автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.09, диссертация на тему:Разработка программно-алгоритмического обеспечения системы мониторинга глобальных навигационных спутниковых систем

На правах рукописи

РЕВНИВЫХ Сергей Георгиевич

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.07.09 - Динамика, баллистика, управление

движением летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006 год

Работа выполнена в Московском авиационном институте (государственном техническом университете).

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Малышев Вениамин Васильевич

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Шаргородский Виктор Даниилович

доктор технических наук, доцент Донченко Сергей Иванович

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" (ФГУП РНИИ КП)

Зашита состоится "_" _ 2006 г. в _ часов на заседании

диссертационного совета Д 212.125.12 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, Москва, ГСП, Волоколамское шоссе, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета).

Автореферат разослан "_"_2006 г.

ХОР С ft

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие космической техники в последние годы дало возможность подняться на совершенно новую ступень при решении различного рода задач. При судовождении, управлении полетом самолета, космического 1 аппарата (КА) и других движущихся объектов, геодезии, определении состояния различных объектов требуется знание положения потребителя и его скорости.

В 90-е годы были развернуты глобальные навигационные спутниковые 1 системы (ГНСС): в США - это система GPS, а в России - ГЛОНАСС. В настоящее время в Европе планируется развернуть систему GALILEO. В соответствии с основами государственной политики России, США и Евросоюза в отношении систем координатно-временного и навигационного обеспечения (КВиНО), глобальные навигационные спутниковые системы и их функциональные дополнения являются ключевым элементом средств КВиНО. Системы координатно-временного и навигационного обеспечения относятся к критической инфраструктуре государства, обеспечивающие: национальную безопасность, экономическую независимость и социально-экономическое развитие. Поэтому существует необходимость поддержания характеристик ГНСС на требуемом уровне.

Следует отметить, что услуги ГНСС уже входят в повседневную жизнь и скоро станут такой же неотъемлемой частью существования как телефонная или мобильная связь. И прекращение или приостановка предоставления услуг ГНСС может привести к существенным и необратимым последствиям в различных областях применений, особенно в областях обороны, применений с повышенными требованиями к безопасности тихи авиации, морского и речного флота, железнодорожного транспорта и общетранспортной инфраструктуры. Потребители (в том числе военные) используют и будут использовать услуги различных ГНСС, в том числе эксплуатируемых операторами других государств. Причем не исключен вариант введения в особый период в отдельных районах селективного доступа и ограничений для использования услуг ГНСС для определенных категорий потребителей.

| Одной из важнейших государственных задач является необходимость

I своевременного получения информации о реальных характеристиках используемых ГНСС. Другой задачей, напрямую связанной с первой, является необходимость f поддержания характеристик ГНСС на требуемом уровне. Для решения этих задач необходимо проводить мониторинг состояния радионавигационного шля (РНП) ГНСС. Мониторинг состояния РНП ГНСС предназначен для осуществления контроля параметров глобальных навигационных спутниковых систем на предмет их соответствия заданным (ТТХ) и

требованиям потребителей.

При проведении мониторинга состояния радионавигационного поля можно выделить следующие основные задачи:

• мониторинг в реальном времени;

• мониторинг текущего состояния ГНСС (суточный контроль);

• апостериорный мониторинг, позволяющий провести глубокий анализ поведения характеристик ГНСС с выяснением причин отклонений от ТТХ;

• прогноз состояния РНП ГНСС;

• мониторинг согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных систем: ГЛОНАСС, GPS, GALILEO. Некоторые постановки задачи построения мониторинга состояния РНП ГНСС

обсуждались в работах Бартенева В.А., Дворкина В.В., Почукаева В.Н., Урличича Ю.М., Dach R., Lobert В., Trautenberg Н., Pielmeier J., Vogler Т., Hugentobler U. и ряда других авторов. В этих работах были исследованы вопросы прогнозирования радионавигационного поля ГНСС. Также частично была решена задача проведения апостериорного мониторинга. Но при проведении апостериорного мониторинга не предоставлялась возможность подробного исследования причин отклонений РНП от заданных требований. Из-за новизны задачи не исследованы вопросы мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных систем: ГЛОНАСС, GPS, GALILEO.

Необходимо отметить, что решение задачи проведения мониторинга состояния ГНСС является актуальным для большого числа потребителей. В первую очередь необходимо отметить группу потребителей с повышенными требованиями к безопасности: авиация, морской и речной флот, железнодорожный транспорт. Во-вторых, следует отметить операторов ГНСС, предоставляющих навигационную информацию. И, в-третьих, результаты мониторинга используются для оперативного устранения причин отклонений реальных характеристик от ТТХ. Также результаты решения задачи мониторинга могут применяться в процессе сертификации услуг ГНСС, для применений с повышенными требованиями к безопасности, для подтверждения («валидации») заявленных характеристик ГНСС и при анализе причин сбоев и выработке мероприятий по улучшению характеристик, определении направлений модернизации ГНСС заказчиками систем. Таким образом, выбранная тема диссертационной работы, несомненно, является актуальной.

Цель работы. Целью диссертационной работы является формирование концгпции построения системы мониторинга радионавигационных полей глобальных гивигационных спутниковых систем, определение структуры системы мониторинга и разработка необходимого методического и алгоритмического обеспечения системы мониторинга. Мониторинг включает в себя мониторинг реального времени, апостериорный мониторинг и прогноз характеристик ГНСС.

Применение разработанной системы мониторинга позволит обеспечить целостность существующих и разрабатываемых навигационных систем, провести сертификацию услуг и определить характеристики ГНСС, а также выработать рекомендации по восполнению и модернизации ГНСС.

Объекты исследования. Объектами исследования являются: принципы построения системы мониторинга радионавигационных полей ГНСС, определение структуры системы мониторинга, его алгоритмическая и программная реализация.

Методы исследования. При разработке и реализации системы мониторинга используются статистические методы обработки данных, методы оптимальной фильтрации и оптимального управления, адаптивные методы обработки информации, натурное тестирование. При программной реализации математического обеспечения мониторинга используются методы объектно-ориентированного программирования и мультизадачность операционных систем Windows, Linux, системы управления реляционными базами данных, а также средства обеспечения доступа в Интернет.

Научная новизна. Новыми научными результатами в диссертации являются:

1. Концепция мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем.

2. Методическое и математическое обеспечение мониторинга реального времени, включающего функции определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем.

3. Методическое и математическое обеспечение апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик ГНСС.

4. Математическое обеспечение прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС.

5. Система мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем, в том числе ГЛОНАСС, GPS и проектируемой GALILEO.

Достоверность результатов. Достоверность разработанного методического и математического обеспечения мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых подтверждается использованием в реальных условиях и сравнением некоторых результатов с данными, полученными в центрах: BKG (Federal Bureau for Cartography and Geodesy, Германия), CODE (Center of Orbit Determination University of Berne, Швейцария), ESA/ESOC (European Space Operations Center), GFZ (Geoforschungszentrum Potsdam, Германия), JPL (Jet Propulsion Laboratory, США).

Практическая значимость. Решаемая в диссертации задача проведения мониторинга состояния ГНСС отражает практическую потребность улучшения качества навигационного обслуживания и, следовательно, обеспечения

5

национальной безопасности, экономической независимости и роста социально-экономического развития.

Практическая значимость полученных в работе результатов состоит в том, что на основе разработанного методического и математического обеспечения появляется возможность:

• проведения мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем;

• определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем и их функциональных дополнений;

• обеспечения апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик различных ГНСС и их дополнений;

• обеспечения прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС;

• мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем, в том числе ГЛОНАСС, GPS и проектируемой GALILEO.

Концепция оперативного мониторинга реализуется:

> в системе СДКМ - российская широкозонная система дифференциальных коррекций и мониторинга (головной разработчик - РНИИ КП)

> в системе GALILEO - подсистема глобального мониторинга (Европейское космическое агентство).

Создан и сдан в эксплуатацию программно-аппаратный комплекс мониторинга РНП и оценки эфемеридно-временной информации в Информационно-аналитическом центре ЦУП ЦНИИмаш.

