Кондратюк Василь Михайлович Методи і алгоритми прецизійного визначення місцеположення рухомих об’єктів за сигналами глобальних навігаційних супутникових систем

brief description

Кондратюк Василь Михайлович, старший науковий співробітник, наукова група кафедри аеронавігаційних систем науково-дослідної частини, Національний авіаційний університет. Назва дисертації: «Методи і алгоритми прецизійного визначення місцеположення рухомих об’єктів за сигналами глобальних навігаційних супутникових систем». Шифр та назва спеціальності 05.22.13 Навігація та управління рухом. Спецрада Д 26.062.03 Національного авіаційного університету

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
КОНДРАТЮК ВАСИЛЬ МИХАЙЛОВИЧ
УДК 528.2: 629.78
ДИСЕРТАЦІЯ
МЕТОДИ І АЛГОРИТМИ ПРЕЦИЗІЙНОГО ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ РУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ ЗА СИГНАЛАМИ ГЛОБАЛЬНИХ НАВІГАЦІЙНИХ СУПУТНИКОВИХ СИСТЕМ
05.22.13 - Навігація та управління рухом
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело.
В. М. Кондратюк
Науковий керівник
ХАРЧЕНКО Володимир Петрович, доктор технічних наук, професор
Київ - 2021

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ 24
ВСТУП 27
1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ
РУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ ЗАСОБАМИ ГЛОБАЛЬНИХ НАВІГАЦІЙНИХ СУПУТНИКОВИХ СИСТЕМ 35
1.1 Розвиток глобальних навігаційних супутникових систем 35
1.2 Вимоги користувачів ГНСС 40
1.3 Методи підвищення точності визначення місцеположення із застосуванням
глобальних навігаційних супутникових систем 44
Висновки до розділу 1 57
2 РОЗВИТОК МЕТОДІВ І АЛГОРИТМІВ ОБРОБКИ КОДОВИХ І ФАЗОВИХ
ГНСС-СПОСТЕРЕЖЕНЬ ДЛЯ ПРЕЦИЗІЙНОГО ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ РУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ 59
2.1 Рівняння ГНСС- спостережень та їх лінійні комбінації 59
2.2 Розробка та вдосконалення методів і алгоритмів використання високоточних
кодових і фазових спостережень для підвищення точності координатних визначень 65
2.2.1 Удосконалений метод обробки ГНСС- спостережень
згладжування/фільтрація кодових спостережень з використанням безперервних фазових спостережень в режимі кінематичної зйомки 65
2.2.2 Метод комбінованого диференційного кодового і фазового рішення 73
2.2.3 Розроблення методу сумісної обробки кодових і фазових ГНСС-
спостережень 76
2.3 Алгоритми вирішення задачі координатно-часових визначень 79
2.4 Модель похибок ГНСС-спостережень та апріорна оцінка точності
навігаційних визначень 80
Висновки до розділу 2 82
3 МЕТОДИКА ОЦІНКИ ТОЧНОСТІ КООРДИНАТНИХ ВИЗНАЧЕНЬ З
ВИКОРИСТАННЯМ ГНСС ДАНИХ 84
3.1. Загальна структура та основні положення оцінки точності координатних
визначень за даними ГНСС 84
3.2. Методика аналізу і оцінки якості вимірювальної ГНСС-інформації 91
3.2.1 Короткий опис використаного вітчизняного комплексу програмно-
алгоритмічного забезпечення OCTAVA обробки GPS спостережень 93
3.3 Методика аналізу і оцінки точності позиціонування з використанням
еталонних значень оцінюваних інформаційних параметрів 96
3.4 Вихідні дані і формування еталонних значень оцінюваних параметрів 98
Висновки до розділу 3 101
4 ПРАКТИЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ РОЗРОБЛЕНИХ МЕТОДІВ І АЛГОРИТМІВ ТА ЇХ ВЕРИФІКАЦІЯ З ВИКОРИСТАННЯМ РЕАЛЬНИХ ДАНИХ 102
4.1 Обробка статичних вимірювань 102
4.2 Обробка кінематичних вимірювань 106
4.3 Аналіз результатів експериментальних досліджень 114
4.4 Обробка результатів досліджень із застосуванням розробленого нового
методу 3 119
4.5 Оброка результатів експериментальних досліджень в аеропорту Жуляни
віповідно до запропонованої методики 130
4.6 Порівняльний аналіз отриманих результатів із зарубіжними аналогами 136
4.7 Рекомендації з практичного застосування запропонованих рішень та
подальший напрям досліджень 138
Висновки до розділу 4 138
ВИСНОВКИ 140
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 142
Додаток А. Список публікацій здобувача за темою дисертації 158
Додаток Б. Акти про реалізацію результатів наукових досліджень 167 

