Политика Украины в области развития и использования современных навигационных средств направлена, в том числе, и на развитие дифференциального сервиса на территории страны. Эта политика реализуется в соответствии с мировыми требованиями и тенденциями и предполагает использование объединенной системы ГЛОНАСС/GPS.

Целесообразность использования ГЛОНАСС и GPS определяется следующими факторами:

• повышается доступность и надежность применения спутниковых навигационных средств;
• повышается точность обсервации, т.к. при увеличении числа спутников объединенной системы возрастает возможность выбора оптимальных спутников, с помощью которых может быть достигнута более высокая точность местоопределения объектов;
• обеспечивается возможность исключения из использования спутников, которые расположены низко над горизонтом и применение которых оказывает наибольшее влияние на точность обсервации.

Обзор состояния проблемы и описание оборудования

Дифференциальная подсистема ГЛОНАСС/GPS предназначена для высокоточного определения координат места всех потребителей, находящихся в зоне ее действия и базируется на основе использования космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. В составе дифференциальной подсистемы используются спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС и GPS, оборудование корректирующих станций, вырабатывающих и передающих дифференциальные поправки и неограниченное количество навигационных приемников ГЛОНАСС/GPS, ГЛОНАСС, GPS, с приемниками дифпоправок.

Как известно, дифференциальный метод основан на идентичности условий, влияющих на точность определения местоположения приемника ГЛОНАСС/GPS опорной станции, размещенной в эталонных координатах и навигационных приемников потребителей, и обеспечивает высокоточное определение координат за счет исключения ошибок:

• ионосферная рефракция распространения сигнала;
• тропосферная рефракция распространения сигнала в нижних слоях атмосферы;
• эфемеридная ошибка – разница между фактическим местоположением НКА и его местоположением, вычисленным по данным эфемерид, полученным с борта НКА;
• ошибки бортовой шкалы времени НКА - разница между временными шкалами каждого используемого НКА и временем центрального синхронизатора, по которому производился расчет прогнозируемых эфемерид;
• ошибки селективного доступа (только для GPS) - искусственные ошибки, вводимые в сигналы НКА с целью огрубления точности определения местоположения до 100 м (с 1 мая 2000 года селективный доступ временно отменен).

Большинство из этих ошибок действуют практически одинаково на все приемники спутниковых сигналов на некотором локальном участке (радиусом 200 – 300 км). Учитывая это свойство ошибок, существует возможность их компенсации на данном локальном участке земной поверхности использованием дифференциального режима. Кроме этого, дифференциальный режим обеспечивает функцию контроля целостности СНС ГЛОНАСС и GPS, путем определения контрольно-корректирующими станциями неработоспособных НКА и передачи этой информации в составе дифференциальных сообщений на судовые приемники с минимальной временной задержкой.

Опыт разработки и внедрения.

Компанией разработана и серийно выпускается контрольно-корректирующая станция СН-3500М (Свидетельство об одобрении типа аппаратуры DGNSS MCC 4/3-1338-2001C от 1.06.01), соответствующая требованиям стандарта RTCM RSIM v 1.1.

Стратегическое партнерство двух ведущих предприятий СНГ в области спутниковой навигации позволило создать оборудование, несомненные преимущества которого:

• работа по двум системам ГЛОНАСС/GPS;
• относительно небольшая стоимость;
• обеспечение информационной и технологической независимости Украины.

Станция включает в себя два блока опорной станции ДГНСС СН-3501, два блока станции интегрального контроля ДГНСС СН-3502, контрольную станцию на базе компьютера промышленного назначения, источник бесперебойного питания и блок управления радиомаяком. Дополнительно, для дистанционного управления всем комплексом оборудования ККС, при наличии линии связи, в комплект поставки может быть включена удаленная контрольная станция (УКС), а так же оборудование удаленного пункта контроля (УПК), размещаемый на границе зоны действия ККС и позволяющее оценивать реальные рабочие характеристики оборудования, передающего дифференциальные поправки.

Комплектация ККС с резервированием основных блоков показана на рисунке ниже.

Применение дифференциальных поправок станции СН-3500М обеспечивает потенциальную точность определения координат потребителем до 0,5 м при удалении от станции до 50 км и до 1 м при удалении от станции до 300 км. Станция формирует дифференциальные поправки по всем видимым спутникам систем ГЛОНАСС/GPS, обеспечивает надежный контроль целостности как поправок, так и спутникового созвездия. Возможна работа станции только по системе GPS (при этом ее работа полностью аналогична станциям зарубежных производителей, например, Trimble), либо по ГЛОНАСС. При формировании дифференциальных поправок спутников ГЛОНАСС появляются новые источники ошибок – групповое время задержки сигнала, связанное с тем, что спутники ГЛОНАСС работают на разных частотах. Для устранения этих ошибок станция содержит встроенный имитатор сигналов ГЛОНАСС, который позволяет, не мешая работе станции, автоматически и непрерывно калибровать приемный тракт. При наличии нескольких станций в определенной зоне объединение их в сеть позволяет управлять станциями из единого центра управления.