Результаты апостериорного мониторинга использованы при оценке результатов летных испытаний КА «ГЛОНАСС-М» и вошли в заключение ЦНИИмаш и доложены на заседании Госкомиссии в 2005 году. Результаты прогноза состояния использованы в эскизном проекте МГНСС ГЛОНАСС с КА «ГЛОНАСС-К» (головной разработчик - НПО ПМ). Также был получен Сертификат на комплекс программно-аппаратных средств для анализа эфемеридно-временной информации и параметров РНП ГНСС.

Результаты диссертационной работы внедрены и используются при проведении научно-исследовательских работ в ряде ведущих аэрокосмических предприятий России и в высших учебных заведениях: НПО ПМ, РНИИ КП, МАИ, НИИ ПП, ЦНИИмаш, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы и обсуждены на следующих конгрессах, конференциях, чтениях и семинарах: на международных конгрессах по навигации, проводимых Институтом Навигации ION (The Institute of Navigation) в 1997, 1998, 2005 гг., на международных конференциях

GNSS в 1997, 2003, 2004 гг., на 3 международном симпозиуме по использованию GPS, проводившимся в Сантьяго в 2002 г., на 53 конгрессе по астронавтике, проводившимся в Хьюстоне в 2002 г., на симпозиуме IGS в 2004 г. (Берн), на 8, 9 и 10 международных конференциях "Системный анализ, управление и навигация", проводившихся в Евпатории в 2003,2004,2005 гг.

Личный вклад и публикации. Все результаты, приведенные в диссертации, получены лично автором, основные из них опубликованы в 30 работах, в том числе в 26 печатных работах.

На запцпу выносятся:

• концепция построения системы мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем;

• структура системы мониторинга реального времени для существующих и перспективных глобальных навигационных спутниковых систем;

• методическое и алгоритмическое обеспечение мониторинга реального времени, обеспечивающее:

о определение параметров, характеризующих целостность ГНСС о определение точностных характеристик эфемеридно-временного обеспечения

о определение доступности навигационных услуг;

• методическое и алгоритмическое обеспечение апостериорного мониторинга, обеспечивающее:

о определение параметров, характеризующих качество навигационных услуг о уточнение параметров орбит и часов навигационных спутников о построение системной шкалы времени о уточнение параметров вращения Земли о уточнение параметров согласования систем координат о уточнение параметров согласующих параметров шкал времени различных навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС, GALILEO);

• методическое и алгоритмическое обеспечение прогноза состояния глобальных навигационных спутниковых систем, осуществляющее определение:

о оценки эволюции орбитальных группировок о оценки качества навигационных услуг

• структура и методическое обеспечение программно-аппаратного комплекса мониторинга и оценки эфемеридно-временного обеспечения ГНСС, сданного в штатную эксплуатацию в ИАЦ ЦУП ЦНИИмаш.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы ив 111 наименований. Общий объем работы составляет 167 страниц, в том числе 28 рисунков и 6 таблиц.

л

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 рассматриваются методы мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS и проектируемой GALILEO. На основе предложенных методов создано методическое и математическое обеспечение проведения мониторинга состояния радионавигационных полей ГНСС. Определены оценки качества навигационных услуг. Сформулированные оценки качества навигации ГНСС в работе базируются на использовании параметров точности, целостности (непрерывности) и доступности.

В настоящее время существует только единственный потребитель, определивший свои требования к навигации ГНСС - это гражданская авиация. Нет единого мнения у разработчиков и операторов систем и их дополнений в понимании содержания параметров, определяющих качество навигации. Также нет единых (общепринятых) алгоритмов и методов, с помощью которых оцениваются эти параметры.

При определении качества навигации ГНСС предполагается использовать следующие параметры: точность, доступность, непрерывность навигационных услуг, и целостность системы.

Точность - числовая (матричная) характеристика или набор характеристик, отражающих ожидаемый или фактический, обеспечиваемый при помощи системы, уровень погрешностей навигационных определений положения-скорости, времени потребителя. Обычно значение точности выражается в виде величины среднеквадратической ошибки (среднеквадратического отклонения - СКО) 1а (За), отвечающей функции ожидаемого распределения вероятностей оценочных значений ошибок навигационных определений. Числовые значения точности навигации могут относиться как к ошибке позиционирования или определения скорости в целом, так и к каждой координате по отдельности в локальном пункте расположения потребителя и по отношению к используемой им координатной сетке (например, точность характеризуется значениями ошибок по долготе, по широте, высотная компонента).

Доступность - характеристика или показатель, описывающий возможность для потребителя (аппаратуры потребителя) на данном временном интервале и в данном регионе воспользоваться навигационным полем ГНСС (войти в захват сигнала по необходимому числу каналов приема дапьномерных кодов), причем в данном контексте наличие навигационного поля следует понимать как возможность полноценной навигации для того или иного заданного потребителя.

Непрерывность навигационных услуг - характеристика, отражающая для потребителя степень риска непрогнозируемого прерывания полноценных навигационных услуг на некотором, критичном для него интервале времени. Оценка непрерывности есть оценка вероятности непредвиденного нарушения доступности навигационных услуг на заданном временном интервале

Целостность системы (навигационного поля) - ряд показателей, характеризующих сохранность функциональных качество системы, существенных с точки зрения надежности получения навигационных услуг, а также способность системы компенсировать эти нарушения или своевременно оповещать о них потребителя.

Контроль параметров РНП ГНСС представляет расчет статических данных об этих параметрах на оговоренных временном интервале и пространственной области и анализ этих данных.

На рис.1 приведена укрупненная блок-схема мониторинга состояния РНП ГНСС.

Рис.1. Блок-схема комплекса мониторинга состояния РНП ГНСС.

г Бортовой источник навигационного космического аппарата (КА) формирует

навигационные сигналы, обеспечивающие для различных видов пользователей проведение кодовых (дальномерных) и фазовых (приращение дальности) измерений на частотах Ы и Ь2 (в дальнейшем и на других частотах, в частности, на Ь5). Кроме того, навигационные сигналы ГНСС содержат навигационные сообщения с

оперативной (эфемеридно-временной информацией - ЭВИ, коды меток времени) и неоперативной (альманах системы) информацией.

Ввиду того, что вся передаваемая в навигационных сигналах информация используется в том или ином виде различными пользователями, комплексному контролю на достоверность и точность должна подвергаться вся эта информация. Таким образом, состав контролируемой информации есть:

• стандартные (гражданские) кодовые и фазовые измерения на всех частотах,

• данные ЭВИ (эфемериды и значения ЧВП для каждого спутника),

• данные альманаха системы

• качество принимаемого сигнала (значение сигнал/шум). При этом для измерений контролируются следующие параметры:

> величина ошибки псевдодалыюсти UERE для всех КА ГНСС ГЛОНАСС, GPS и GALILEO - 1 раз в секунду для измерений оперативной сети станций, 1 раз в 30 секунд для измерений глобальной сети

> СКО значений UERE и другие статистические характеристики для всех КА на заданных интервалах времени

> количество разрывов фазы для всех КА КНС ГЛОНАСС, GPS и GALILEO на заданных интервалах времени.

Для данных эфемеридно-временной информации контролируются:

> величина ошибки бортовой эфемериды для всех КА КНС ГЛОНАСС, GPS и GALILEO (минимальная, максимальная, превышающая заданный порог, СКО на заданных интервалах времени и т.д.)

> величина ошибки бортовых часов, вычисленная для всех КА КНС ГЛОНАСС, GPS и GALILEO на все эпохи измерений, а также статистические характеристики этой величины (СКО на заданных интервалах времени и т.д.)

> периодичность перезакладки на борт эфемеридных данных и значений частотно -временных поправок (ЧВП)

> наличие или отсутствие «сигнала целостности» и его корректность для всех КА ГЛОНАСС, GPS и GALILEO для всех эпох измерений

В данных альманаха контролируется полнота и достоверность всей информации, включая параметры орбит всех КА ГЛОНАСС, GPS и GALILEO, «сигнал целостности», ее соответствие официальным сообщениям о текущих изменениях в составе КНС, передаваемым оператором системы гражданским потребителям и т.д.

