CC BY
29
УДК 621.396.2
А.С. Толстиков, Д.В. Стубарев ФГУП «СНИИМ», Новосибирск
ЗАДАЧИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ БЕЗЗАПРОСНЫХ ТРАЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
A.S. Tolstikov, D.V. Stubarev
Siberian Scientific-Research Institute of Metrology (SSRIM)
4 Dimitrova UI., Novosibirsk, 630004, Russian Federation
TASKS OF DATA PREPROCESSING FOR REQUESTLESS TRAJECTORY MEASUREMENTS
Tasks of coordinate-time measurements based on satellite navigation technologies are discussed in this report. A subject of consideration is trajectory measurements in which front-end processing is needed with the purpose of overshoots’ exclusion, missed data filling in and noises’ filtration.
Задачи координатно-временных определений, решаемые на основе применения навигационных спутниковых технологий, можно разделить на две группы.
Первую группу составляют задачи прямого назначения спутниковых навигационных систем (СНС), которые предполагают:
- Определение положения и параметров движения различных объектов на Земле и в околоземном пространстве и
- Воспроизведение моментов системной шкалы времени
непосредственно приемной аппаратурой.
Вторая группа объединяет задачи, обеспечивающие функционирование самих СНС. Это задачи связанные с формированием эфемеридно-временного обеспечения СНС, включают в себя:
- Уточнение орбит навигационных спутников (НС) для целей высокоточного прогнозирования на этой основе эфемеридно-баллистической информации;
- Оценивание уходов бортовых часов НС и прогнозирование на этой основе эфемеридно-временной информации СНС;
- Оценивание параметров вращения Земли, определяющих текущее положение Земли в инерциальной системе координат;
- Уточнение распределения гравитационного потенциала Земли для прогнозирования движения НС.
К последним задачам предъявляются особенно высокие требования по точности позиционирования и надежности полученных результатов.
Для формирования эфемеридно-временного обеспечения СНС ГЛОНАСС используются данные беззапросных траекторных измерений,
выполняемых по радиовидимым орбитальным группировкам навигационных спутников с сети беззапросных измерительных станций (БИС).
В силу того обстоятельства, что расположение сети БИС ограничено территорией Российской федерации, не обеспечивается полное покрытие орбит группировки НС ГЛОНАСС измерениями с БИС. По этой причине для всех полученных данных траекторных измерения должен быть достигнут максимально высокий коэффициент их эффективного использования.
Подобное отношение к результатам траекторных измерений складывается при решении задачи синхронизации пространственно-разнесенных часов, применяемым в составе БИС. Для такой синхронизации планируется сеанс одновременных траекторных измерений с сети БИС по одному, выбранному определенным образом навигационному спутнику. Если оказывается, что результаты измерений на одной из БИС оказываются неудовлетворительными (содержат выбросы, разрывы в данных, содержат высокий уровень шумов), то весь сеанс синхронизации теряет требуемую информативность.
Существует несколько проблем, возникающих на этапе приема данных:
- Выбросы в результатах псевдодальномерных измерений образуются в результате многопутности. Т.е. когда сигнал от НС отражается от различных объектов (дома, деревья,... );
- Разрывы в данных образуются в результате удаления пачки выбросов, или при потере синхронизации. В этом случае для исключения выброса применяется метод гладкого восполнения данных;
- Скачки фазы возникают вследствие потери синхронизации и возобновлении последующих измерений.
Предметом настоящей работы является проведение анализа имеющихся методов и средств, подбор алгоритма оптимального оценивания данных измерений на этапе первичной обработки информации и составление рекомендаций по его использованию для получения результата, максимально приближенного к реальному.
Предлагается проводить предварительную обработку с помощью робастных алгоритмов фильтрации, которые нечувствительны к выбросам в данных, обеспечивают гладкое восполнение пропущенных данных и позволяют идентифицировать скачки фазовой неоднозначности в фазовых измерениях.
Алгоритм решает следующие задачи:
- Выявление и исключение аномальных значений измерений;
- Гладкое восполнение пропущенных данных, вследствие потери синхронизации измерительной станции;
- Оценивание и компенсация скачков фазовой неоднозначности.
Новизна результатов работы заключается в следующем:
- Разработаны методики сбора и предварительной обработки результатов траекторных измерений;
- На этой основе построен адаптивный алгоритм, робастный по отношению к выбросам в исходных данных, обеспечивающий гладкое восполнение пропущенных данных и компенсирующий появляющиеся скачки фазовой неоднозначности;
- Разработаны принципы построения алгоритмов;
- Предложена адаптивная конструкция фильтра Калмана адаптирующаяся к поступающей информации.
Алгоритмы могут быть использованы в условиях приема, когда
окружающие объекты создают условия для возникновения многопутности и потерь синхронизации.
Произведенный сравнительный анализ подходов и алгоритмов выявления и исключения выбросов (использование адаптивного линейного фильтра Калмана, медианного фильтра и процедуры Тьюки 53Х) показал целесообразность предварительной медианной фильтрации исходных данных перед применением линейного фильтра. Для гладкого восполнения была
показана целесообразность применения ортогональных полиномов
Чебышева, и получены рекомендации к выбору параметров интерполяционных полиномов. Для решения задачи оценивания и компенсации фазовой неоднозначности проведен сравнительный анализ имеющихся подходов.
Результаты исследований нашли применение в разработанном во ФГУП СНИИМ имитаторе измерительной информации получаемой с сети беззапросных измерительных станций по орбитальной группировке ГЛОНАСС.
Полученные результаты модельных исследований и результаты
обработки реальных сигналов хорошо согласуются с теоретическими положениями, положенными в основу синтеза робастных алгоритмов обработки измерительной информации.
© А.С. Толстиков, Д.В. Стубарев, 2008
