Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости фазовых центров антенн спутниковых источников навигационных сигналов и фазовых центров антенн навигационной аппаратуры пользователей спутниковых радионавигационных систем

Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости фазовых центров антенн спутниковых источников навигационных сигналов и фазовых центров антенн навигационной аппаратуры пользователей спутниковых радионавигационных систем

Реферат

 

Изобретение относится к спутниковой радионавигации и позволяет навигирующимся пользователям определить свои координаты местоположения и составляющие вектора скорости, когда в зоне радиовидимости пользователя находятся 2 спутника, ретранслирующих навигационные радиосигналы наземных навигационных радиомаяков (ННРМ), выполняющие функции ПОНТ. В этом случае отпадает необходимость иметь подсистемы космических аппаратов, ГЛОНАСС и GPS из 24 спутников. Для выполнения целевых задач, возложенных на ГЛОНАСС и GPS, достаточно подсистем из 12 спутников. Новые алгоритмы способа навигационных измерений и определений местоположения и составляющих вектора скорости спутников, пользователей спутниковых навигационных систем позволяют по навигационным радиосигналам и координатам ННРМ, которые ретранслируют спутники, навигироваться с высокой точностью, что и является достигаемым техническим результатом. Высокая точность навигационных определений достигается за счет исключения из навигационных определений погрешности, обусловленной прогнозом эфемерид и за счет привязки решения навигационной задачи к началу размещения геоцентрической прямоугольной системы координат (к центру масс Земли), за счет снижения погрешностей навигационных измерений, обусловленных условиями распространения навигационных сигналов и нестабильностью генераторов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. чертежи) Те