В главе 2 решается задача мониторинга состояния РНП ГНСС в реальном времени. Предполагается, что задержка в получении результатов мониторинга не

должна превышать 1-10 с. Разрабатывается концепция мониторинга состояния РНП ГНСС. В этой главе также решается задача мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных ГНСС: ГЛОНАСС, GPS и GALILEO.

Основными потребителями данных мониторинга реального времени являются потребители с повышенными требованиями к безопасности «жизни», а именно: авиация, флот, железная дорога.

Целью оперативного мониторинга является обеспечение целостности навигационных услуг - своевременное информирование потребителей об аномалиях в работе ГНСС.

Задачи оперативного мониторинга:

• оценивание в реальном времени точности решения навигационной задачи

• своевременное информирование потребителей о величинах этих ошибок и пригодности конкретных КА ГНСС для решения навигационной задачи Задача потребителя: на основе полученной информации принять решение об

использовании конкретных КА для решения навигационной задачи.

При проведении мониторинга в реальном времени определяются следующие параметры целостности РНП ГНСС: предел точности позиционирования; время сигнала тревоги; риск целостности; признак целостности.

В качестве контролируемых параметров при проведении мониторинга в реальном времени являются передаваемые потребителям точностные характеристики навигационных сигналов и решения навигационной задачи. В настоящее время, к сожалению, до сих пор не определены возможности доведения этой информации до потребителя. Поэтому проектирование прикладного математического обеспечения (ПМО) должно вестись с учетом самых жестких требований по времени тревоги. Надо отметить, что вопрос своевременной доставки измерений выходит за рамки ПМО мониторинга, и относится в первую очередь к доступным каналам связи подсистемы сбора измерений. Несмотря на существующие точности ГНСС, система мониторинга должна проектироваться с учетом возрастающих потребностей пользователей по точности. В реальной ситуации отбраковка части измерений может привести к потере точности местоопределения, особенно при недостатке измерений (из-за малости группировки, из-за ограничений по углу места).

Функциональные требования мониторинга целостности реального времени включают:

• Возможность совместной обработки измерений от сети станций. При этом алгоритмы обработки должны учитывать разные времена получения измерений.

• Возможность работы как по транслируемым, так и по наиболее свежим эфемеридам и частотно-временным поправкам (ЧВП) космических аппаратов ГНСС. Это может служить обратной связью для определения необходимости перезакладки бортовой информации.

• Корректный учет возможных мешающих параметров (многолучевость, ионосфера, тропосфера).

• Возможность определения и прогнозирования шкалы времени КНС для обработки сокращенной группировки.

• Реализацию различных методов определения корректности информации для надежного определения целостности (по невязкам измерений, по получаемым координатам и поправке ко времени, с использованием алгоритмов RAIM).

• Возможность расчета дифференциальных коррекций для заданного набора обрабатываемых станций.

• Выдачу сообщений целостности в заданных форматах.

Общие требования к ПМО мониторинга реального времени следующие:

• Полная автоматизация всех операций.

• Работа в сетевом режиме для обеспечения взаимодействия с подсистемой сбора и хранения данных.

• Высокая степень надежности.

• Возможность управления мониторингом целостности без прекращения процесса (задание допустимых порогов, включение станций и т.д.)

• Возможность установки ПМО на независимом компьютере для обеспечения регионального мониторинга в автоматическом режиме. Это означает, что такое ПМО должно частично выполнять функции подсистемы сбора и хранения данных.

Мониторинг состояния РНП ГНСС в реальном времени включает в себя

следующие методы и алгоритмы обеспечения целостности навигационного поля,

основывающихся на вычислении определенных параметров-индикаторов:

> Контроль точностных характеристик самого излучаемого навигационного сигнала каждого космического аппарата

■ SISRE (signal in space range error) - зависит от KA и от расположения потребителя (возможно - для наихудшего его расположения)

> Контроль точности решения навигационной задачи, определяемой ошибками только за счет космического сегмента в контролируемой области (для наихудшей точки)

■ SISA (signal in space accuracy) - точность за счет только космического сегмента, предоставляемая потребителю самим оператором ГНСС

■ SISMA (signal in space monitoring accuracy) - точность за счет космического сегмента, рассчитываемая оператором системы внешнего (по отношению к базовой ГНСС) мониторинга

> Контроль точности решения навигационной задачи с учетом использования предоставляемых дифференциальных коррекций

■ UDRE (user differential range error) - точность за счет космического сегмента + U1VE (user vertical ionosphere measurement error component) ошибка за счет использования ионосферных поправок

> Контроль точности решения навигационной задачи самим потребителем -алгоритм RAIM (receiver autonomous integrity monitoring).

Требования целостности оказывают существенное влияние на архитектуру средств, их обеспечивающих, и влияют на стоимость системы.

Мониторинг состояния РНП ГНСС в реальном времени включает в себя функции мониторинга штатного эфемеридно-временного обеспечения (ЭВО). Разработанное программное обеспечение позволяет решить следующие задачи:

> Определение параметров согласования системы координат ПЗ-90 и ITRF

> Определение параметров согласования системы координат WGS-84 и ITRF

> Оценка разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS

> Оценка точности штатных эфемерид

■ с учетом текущих параметров согласования

■ с учетом средних параметров согласования

■ без учета параметров согласования систем координат

> Оценка точности штатных частотно-временных поправок

■ на основе собственных вычислений

■ с учетом формирования мгновенных значений системных шкал времени ГНСС

> Оценка точности SISRE

> Оценка вариации Алана для бортовых стандартов частоты

■ относительно системной шкалы времени GPS

■ относительно системной шкалы времени ГЛОНАСС

> Оценка частоты обновления штатной эфемеридно-временной информации

> Построение карт доступности навигационного обеспечения с учетом флагов пригодности КА

> Построение карт точности навигационного обеспечения потребителей.

Данное программное обеспечение основывается на навигационных алгоритмах, использующих как одномоментные измерения, так и измерения нарастающего объема.

Алгоритм на основе одномоментных измерений. Решение навигационной задачи определения фазового вектора потребителя X на основе спутниковых измерений, проведенных в одну временную эпоху, с использованием метода наименьших квадратов (МНК) имеет следующий вид:

Х+=Х'+(Нт-1У-НГхНг1УА71, (1)

здесь X" - априорный фазовый вектор потребителя; № - весовая матрида измерений; Я - матрица частных производных (матрица измерений); X* -апостериорный фазовый вектор потребителя.

Заметим, что навигационный алгоритм на основе одномоментных измерений (1) не требует знания модели движения потребителя. В навигационной литературе матрица Я называется геометрической, поскольку она характеризует взаимное геометрическое расположение спутников и потребителя.

Алгоритм на основе измерений нарастающего объема. Применение фильтра Калмана позволяет найти оценку вектора потребителя в задаче спутниковой навигации с учетом всех проведенных ранее измерений. Данный способ требует знания модели движения объекта. Пусть она линейна и переходная матрица есть Ф. Матрицы Р - ковариационные матрицы, соответственно, погрешностей

измерений, возмущений и ошибки определения вектора потребителя X, / -единичная матрица.

Процедура применения фильтра Калмана на каждом шаге измерений к (¿=0,1,2,...) имеет следующий вид:

= Р:н1(нкРьН1+г1, х;=х;+л:,Д(7 р; = (/ - к,нк )р; (1-к,н„У+кк ^к; (2)

а. хй,=ф»х«*

здесь Аг/-вектор невязок измерений.

Рис.2. Результаты оперативного мониторинга системы ГЛОНАСС, 28.12.2005.

Рис.3. Результаты оптативного мониторинга системы GPS, 28.12.2005.

На рис. 2 и 3 приведены результаты оперативного мониторинга состояния радионавигационных шлей систем ГЛОНАСС и GPS, полученных 28.12.2005.

Основными согласующими параметрами, обеспечивающими эффективное совместное использование разных ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO) и требующие определения, являются:

> алгоритм связи систем координат ITRF, WGS-84 иПЗ-90;

> разность системных временных шкал ГЛОНАСС, GPS и GALILEO. Разработано алгоритмическое и программное обеспечения для определения

указанных выше согласующих параметров для совместного использования систем ГЛОНАСС, GPS и GALILEO.

