На сайте GPS Клуб опубликована статья "Cпутниковая навигация с использованием доплеровского сдвига частоты и псевдодальностных измерений". Приводим материал полностью. Статья подготовлена по данным www.gpsworld.com

До появления системы GPS существовала система Transit, также известная под названием U.S. Navy Navigation Satellite System. О её запуске было объявлено в 1968 году, несмотря на то, что на тот момент она уже работала на протяжении пяти лет. Система появилась в результате попыток отследить первый искусственный спутник Земли «Спутник-1», запущенный в СССР 4 октября 1957 года. Измерив доплеровский сдвиг радиосигналов на частоте 20 МГц, полученных со спутника в известном положении, можно было вычислить орбиту самого спутника. После этого сразу стало понятно, что если знать орбиту спутника, то полученные данные Доплера можно использовать для определения положения приемника. В результате были разработаны планы по развитию спутниковой навигационной системы, а в 1960 году был произведен первый тестовый запуск спутника.

Для навигации с помощью системы Transit требовалось измерять доплеровский сдвиг спутникового сигнала на протяжении всего прохождения спутника по небосклону, который мог длиться до 18 минут от горизонта до горизонта. По завершении прохождения можно было рассчитать широту, долготу спутника и определить его местоположение. При наличии пяти спутников промежуток времени между определениями местоположения составлял около одного часа на средних широтах. Впоследствии, после того как орбиты спутников стали рассчитываться более точно, точность определения двухмерного местоположения приемника достигала нескольких десятков метров по завершении одного прохождения. Записав данные нескольких прохождений в течение нескольких дней с одного положения на Земле, можно было получить трехмерные данные с точностью менее одного метра. В разных точках планеты появились доплеровские контрольные станции, предназначенные для картографии и геодезических целей.

С наступлением эпохи системы GPS, обладающей лучшей производительностью, в 1996 году система Transit была переведена в резерв. Российские эквивалентные доплеровские навигационные системы были заменены системой GLONASS. Во время разработки системы GPS стало известно, что доплеровские расчеты обеспечивают более точное определение скорости приемника, чем расчеты на основе разности псевдодальностных измерений местоположения.

В этой статье мы изучим GNSS-метод определения местоположения, использующий приблизительные доплеровские данные о местоположении в качестве первого этапа точного определения местоположения с использованием «снимка» записанной доплеровской частоты и временного сдвига кода без необходимости декодирования навигационных сообщений.

Методы спутниковой навигации развиваются в направлении все меньших объемов информации, достаточных для определения времени и местоположения приемника. Тем не менее, для этих новых алгоритмов обработки требуется использование инновационных методов борьбы с утерей информации по причине ограниченной во времени продолжительности. Использование технологии A-GNSS (Assisted-GNSS) получило широкое распространение в последние годы. Технология обеспечивает навигационные приемники дополнительной вспомогательной информацией, которую им не приходится извлекать из данных, содержащихся в эфирных сигналах. Используя Интернет-соединение в реальном времени и транслируя бортовые эфемериды и тактовые сигналы, многие навигационные приложения могут игнорировать декодирование альманаха и эфемерид в самих сигналах.

Однако, даже при использовании вспомогательных систем остаются препятствия, с которыми нужно бороться. Например, чем короче длительность эфирных данных, с которыми должен работать приемник, тем больше объем информации, получаемой из сигнала, который должен быть получен по другому маршруту. Во многих методах A-GNSS получение информации об эфемеридах и тактовых сигналах происходит через внешний интерфейс. В этом случае приемнику необходимо получать лишь время передачи сигналов из GNSS-сигналов, которое составляет от 6 до 12 секунд. В большинстве случаев использования A-GNSS это не вызывает проблем. Как бы то ни было, для сокращения объема необходимых данных нам потребуется найти альтернативный метод, в котором нам не потребуется время передачи сигналов. Первой причиной, по которой нам это необходимо, является сокращение данных до минимума, требуемого для обработки приемником. Вторая причина – позволить приемнику обрабатывать ограниченное количество данных в отдельных блоках без декодирования сигнальных навигационных данных. Это, в свою очередь, позволит приемнику периодически анализировать входящий поток данных, обрабатывать эти данные, а также определять время и местоположение в офлайн-режиме, используя автономные зафиксированные за короткое время данные.

