Сравнительный анализ моделей учета задержек сигналов ГНСС в ионосфере

Разработка методов учета ионосферных задержек является одним из ключевой факторов повышения точности глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Используемые в различных системах модели позволяют минимизировать её влияние, но в условиях экстремальной солнечной активности или в специфических регионах вклад влияния ионосферы на трассу распространения сигнала ГНСС все еще остается одним из основных источников погрешности определения псевдодальности потребителя.

Целью работы является сравнение двух подходов к коррекции ионосферных задержек, применяемых в системах ГЛОНАСС и GPS, а также оценка их влияния на точность определения псевдодальности.

В ГНСС ГЛОНАСС используется модель с гармонической аппроксимацией, в которой учитываются суточные и полусуточные вариации электронной концентрации [1]. Модель Клобучара [2], используемая в GPS, основана на упрощенной эмпирической модели с суточными вариациями, описываемой косинусоидальной функцией. Модели BeiDou и Galileo не рассматривались, поскольку в BeiDou применяется модифицированная версия модели Клобучара, что делает её методологически близкой к модели GPS, а модель NeQuick [3], применяемая в Galileo, по её параметризации и подходу к описанию глобальных вариаций TEC структурно схожа с моделью ГЛОНАСС с ак-центом на региональные особенности и гармонические компоненты. Это позволяет рассматривать алгоритмы, используемые в Galileo и ГЛОНАСС, в рамках одного класса моделей.

По данным навигационных кадров и эфемерид КА определены модельные значения вертикального электронного содержания (ВЭС), а также значения ВЭС, вычисленные с использованием двухчастотных измерений псевдодальностей по сигналам GPS и ГЛОНАСС для избранных наземных измерительных станций. Проведено сравнение полученных значений ВЭС с эталонными данными ионосферных карт Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения АО «ЦНИИмаш». Анализ показал наличие расхождений между модельными значениями полного электронного содержания (ГЛОНАСС/GPS), фактическими данными (двухчастотные измерения) и картами ВЭС, что говорит о необходимости совершенствования моделей в целях повышения точности компенсации эффектов трассы распространения.

Проанализирован алгоритм расчета поправки к определению псевдодальности модели ГЛОНАСС и выявлены неточности, которые могут быть устранены заменой отдельных формул без изменения самой модели и ее параметризации. Предложенные корректировки позволяют снизить погрешность определения псевдодальности на 0.8 м.

Проведенное исследование подчеркивает необходимость совершенствования ионосферных моделей для повышения точности навигации, особенно в контексте развития технологий автономного транспорта и высокоточного позиционирования.

Литература

1) Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС. Общее описание системы с кодовым разделением сигналов. Редакция 1.0. М.: 2016. 72 с.

2) Klobuchar J. Ionospheric time-delay algorithms for single-frequency GPS users // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1987. № 3. P. 325–331.

3) European GNSS (Galileo) open service-ionospheric correction algorithm for Galileo single frequency users. Issue 1.2. European commission, 2016. 83 p.