Алгоритм связи двух систем координат, например, ITRF и ПЗ-90, имеет следующий вид:

X X Dx

Y = Г + Dy

Z ти- г m-w Dz

+(1+5са/е)

1 Wz -Wy -Wz 1 Wx Wy -Wx 1

(3)

где |д* Dy DJ[ - смещение между началами систем координат ITRF и ПЗ-90, Scale - масштабный коэффициент, Wx, Wy, Wz - элементы матрицы поворота.

На рис. 4 приведены результаты согласования систем координат ITRF и ПЗ-90 по данным измерений с 28 пунктов сети IGS в период с 15.01.05 по 15.03.05. По оси абсцисс отложены сутки. По оси ординат приведены величины смещения (Dx Dy Zte)r между началами систем координат ITRF и ПЗ-90.

Рис.4. Смещение между началами систем координат ITRF и ПЗ-90, м.

Необходимо отметить, что в настоящее время при совместном использовании различных навигационных систем потребитель самостоятельно должен определить разность между системными шкалами ГЛОНАСС и GPS. Понятно, что при таком подходе достигается невысокая точность определения разности между системными шкалами. К тому же для решения этой задачи требуется дополнительное измерение, то есть при совместной навигации минимальное число навигационных спутников равно 5. Поэтому, определение разности системных временных шкал ГЛОНАСС, GPS и, в будущем, GALILEO в центре мониторинга повысит качество навигационного обслуживания.

На рис. 5 приведены оценки разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS по измерениям с трех пунктов сети IGS.

Рис.5. Оценка разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS, не.

В главе 3 решается задача апостериорного мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС. Также предполагается возможность проведения апостериорного мониторинга и проектируемой системы GALILEO. Решение данной задачи позволяет провести подробный анализ поведения характеристик ГНС С и в случае отклонения их от требуемых значений предоставляется возможность выяснить причину этого отклонения.

Задачи апостериорного мониторинга:

• Оценка статистических характеристик эфемерид и частотно-временных поправок каждого КА

• Оценка глобальной точности определения положения потребителя

• Оценка глобальной доступности

• Выявление участков аномальной работы ГНСС

• Определение возможных причин аномальной работы

Разработанное программное обеспечение обеспечивает следующие функциональные возможности проведения апостериорного анализа характеристик навигационных систем и эфемеридно-временного обеспечения:

> Вычисление статистических данных о характеристиках системы за определенный период (точность, доступность, целостность) для заданных точек и регионов

У Анализ поведения шкалы системного времени и ее отличия от UTC

> Определение характеристик точности (вариация Алана) бортовых часов

> Определение характеристик точности бортовых эфемерид

> Анализ частоты перезакладок штатной ЭВИ

> Анализ характеристик наземных часов и точности их синхронизации

> Анализ зависимости остаточных ошибок измерений от внешних факторов для уточнения калибровочных моделей.

В результате проведения апостериорного анализа РНП ГНСС публикуются в Интернете следующие данные, характеризующие состояния навигационных систем и эфемеридно-временного обеспечения:

> Обобщенные эфемериды и альманахи ГНСС

> Финальные эфемериды и поправки часов SP3 (ГЛОНАСС, ГЛОНАСС+GPS)

> Поправки бортовых и отдельных наземных часов Clock_RINEX

> Блоки формата SINEX

> Внутренние форматы (параметры согласования систем координат и шкал времени, разность эфемеридно-временной информации, средние значения доступности и точности, графические файлы)

> Суточные бюллетени оценки штатного ЭВО (формат PDF)

■ Состояние орбитальной группировки и пригодность к использованию

■ Доступность навигации

■ Оценка URE для потребителей двухчастотной НАП

■ Оценка точности штатных эфемерид и ЧВП

■ Оценка SISRE

■ Оценка точности навигации

> Недельные бюллетени оценки штатного ЭВО (формат PDF)

■ Возможность использования КА ГНСС по целевому назначению

■ Оценка URE для потребителей двухчастотной НАЛ

■ Оценка точности эфемеридно -временно й информации относительно данных зарубежных центров анализа IGS

■ Параметры согласования систем координат

■ Оценка разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS

■ Оценка вариации Алана бортовых стандартов частоты

■ Детальная оценка точности штатных эфемерид и ЧВП.

На рис. 6 и 7 приведены результаты апостериорного мониторинга для КА ГЛОНАСС-07, полученных на интервале измерений с 20/09/2005 по 21/10/2005.

Рис.6. Ошибки эфемерид КА ГЛОНАСС-07 (12Л), м, 20/09/2005 - 21/10/2005.

гяшмл»; imiMiiJJjui /Ч/Ц

.......... - ■ .........)-

2 i г f t ; : * I 1 i 1 * -1» f м t —--—.....1,.

Рис.7. Ошибки ЧВП КА ГЛОНАСС-07 (12Л), не,

20/09/2005 - 21/10/2005.

з 4 • • to 1з н « « за а * я

В главе 4 решается задача прогнозирования основных характеристик глобальных навигационных спутниковых систем. Задачи прогноза состояния ГНСС:

• Оценка доступности навигационных услуг для заданной орбитальной группировки

• Определение оптимальной программы развертывания при неполной группировке

• Оценка эволюции орбитальных группировок

Для реально функционирующих навигационных систем по результатам мониторинга производится апостериорная оценка точности. При прогнозировании характеристик навигационного поля используется априорная оценка точности, которая зависит от геометрического фактора (геометрии расположения спутников относительно пользователя), алгоритма обработки измерений и их точностных характеристик. Априорная оценка точности вычисляется при следующих допущениях:

• оценивается точность одномоментных местоопределений;

• в обработку включаются измерения от всех видимых в данный момент спутников;

• используется метод наименьших квадратов (МНК) с диагональной весовой матрицей В"1, диагональные элементы которой (веса) Ь0|| = (2аиЕКЕ(у))2, у -угол места;

• корреляция между ошибками измерений отсутствует.

При данных допущениях априорная оценка точности местоопределения пользователя определяется матрицей (4x4) вторых моментов ошибок К: К = (\Л/тВд1\Л/)-1, где \¥т - матрица производных от измеряемых параметров по уточняемым.

При уточнении координат и времени пользователя строки матрицы имеют вид |е,Д где еи — координаты (направляющие косинусы) /-го спутника в топоцентрической (связанной с пользователем) системе координат.

Зависимость точности от геометрии расположения спутников относительно наблюдателя определяется матрицей от точности измерений - матрицей В0.

Рассмотрена задача прогнозирования доступности навигационных определений. Разработана математическая модель прогноза доступности навигации с использованием ГНСС на достаточно протяженный интервал времени. Данная модель учитывает:

• «старение» навигационных спутников (частоту коротко- и долгонериодических сбоев в зависимости от времени);

• количество «старых» и «новых» (замененных) спутников в системе;

• принятую стратегию резервирования и восполнения системы;

• уходы спутников из номинальных орбитальных позиций;

• стратегию коррекций.

Общая схема оценки прогнозируемых значений доступности на момент времени I может быть представлена в виде:

A(t) = lAs(t).ps(t),

(4)

где Aj(t) - доступность при нахождении системы в S состоянии; Ps(t) - вероятность нахождения системы S состоянии.

Разработаны и представлены алгоритмы расчета прогнозируемых параметров As(t) и Pj(t).

На основании разработанных алгоритмов были проведены расчеты, которые показали, что для орбитальной плоскости, в которой находятся 10 навигационных спутников, стационарное (равновесное) значение вероятности нахождения в работоспособном состоянии системы ГЛОНАСС равно около 0.96 в оптимистических вариантах и около 0.85 в пессимистических вариантах.

Также было проведено моделирование эволюции глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Расчеты показали, например, что орбиты спутников системы ГЛОНАСС обладают лучшей устойчивостью к возмущениям, чем орбиты спутников GPS.