Уже доказано, что положение приемника можно определить, используя субмиллисекундные данные временного сдвига кода (в случае использования GPS L1 C/A-кодированных сигналов), а также спутниковые эфемериды и тактовые сигналы, по меньшей мере, пяти спутников. Этот метод, известный как невременное или фиксированное позиционирование, сокращает объем данных, необходимых приемнику, до объема, достаточного для обнаружения и отслеживания сигнала с последующим сведением к применимым значениям временного сдвига кода. В этой статье мы предлагаем метод, в соответствии с которым приемник сначала рассчитывает свое положение только посредством измерений доплеровской частоты и использует эти приблизительные расчеты для соответствия требованиям к априорному (предполагаемому) положению для проведения невременных расчетов. Кроме того, в связи с тем, что движение приемника оказывает влияние на расчеты Доплера, проведено подробное изучение погрешностей доплеровских расчетов в качестве функции скорости приемника.

Краткий обзор метода

Базовые обрабатывающие блоки GNSS-приемника хорошо изучены. В нашем исследовании мы сделали несколько предположений относительно общей конфигурации и доступности вспомогательных данных. Мы предполагаем, что в работоспособной конфигурации:
— Для импорта спутниковых эфемерид и тактовых сигналов всей группы GNSS-спутников используется внешний интерфейс.
— Алгоритмы приемника для обнаружения и отслеживания сигналов способны обнаружить требуемое количество спутников для работы этого метода, таким образом, обеспечивая сырые расчеты временного сдвига кода и доплеровские расчеты.
— Исходное значение синхронизатора приемника установлено с точностью до 20 секунд относительно системного времени GPS (TGPS).

Предлагаемый метод не требует синхронизации и декодирования приемником навигационных сообщений и восстановления времени передачи сигнала. В предлагаемом методе может начинать работу, рассчитывая свое положение сразу после установления петель отслеживания на допустимой точности. Важным примечанием является то, что этот метод не требует предполагаемых данных о положении приемника.

Комбинированный доплеровский/невременной навигационный приемник выполняет шаги обработки, показанные на Рисунке 1. Существует несколько важных отличий от традиционной обработки GNSS-сигналов. Во-первых, обработка не предполагает непрерывного потока данных, как в случае со стандартным приемником, а требует доплеровские расчеты и расчеты временного сдвига кода, полученные от петель отслеживания в одной точке отсчета времени. Во-вторых, невременной алгоритм, такой как стандартный псевдодальностный алгоритм наименьших квадратов, выполняется многократно, но с дополнительной переменной времени, что ведет к изменению расчетных данных положений GNSS-спутников по мере схождения временных значений.



Рисунок 1. Блок-схема доплеровского/не временного GNSS-приемника

Определение местоположения по доплеровскому сдвигу частоты

Метод для расчета местоположения GNSS-приемника на основе доплеровских измерений довольно хорошо изучен и появился несколько десятков лет назад. Шансов на успех в исследованиях и среди пользовательских сообществ у этого метода не было, ведь сразу стало понятно, что точность, полученная при помощи доплеровского сдвига недостаточна практически в любой области применения. Как будет показано ниже, при хороших условиях этот метод позволяет рассчитать положение приемника с точностью до километра. Несмотря на то, что определение местоположения без дальностных измерений имеет определенный теоретический интерес, практически этот уровень точности считается бесполезным. Однако, было замечено, что этот уровень точности соответствовал требованиям по инициализации не временного алгоритма позиционирования, тем самым вызывая новый интерес к этому методу не как к полезному продукту самому по себе, а как к поддержке инициализации не временного навигационного метода, обсуждение которого представлено ниже.