В качестве судового оборудования возможно использование любых приёмников ГЛОНАСС/GPS, а также только GPS, обеспечивающих приём дифпоправок по стандарту RTCM 104 версия 2.2.

Для обеспечения дифференциального режима работы навигационной аппаратуры потребителей предприятием разработан двухканальный приемник корректирующей информации от контрольно-корректирующих станций ДГЛОНАСС/DGPS на базе морских радиомаяков СН-3920.

Для организации локального дифференциального режима (вне зоны действия ККС) разработан и серийно изготавливается комплект оборудования локальной дифподсистемы в составе аппаратуры СН – 3022 (базовая станция выработки дифференциальных поправок), СН – 3002 (мобильная станция) и комплекта радиомодемов. При помощи этого комплекта достигаются точности определения координат 1-2м на расстоянии 10 – 20 км от места установки базовой станции – СН-3022. Оборудование локальной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS применяется для высокоточного навигационного обеспечения локальных морских работ, промерных и дноуглубительных работ, лоцманской проводки судов, экологического мониторинга и др. Это оборудование успешно прошло сертификационные испытания на полигонах Сибирского НИИ Метрологии и Сибирского НИИ Геологии в г. Новосибирске и имеет сертификаты одобрения типа. Имеет место успешный опыт эксплуатации оборудования рядом организаций.

Перспективы

Для расширения функциональных возможностей ККС специалисты ООО «НВС ТС» проводят работы по модернизации существующей и разработке перспективной ККС ГЛОНАСС/GPS. Перспективная ККС учитывает требования, определяемые развитием спутниковых навигационных систем:

• внедрение для практического использования кинематического режима реального времени (RTK);
• передача сигнала ПТ на частоте L2 ГЛОНАСС;
• передача гражданского сигнала на частоте L2 GPS, L5 GPS;
• начало реализации проекта GALILEO.

В разрабатываемой ККС предполагается использовать новый 30-канальный приемник. Все 30 каналов принимают GPS, ГЛОНАСС, SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS). Есть возможность работы по сигналам GALILEO. Приемник обеспечивает высокоточные измерения псевдодальности и фазы несущей, а также функцию контроля качества сигнала навигационных спутников (SQM).

Основные функциональные особенности

Применение в ККС 2-х частотного приемника дает весьма существенные преимущества по сравнению с одночастотным:

• повышается точность формирования дифпоправок к псевдодальности на частоте L1 ГЛОНАСС. Высокая точность формирования дифпоправок достигается за счет использования алгоритмов корректировки опорного генератора опорной станции сигналом на частоте L2 и улучшенной, более точной модели ионосферы и тропосферы;
• передача ионосферной поправки (сообщение RTCM типа 15) потребителям и в службу ионосферного мониторинга.

ККС будет выполнять фазовые измерения и может служить «базовой» станцией для выполнения геодезических, прецизионных гидрографических и строительных работ в режиме RTK и в режиме постобработки.

Для обеспечения использования ККС при проведении геодезической съемки предусмотрена выдача «сырых» измерений в формате RINEX. Точность получаемых фазовых решений аппаратурой потребителей соответствует стандартной точности фазовых решений для одночастотных приемников: 3-4 мм + 2 ppm (в зависимости от длины базы). При измерениях по одной частоте, возможно обрабатывать базы длиной не более 10-15 км. Время накопления статических измерений зависит от длины базы: от 5-10 минут на малых базах до 15-20 минут на базах свыше 10 км.

Для одночастотной аппаратуры потребителей ГЛОНАСС/GPS и GPS, используемой в кинематических приложениях, передаются сообщение RTCM версия 3.0 типа 102, 103, 104, 105, 106. Использование фазовых измерений на двух частотах позволит повысить точность навигационных определений и даст возможность обработки длинных (и сверхдлинных) баз, поскольку в этом случае уменьшается негативное влияние ионосферы.

В разработке используются защищенные патентами решения:

• «способ устранения влияния тропосферных и ионосферных ошибок измерения в одночастотных приемниках спутниковой навигации»;
• «некогерентный обнаружитель сигналов»;
• «способ подавления ошибок многолучевости в приемниках спутниковой навигации»;
• «способ определения рациональной степени полинома, аппроксимирующего тренд зашумленного временного ряда измерений»;
• «некогерентный обнаружитель сигналов».

Применение нового приемника, схемных и конструктивных «ноу-хау» делает возможным разработку контрольно-корректирующей станции авиационного назначения в соответствии с требованиями SARPS (Международные стандарты и рекомендуемая практика). Приложение 10 к конвенции о международной гражданской авиации. Том 1), FAA-E-2937A «Category 1. Local area augmentation system ground facility».

Литература

1. Стандарты, рекомендуемые RTCM для функционирования GNSS в дифференциальном режиме, версия 2.2. Специальный комитет RTCM № 104. 1 марта 1996 г.
2. Differential NAVSTAR GPS reference stations and integrity monitors (RSIM) version 1.1