Рис.8. Оценки высот орбит КА ГЛОНАСС, на интервале времени 250 лет, км,

На рис. 8 приведены оценки высот орбит спутников ГЛОНАСС на интервале времени 250 лет.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

На основе результатов, полученных в диссертации, можно сделать следующие выводы:

1. Разработана концепция мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем. На основе предложенной концепции разработано методическое, математическое и программное обеспечение мониторинга состояния РНП ГНСС.

2. Разработано методическое, математическое и программное обеспечение мониторинга реального времени, реализующего функции определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем и их функциональных дополнений.

3. Разработано и апробировано методическое, математическое и программное обеспечение апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик различных ГНСС и их функциональных дополнений.

4. Разработано математическое и программное обеспечение прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС, позволяющее вычислить оценку доступности навигационных услуг, определить оптимальную программу развертывания системы при неполной группировке и оценить эволюцию орбитальных группировок.

5. Предложена и разработана методика и математическая модель системы мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем: ГЛОНАСС, GPS и GALILEO. Данная модель предполагает согласование как используемых систем координат, так и временных системных шкал. Согласующие параметры передаются непосредственно потребителям навигационных систем.

6. Разработана структура и методическое обеспечение программно-аппаратного комплекса мониторинга и оценки эфемеридно-временного обеспечения ГНСС, сданного в нггатную эксплуатацию в Информационно-аналитический центр ЦУП ЦНИИмаш.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Анфимов H.A., Ревнивых С.Г., Дворкин В.В. Обеспечение конкурентноспособности системы ГЛОНАСС на рынке навигационных услуг. - М.: Аэрокосмический курьер, 2004, №6.

2. Берзин В.Д., Почукаев В.Н., Ревнивых С.Г. и др. Широкозонная система контроля и информационного дополнения глобальных навигационных спутниковых систем на базе высокоэллигтгических спутников // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №4 (29), стр. 58-66.

3. Глотов В Д., Зинковский М.В., Кривоспицкий Л.А., Ревнивых С.Г., Удальцов A.B. Система оперативного и апостериорного мониторинга КНС ГЛОНАСС/GPS: Сб. тезисов докладов 10 международной конференции "Системный анализ, управление и навигация ", Евпатория, 2005, с. 119-120.

4. Глотов В.Д., Кривоспицкий Л.А., Митрикас В.В., Ревнивых С.Г., Сердюков А.И. О необходимости внешнего мониторинга космических навигационных систем для обеспечения их эффективного использования // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №4 (29), стр. 90-98.

5. Глотов В.Д., Кривоспицкий Л.А., Митрикас В.В., Ревнивых СТ., Сердюков А.И. Построение системы внешнего мониторинга космических навигационных систем ГЛОНАСС и GPS на базе практического опыта // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №4 (29), стр. 99-107.

6. Игнатович Е.И., Почукаев В.Н., Ревнивых С.Г. Сердюков А.И. и др. Орбитальное построение космического сегмента широкозонного функционального дополнения к спутниковым навигационным системам для обслуживания территории РФ // Космонавтика и ракетостроение, 2002, №4 (29), стр. 67-78.

7. Климов ВН., Персее B.C., Почукаев ВН., Ревнивых С.Г., Сердюков А.И. Основные положения концепции единой системы навигационно-временного обеспечения Российской Федерации // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2005, №4 (41), стр. 7-18.

8. Климов В.Н., Персее B.C., Пйчукаев ВН., Ревнивых С.Г., Сердюков А.И. Навигационно-времеиное обеспечение: термины, определения, комментарии // Космошвтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2005, №4 (41), стр. 19-26.

9. Климов В.Н., Персее B.C., Почукаев ВН., Ревнивых С.Г., Сердюков А.И. Единая система навигационно-временного обеспечения: назначение, структура, этапы становления и формирования // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во Щ МИмаш, 2005, №4 (41), стр. 51-62.

10. Климов ВН., Косенко В.Е., Дворкин В.В., Ревнивых С.Г., Тюляков А.Е. Текущее состояние и перепет ивы развития системы ГЛОНАСС: Сб. тезисов докладов 10 международной коп<(>еренции "Системный анализ, управление и навигация", Евпатория, 2005, с.7-9.

11. Климов ВН., Ревнивых С.Г. Федеральная целевая программа "Глобальная навигациошия система" // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №4 (29).

12. Косенко В.Е., Дворкин В.В., Ревнивых С.Г. Концепция построения системы обеспечения целостности КНС ГЛОНАСС/GPS: Сб. тезисов докладов 10 международной конференции "Системный анализ, управление и навигация", Евпатория, 2005, с.121-122.

13. Митрикас В.В, Ревнивых С.Г., Быханов Е.В. Определение параметров перехода из системы координат ПЗ-90 в WGS-84 для совместного использования систем ГЛОНАСС и GPS // Радиотехника, 1998, №9.

14. Полищук ГМ., Климов ВН., Ревнивых С.Г., Ельцова O.JI. Состояние и программа глобальной навигационной системы спутниковой системы ГЛОНАСС: Сб. тезисов докладов 9 международной конференции "Системный анализ и управление", Евпатория, 2004, с.8.

15. Ревнивых С.Г. Спутниковые навигационные технологии: от транспорта до сельского хозяйства // Connect! Мир связи, М.:, 2003, № 8.

16. Ревнивых С.Г., Глотов В.Д., Казновский Н.И., Митрикас В.В., Сердюков А.И. Организация и результаты работ по расчету эфемер ид но-временной информации и мониторингу навигационных полей GPS/ГЛОНАСС в инфор мационно -

■2.006 ft

1-388»

аналитическом Центре КВО ЦУП-М ЦНИИМАШ: Сб. тезисов докладов 9 международной конференции "Системный анализ и управление", Евпатория, 2004, с.101-102.

17. Aver in S., Polischuk G„ Klimov V., Urlichich Y., Revnivykh S. Status and Development of GLONASS // European Navigation Conference GNSS 2004,16- 19 May 2004 Rotterdam, The Netherlands.

18. Klimov V., Persev V., Revnivykh S. et al. GLONASS Status, Performance and Perspectives // ION GPS-2005.

19. Mitrikas V. V., Revnivykh S. G., Bykhanov E. V. WGS84/PZ90 Transformation Parameters Determination Based On Laser And Ephemeris Long-Term GLONASS Orbital Data Processing. // ION GPS-98, pp.1625 - 1635.

20. Polischuck G.M., Revnivykh S.G. Status and Development of GLONASS // Proceedings of 53rd International Astronautical Congress. Houston, USA, 2002.

21. Revnivykh S., Polischuk G„ Kozlov V., Klimov V., Bartenev V. et al. Status and Development of GLONASS // Third UN/USA Workshop on the Use and Applications of Global Navigation Systems. Santiago, Chile. 1-5 April 2002.

22. Revnivykh S., Polischuk G., Kozlov V., Klimov V., Anfimov M., Bartenev V., Kossenko V., Urlichich U., Ivanov N.. Tyulyakov A. Status and Development of GLONASS // Proceedings of the GNSS 2003, April 22-25 2003, Graz, Austria, 8 pp.

23. Revnivykh S.G. Development of the GLONASS System and GLONASS Service // Proceedings of the IGS Workshop and Symposium, Astronomical Institute, University of Berne, Berne, Switzerland, 2004.

24. Skoog A J., Medvedkov Y.V., Revnivykh S. G. PROPNASS - A German/Russian Concept to Demonstrate a Next Generation Navigation Satellite System. // 47th International Astronautical Congress, Beijing, 1996, Paper IAA-96- IAA.3.3.05.

25. SkoogA.I., Medvedkov Y.V., Revnivykh S. G. PROPNASS - German/Russian Concept for a Next Generation Navigation Satellite System // GNSS-97, First European Symposium on Global Navigation Satellite Systems, Munich, 1997, Vol. II, pp. 615 - 626.

26. Skoog A.I., Medvedkov Y. V., Revnivykh S. G. PROPNASS German/Russian Concept for a European Navigation Satellate System // ION GPS-97, pp.1219 - 1228.

Введение.

Глава 1 Методы мониторинга состояния радионавигационных полей спутниковых систем.

1.1. Системные и потребительские характеристики навигационного поля

1.1.1. Время.