Концепт пересекающихся доплеровских изолиний для случая с двумя различными спутниковыми измерениями показан на Рисунке 2. Значение частоты вокруг линий постоянного доплеровского сдвига представляет собой частоты, в которые объединились отслеживающие петли приемника для каждого спутника. Имея, по меньшей мере, четыре спутника (один дополнительный требуется для измерения погрешности тактового сдвига), можно приблизительно рассчитать положение приемника.



Рисунок 2. Изображение изолиний постоянного доплеровского сдвига для одного и двух GNSS-спутников. Sv и Uv – векторы скорости спутника и приемника соответственно. ϴ - угол между вектором разности скоростей и вектором, направленным от спутника к приемнику. Фигура справа показывает пересечение доплеровских эллипсов для двух спутников.

Если коротко, то алгоритм для определения положения приемника по доплеровскому сдвигу запускается с проецирования разности векторов скоростей спутника и приемника вдоль нормированного вектора обзора, что, по сути, представляет собой радиальную скорость. Затем радиальная скорость привязывается к отслеживаемым доплеровским частотам каждого спутника. Тем не менее, известно, что GNSS-измерения искажены по причине несовершенных тактовых сигналов приемника, что в данном случае повлечет отклонение в измеренной радиальной скорости. Другими словами, радиальная скорость – это псевдодальностная скорость. Теперь мы можем составить уравнение для каждого спутника, состоящее из значения псевдодальностной скорости, расчетного положения приемника, положения спутника, скоростей приемника и спутника, а также погрешности тактовой частоты спутника.

Как и в случае с традиционным псевдодальностным расчетом положения на основе метода наименьших квадратов, это уравнение может быть линеаризовано вокруг начального подсчета и серии поправок к этому начальному подсчету, сделанных многократно. Важно отметить, что требования к начальному подсчету в позиционировании на основе доплеровских сдвигов (как и в случае псевдодальностного позиционирования) предъявляются довольно большие. Для приемников, расположенных ниже группы GNSS-спутников за начальный подсчет положения приемника можно принять центр Земли. На практике это избавляет приемник от необходимости обладать предварительной информацией о своем положении.

Для получения расчетов трех позиционных координат и тактовой частоты приемника или погрешности скорости можно сформировать и решить минимальную совокупность из четырех уравнений, по одному для каждого спутника. Как в случае псевдодальностного расчета положения, переопределенный случай из более четырех измерений легко решается. Обратите внимание, что в решении содержится только погрешность тактовой частоты приемника, а не временной сдвиг как в традиционном псевдодальностном решении. В следующем сегменте демонстрируется этот метод и определяется допустимая точность при различной динамике приемника.

Демонстрация эфирных сигналов. Позиционный алгоритм на основе доплеровского сдвига сначала был протестирован с использованием «живых» эфирных сигналов. Захват этих сигналов происходил с использованием внешнего USB-дискретизатора на протяжении одной минуты. Сырые дискретные данные были записаны в файл и впоследствии обработаны с помощью программного приемника fastGPS. Дискретные данные сначала обрабатываются с помощью традиционного псевдодальностного расчета положения на основе метода наименьших квадратов, что позволяет им выступать в качестве истинных исходных данных. После этого текущее положение принимается за истинное положение и файл еще раз обрабатывается в fastGPS, но уже с использованием позиционного алгоритма на основе доплеровского сдвига, описанного выше. Обратите внимание на то, что псевдодальностный C/A-кодированный метод позиционирования обладает точностью в несколько метров. Как бы то ни было, достижение высокой точности с использованием доплеровского метода нас не интересует, так как целью начальных расчетов является запуск не временного алгоритма, а не сами результаты. Поэтому для демонстрации не требуется сравнивать результаты позиционирования по доплеровскому сдвигу и результаты псевдодальностного метода определения положения. Нас принципиально интересует демонстрация того, что погрешности в расчетах по доплеровскому сдвигу не выходят за пределы, допустимые для запуска не временного позиционирования.

Захват эфирных данных происходил в парке Мон Руаяль, расположенном в Монреале, Канада. Эти данные были обработаны в обычном режиме, а полученное псевдодальностное положение использовалось в качестве исходного для результатов позиционирования по доплеровскому сдвигу, представленных на Рисунке 3. Это положение было также подтверждено при помощи портативного GPS-устройства.



