В.Б. Пудловский – к.т.н., ст. науч. сотрудник, 

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» 

E-mail: pudlovskiy@vniiftri.ru

Постановка проблемы. Навигация по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) обычно требует, чтобы навигационная аппаратура потребителя (НАП) имела измерения псевдодальностей от четырех и более навигационных космических аппаратов (НКА) для определения координат, высоты объекта и для оценки поправки к шкале времени НАП  относительно шкалы времени ГНСС. Режим абсолютного позиционирования по сигналам ГНСС для объекта в движении требует регулярной оценки этой поправки к шкале приемника из-за низкой стабильности частоты кварцевого опорного генератора (КОГ), используемого в НАП.

В сложных условиях приема радионавигационных сигналов, например, в городах с высокими зданиями, часто наблюдаются менее четырех НКА одной ГНСС. Для обеспечения навигации по сигналам трех НКА необходима дополнительная информация о точной шкале времени приемника и/или высоте потребителя.

В настоящее время в нескольких странах, включая Россию, разработаны сверхминиатюрные рубидиевые стандарты частоты (СРСЧ) на основе эффекта когерентного пленения населенностей. СРСЧ имеют нестабильность частоты не хуже 10-11 и объем до нескольких десятков кубических сантиметров, что позволяет интегрировать СРСЧ в конструкцию НАП.

Цель. Оценить возможность определения координат и высоты в НАП при использовании сигналов только трех НКА.

Результаты. Проведено математическое моделирование сеансов навигации с прогнозом шкалы времени от СРСЧ или КОГ. По результатам моделирования получены оценки погрешностей координат и высоты для стационарного и динамичного объектов с использованием характеристик стабильности частоты реальных опорных генераторов: КОГ типа ГК-99 и СРСЧ, разработанного во ФГУП «ВНИИФТРИ». Показаны преимущества использования СРСЧ для оценки высоты объекта по сигналам только трех НКА в течение не менее 30 минут.

Практическая значимость. Использование высокостабильного СРСЧ позволяет повысить надежность навигации в сложных условиях наблюдения сигналов ГНСС, в том числе в разрывном навигационном поле.

1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. М.: Радиотехника. 2010.
2. Accubeat LTD. URL: http://www.accubeat.com/product-item/nano-atomic-clock-nac1 (дата обращения: 15.11.2019).
3. Microsemi company. URL: https://www.microsemi.com/product-directory/clocks-frequency-references/3824-chip-scale-atomic-clockcsac (дата обращения: 15.11.2019).
4. В России создан сверхминиатюрный стандарт частоты для 5G и «беспилотников». URL: http://www.vniiftri.ru/ru/newsru/item/676-v-rossii-sozdan-sverkhminiatyurnyj-standart-chastoty-dlya-5g-i-bespilotnikov (дата обращения: 15.11.2019).
5. Sturza M. GPS Navigation using Three Satellites and a Precise Clock / Navigation. Summer 1983. V. 30. № 2. P. 146–156.
6. Krawinkel, Thomas: Improved GNSS navigation with chip-scale atomic clocks. München: Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, 2018 (Veröffentlichungen der DGK, Reihe C, Dissertationen; 823), XV, 97 S. ISBN 978-3-7696-5235-2, https://doi.org/10.15488/4684.
7. Харисов В.Н., Пастухов А.В. Упрощенное моделирование приемников СРНС на основе введения статистически эквивалентных корреляторов // Радиотехника. 2002. № 7. С. 106–112.
8. Пудловский В.Б. Методы и алгоритмы навигационных определений с использованием ретранслированных сигналов спутниковых радионавигационных систем // Дисс. … к.т.н. МГТУ им. Н.Э. Баумана. М. 2009.
9. Shatilov A.Y. Reference Oscillator Short-Term Drift as it’s Sensed by GNSS Receiver // Proceedings of the 27th International Technical Meeting of The Satellite Division of the Institute of Navigation (ION GNSS+ 2014), Tampa, Florida. September 2014. P. 2625–2634.