1.1.2. Обобщенный вектор состояния орбитальной группировки.

1.1.3. Энергетические и геометрические характеристики источника сигнала.

1.1.4. Информационная составляющая навигационного сигнала.

1.1.5. Модели среды распространения сигналов.

1.1.6. Условия приема сигнала.

1.1.7. Технические характеристики приемной аппаратуры.

1.1.8. Алгоритм решения навигационной задачи.

1.1.9. Межсистемные согласующие параметры.

1.2. Оценки качества навигационных услуг.

1.2.1. Оценка точности решения навигационной задачи.

1.2.2. Оценка доступности.

1.2.3. Оценка непрерывности.

1.2.4. Целостность системы.

1.3. Модель измерений, точность измерительной информации.

1.4. Навигационные функции и функции навигационных услуг.

1.5. Стандартные навигационные услуги.

1.6. Методы контроля качества параметров радионавигационных полей ГНСС ГЛОНАСС, GPS и GALILEO.

1.6.1. Контроль качества параметров радионавигационного поля ГНСС ГЛОНАСС.

1.6.2. Контроль качества параметров радионавигационного поля ГНСС GPS.

1.6.3. Концепция контроля качества параметров радионавигационного поля ГНСС GALILEO.

1.6.4. Контроль качества параметров радионавигационных полей, выполняемый функциональными дополнениями.

1.7. Выводы к главе 1.

Глава 2 Оперативный мониторинг состояния радионавигационных полей ГНСС.

2.1. Основные задачи оперативного мониторинга состояния РНП ГНСС.

2.2. Концепция оперативного мониторинга состояния РНП ГНСС.

2.3. Методические вопросы практической реализации системы мониторинга состояния РНП ГНСС.

2.3.1. Стандартные алгоритмы расчета параметров системы ГЛОНАСС.

2.3.2. Методы оценки точности измерений на стандартном коде на основе апостериорной обработки навигационных данных.

2.3.3. Методические вопросы построения стабильной шкалы времени с использованием внешнего стандарта частоты.

2.3.4. Алгоритм вычисления величины покрытия.

2.3.5. Алгоритм определения доступности навигационного обслуживания.

2.3.6. Алгоритм определения надежности навигационного обслуживания.

2.3.7. Алгоритм определения прогнозируемой точности местоопределений.

2.4. Мониторинг согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных ГНСС.

2.5. Выводы к главе 2.

Глава 3 Апостериорный мониторинг состояния радионавигационных полей ГНСС.

3.1. Основные задачи оперативного мониторинга состояния РНП ГНСС.

3.2. Методические вопросы проведения апостериорного мониторинга состояния РНП ГНСС.

3.2.1. Постановка задачи.

3.2.2. Обработка больших потоков информации при проведении апостериорного анализа параметров РНП.

3.2.3. Архивация данных.

3.2.4. Обслуживание базы данных.

3.3. Моделирование движения навигационных спутников.ИЗ

3.3.1. Нецентральность поля тяготения.

3.3.2. Притяжение Солнца и Луны.

3.3.3. Аэродинамическое торможение.

3.3.4. Давление солнечного света.

3.3.5. Влияние управляющей силы.

3.4. Некоторые результаты проведения апостериорного мониторинга РНП ГНСС.

3.4.1. Закладка ошибочных данных.

3.4.2. Оценка разности системных шкал времени ГНСС.

3.4.3. Оценка точности штатных эфемерид.

3.4.4. Оценка точности штатных ЧВП.

3.4.5. Оценка точности величины SISRE.

3.6. Выводы к главе 3.

Глава 4 Прогнозирование основных характеристик ГНСС.

4.1. Методика прогнозирования априорной оценки точности ГНСС

4.2. Методика прогнозирования оценки доступности ГНСС.

4.3. Методика расчета обобщенной доступности.

4.4. Вычислительная модель для определения вероятностей пребывания спутниковой системы в состояниях с определенным числом отказов.

4.4.1. Требования к компьютерной модели операционного жизненного цикла ГНСС.

4.4.2. Общее описание вероятностной модели отказов спутников

4.4.3. Описание структуры вычислительной модели.

4.4.4. Выбор закона распределения для описания среднего времени безотказного функционирования спутника.

4.5. Выводы к главе 4.

Выводы по диссертации.

Развитие космической техники в последние годы дало возможность подняться на совершенно новую ступень при решении различного рода задач. При судовождении, управлении полетом самолета, космического аппарата (КА) и других движущихся объектов, геодезии, определении состояния различных объектов требуется знание положения потребителя в пространстве и его скорости.

В 90-е годы были развернуты глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС): в США - это система GPS, а в России - ГЛОНАСС. В настоящее время в Европе планируется развернуть систему GALILEO. В соответствии с основами государственной политики России, США и Евросоюза в отношении систем координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО), глобальные навигационные спутниковые системы и их функциональные дополнения являются ключевым элементом средств КВНО. Системы координатно-временного и навигационного обеспечения относятся к критической инфраструктуре государства, обеспечивающие: национальную безопасность, экономическую независимость и социально-экономическое развитие. Поэтому существует необходимость поддержания характеристик ГНСС на требуемом уровне.

Следует отметить, что услуги ГНСС уже входят в повседневную жизнь и скоро станут такой же неотъемлемой частью существования как телефонная или мобильная связь. И прекращение или приостановка предоставления услуг ГНСС может привести к существенным проблемам и необратимым последствиям в различных областях применений, особенно в областях обороны, применений с повышенными требованиями к безопасности типа авиации, морского и речного флота, железнодорожного транспорта и общетранспортной инфраструктуры. Потребители (в том числе военные) используют и будут использовать услуги различных ГНСС, в том числе эксплуатируемых операторами других государств. Причем не исключен вариант введения в особый период в отдельных районах селективного доступа и ограничений для использования услуг ГНСС для определенных категорий потребителей.

Возросший уровень требований к навигационному обслуживанию и значительное расширение областей использования ГНСС привели к появлению принципиально новых требований к качеству навигационных услуг. В первую очередь, выросли требования к их точности, надежности, доступности и достоверности. В рамках штатных схем управления навигационными системами ГЛОНАСС и GPS, первоначально создававшихся, в первую очередь, для решения оборонных задач, уже невозможно в полном объеме обеспечить выполнение требований всех категорий пользователей. При решении этой проблемы в навигационных системах GPS, ГЛОНАСС и в проектируемой системе GALILEO многократно выросла роль так называемых функциональных дополнений - постоянно действующих служб, выполняющих, в частности, мониторинг качества функционирования ГНСС и передающих пользователям дополнительную информацию, позволяющую последним повысить точность и достоверность решения задачи определения координат.

Главная цель таких служб - это выявить отклонения от штатного функционирования ГНСС и своевременно информировать об этом пользователей. Для пользователей системы GPS такие службы уже организованы и функционируют в некоторых регионах (например, WAAS, EGNOS, MSAS, LAAS, GRAS и т.д.).

На сегодняшний день в России нет систем, способных обеспечить любого потребителя информацией о качестве функционирования космических навигационных систем с необходимой достоверностью, оперативностью и полнотой. Существующие системы функционируют в экспериментальном режиме и являются локальными, основываясь на наблюдениях, проводимых на единственном пункте. Задача системного контроля качества функционирования ГНСС ГЛОНАСС и GPS на территории Российской Федерации не решена.

Одной из важнейших государственных задач является необходимость своевременного получения информации о реальных характеристиках используемых ГНСС. Другой задачей, напрямую связанной с первой, является необходимость поддержания характеристик ГНСС на требуемом уровне. Для решения этих задач необходимо проводить мониторинг состояния радионавигационного поля (РНП) ГНСС. Мониторинг состояния РНП ГНСС предназначен для осуществления контроля параметров глобальных навигационных спутниковых систем на предмет их соответствия заданным тактико-техническим характеристикам (ТТХ) и требованиям потребителей.