Формула изобретения

1. Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ) и пользователей спутниковых навигационных систем (СРНС), при котором сетью контрольных станций запросным способом измеряют дальности и скорости изменения дальностей от НИСЗ до наземных навигационных точек (ННТ), устанавливают функциональные зависимости между известными значениями координат ННТ и неизвестными значениями координат НИСЗ, определяют координаты НИСЗ путем решения систем навигационных уравнений и определяют составляющие вектора скорости НИСЗ путем решения систем продифференцированных навигационных уравнений дальностей, затем прогнозируют их путем численного интегрирования дифференциальных уравнений движения НИСЗ и передают по радиоканалу массив навигационной информации в память электронно-вычислительных машин каждого НИСЗ, которые непрерывно излучают промодулированные навигационной информацией навигационные радиосигналы, а навигационной аппаратурой пользователей (НАП), установленной на пользователях СРНС, принимают навигационные радиосигналы от четырех НИСЗ, содержащие в своих составах значения координат, составляющие вектора скорости НИСЗ, время и информацию для введения поправок по частоте и задержкам, измеряют псевдодальности от пользователей до каждого спутника с применением дальномерных кодов, измеряют скорости изменения псевдодальностей, устанавливают функциональные зависимости между известными значениями координат НИСЗ, составляющими вектора скорости и неизвестными значениями координат, составляющими вектора скорости пользователей и определяют координаты местоположения, составляющие вектора скорости пользователей путем решения соответствующих систем навигационных уравнений, отличающийся тем, что навигационные радиосигналы, промодулированные навигационной информацией и дальномерными кодами, непрерывно излучают наземные навигационные радиомаяки (ННРМ), содержащие в своем составе координаты местоположения фазовых центров антенн ННРМ, время и информацию для введения поправок по частоте, по времени, а навигационной аппаратурой (НА), установленной на каждом спутнике, принимают излученные ННРМ навигационные радиосигналы, измеряют на мерных интервалах дальности, разности дальностей между фазовыми центрами антенн ННРМ и фазовыми центрами антенн НА НИСЗ, измеряют скорости изменения дальности в серединах и на краях мерных интервалов, разности скоростей изменения дальностей, затем модулируют измеренной информацией несущие принятых навигационных сигналов, усиливают их и ретранслируют в направлении Земли, которые принимают НАП, установленной на пользователях СРНС, измеряют на краях и в серединах мерных интервалов дальности, разности дальностей между фазовыми центрами антенн НИСЗ и фазовыми центрами НАП, скорости изменения дальностей, разности скоростей изменения дальностей, выделяют информацию о координатах местоположения фазовых центров антенн ННРМ, о поправках к частотам и задержкам, время и по измеренной, выделенной информации определяют: модули вектора положения фазового центра антенны НА НИСЗ как отношение геоцентрической гравитационной постоянной к произведению квадрата скорости света на разность между единицей и квадрата отношения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НА НИСЗ, к частоте навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, умноженной на квадрат суммы из единицы и отношения радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ к скорости света; модули вектора положения фазового центра антенны источника навигационного радиосигнала (ИНС) НИСЗ как отношение геоцентрической гравитационной постоянной к произведению квадрата скорости света на разность между единицей и квадратом отношения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НАП пользователей СРНС, к частоте навигационного радиосигнала, ретранслируемого НИСЗ, умноженной на квадрат разности между единицей и отношением радиальной скорости фазового центра антенны ИНС к скорости света; значения косинуса угла между векторами баз, соединяющими начала и концы мерных интервалов, и векторами дальностей, соединяющими положения фазового центра антенны ННРМ и положения фазового центра антенны НА НИСЗ, а также значения угла как отношения произведений значений радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ на значение частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, к произведению скорости света на корень квадратный из разности квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, и квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НА НИСЗ, умноженных на квадрат суммы из единицы и отношения значения радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ к скорости света, и как арксинус отношений соответственно; значения косинуса угла между векторами баз, соединяющими начала и концы мерных интервалов, и векторами дальностей, соединяющими положения фазового центра антенны НАП и положения фазового центра антенны ИНС НИСЗ, а также значения его угла как отношения произведений значений радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ на значения частоты навигационного радиосигнала, ретранслируемого НИСЗ, к произведению скорости света на корень квадратный из разности квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, ретранслируемого НИСЗ, и квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НАП, умноженных на квадрат разности между единицей и отношением значения радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ к скорости света, и как арккосинус отношений соответственно; модули вектора базы как произведение отношений разности дальностей между фазовым центром антенны ННРМ и фазовым центром антенны НА НИСЗ, умноженные на скорость света, к радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ, умноженной на значение частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, на корень квадратный из разности квадрата значений частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, и квадратов значений частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НА НИСЗ, умноженных на квадрат суммы из единицы и отношения значений радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ к скорости света; модули вектора базы как произведение отношений разности дальностей между фазовым центром антенны ИНС НИСЗ и фазовым центром антенны НАП, умноженные на скорость света, к радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ, умноженной на значения частоты навигационного радиосигнала, переизлучаемого НИСЗ, на корень квадратный из разности квадрата значений частоты навигационного радиосигнала, ретранслируемого НИСЗ, и квадратов значений частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НАП СРНС, умноженных на квадрат разности из единицы и отношения значений радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ к скорости света; модули вектора положения фазового центра антенны ННРМ как корень квадратный из суммы квадратов проекций вектора положения фазового центра антенны ННРМ на оси прямоугольной геоцентрической системы координат; модули вектора положения фазового центра антенны НАП СРНС с применением теоремы косинусов как корень квадратный из суммы квадрата модулей вектора положений фазового центра антенны ИНС НИСЗ и квадрата модулей вектора дальности между фазовым центром антенны ИНС НИСЗ и фазовым центром антенны НАП СРНС за вычетом удвоенного произведения модулей этих векторов на косинус угла между ними; значения углов между вектором дальности, соединяющим положения фазового центра антенны ННРМ и положения фазового центра антенны НА НИСЗ, и вектором положения фазового центра антенны ННРМ как арксинус отношения произведения модуля вектора положения фазового центра антенны НА НИСЗ на синус углов между вектором базы и вектором дальности к модулю вектора положения фазового центра ННРМ; значения углов между вектором дальности, соединяющим положения фазового центра антенны НАП СРНС и положения фазового центра антенны ИНС НИСЗ, и вектором положения фазового центра антенны НАП как арксинус отношения произведения модуля вектора положения фазового центра антенны ИНС НИСЗ и синуса углов между вектором базы и векторами дальности к модулю вектора положения фазового центра антенны НАП СРНС, затем устанавливают системы функциональных зависимостей между известными значениями координат фазовых центров антенн ННРМ, размещения начала прямоугольной геоцентрической системы координат и неизвестными значениями координат фазовых центров антенн НА НИСЗ, определяют значения координат и составляющих вектора скорости фазовых центров антенн НА, ИНС НИСЗ, затем устанавливают системы функциональных зависимостей между известными значениями координат, составляющих вектора скорости фазовых центров антенн ИНС НИСЗ, размещения начала прямоугольной геоцентрической системы координат и неизвестными значениями координат, составляющих вектора скорости фазовых центров антенн НАП и определяют координаты местоположения, составляющие вектора скорости фазового центра антенн НАП пользователей СРНС.

2. Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости НИСЗ и пользователей СРНС по п. 1, отличающийся тем, что разности дальностей между фазовыми центрами антенн ННРМ и фазовыми центрами антенн НА НИСЗ, а также разности дальностей между фазовыми центрами антенн ИНС НИСЗ и фазовыми центрами антенн НАП СРНС определяют по информации о приращении фаз несущих навигационных радиосигналов, обусловленных доплеровскими сдвигами частот, выделенной в цепях управления частотами генераторов, управляемых напряжением систем слежения за несущими в НА НИСЗ и НАП СРНС.

3. Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости НИСЗ и пользователей СРНС по п. 1, отличающийся тем, что дальность между фазовым центром антенны ННРМ и фазовым центром антенны НА НИСЗ, а также дальность между фазовым центром антенн ИНС НИСЗ и фазовым центром антенны НАП СРНС определяют как отношения произведений значений радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ и квадратов модуля вектора базы, определяемого мерным интервалом, к произведению разностей дальностей и разностей радиальных скоростей на краях мерных интервалов, умноженные на квадрат синуса арккосинуса отношения значений разности дальностей, измеренной НА НИСЗ, к модулю вектора базы и как отношения произведений значений радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ и квадратов модуля вектора базы, определяемого мерным интервалом, к произведению разностей дальностей и разностей радиальных скоростей на краях мерного интервала, умноженные на квадрат синуса арккосинуса отношения значения разности дальности, измеренной НАП СРНС, к модулю вектора базы соответственно.

4. Способ определения координат местоположения, составляющих вектора скорости НИСЗ и пользователей СРНС по любому из пп. 1 и 3, отличающийся тем, что дальность между фазовым центром антенны ННРМ и фазовым центром антенны НА НИСЗ, а также дальность между фазовым центром антенны ИНС НИСЗ и фазовым центром антенны НАП СРНС определяют как отношения разности дальностей между фазовым центром антенны ННРМ и фазовым центром антенны НА НИСЗ, измеренные с помощью системы слежения за несущей (ССН), умноженные на квадрат скорости света, к произведениям значений разности скорости изменения дальностей на мерном интервале, значений радиальной скорости и квадратов значений частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, умноженные на скобки квадратные из разности квадрата значений частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, и квадратов значений частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НА НИСЗ, умноженных на квадрат суммы из единицы и отношения значения радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ к скорости света, и все это умноженное на синус арккосинус отношения произведения значения радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ и значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, к произведению скорости света, разности дальностей и корня квадратного из разности квадрата значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ННРМ, и квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НА НИСЗ, умноженных на квадрат суммы из единицы и отношения значений радиальной скорости фазового центра антенны НА НИСЗ к скорости света, и как отношения разности дальностей между фазовым центром антенны ИНС НИСЗ и фазовым центом антенны НАП, измеренные с помощью ССН, умноженные на квадрат скорости света, к произведениям значений разности скорости изменения дальности на мерном интервале, значений радиальной скорости и квадратов значений частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ИНС НИСЗ, умноженные на скобки квадратные из разности квадрата значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ИНС НИСЗ, и квадрата значений частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НАП, умноженных на квадрат разности из единицы и отношения значения радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ к скорости света, и все это умноженное на синус арккосинус отношения произведения значения радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ и значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ИНС НИСЗ, к произведению скорости света, разности дальностей и корня квадратного из разности квадрата значения частоты навигационного радиосигнала, излучаемого ИНС НИСЗ, и квадратов значения частоты навигационного радиосигнала, принимаемого НАП, умноженных на квадрат разности из единицы и отношения значения радиальной скорости фазового центра антенны ИНС НИСЗ к скорости света соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25