Рисунок 3. Определение положения по доплеровскому сдвигу с использованием эфирных сигналов. Положение в системе координат восток-север в 18:04 UTC 28 октября 2010 года.

На Рисунке 3 видно, что все погрешности не превышают один километр на протяжении всего набора данных. Всего при помощи приемника fastGPS было получено 173 доплеровских решения, так как был обработан весь файл с дискретными данными. Как будет представлено ниже, величина погрешности находится в допустимых пределах, необходимых для запуска не временного алгоритма. Погрешность увеличивается по мере сокращения числа отслеживаемых спутников, а геометрический фактор снижения точности неблагоприятен, как и предполагалось. Погрешность местоположения в условиях нормальной геометрии составляет примерно один километр. По этому сценарию время GPS было инициализировано в пределах 20-ти секунд истинного времени в каждой попытке позиционирования по доплеровскому сдвигу.

Оценка производительности приемника в движении. Этот алгоритм был протестирован с использованием имитируемых данных для определения чувствительности к движению приемника. Расчет положения по доплеровскому сдвигу напрямую зависит от скорости приемника. Доплеровский сдвиг напрямую оказывает влияние на погрешность определения и должен быть правильно изучен. Влияние скорости приемника на точность результатов было изучено при помощи имитируемого приемника в различных динамических условиях. Позже мы увидим, что точность доплеровского результата определения местоположения будет ограничена, когда их можно будет использовать для инициализации не временного определения местоположения. Это демонстрируется посредством имитации точности доплеровского результата определения местоположения на приемнике, постепенно увеличивая скорость.

Имитация производилась при помощи имитатора GNSS-измерений. Имитатор был настроен на генерирование измерений, как если бы они принимались с приемника в движении на протяжении нескольких часов. Имитатор инициализируется при помощи спутниковых орбитальных элементов, предоставленных Командованием воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD) / Объединенным центром космических операций ВВС США и полученных в течение четырех разных дней.

Такая продолжительность имитации была выбрана для обеспечения реалистичной визуальной геометрии в произвольном положении приемника. Имитации проводились в разное время на протяжении четырех дней. Это гарантирует то, что имитируемый приемник получает качественную выборку измерений как при плохой, так и при хорошей спутниковой геометрии. Таким образом, мы получаем возможность оценить худший случай, лучший случай и среднюю производительность алгоритма.

Для имитации приемника с растущей скоростью приемник был настроен на движение в одном определенном компасном направлении (север, юг, восток и запад) на протяжении всего процесса имитации. Затем скорость приемника увеличивалась с 5 м/с до 40 м/с с шагом в 5 м/с. Каждая скорость сохранялась на протяжении 20-ти минут. Имитации приемника длились в течение 2 часов 40 минут. Это достаточно для изучения оказываемого на алгоритм эффекта скорости, поскольку четыре разных теста с различными конфигурациями групп GPS-спутников показали достаточную произвольность спутниковой геометрии.

На Рисунке 4 видно, что величина погрешности растет с ростом скорости приемника. Это связано с тем, что алгоритм, используемый для определения местоположения, находится в зависимости от отслеживаемой частоты доплеровского сдвига на принимаемых спутниковых сигналах, которая напрямую зависит от скорости приемника. По данным, сгенерированным во всех четырех случаях, видно, что погрешности в доплеровских расчетах местоположения начинают превышать допустимые значения инициализации не временного метода на скоростях от 80 до 100 км/ч. Это ограничение и способ борьбы с ним будут описаны позже в этой статье.



Рисунок 4. Погрешность при определении местоположения по доплеровскому сдвигу для приемника с растущей скоростью, двигающегося в южном направлении в 09:16 UTC 19 апреля 2011 года.

