Дифференциальный метод спутниковых определений

В основе дифференциального метода лежит относительное постоянство во времени и пространстве некоторых элементарных погрешностей, участвующих в формировании общей погрешности измерений абсолютного положения определяемых точек. Основные слабо меняющиеся погрешности следующие: синхронизация шкал времени НИСЗ и приемника спутниковых сигналов; эфемерид НИСЗ, а также погрешности, обусловленные влиянием непостоянства характеристик ионосферы и тропосферы по трассе распространения сигнала от НИСЗ.

Для реализации дифференциального метода глобальную навигационную спутниковую систему дополняют рядом технических средств, совокупность которых образует своеобразную подсистему. Эта дифференциальная подсистема не влияет на функционирование всей ГНСС в основном, т. е. стандартном ее режиме. Однако она дает возможность пользователю перейти при необходимости на работу в дифференциальном режиме.

Сигналы навигационных искусственных спутников земли одновременно «видимых» на БС и определяемой точке, воспринимаются соответствующими приемниками. В дальнейшем на базовой геодезической станции соответствующие сигналы поступают в блок формирования корректирующей информации. Основное на­значение данного блока — вычисление корректирующих поправок и формирование кадра корректирующей информации, который по каналу связи с базовой станции передается в приемник спутниковых сигналов, установленный на определяемом пункте. Переданными таким образом поправками корректируют результаты спутниковых наблюдений, выполненных на определяемой точке, и по этим данным вычисляются ее координаты (для этого используют соответствующий вычислительный блок).

Данный метод сравнительно прост, так как не меняет основной алгоритм спутниковых определений, но ему свойственен существенный недостаток — ограничение дальности действия.

Идея дифференциального метода, основанного на коррекции навигационных параметров, заключается в том, чтобы передать на определяемую точку набор поправок к измерениям по всем НИСЗ, которые потенциально могут быть использованы при спутниковых наблюдениях на определяемой точке. На базовой станции измеряют псевдодальности до всех «видимых» НИСЗ и вычисляют ее измеренные координаты, а затем и измеренные дальности (по измеренным координатам базовой станции и координатам НИСЗ).В дальнейшем, разности между измеренными псевдодальностями и соответствующими вычисленными значениями дальностей (корректирующая информация)передают по каналу связи на определяемую точку, на которой при обработке корректирующей информации выбирается оптимальное созвездие НИСЗ. Измеренные в определяемой точке псевдодальности корректируют с помощью поправок, относящихся к используемым НИСЗ, по формуле

D(t) = ρ(t) + Δρо + (d/(Δρo)/dt)(t – t0),

где D(t) — скорректированное в момент времени / значение дальности от опреде­ляемой точки до соответствующего НИСЗ; ρ(t) — псевдодальность, измеренная в момент времени t, Δρ0 — поправка к псевдодальности, вычисленная на базовой станции в момент времени t; d(Δρ0)/dt — поправка, характеризующая скорость из­менения поправки Δρ0; t—шкала времени приемника; t0 — время по шкале времени НИСЗ.

Как правило, при практической реализации дифференциального метода измеряют псевдодальности по Р-коду. В то же время этот метод используют и при измерении псевдодальностей фазовым способом. Дифференциальные поправки в этом случае передают с базовой станции на определяемую точку как в форме необработанных измерений фазы, так и в форме поправок к фазе несущей. Такой режим работы глобальных навигационных спутниковых систем называют PDGPS. Он повышает точность определения абсолютного положения до 1…5 см.

Примером глобальной дифференциальной подсистемы служит система Omni STAR, которая использует распределенную по всему миру сеть контрольных станций для сбора информации со НИСЗ GPS. Собранные данные передаются в три центра управления, откуда транслируются на борт одного из семи геостационарных спутников. Каждый спутник в пределах своей рабочей зоны передает дифференциальные поправки. При этом пользователи данной системы получают эти поправки по специальной платной подписке.

Приемники спутниковых сигналов, предназначенные для определения месторасположения в дифференциальном режиме, принимают сигналы не менее чем четырех НИСЗ. Сеанс работы с каждым НИСЗ продолжается примерно 1 с. Для приема дифференциальных поправок спутниковые приемники имеют специальную антенну, приемное и вычислительные устройства, одно из которых вычисляет текущие значения скорректированных псевдодальностей, другое — решает по ним пространственную линейную засечку. Результаты решения в виде геодезических координат определяемой точки индицируются на табло и записываются в «память» приемника.