Санкт-Петербург Средний пр. В.О., д. 86
ПОРТАЛ ЗНАНИЙ
СОВРЕМЕННОЙ АВИОНИКИ
42 ТЕРМИНОВ ПО ТЕМАТИКЕ АВИАСИСТЕМ

Дифференциальный режим GNSS — DGNSS

Определение

Дифференциальный режим GNSS — это вид системы GNSS Augmentation, который основан на расширении первичной информации с использованием сети наземных опорных станций, которые позволяют отслеживать вещание дифференциальной информации для повышения точности данных.

Дифференциальный режим GNSS достигается за счет размещения опорной станции с приемником GNSS в точке с известными координатами, определения поправок к сигналам дальности спутников и передачи этих поправок пользователям. Это исключает большую часть ошибок смещения, общих для всех приемников и значительно улучшает позиционную точность. Точность после этого ограничивается шумами приемника пользователя, межканальными смещениями и неопределенностями дифференциальной станции.

Существует несколько методов DGNSS: классическая DGNSS (или DGPS), кинематика в реальном времени (RTK) и RTK для глобальной сети (WARTK).

Описание

Классическая методика DGNSS является усовершенствованием первичной системы GNSS, которая состоит из определения позиции GNSS для точно обследуемой позиции, известной как опорная станция.

Когда GPS является единственным спутником, используемым для режима дифференциальной GNSS, система называется DGPS. Точность DGPS, составляет порядка 1 м (1 сигма) в диапазоне от нескольких десятков км от базовой станции, и растет со скоростью 1 м на 150 км разделения.

Береговая охрана Соединенных Штатов и Береговая охрана Канады используют DGNSS в США и Канаде на длинноволновых радиочастотах от 285 до 325 кГц.

Эти частоты обычно используются для морского радио и транслируются вблизи основных водных путей и портов. В Австралии действуют две системы DGPS: одна в основном для морской навигации, которой управляет Австралийское управление по безопасности на море, транслирующее свой сигнал на длинноволновую полосу; другой используется для наземных съемок и наземной навигации и имеет исправления, транслируемые в радиодиапазоне Commercial FM.


Основы DGNSS

Стандартный режим DGNSS определяет местоположение GNSS из точно обследованного пункта, известного как опорная станция. Этот метод использует преимущества медленных изменений во времени и пользовательского положения ошибок из-за эфемеридного определения, остаточных спутниковых часов, ионосферных и тропосферных задержек. Начиная с базовой станции, система вычисляет и транслирует либо поправку к положению GNSS или к измерениям псевдодальности для пользователей DGNSS. Для того, чтобы иметь возможность применять эти поправки, приемник должен быть включен в режиме DGNSS и оставаться в непосредственной близости от опорной станции, чтобы гарантировать, что оба приемника (станция и ровер) будут наблюдать один и тот же GNSS спутник. Другие некоррелированные ошибки, например, многолучевое распространение не могут быть скорректированы этим методом, и для их устранения необходимо применять другие режимы и методы.

Точность DGNSS составляет порядка 1м (1 сигма) для пользователей в пределах нескольких десятков километров от опопрной станции, и растет со скоростью 1 м на 150 км разделения.

Федеральный радионавигационный план США и Рекомендация МАМС по эффективности и мониторингу служб DGNSS в полосе 283,5–325 кГц указывают на предполагаемый рост погрешности Министерства транспорта США в 1993 году на 0,67 м на 100 км от радиовещательной площадки, но измерения точности через Атлантику, в Португалии предполагают деградацию всего 0,22 м на 100 км.


Алгоритмы DGNSS

Классический алгоритм DGNSS основан на единичных различиях наблюдаемых псевдодальности. В данную эпоху и для данного спутника упрощенное уравнение наблюдения псевдодальности выглядит следующим образом:


P=ρ+I+Tr+c(bRx−bSat)+εP

Где:

I — задержка пути прохождения сигнала из-за ионосферы;

Tr — задержка прохождения сигнала из-за тропосферы;

bRx — смещение часов приемника от эталонного (GPS) времени;

bSat — смещение спутниковых часов от эталонного (GPS) времени;

с — вакуумная скорость света;

εP — составляющие шума измерения, включая многолучевое распространение и другие эффекты;

ρ — геометрический диапазон между спутником и приемником, рассчитанный как функция координат спутника (xSat, ySat, zSat) и приемника (xRx, yRx, zRx).


Стандарты DGNSS

Классическая методика DGNSS является усовершенствованием первичной системы GNSS, которая состоит из определения позиции GNSS для точно обследуемой позиции, известной как опорная станция.

В отличие от других систем увеличения GNSS, таких как SBAS или GBAS, DGNSS используется не для гражданской авиации, а для городского транспорта и в оффшорных зонах. Поэтому стандарты, применяемые к системам DGNSS, являются стандартами передачи данных, определенными Специальным комитетом 104 по DGNSS Радиотехнической комиссии для морских служб (RTCM). За исключением RTCM, существуют другие проприетарные стандарты DGPS, такие как Trimble Compact Measurement Record (CMR).