Невременной расчет местоположения

Как обсуждалось ранее, одной из главных целей данного исследования является сокращение объема обрабатываемых данных, необходимых для определения местоположения. Обычно даже в случае использования системы Assisted-GNSS приемник должен декодировать навигационные данные, полученные из транслируемого спутникового сигнала. Эта обработка требуется для определения Времени GPS и времени передачи сигнала, а также является особо важной для выполнения стандартного псевдодальностного алгоритма определения положения. Алгоритм на основе доплеровского сдвига не требует декодирования из сигнала времени передачи сигнала, но он также не дает результаты, точность которых достаточна для использования их самих по себе. Однако, мы используем метод, который обеспечивает достаточную точность и при этом не извлекает Время GPS из транслируемого сигнала. Этот метод позиционирования часто называют не временным или мгновенным позиционированием.

В не временном позиционировании положение приемника определяется без точного времени передачи GPS-сигнала. Это автоматически избавляет от необходимости извлечения недельного времени (TOW) из навигационного сообщения. Это реализовано за счет начального расчета в течение доли периода повтора кода псевдослучайной последовательности. На алгоритм также оказывает влияние априорное время на приемнике. Требуемая точность двух этих величин вместе рассчитана ниже. Априорное положение приемника представляет собой более сложное ограничение в конфигурации Assisted-GNSS. В современных приемниках с доступом в Интернет время обычно определяется с точностью в десятки секунд.

Оценка невременных априорных требований. Имитации в Монте-Карло проводились с целью изучения поведения алгоритма с различными априорными погрешностями положения и времени приемника. Эти пределы инициализационных погрешностей позволяют узнать, при каких условиях алгоритм определения местоположения по доплеровскому сдвигу будет применим.

При схождении алгоритма расчетные данные положения примерно совпадают с данными традиционного псевдодальностного метода.

Несмотря на это, условия, при которых не временной алгоритм не сходится, необходимо изучить в достаточной мере. Для этого была проведена серия имитаций в Монте-Карло с разнообразными временными и позиционными погрешностями. В начале каждой попытки не временного определения местоположения начальная информация о положении и времени приемника искажалась произвольным значением. После допустимого числа повторений алгоритм либо сходился к допустимому значению, либо сильно отклонялся. Результаты, показывающие при каких условиях алгоритм сходится, иллюстрируют область схождения для не временного алгоритма с использованием GPS C/A-кодированных сигналов. Из Рисунка 5 видно, что, как и предполагается, алгоритм работает правильно при достаточных априорных данных времени и местоположения. В случае роста начальных погрешностей результат начинает отклоняться. Интерес представляет надежная зона схождения с треугольником, направленным в левый нижний угол. Для того, чтобы комбинированный метод работал надежно, определение местоположения по доплеровскому сдвигу должно дать результат в этой зоне.

На Рисунке 5 можно увидеть, что результат часто сходится с большими, чем ожидалось, погрешностями инициализации. Как бы то ни было, наибольший интерес представляет область, в которой алгоритм сходится всегда. Результаты показывают, что алгоритм не временного определения местоположения сойдется с высокой вероятностью с априорным положением приемника в пределах погрешности в 100 километров, в случае если время приемника сохраняется с точностью до нескольких секунд. С другой стороны, алгоритм сойдется с временной погрешностью более одной минуты, если сократить погрешность априорного положения до 50 километров.



Рисунок 5. Результаты неудачных попыток имитаций в Монте-Карло для априорных значений положения и времени с различными погрешностями.

В зависимости от области применения и возможностей приемника должен быть найден компромисс для достижения априорного предела инициализации. Из результатов на Рисунке 5 мы можем увидеть, что в большинстве случаев применения расчет положения на основе доплеровского сдвига будет более чем достаточен для инициализации априорного положения, позволяя избавиться от каких-либо априорных данных о положении в тех областях, где приемник сохраняет умеренную динамику.

Комбинированный метод определения местоположения с использованием доплеровского и не временного методов

Мы показали, что определение местоположения по доплеровскому сдвигу позволяет рассчитать положение приемника в пределах 100 километров для приемников с низким и умеренным уровнем динамики. Важно отметить, что алгоритм определения местоположения по доплеровскому сдвигу может работать с использованием начального расчета положения приемника в центре Земли.

