и ионосферная. Таким образом, оценочная точность повышается до 20-30 сантиметров.

В дифференциальном режиме устраняются ионосферные задержки, ошибки часов спутника, эфимеридная ошибка. Таким образом, оценочная точность при использовании фазовой коррекции в этом методе становится равна 20-30 сантиметров. При этом, при использовании временного усреднения, можно исключить непостоянную составляющую ионосферной ошибки и тропосферную ошибку, что приводит к снижению уровня ошибки до 10-15 сантиметров.

5. Экспериментальная оценка точности координат GPS приемника

5.1 Подготовка экспериментов

Оценка точности производилась в три этапа.

Первый этап проводился с целью выяснения эффективности временного усреднения. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (SCA-12) состоящий из одного приемника.

Второй этап проводился с целью выяснения использования дифференциального режима и дифференциального режима с фазовым уточнением. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (sca-12) состоящий из двух приемников.

Третий этап проводился с целью выяснения влияния затенения и переотражения навигационных сигналов городской застройкой. Для этого использовался комплект аппаратуры Z12 (SCA-12) состоящий из двух приемников.

5.2 Аппаратура

Работа дифференциального режима АП оценивалась с помощью комплекта аппаратуры, состоящей из двух приемников сигналов СРНС «Навстар» Z12. Первый приемник выступал в роли базовой (корректирующей) станции, формирующей дифференциальные поправки. Вторым приемником производились измерения координат с учетом дифференциальных поправок, передаваемых по радиоканалу с базовой станции.

Приемник Z12 имел следующие технические характеристики.

1. Приемник Z12 фирмы Ashtech (сертифицирован и разрешен к применению в РФ) является 36 канальным Р-кодовым приемником (12 параллельных каналов по С/А-коду, частота L1; 12 параллельных каналов по Р-коду, частота L1; 12 параллельных каналов по Р-коду, частота L2) сигналов системы GPS "Навстар" с двухбитным аналого-цифровым преобразованием сигнала.

2. В приемнике используется специальная Z-технология для подавления зашумления Р-кода (Anti-Spoofing - A/S).

3. Точность измерения линий в режиме СТАТИКА, БЫСТРАЯ СТАТИКА, КИНЕМАТИКА, ПСЕВДОКИНЕМАТИКА составляет 5мм+1мм/км.

4. Определение координат выполняется в реальном времени, без последующей обработки, с точностью не хуже 3 cм.

5. Время измерений составляет 0,5 секунды на одно независимое измерение.

6. Дальность в дифференциальном режиме достигает значений 50 км в зависимости от используемого радиооборудования.

7. Время старта составляет не более 2 минут (от включения до начала съемки) и не более 30 секунд с текущими эфемеридами.

8. Сбор данных осуществляется во внутреннюю память приемника.

9. Программное обеспечение приемника обеспечивает сверхбыстрые определения координат.

Радиоканал для передачи дифференциальных поправок был организован на радиомодемах RF96 c мощностью излучения 20 Вт на частоте 412 МГц.

5.3 Измерения в автономном режиме

5.3.1 Общие сведения об эксперименте

При постановке эксперимента необходимо принять во внимание случайный характер результатов измерения. В связи с этим возникает вопрос о числе измерений, достаточном для получения надежных данных о свойствах объекта. Если результатом должны быть числовые характеристики изучаемого объекта или процесса, то число измерений может быть достаточно малым, порядка нескольких десятков. Если результатом должны быть сведения о статистических свойствах объекта исследования, то число измерений имеет порядок величины или даже большее. Для того чтобы выявить статистические характеристики необходимо разбить весь диапазон изменения наблюдаемой величины х на интервалы , которые также называются разрядами. Оптимальное число разрядов к зависит от числа измерений n и ориентировочно его можно определить по формуле:

(3.1)

Положение разрядов выбирают так, чтобы среднее из наблюдаемых значений величины лежало близко к середине соответствующего разряда.

Очевидно, все измеренные значения можно распределить по разрядам. Каждый из разрядов будет характеризоваться значением , принятым для данного разряда. В результате можно построить таблицу распределения

В первом столбце таблицы записаны значения , принятые для данного разряда, а во втором - число измерений (частота попадания величины х в область j - разряда). Графически таблицу распределения можно представить в виде гистограммы.

5.3.2 Методика измерений

В течение длительного промежутка времени (недели) с помощью приемника Ashtech SCA - 12 проводились измерения координат антенны.