Длительные теоретические и прикладные исследования точностных характеристик действующих систем, физики флуктуаций орбит навигационных спутников и условий распространения радиосигналов, а также использование достижений современной технологии, позволяют создать новые высоконадежные спутники, достоверно спрогнозировать их орбиту, точно скомпенсировать погрешности аппаратуры и погрешности распространения навигационных сигналов. Все это в целом обеспечит необходимую точность в навигационных системах нового поколения. Однако по-прежнему останется открытым вопрос обнаружения внезапного ухода точностных параметров системы из-за воздействия случайного возмущающего фактора и оповещения об этом конечного потребителя за время порядка 1 сек. К тому же реальные условия распространения сигнала не всегда соответствуют среднестатистическим, на которые рассчитаны пусть высокоточные, но априорные модели ионосферы и тропосферы.

Внутрисистемный мониторинг целостности не отвечает требованиям оперативности, поскольку между моментом возникновения неисправности НКА и моментом установки признака «не здоров» в навигационном сообщении может пройти несколько часов.

Поэтому для любой навигационной системы проблема точного и оперативного мониторинга навигационных параметров останется актуальной.

Полученные результаты последних исследований показали, что наиболее точное определение параметров эфемеридно - временного обеспечения навигационных систем и точная реконструкция текущего состояния среды распространения радиосигналов в виде многомерной пространственно-временной модели с высокой разрешающей способностью возможны при организации измерений на пространственно разнесенных пунктах. При этом оптимальные характеристики достигаются при организации глобальной системы мониторинга.

Таким образом, главная цель служб мониторинга - это выявление ситуаций нештатного функционирования ГНСС и своевременное информирование о них пользователей.

При проведении мониторинга состояния радионавигационного поля можно выделить следующие основные задачи:

• мониторинг в реальном времени;

• мониторинг текущего состояния ГНСС (суточный контроль);

• апостериорный мониторинг, позволяющий провести глубокий анализ поведения характеристик ГНСС с выяснением причин отклонений от ТТХ;

• прогноз состояния РНП ГНСС;

• мониторинг согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных систем: ГЛОНАСС, GPS, GALILEO. Некоторые постановки задачи построения мониторинга состояния РНП

ГНСС обсуждались в работах Бартенева В.А., Дворкина В.В., Почукаева В.Н., Урличича Ю.М., Dach R., Lobert В., Trautenberg Н., Pielmeier J., Vogler Т., Hugentobler U. и ряда других авторов. В этих работах были исследованы вопросы прогнозирования радионавигационного поля ГНСС. Также частично была решена задача проведения апостериорного мониторинга. Но при проведении апостериорного мониторинга не предоставлялась возможность подробного исследования причин отклонений РНП от заданных требований. Из-за новизны задачи не исследована проблема мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование разных систем: ГЛОНАСС, GPS, GALILEO.

Одной из задач мониторинга состояния радионавигационного поля ГНСС является определение «целостности» навигационной системы. Под «целостностью» понимается способность системы информировать потребителей своих услуг о качестве этих услуг. В более узком смысле, целостностью навигационной системы называется ее способность информировать потребителей об ухудшении точности навигационных определений. При этом считается, что навигационная система в стандартных условиях обеспечивает некий заранее известный уровень точности навигационных определений. В том случае, когда ошибки навигационных определений превышают этот уровень, потребитель должен быть оповещен о следующем:

1) о факте несоответствия ошибок навигационных определений некоему уровню;

2) о текущем уровне ошибок навигационных определений.

Таким образом, контроль качества функционирования навигационных систем, или другими словами, контроль уровня текущих ошибок навигационных определений называется контролем (мониторингом) целостности.

Поэтому систему, контролирующую качество функционирования ГНСС ГЛОНАСС и GPS, можно назвать системой мониторинга целостности систем ГЛОНАСС и GPS.

В русскоязычной технической литературе часто встречается термин «навигационное поле», аналога которому в англоязычной литературе нет. Понятие «навигационное поле» означает некое пространство, в каждой точке которого содержится определенная, меняющаяся во времени информация (электромагнитные колебания с известными характеристиками вместе с закодированными цифровыми данными). Навигационное поле в каждой точке пространства формируется совокупностью сигналов навигационных космических аппаратов (НКА).

Таким образом, наряду с термином «мониторинг целостности навигационных систем» можно встретить термин «мониторинг целостности навигационных полей». Оба термина идентичны по значению. А система, контролирующая качество функционирования ГНСС ГЛОНАСС и GPS может называться как «системой мониторинга ГНСС», так и «системой мониторинга навигационных полей ГНСС».

Необходимо отметить, что решение задачи проведения мониторинга состояния ГНСС является актуальным для большого числа потребителей. В первую очередь необходимо отметить группу потребителей с повышенными требованиями к безопасности: авиация, морской и речной флот, железнодорожный транспорт. Во-вторых, следует отметить операторов ГНСС, предоставляющих навигационную информацию. И, в-третьих, результаты мониторинга используются для оперативного устранения причин отклонений реальных характеристик от ТТХ. Также результаты решения задачи мониторинга могут применяться в процессе мониторинга услуг ГНСС, для применений с повышенными требованиями к безопасности, для подтверждения («валидации») заявленных характеристик ГНСС и при анализе причин сбоев и выработке мероприятий по улучшению характеристик, определении направлений модернизации ГНСС заказчиками систем.

Цель работы. Целью диссертационной работы является формирование концепции построения системы мониторинга радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем, определение структуры системы мониторинга и разработка необходимого методического и алгоритмического обеспечения системы мониторинга. Мониторинг включает в себя мониторинг реального времени, апостериорный мониторинг и прогноз характеристик ГНСС.

Применение разработанной системы мониторинга позволит обеспечить целостность существующих и разрабатываемых навигационных систем, провести сертификацию услуг и определить характеристики ГНСС, а также выработать рекомендации по восполнению и модернизации ГНСС.

Объекты исследования. Объектами исследования являются: принципы построения системы мониторинга радионавигационных полей ГНСС, определение структуры системы мониторинга, его алгоритмическая и программная реализация.

Методы исследования. При разработке и реализации системы мониторинга используются статистические методы обработки данных, методы оптимальной фильтрации и оптимального управления, адаптивные методы обработки информации. При программной реализации математического обеспечения мониторинга используются методы объектно-ориентированного программирования и мультизадачность операционных систем Windows, Linux, системы управления реляционными базами данных, а также средства обеспечения доступа в Интернет.

Научная новизна. Новыми научными результатами в диссертации являются:

1. Концепция мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем.

2. Методическое и математическое обеспечение мониторинга реального времени, включающего функции определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем.

3. Методическое и математическое обеспечение апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик ГНСС.

4. Математическое обеспечение прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС.

5. Система мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем, в том числе ГЛОНАСС, GPS и проектируемой GALILEO.

Достоверность результатов. Достоверность разработанного методического и математического обеспечения мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых подтверждается использованием в реальных условиях и сравнением некоторых результатов с данными, полученными в центрах: BKG (Federal Bureau for Cartography and Geodesy), CODE (Center of Orbit Determination University of Berne), ESA/ESOC (European Space Operations Center), GFZ (Geoforschungszentrum Potsdam), JPL (Jet Propulsion Laboratory).

Практическая значимость. Решаемая в диссертации задача проведения мониторинга состояния ГНСС отражает практическую потребность улучшения качества навигационного обслуживания и, следовательно, обеспечения национальной безопасности, экономическую независимость и социально-экономическое развитие. Создан и сдан в эксплуатацию программно-аппаратный комплекс мониторинга РНП и оценки эфемеридно-временной информации в Информационно-аналитическом центре ЦУП ЦНИИмаш.

Практическая значимость полученных в работе результатов состоит в том, что на основе разработанного методического и математического обеспечения появляется возможность:

• проведения мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем;

• определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем и их функциональных дополнений;

• обеспечения апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик различных ГНСС и их дополнений;

• обеспечения прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС;

• мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем, в том числе ГЛОНАСС, GPS и проектируемой GALILEO.

12

Концепция оперативного мониторинга реализуется: в системе СДКМ - российская широкозонная система дифференциальных коррекций и мониторинга (головной разработчик - РНИИ КП) в системе GALILEO - подсистема глобального мониторинга (Европейское космическое агентство).