bibliography

ВИСНОВКИ
У дисертації вирішена науково-технічна задача розробка методів і алгоритмів прецизійного визначення місцеположення рухомих об’єктів за допомогою обробки кодових і фазових ГНСС-спостережень без ускладненої процедури розв’язання фазової неоднозначності. Розроблені методи і алгоритми, на відміну від відомих, дозволяють усунути вплив «wmd-иря-ефекту (накручування фази при еволюціях об’єкту) на точність згладжування/фільтрації кодових ГНСС-спостережень з використанням фазових, суттєво зменшити варіаційні складові похибок координатних рішень та підвищити точність до дециметрового рівня диференціального позиціонування об’єктів, що рухаються.
Результати обробки кінематичних спостережень з використанням
запропонованих методів і алгоритмів і їх порівняльний аналіз із зарубіжними аналогами показали наступне:
1) обробка ГНСС-спостережень з використанням запропонованих методів дозволяє отримати точність (середньоквадратичні похибки - СКП) кінематичних координатних визначень —10—15 см по плановим координатам
і —10—20 см по висоті;
2) метод отримання комбінованого кодово-фазового (float) рішення найбільш підходить для обробки спостережень ГЛОНАСС (або GPS+ГЛОНАСС), тому що дозволяє врахувати особливості частотного розносу спектрів випромінюваних сигналів; цей метод показав дещо гірші результати у порівнянні з методом підбору рівня при кодово-фазовому згладжуванні на інтервалах часу менше —15—30 хв. та на базових віддаленнях більше —50 км; при інтервалах спостережень —30—60 хв. і більше результати обробки спостережень згаданими методами практично не відрізняються;
3) результати позиціонування з використанням спільних спостережень GPS та ГЛОНАСС показали, що вже на коротких проміжках часу (—5—15 хв.) досягається точність (СКП) позиціонування —10—15 см і вище, а на інтервалах 30 хв. і вище точність позиціонування становить —7—12 см по всіх координатах;
4) «згладжені» координатні рішення в значній мірі звужують область пошуку дискретних цілочисельних оцінок (розв’язання) фазових неоднозначностей, тобто є важливою і необхідною складовою обробки для отримання надійного диференціального позиціонування найвищої точності;
5) вперше розроблений новий метод сумісної обробки кодових і фазових ГНСС-спостережень дозволяє практично повністю усунути варіаційні складові похибки рішення і стрибки координат, що викликані змінною робочого сузір’я супутників; використання даного методу дозволяє в середньому у ~2 рази зменшити похибки позиціонування по відношенню до «згладженого» рішення і в ~3-4 рази по відношенню до стандартних DGPS рішень.
Запропоновані методи точного позиціонування в цілому дозволяють отримати координатні рішення з більшою точністю у порівнянні з рішеннями провідних світових виробників. Це дозволяє говорити про те, що подальший розвиток запропонованих методів і алгоритмів та їх практичне впровадження дозволить створити конкурентоспроможні додатки для вирішення різноманітних задач прецизійного визначення місцеположення рухомих об’єктів.
Слід зазначити, що результати тестування алгоритмів були отримані в умовах обмеження кількості видимих супутників (від 5 до 7 супутників) і в період сильних збурень іоносфери (основна частина оброблених сесій була обрана в зимовий період).
Напрямки подальших досліджень, на думку автора, полягають у наступному:
♦ оптимізація параметрів розроблених методів в залежності від умов їх подальшого застосування (післясеансної обробка, режим реального часу);
♦ адаптація і поліпшення характеристик розроблених методів з метою спільної обробки спостережень декількох ГНСС (GPS, ГЛОНАСС і т.д.);
♦ дослідження шляхів підвищення точності і надійності координатних визначень з використанням досвіду отриманих розробок.