Стандарты RTCM

Международные стандарты передачи данных для DGNSS определены RTCM, в частности, его Специальным комитетом SC-104. RTCM SC-104 - это стандарт, который определяет структуру данных для информации о дифференциальной коррекции для различных приложений. Он был разработан Радиотехнической комиссией для морских служб (RTCM) и стал отраслевым стандартом для передачи информации об исправлениях. Обратите внимание, что RTCM является протоколом двоичных данных.

Применимые документы к системам DGNSS перечислены в следующей таблице и представляют собой текущую версию основного набора документов, которые будут использоваться для разработки новой системы DGNSS.


Элемент документа

Ссылка  

 Дата  

Комментарий

Рекомендуемые стандарты для дифференциальной службы GNSS (глобальные навигационные спутниковые системы)

RTCM 10402.3

2.3

Этот стандарт используется
во всем мире для дифференциальных спутниковых навигационных систем, как морских, так и наземных.

Дифференциальные службы GNSS (глобальные навигационные спутниковые системы)

RTCM 10403.1

3.1

Более эффективная альтернатива RTCM 10402.3

Стандарт для сетевого транспорта RTCM по интернет-протоколу (Ntrip)

RTCM 10410.0

1

Протокол прикладного уровня, поддерживающий потоковую передачу данных Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) через Интернет.

Стандарт для дифференциальных опорных станций Navstar GPS и мониторов целостности (RSIM)

RTCM 10401.2

2

В дополнение к RTCM 10402.3 этот стандарт отвечает требованиям к характеристикам для оборудования, которое передает поправки DGNSS



Системы DGNSS

Среди различных систем GNSS система DGNSS была первой, которая была разработана достаточно давно и в настоящее время широко используется пользователями навигации. Сейчас почти все коммерческие устройства GPS, даже портативные устройства, предлагают ввод данных DGPS. В некоторой степени форма DGPS в настоящее время является естественной частью большинства операций GPS.

Есть много операционных систем, используемых по всему миру; По данным Береговой охраны США, в 47 странах действуют системы, аналогичные NDGPS США (общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования). Есть несколько важных примеров систем DGNSS по странам:


США

Первая система DGNSS была разработана Береговой охраной США и называлась, во-первых, DGPS, а затем превратилась в NDGPS США (Общенациональная дифференциальная система глобального позиционирования). Министерство транспорта Соединенных Штатов совместно с Федеральным управлением автомобильных дорог, Федеральным управлением железных дорог и Национальной геодезической службой США назначило Береговую охрану США в качестве обслуживающего агентства для национальной сети DGPS США. Система является расширением предыдущей морской дифференциальной системы GPS (DGPS), которую Береговая охрана начала в конце 1980-х годов и завершила в марте 1999 года. DGPS охватила только прибрежные воды, Великие озера и внутренние водные пути реки Миссисипи, в то время как NDGPS расширяет эту систему и включает полный охват континентальной части Соединенных Штатов. Централизованным блоком управления и контроля является USCG Navigation Center, базирующийся в Александрии, штат Вирджиния. USCG перешло к выполнению своих обязанностей NDGPS после перехода из Министерства транспорта в Министерство национальной безопасности США. В сети США в настоящее время транслируется 82 сайта NDGPS. Начиная с 15 января 2016 года федеральные агентства, ответственные за систему, планируют закрыть и вывести из эксплуатации 62 из 84 действующих участков NDGPS.


Канада

Канадская система похожа на систему США и предназначена главным образом для морского использования, охватывающего Атлантическое и Тихоокеанское побережье, а также морские пути Великих озер и Святого Лаврентия. Он был разработан канадской береговой охраной, и он также перекрывает охват смежных вод DGPS США.


Австралия

В Австралии действуют две системы DGPS: одна в основном для морской навигации, которой управляет Австралийское управление по безопасности на море, транслирующее свой сигнал на длинноволновую полосу; другой используется для наземных съемок и наземной навигации и имеет исправления, транслируемые в радиодиапазоне Commercial FM.


Европейская сеть DGPS

Европейская сеть DGPS была разработана в основном морскими администрациями Финляндии и Швеции с целью повышения безопасности на архипелаге между двумя странами. В Великобритании и Ирландии система была внедрена как морская навигационная система, чтобы заполнить пробел, оставшийся после упадка системы Decca Navigator в 2000 году.

С сетью из 12 передатчиков, расположенных вокруг береговой линии и тремя станциями управления, она была создана в 1998 году соответствующими Генеральными маяковыми властями стран (GLA) — Тринити-Хаус, охватывающий Англию, Уэльс и Нормандские острова, Совет Северного маяка, охватывающий Шотландию, остров Мэн и комиссары ирландских огней, охватывающие всю Ирландию. Передавая данные в диапазоне 300 кГц, система прошла тестирование, и к ней были добавлены два дополнительных передатчика, прежде чем система была объявлена работоспособной в 2002 году.


to top