Принимаемый сигнал от спутников поступал от антенны на приемник где производилась его частичная обработка. Далее через драйвер последовательного порта RS-232 информация от приемника поступала на ЭВМ со скоростью одно сообщение в секунду, где с помощью программы Eval 32 проводилась автоматическая запись всей информации в текстовый файл, а так же обработка полученных данных. Поступающие данные содержали информацию:

О количестве «видимых» КА;

Номере каждого «видимого» КА;

Угол места и азимут КА относительно антенны;

Отношение сигнал - шум;

А так же используется ли КА в измерении координат;

Координаты антенны приемника.

Так же если ввести координаты антенны в программу, то можно наглядно увидеть отклонение определения координат от заданных и не только посмотреть, но и оценить их количественно.

При дальнейшей обработке записанных данных из текстового файла данные заносились MS Excel где и производилась их окончательная обработка.

Так как информация от приемника к ЭВм поступает со скоростью одно сообщение в секунду, то было принято решение делать три вида выборки отсчетов из всей совокупности, то есть отсчеты с секундной выборкой, 5-ти минутной и часовой.

5.3.3 Результаты измерений

В результате обработки были найдены средние значения широты, долготы и высоты, оценены средние квадратичные отклонения (СКО), которые приведены в таблице 3.1. Так же построены гистограммы измеренных значений для двух случаев, приведенные на рисунке 3.1 - 3.2

Таблица 3.1 - Результаты эксперимента.

Рисунок 3.1 - Гистограммы посекундной выборки.

Рисунок 3.2 - Гистограммы часовой выборки.

Огибающие гистограмм на рисунке 3.1, 3.2 отличаются от нормального закона. Возможно, это связано с тем, что на данном интервале времени измеренные значения носят не случайный характер, а состоят из случайной и систематической составляющей. Если взять измерения на более большом интервале времени (например, месяц), то систематическая составляющая тоже будет носить случайный характер, и форма кривой будет в большей степени соответствовать нормальному закону распределения.

5.4 Измерения в дифференциальном режиме

5.4.1 Методика измерений

В течение фиксированых отрезков времени с помощью двух приемников Ashtech SCA - 12 проводились измерения координат АП.

Принимаемый сигнал от спутников поступал от антенн на приемники где производилась его частичная обработка.

Далее через последовательные порты и драйверы RS-232 информация от приемника поступала на ЭВМ сразличной скоростью сообщений в секунду, где с помощью программы PRISM проводилась автоматическая запись всей информации, а так же обработка полученных данных.

5.4.2 Первый эксперимент

Эксперимент проводился 03.12.2007 (09:09:25.00 .. 11:08:35.00) с использованием двух приемников Ashtech SCA-12S через каждые 5 секунд (всего за эксперимент было произведено 1430 измерительных эпох. Антенна АП была выставлена в юго-восточное окно лаборатории.

СКО в автономном режиме

Широта (м): 3.941485

Долгота (м): 3.170840

Высота (м): 3.146738

СКО в дифференциальном режиме

Широта (м): 0.257843

Долгота (м): 0.727183

Высота (м): 0.203372

СКО в дифференцильном режиме с использованием фазового уточнения Широта (м): 0.159712

Долгота (м): 0.524596

Высота (м): 0.171184

5.4.3 Второй эксперимент

Эксперимент проводился 03.12.2007 (06:26:20.00 .. 08:25:20.00) с испльзованием двух приемников Ashtech SCA-12S через каждые 20 секунд (всего за эксперимент было произведено 357 измерительных эпох. Антенна АП была выставлена в юго-восточное окно лаборатории.

СКО в автономном режиме

Широта (м): 1.101042

Долгота (м): 1.256856

Высота (м): 1.383968

СКО в дифференциальном режиме

Широта (м): 0.198202

Долгота (м): 0.371975

Высота (м): 0.084000

Ско в дифференцильном режиме с использованием фазового уточнения

Широта (м): 0.128189

Долгота (м): 0.315991

Высота (м): 0.103652

5.4.4 Третий эксперимент

СКО в автономном режиме

Широта (м): 3.305110

Долгота (м): 3.144579

Высота (м): 2.473976

СКО в дифференциальном режиме

Широта (м): 0.278446

Долгота (м): 0.706456

Высота (м): 0.242687

Ско в дифференцильном режиме с использованием фазового уточнения

Широта (м): 0.138257

Долгота (м): 0.403907

Высота (м): 0.165313

5.4.5 Четвертый эксперимент

Эксперимент проводился 04.12.2007 (06:02:35.00..08:02:30.00) измерения производились с использованием двух приемников Ashtech SCA-12S через каждые 5 секунд (всего за эксперимент было произведено 1439 измерительных эпох. Антенна АП была выставлена в северное окно лаборатории.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14