Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Возможности высокоточного определения. - презентация

1 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Возможности высокоточного определения координат в режиме реального времени Митрикас В.В., Новиков В.А. (ЗАО «ГЕО-ЦУП») Вейцель А.В., Никитин Д.П. (МАИ) ЗАО «ГЕО-ЦУП» Московский авиационный институт

2 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Технология PPP Существующие системы NavCom (StarFire) OmniSTAR (FUGRO) VERIPOS IGS-RT Уточнение ЭВИ Сбор измерений. Сеть станций Уточнение апостериорной ЭВИ. Обработка данных реального времени Результаты Особенности обработки в НАП Анализ точности Время сходимости Частота обновления Выводы и перспективы развития Содержание

3 Технология Precise Point Positioning Предпосылки Ограничения по точности для кодовых измерений Шумовые погрешности фазовых измерений на уровне лучше 1 см Доступность высокоточной ЭВИ Мощность и энергопотребление электронной базы Основные принципы Совместная обработка кодовых и фазовых измерений Использование прецизионных моделей обработки Определение пропусков циклов без привлечения дополнительных данных Уточнение расширенного вектора состояния Основные элементы Сеть станций, включая опорные станции, сопряженные с высокостабильными стандартами частоты Центры анализа Станции закладки НАП Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

4 Действующие системы NavCom (StarFire) Совместная разработка JohnDeer и NASA. ПО разработки JPL Сеть по состоянию на 2004 год > 60 станций. По состоянию на 2012 только приемники SF-3050 (GPS/ГЛОНАСС). Сеть NASA > 100 станций Передача поправок - InmarSat Точность позиционирования < 10 см (95%) OmniSTAR (FUGRO) ПО разработки ESOC ? Сеть по состоянию на 2009 год > 40 станций (GPS/ГЛОНАСС) + ? (GPS). Сейчас 110 станций Передача поправок - OmniSTAR Точность позиционирования < 10 см (95%) Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

5 Действующие системы (VERIPOS, IGS-RT) VERIPOS Поправки NASA JPL на основе NASA GDGPS (> 100 станций) Собственная сеть > 80 станций Передача поправок – 7 Геостационарных ИСЗ Точность позиционирования < 10 см (95%) Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) IGS-RT - Разнотипная НАП

6 Уточнение ЭВИ. Сбор измерений Прием измерений в режиме NRT (RTCM, GRIL) Формирование буфера измерений, доступного в сетевом режиме Запись файлов измерений и эфемерид в формате RINEX Оценка пропусков и задержек данных (пропуски до 50%, задержки до с, в т.ч. средние для некоторых станций > 5-10 c) Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

7 Уточнение ЭВИ. Сеть станций Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Номинально в обработке 57 станций (СДКМ, IGS, AUSLIG, RamSAC, TrigNET) Разные измерения (P1/P2, C1/P2) Разные антенны Разные случайные и систематические ошибки

8 Уточнение ЭВИ. Прогноз эфемерид Контур независимый от обработки станций NRT Около 50 станций Учет систематических погрешностей кодовых измерений для каждой пары БИС-КА Уточнение полного набора параметров, включая координаты станций, 4 раза в сутки Вещественные неоднозначности Прогноз на 1 сутки. Задержка до 3 часов от последнего измерения Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

9 Схема обработки. Обработка реального времени Использование прогнозной ЭВИ для уточнения поправок часов Поиск и коррекция пропущенных циклов в режиме реального времени Автоматический переход на новый прогноз ЭВИ, включая ЧВП для опорной станции, автоматическое обновление координат станций Формирование данных в форматах SP3 и Clock_RINEX Настроечные параметры Список станций Допустимая задержка измерений Допустимое число пропусков эпох при коррекции пропущенных циклов Взаимное взвешивание данных из разных буферов Глубина фильтра Веса априорных данных по тропосфере Минимальное число БИС для обработки НКА Шаг обработки (номинально 5 с) Определение весов данных в обработке в зависимости от погрешностей прогноза в зависимости от погрешностей измерений в зависимости от времени накопления непрерывных измерений Уточнение поправок к эфемеридам Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

10 Уточнение ЭВИ. Обработка реального времени Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

11 Уточнение ЭВИ. Обработка реального времени 2 нс 6 ч Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

