Комплексная обработка
сигналов ГНСС и ИНС является актуальной проблемой из-за широкого применения ГНСС.
Рассмотрим принцип измерения координат объекта с помощью спутников. При
измерении положения объектов используется геодезическая система координат,
начало которой расположено в центре Земли (рис. 6.11). Ось лежит на пересечении плоскости экватора и
плоскости Гринвичского меридиана, ось
проходит
через Северный полюс, а ось
направлена так, чтобы система координат была правой.
Определение координат объекта
основано на измерении
задержек распространения сигналов между объектом и спутниками, координаты
которых
,
известны
благодаря информационным сообщениям. При измерении задержек принятых сигналов
используется шкала времени потребителя, которая может иметь сдвиг времени
относительно шкалы времени спутниковой
системы. Влияние погрешности временной шкалы устраняется с помощью
использования избыточных измерений, и для измерения трех координат и сдвига
времени производится прием не менее четырех сигналов спутников. Современные приемники принимают сигналы
всех видимых в данный момент спутников (от 6 до 11 спутников системы).
Строим систему на основе
принципа инвариантности с использованием автономных данных о проекциях скорости
объекта ,
и
. Ошибки измерения скорости моделируем как
экспоненциально-коррелированный процесс. Случайное изменение трех координат
полагаем независимым и для каждой координаты составляем уравнения подобные
(6.23). Кроме того, добавляем в систему два уравнения, моделирующих изменение
сдвига часов потребителя
из-за нестабильности задающего
генератора. Для этой
цели используем уравнения вида (3.28), заменив в них обозначения
на
и
на
. Размер
вектора состояния системы
при этом равен восьми.
Уравнение состояния имеет вид:
, (6.35)
где ;
;
, при этом
;
;
;
;
.
Матрицы в уравнении (6.35) составлены из блоков, взятых из уравнений (3.26), (3.27) и (6.24).
Если в качестве
наблюдаемого вектора взять выходных сигналов
измерителей, следящих за задержкой кода, получим комплексную систему со слабой
интеграцией. Вектор наблюдения имеет вид:
,
(6.36)
где –
-мерная функция;
–
число принимаемых спутников;
– вектор дискретного
белого шума с известной диагональной корреляционной матрицей.
-тая
строка функции
, называемая псевдодальностью
-того спутника, равна:
,
(6.37)
где – скорость света;
– дальность от объекта до
-того спутника.
Оценку комплексной
обработки получаем с помощью расширенного фильтра
Калмана. Для этого находим производную нелинейной функции
в точке
:
, (6.38)
где ,
и
–
направляющие косинусы отрезка, соединяющего объект и
-тый
спутник;
;
;
.
Далее с помощью выражений (5.41 – 5.46) определяем оптимальный коэффициент усиления и составляем уравнение фильтрации.
.
(6.39)
Рассмотрим структуру
разности .
-тая
строка разности имеет вид
, и представляет собой
разность между измеренным и прогнозируемым значениями псевдодальности.
Экстраполированные значения составляющих вектора
вычисляются
с помощью уравнения экстраполяции.
.
(6.40)
Автономные данные,
используемые при экстраполяции, содержатся в слагаемом .
Для прогноза используются
результаты экстраполяции вектора состояния и координаты спутника , полученные с помощью так называемого
эфемеридного расчета. Расчет координат спутника основан на данных,
содержащихся в информационном сообщении этого спутника.
Используя выражения
(6.39) и (6.40) построим структурную схему фильтра (рис. 6.12). В этой схеме
автономные данные не используются в измерителях задержки для повышения их
помехоустойчивости. При кратковременном подавлении радиосигналов помехами
комплексный фильтр переходит в режим экстраполяции с использованием автономных
данных. Точность определения координат в комплексном фильтре будет выше, чем в
автономной системе, так как составляющие автономной скорости в фильтре
корректируются поправками ,
и
.
6.9. Измерение задержки сигналов при глубокой интеграции ГНСС и ИНС
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.