Удосконалення методів і алгоритмів інформаційного забезпечення диспетчерських центрів управління наземним транспортом

В рамках першого розділу було проаналізовані основні підходи до розробки методів і алгоритмів підвищення достовірності навігаційної інформації в БРНС, зокрема визначені особливості застосування методів диференційної корекції та відносної навігації. Було визначено, що використання відносних вимірів навігаційних параметрів різних об’єктів, які визначаються за однаковими підсистемами БРНС, дозволяє отримати диференційний ефект у вигляді компенсації сильнокорельованих похибок навігаційних визначень з меншими апаратними витратами ніж стандартні диференційні методи. Цю особливість доцільно використати для розробки удосконаленого методу диференційних визначень, який дозволить з незначними апаратними витратами підвищити достовірність інформаційно-навігаційного забезпечення АСМДУ НТ.

Другий розділ роботи присвячений обґрунтуванню та розробці удосконалених методів й моделей просторово-часової обробки навігаційної інформації в АСМДУ з використанням ГССН. На основі результатів досліджень, проведених у першому розділі, було розроблено аналітичні залежності, що характеризують вплив геометричних факторів на точносні характеристики навігаційних визначень з використанням ГССН і дозволяють оцінювати поля точності навігаційних визначень в АСМДУ;

З урахуванням наведених у першому розділі рекомендацій щодо застосування методів підвищення достовірності навігаційної інформації в БРНС було запропоновано удосконалений метод диференційних визначень координат АТЗ з використанням ГССН, який дозволяє знизити систематичні складові погрішностей координат рухомих об’єктів шляхом введення відносних вимірів і, на відміну від стандартних методів диференційної корекції, потребує менших апаратурних, обчислювальних і телекомунікаційних витрат.

Практична реалізація запропонованого методу передбачає наявність множини рухомих об’єктів (АТЗ) з апаратурою ГССН і однієї опорної станції (ДЦ), що має аналогічну стаціонарну апаратуру ГССН з апріорно відомими високоточними координатами (рис.1).

 

Рис. 1. До методу відносно-диференційних визначень.

 

Первинна обробка навігаційної інформації по кожному АТЗ включає розрахунок псевдодальностей „приймач-супутник”   навігаційною апаратурою АТЗ і ДЦ. Набори псевдодальностей з АТЗ передаються у ДЦ для проведення подальшої обробки.

Вторинна обробка здійснюється у ДЦ і передбачає спочатку проведення оцінки приростів псевдодальностей  , які були визначені на борту АТЗ і апаратурою ДЦ:

 

де  , - відповідно оцінки псевдодальності між парами “ДЦ – N-й супутник” і “k-й АТЗ – N-й супутник”.

При цьому диференційний ефект отримується завдяки компенсації сильнокорельованих похибок при вимірюванні приростів псевдодальностей. Отримані таким чином точні значення приростів псевдодальностей зв’язуються через матрицю направляючих косинусів з приростом координат АТЗ  , що визначає його точне розташування відносно місцезнаходження навігаційної апаратури ДЦ: 

 

де  матриця направляючих косинусів від азимутів  і кутів місця , в якій елементи стовпців задають коефіцієнти по широті, довготі, висоті і часу, а кожен рядок відповідає приросту дальностей N-го супутника.

Знаючи точні координати ДЦ   і розрахувавши згідно (3) відносні координати  , можна з високою точністю визначити абсолютні координати АТЗ, що знаходяться в зоні дії опорної станції ДЦ: 

 

У першому наближенні точність запропонованого методу відповідає диференційному режиму корекції координат, тобто залишкова (некорельована) похибка визначення координат складають 1-5 м. Проте відомо, що точність усіх диференційних методів значно зменшується по мірі зростання відстані   між мобільною апаратурою і опорною станцією та збільшення затримок надходження виправлень t, зокрема характеризується залежністю середньоквадратичного сферичного відхилення виду: 

 

де  м, коефіцієнти  м/с і  м/км.

У випадку застосування відносно-диференційного методу коефіцієнт b буде мати більше значення (приблизно на 15-20%), що пов’язано з появою додаткових похибок через неточність вимірів апаратурою АТЗ і ДЦ азимутів та кутів місця навігаційних супутників, які приймаються однаковими незалежно від відстані між ними. 

Для зниження впливу цього фактору на точність методу відносно-диференційних визначень в роботі було розроблено алгоритм визначення азимутів і кутів місця навігаційних супутників з використанням базових ліній, побудованих шляхом проведення відносних навігаційних визначень. Графічна схема (рис.2) і відповідні аналітичні залежності, що дозволяють визначити точні значення азимутів, наведені нижче.

 

Рис. 2. До визначення азимутів і кутів навігаційних супутників відносно АТЗ і ДЦ.

 

Кути орієнтації навігаційних супутників доцільно визначати відносно базової лінії АВ, що будується між АТЗ і ДЦ визначається як довжина вектора відносних координат цих об’єктів:

 

Аналогічно, як і в описаному вище відносно-диференційному методі, апаратурою АТЗ і ДЦ визначаються дальності (відповідно і  ) до кожного навігаційного супутника, які потім розкладаються на горизонтальну і вертикальну проекції. Проекції псевдодальностей, зокрема їх прирости  , є вхідними даними для розрахунку приростів фаз сигналів , що приймаються апаратурою АТЗ і ДЦ:

 

де   - довжина хвилі сигналу навігаційного супутника.

З використанням (6) і (7) шляхом простих перетворень одержано залежність для визначення кута просторової орієнтації навігаційного супутника відносно середини базової лінії АВ:

Використовуючи (8) та кути   й  , які визначають орієнтацію відповідно північного напрямку меридіану N і базової лінії AB у єдиній системі координат (рис.2), можна з високою точністю розраховувати значення азимутів і кутів місця навігаційних супутників відносно середні базової лінії:

 

Розроблений на основі одержаних залежностей алгоритм дозволяє суттєво знизити вплив оцінки кутів орієнтації навігаційних супутників на точність відносно-диференційного методу при значних відстанях (більше 100 км.) між АТЗ і ДЦ. Це дозволить розширити ефективну робочу зону АСМДУ НТ без використання додаткових опорних станцій.

Досвід практичного застосування диференційних методів навігації на наземному транспорті показав, що