12 Результаты обработки. Особенности обработки в НАП Получение высокоточной ЭВИ (интерполяция 10-секундных данных) Полный учет модели измерений Ионосферная и тропосферные коррекции Коррекция вращения фазы wind-up (моделирование ориентации КА) Коррекции за центр масс КА с учетом вариации фазового центра антенны Коррекция фазового центра приемной антенны Приливные деформации в координатах станций Определение пропусков циклов фазовых измерений без использования дополнительных данных на основе сравнения различных комбинаций измерений Согласование кодовых и фазовых измерений Уточнение расширенного набора параметров, включающего неоднозначности и зенитные тропосферные погрешности Время схождения до достижения заданной точности Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

13 Результаты обработки. НАП Вся цифровая обработка в специализированной большой интегральной схеме – Application Specific Integral Circuit (ASIC) Прием высокоточной ЭВИ по отдельному связному каналу TOPCON Vanguard ASIC 226 навигационных каналов все текущие сигналы навигационных систем GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, COMPASS, QZSS 4 см 5 см Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

14 Результаты обработки. Оценка точности Интервал обработки Эксперименты 1, 2 (длительность около 6 часов) Эксперименты 3, 4 (длительность около 4 часов) Исходные данные Измерения приемника Topcon HIPER SR с антенной PGA (МАИ) Файлы SP3 с шагом 10 с, сформированные ГЦ Файлы SP3 с шагом 10 с, сформированные RETICLE (real-time clock estimation) Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Эксперименты Оценки RMS, м RETICLE (ГЦ) RMS NRMS ERMS U3D RMS (0.034)0.060 (0.082)0.023 (0.121)0.074 (0.150) (0.086)0.032 (0.100)0.022 (0.119)0.046 (0.177) (0.064)0.017 (0.090)0.042 (0.078)0.051 (0.135) (0.045)0.060 (0.091)0.064 (0.076)0.094 (0.126) Усредненные результаты (0.057)0.042 (0.09)0.037 (0.100)0.066 (0.147)

15 Результаты обработки. Эксперимент 1 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) B L B L

16 Результаты обработки. Эксперимент 2 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

17 Результаты обработки. Эксперимент 3 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

18 Результаты обработки. Эксперимент 4 Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

19 Результаты обработки. Частота обновления ЭВИ Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) Ошибки широты Ошибки долготы Ошибки высоты

20 Результаты обработки. ГЛОНАСС без GPS Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) 10 см GPS + ГЛОНАСС ГЛОНАСС

21 Выводы Разработаны методы и алгоритмы уточнения ЭВИ реального времени и обработки ЭВИ реального времени в НАП Разработаны макетные образцы ПО обработки реального времени в центре обработки и НАП Проведен эксперимент с использованием реальных данных разнотипных станций отечественных и зарубежных сетей по уточнению ЭВИ реального времени Проведена обработка уточенной в режиме реального времени ЭВИ с использованием собственного ПО. Погрешность определения координат потребителя составила около 10 см, что сравнимо с погрешностями действующих коммерческих систем высокоточного позиционирования Проведена оценка времени сходимости и периодичности обновления данных. Установлено, что повышение частоты обновления ЭВИ с 10 до 30 с не влияет на погрешность определения координат при достигнутом уровне точности Показана принципиальная возможность высокоточного определения координат с использованием только данных ГЛОНАСС Разработаны составляющие макетного образца ЦУС-Р, создаваемого в рамках ОКР «Сигал» Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013)

22 Обсуждение Технология PPP – реальность. Согласно оценкам InsideGNSS PPP в недалекой перспективе будет реализована самими ГНСС без привлечения функциональных дополнений (3/2012) По оценкам провайдеров услуг PPP горизонтальная точность сервиса GPS/ГЛОНАСС должна составлять около 3-4 см Ключевыми элементами системы являются сеть станций, центры обработки и НАП. Сети провайдеров включают не менее 60 станций. NASA > 100, FUGRO > 100, IGS RT > 100 Потенциальный уровень точности PPP соизмерим с RTK Повышение точности и снижение времени сходимости связано с целочисленным разрешением неоднозначности и использованием всех доступных ГНСС, в т.ч. новых сигналов Пятая всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВО-2013) RTKPPPPPP с целочисленным разрешением Зона действия< 50 кмГлобальная Время сходимости1-5 мин30 мин90 мин Горизонтальная точность 1 см10 см1 см