Вслед за этим мы показали, что не временное определение местоположения требует априорных расчетов положения с точностью не более 100 километров и времени приемника с точностью в несколько секунд для схождения алгоритма. Если априорное значение положения превышает 100 километров, то есть вероятность расхождения алгоритма даже с точным временем приемника. В этом случае выбирается грубая пороговая величина точности в 10 секунд, так как предполагается, что GNSS-приемники с поддержкой Assisted-GNSS без проблем смогут синхронизировать работу синхронизаторов с такой точностью.

Следующим шагом является совершенствование стадий обработки для совместной интеграции доплеровского и не временного алгоритмов. В комбинированном алгоритме сначала производится доплеровский расчет, а затем просто вводится в не временной алгоритм, как показано на Рисунке 1 и более детально на Рисунке 6.



Рисунок 6. Стадии обработки в не временном определении местоположения, инициализированном при помощи доплеровского определения местоположения.

На Рисунке 6 видно, что для доплеровского метода определения местоположения требуется три источника данных: время инициализации, спутниковые доплеровские измерения, спутниковые эфемериды и тактовые сигналы. Расчет времени получен с синхронизатора приемника, точность которого должна находиться в пределах 10 секунд относительно истинного Времени GPS. Спутниковые доплеровские измерения (минимум четыре) получены с помощью функций отслеживания приемника. Что касается эфемерид, то предполагается, что они хранятся локально на приемнике с внешним каналом данных Assisted-GNSS.

После этого доплеровские расчеты вводятся в не временной алгоритм определения местоположения в качестве начального априорного положения приемника. Имеющиеся спутниковые Assisted-GNSS эфемериды и тактовые сигналы, а также приблизительная величина Времени GPS, хранящаяся на приемнике, также используются для не временных расчетов.

Измерения временного сдвига кода как минимум пяти GNSS-спутников, по сути, являются последней деталью мозаики. Получить их можно в виде прямых выходных данных петли синхронизации по задержке приемника. В случае использования GPS C/A-кодированных сигналов эти показатели составят до 1 миллисекунды. В случае использования других GNSS-сигналов их продолжительность возможно будет дольше.

Модуль определения местоположения по доплеровскому сдвигу может быть запущен один раз, проверен на схождение, после чего полученный расчет местоположения передается в не временное определение местоположения. Однако, в наших тестовых случаях доплеровский алгоритм использовался многократно для инициализации не временного алгоритма. Надежным тестом на схождение не временного алгоритма оказалось простое сравнение конечных данных, вводимых в доплеровский алгоритм. Схождение алгоритма происходило во всех случаях, если разница в данных не превышала один период повтора кодовой последовательности.

В случаях расхождения были получены значительно большие различия.

Сравнение с традиционным методом расчета. Комбинированный алгоритм был протестирован на нескольких наборах эфирных данных из США, Канады и Великобритании. Среднеквадратическая погрешность горизонтальных расчетов местоположения и среднее геометрическое ослабление точности во время наблюдений за каждым из протестированных наборов эфирных данных представлены в Таблице 1. Величины погрешностей конечных результатов примерно одного порядка с величинами псевдодальностного метода наименьших квадратов и невременных результатов определения местоположения. Это ожидаемо, ведь если не временной алгоритм рассчитывает верные целые значения миллисекунд, то этот алгоритм сойдется в том же значении, что и традиционно определяемые псевдодальности, по причине того, что значения временного сдвига кода будут идентичны. В этом сравнении псевдодальностный и доплеровский/не временной алгоритмы были запущены с предполагаемым положением приемника в центре Земли. В качестве последней проверки того, что этот метод дает результаты, сравнимые с результатами псевдодальностного метода, мы напрямую сравнили величины погрешностей двух этих методов на одних и тех же данных. Это сравнение также проиллюстрирует то, что не временной метод определения местоположения позволяет рассчитать положение быстрее, чем это возможно при использовании других методов, ведь в этом случае не приходится декодировать навигационное сообщение спутниковых сигналов.



Таблица 1. Среднеквадратическая погрешность (RMS) и геометрическое отклонение точности (GDOP) для наборов эфирных GPS-данных, используемых на программном приемнике fastGPS.

