Анализ погрешностей спутниковой радионавигационной системы работающей в дифференциальном режиме (стр. 15 из 21)

5.3.2 Методика измерений

В течение длительного промежутка времени (недели) с помощью приемника AshtechSCA – 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 MSExcel 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.

1 сек	1 час
Среднее значение широты	56˚27’6.50’’	56˚27’6.52’’
Среднее значение долготы	84 57’43.18’’	84 57’43.19’’
Среднее значение высоты (м)	131,83	131,85
СКО широты (м)	2.31	1.46
СКО долготы (м)	1.75	1.61
СКО высоты (м)	2.15	2.17

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 AshtechSCA – 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

Эксперимент проводился 04.12.2007 (08:29:44.00..10:29:42.00)

измерения производились с испльзованием двух приемников Ashtech SCA-12S через каждую 1 секунду (всего за эксперимент было произведено 7198 измерительных эпох. Антенна АП была выставлена в северное окно лаборатории.

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.

СКО в автономном режиме

Широта (м): 2.721036

Долгота (м): 2.875924

Высота (м): 2.966014

СКО в дифференциальном режиме

Широта (м): 0.183720

Долгота (м): 0.465383

Высота (м): 0.143673

Ско в дифференциальном режиме с использованием фазового уточнения

Широта (м): 0.143506

Долгота (м): 0.377042

Высота (м): 0.119360

5.4.6 Результаты измерений

Второй эксперимент наглядно показал, что использование фазового уточнения помогает значительно улучшить точность измерения даже при условии слабой видимости спутников (5-7). Это легко увидеть из всех экспериментов этого цикла. Фазовое уточнение улучшает точности и при длительных измерениях и при более кратковременных. Это связано в первую очередь с тем, что дифференциальная поправка формируемая на базовой станции вычисляется более точно. На основании эксперимента, необходимо сделать вывод что фазовое уточнение это хороший способ улучшения точносных характеристик, способный увеличить точность с десятков сантиметров до единиц сантиметров.

5.5 Измерения с помощью подвижной станции 1

5.5.1 Описание приемных позиций базовой и подвижной станций

Схема расположения позиций приведена на рисунке 8.1, на котором изображен фрагмент карты, соответствующий южной части г. Томска. Позиции расположения подвижных станций обозначены цифрами 1, 2, 3 и 4. Эта часть города характеризуется малоэтажной городской застройкой (2-5 этажей). Имеются также кустарники и деревья высотой не более 10-15 м.

Антенна базовой станции (АБС) располагалась на крыше ориентированного с севера на юг двухэтажного здания НИИ РТС и не имела каких либо препятствий для приема сигналов СРНС. Ее высота составила 116 м над уровнем моря. На крыше этого же здания размещалась антенна радиомодема.

Измерения координат проводились на всех четырех позициях подвижной станции при изменении положения антенны АП (приемника Z12) по высоте. Позиции, на которых производились измерения, выбирались исходя из возможности использования различной городской застройки для создания отражений при приеме сигналов СРНС, а также их затенения.

Антенна АП располагалась на телескопической мачте, размещенной на КУНГе автомобиля ГАЗ-66 и могла перемещаться по высоте.

На позиции 1 (рисунок 5.5.2) антенна АП находилась на расстоянии 20 м от двух-этажного здания в восточном направлении.

На позиции 2 (рисунок 5.5.3) антенна АП располагалась вблизи двухэтажного здания на расстоянии 3,5 м от стены и 37 м от пятиэтажного здания в южном направлении.

Антенна АП на третьей позиции находилась в юго-западном направлении на расстоянии 12 м от угла двухэтажного здания .

Четвертая позиция была открытой и располагалась на высоком берегу реки Томь.

5.5.2 Методика измерений

Измерения координат на каждой позиции проводились при различной высоте антенны АП, которая изменялась ступенчато с помощью телескопической мачты. На каждой высоте в память приемника записывался десятиминутный сеанс данных. На первой и второй позициях измерения проводились дважды в различное время суток. Записанные сеансы содержали в себе взятые через пять секунд отсчеты радионавигационных параметров принимаемых сигналов СРНС, по которым в процессе обработки рассчитывались средние координаты и среднеквадратические отклонения от средних.

5.5.3 Результаты оценки влияния отражений вблизи АП а точность дифференциальной системы

Зависимость ошибки определения местоположения выносной антенны АП приемника Z12 СРНС «Навстар» от высоты над уровнем моря для двух серий измерений на позиции 1, проведенных в разное время суток, показана на рисунке 5.5.5

Аналогичные зависимости приведены на рисунках 5.5.6 – 5.5.8 для позиции 2, позиции 3 и позиции 4, соответственно.

а)

б)

Рисунок 5.5.5 – Зависимость ошибки определения местоположения выносной антенны приемника Z12 СРНС «Навстар» от высоты над уровнем моря (1 – ошибка по координате X, 2 – ошибка по координате Y, 3 – ошибка по координате Z) на позиции 1