На рисунке 7 показана работа комбинированного доплеровского/не временного и традиционного псевдодальностного методов в течение 34 секунд. Как видно, доплеровский/не временной алгоритм определения местоположения рассчитывает положение приемника с погрешностями, сравнимыми по значениям с погрешностями традиционного метода. Такие же результаты были получены и для остальных наборов эфирных данных, имеющихся в нашем распоряжении.



Рисунок 7. Сравнение значений погрешностей в определении местоположения для не временного и традиционного псевдодальностного методов. Значения погрешностей обоих методов были протестированы на наборе эфирных данных Монреаля.

Заключение

В этой статье мы продемонстрировали, что GNSS-приемник может рассчитать свое положение с использованием «снимка» дискретных данных и без использования информации о положении приемника с низкой и умеренной динамикой. Это решает имеющееся ограничение не временного метода GNSS-навигации и способствует разработке новой конструкции приемников на основе ограниченных дискретных наборов данных, особенно использующих программные методы обработки. Было показано, что приблизительные расчеты положения приемника, полученные с помощью метода доплеровского сдвига, без информации о положении приемника позволяют произвести надежный не временной расчет местоположения. Ограничения комбинированного метода связаны с динамическим окружением приемника, которое искажает грубые расчеты, полученные с использованием доплеровского метода. Тем не менее, этот метод может быть использован в различных областях применения GNSS-систем. Кроме того, имитации в Монте-Карло показывают, что этот комбинированный метод дает надежные результаты в указанных динамических пределах и при указанных инициализационных требованиях к не временному методу с использованием GPS C/A-кодированных сигналов.

Решение проблемы скоростного ограничения. Искажение доплеровских расчетов для приемников на скоростях выше допустимой нормы можно решить несколькими способами. Самый понятный способ – это использование на приемнике простого инерциального устройства. Он позволит получить приблизительное значение скорости приемника, которое будет включено в доплеровский расчет и обеспечит определение местоположения с точностью до 1 км практически в любых динамических условиях (ограничение зависит только от возможностей инерциального сенсора).

Второй вариант – дождаться появления следующего поколения GNSS-сигналов, которые решат эту проблему за нас. Некоторые новые GNSS-сигналы (некоторые из которых уже сейчас передаются активными спутниками) были разработаны с периодом повтора кода значительно дольше одной миллисекунды (см. Рисунок 8). Миллисекундный период повтора кода эффективно ограничивает доплеровскую погрешность до значения, указанного выше.



Рисунок 8. Сравнение погрешностей периодов повтора временного сдвига кода для различных GNSS-сигналов.

Более длительные периоды повторов соответствующим образом увеличивают допустимые пределы не временной априорной инициализации. Некоторые GNSS-сигналы следующего поколения и соответствующие им периоды повтора кода будут значительно дольше, чем GPS L1 C/A-кодированные. Например, период повтора кода в 20 миллисекунд нового гражданского сигнала GPS L2 соответствует длине повтора приблизительно в 6 тысяч километров.

Обсуждение. В нашем исследовании представлен полезный метод значительного сокращения нагрузки на процесс обработки в GNSS-приемнике, который избавляет от необходимости декодирования навигационных GNSS-данных и наличия приблизительных данных о положении. Оба этих преимущества знаменуют серьезный шаг в развитии совершенно другого подхода к обработке GNSS-сигналов и расчету местоположения. В отличие от существующих GNSS-приемников, которые непрерывно обрабатывают входящие сигналы, этот метод позволяет управлять входящими данными и выходными данными расчетов местоположения. Такой способ управления хорошо подходит для тех областей применения, где требуется продолжительное или периодическое нахождение в условиях отсутствия или низкого уровня энергопотребления. С помощью этого метода любая платформа может рассчитать свое положение, используя GNSS-приемник в течение короткого (мгновенного) промежутка времени. Зарегистрированные данные, полученные в течение короткого промежутка времени, могут быть обработаны в реальном времени или заархивированы и обработаны позже по мере необходимости.