Результаты апостериорного мониторинга использованы при оценке результатов летных испытаний КА «ГЛОНАСС-М» и вошли в заключение ЦНИИмаш и доложены на заседании Госкомиссии в 2005 году. Результаты прогноза состояния использованы в эскизном проекте МГНСС ГЛОНАСС с КА «ГЛОНАСС-К» (головной разработчик - НПО ПМ). Также был получен Сертификат на комплекс программно-аппаратных средств для анализа эфемеридно-временной информации и параметров РНП ГНСС.

Результаты диссертационной работы внедрены и используются при проведении научно-исследовательских работ в ряде ведущих аэрокосмических предприятий России и в высших учебных заведениях: НПО ПМ, РНИИ КП, МАИ, НИИ ПП, ЦНИИмаш, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы и обсуждены на следующих конгрессах, конференциях, чтениях и семинарах: на международных конгрессах по навигации, проводимых Институтом Навигации ION (The Institute of Navigation) в 1997, 1998, 2005 гг., на международных конференциях GNSS в 1997,2003, 2004 гг., на 3 международном симпозиуме по использованию GPS, проводившимся в Сантьяго в 2002 г., на 53 конгрессе по астронавтике, проводившимся в Хьюстоне в 2002 г., на симпозиуме IGS в 2004 г. (Берн), на 8, 9 и 10 международных конференциях "Системный анализ, управление и навигация", проводившихся в Евпатории в 2003, 2004, 2005 гг.

Личный вклад и публикации. Все результаты, приведенные в диссертации, получены лично автором, основные из них опубликованы в 30 работах, в том числе в 26 печатных работах.

На защиту выносятся:

• концепция построения системы мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем;

• структура системы мониторинга реального времени для существующих и перспективных глобальных навигационных спутниковых систем;

• методическое и алгоритмическое обеспечение мониторинга реального времени, обеспечивающее: о определение параметров, характеризующих целостность ГНСС о определение точностных характеристик эфемеридно-временного обеспечения о определение доступности навигационных услуг;

• методическое и алгоритмическое обеспечение апостериорного мониторинга, обеспечивающее: о определение параметров, характеризующих качество навигационных услуг о уточнение параметров орбит и часов навигационных спутников о построение системной шкалы времени о уточнение параметров вращения Земли о уточнение параметров согласования систем координат о уточнение параметров согласующих параметров шкал времени различных навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС, GALILEO);

• методическое и алгоритмическое обеспечение прогноза состояния глобальных навигационных спутниковых систем, осуществляющее определение: о оценки эволюции орбитальных группировок о оценки качества навигационных услуг

• структура и методическое обеспечение программно-аппаратного комплекса мониторинга и оценки эфемеридно-временного обеспечения ГНСС, сданного в штатную эксплуатацию в Информационно-аналитический центр ЦУП ЦНИИмаш.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 111 наименований. Общий объем работы составляет 167 страниц, в том числе 28 рисунков и 6 таблиц.

Выводы по диссертации

На основе результатов, полученных в диссертации, можно сделать следующие выводы:

1. Разработана концепция мониторинга состояния радионавигационных полей глобальных навигационных спутниковых систем. На основе предложенной концепции разработано методическое, математическое и программное обеспечение мониторинга состояния РНП ГНСС.

2. Разработано методическое, математическое и программное обеспечение мониторинга реального времени, реализующего функции определения целостности существующих и проектируемых навигационных систем и их функциональных дополнений.

3. Разработано и апробировано методическое, математическое и программное обеспечение апостериорного мониторинга, позволяющего провести глубокий анализ характеристик различных ГНСС и их функциональных дополнений.

4. Разработано математическое и программное обеспечение прогнозирования состояния радионавигационного поля ГНСС, позволяющее вычислить оценку доступности навигационных услуг, определить оптимальную программу развертывания системы при неполной группировке и оценить эволюцию орбитальных группировок.

5. Предложена и разработана методика и математическая модель системы мониторинга согласующих параметров, обеспечивающих эффективное совместное использование различных навигационных систем: ГЛОНАСС, GPS и GALILEO. Данная модель предполагает согласование как используемых систем координат, так и временных системных шкал. Согласующие параметры передаются непосредственно потребителям навигационных систем.

6. Разработана структура и методическое обеспечение программно-аппаратного комплекса мониторинга и оценки эфемеридно-временного обеспечения ГНСС, сданного в штатную эксплуатацию в Информационно-аналитический центр ЦУП ЦНИИмаш.

1. Анфимов H.A., Ревнивых С.Г., Дворкин В.В. Обеспечение конкурентноспособности системы ГЛОНАСС на рынке навигационных услуг. Аэрокосмический курьер, М.: 2004, №6.

2. Климов В.Н., Ревнивых С.Г. Федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система" // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №4 (29).

3. Климов В.Н., Персее B.C., Почукаев В.Н., Ревнивых С.Г., Сердюков А.И. Навигационно-временное обеспечение: термины, определения, комментарии // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2005, №4(41), стр. 19-26.

4. Косенко В.Е., Дворкин В.В., Ревнивых С.Г. Концепция построения системы обеспечения целостности КНС ГЛОНАСС/GPS: Сб. тезисов докладов 10 международной конференции "Системный анализ, управление и навигация ", Евпатория, 2005, с. 121-122.

5. Малышев В.В., Красильщиков М.Н., Бобронников В.Т., Нестперенко О.П., Федоров A.B. Спутниковые системы мониторинга. М.: Изд-во МАИ, 2000.

6. Митрикас В.В., Ревнивых С.Г., Быханов Е.В. Определение параметров перехода из системы координат ПЗ-90 в WGS-84 для совместного использования систем ГЛОНАСС и GPS // Радиотехника, 1998, №9.

7. Полищук Г.М., Климов В.Н., Ревнивых С.Г., Ельцова O.J1. Состояние и программа глобальной навигационной системы спутниковой системы ГЛОНАСС: Сб. тезисов докладов 9 международной конференции "Системный анализ и управление", Евпатория, 2004, с.8.

8. Почукаев В.Н. О некоторых тенденциях в развитии систем управления КА // Космонавтика и ракетостроение, Королев, Моск. обл.: Изд-во ЦНИИмаш, 2002, №20.

9. Почукаее В.Н., Ревнивых С.Г. и др. Орбитальное построение космического сегмента широкозонного функционального дополнения к спутниковым навигационным системам для обслуживания территории РФ // Космонавтика и ракетостроение, 2002, №4 (29).

10. Ревнивых С.Г. Спутниковые навигационные технологии: от транспорта до сельского хозяйства// Connect! Мир связи, М.:, 2003, № 8.

11. Салищев В.А., Дворкин В.В., Виноградов А.А., Букреев A.M. Станция мониторинга радионавигационных полей систем ГЛОНАСС-GPS и определения дифференциальных поправок // Радиотехника, 1996, №1.

12. Харисов В.Н., Перов А.И., Болдин В.А. и др. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. М.: ИПРЖР, 1999.

13. Чернявский Г.М., Бартенев В.А. Орбиты спутников связи. М.: Связь, 1978.

14. Шебшаевич B.C. Введение в теорию космической навигации. М.: Сов. Радио, 1971.

15. Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1982.

16. Averin S., Polischuk G., Klimov V., Urlichich Y., Revnivykh S. Status and Development of GLONASS // European Navigation Conference GNSS 2004, 16 19 May 2004 Rotterdam, The Netherlands.

17. Bartenev V.A., Krasilshikov M.N., Malyshev V. V. Current GLONASS status, upgrades and prospective, Air & Space Europe, Vol. 1, №2, 1999.

18. Book S.A., Brady W.F., Mazaika P.K. The nonuniform GPS constellation, IEEE, Plans'80, Position Location and Navigation Symposium Rec.

19. Brown R.G. GPS RAIM: Calculation of Thresholds and Horizontal Integrity Limit Using Chi-square Methods A Geometric Approach. RTCA Paper No.491-94/SC159-584, Washington, 1994.

20. Bykhanov E. V. Earth rotation parameters determination from measurements of GLONASS satellites trajectories // Proceedings of Astronomy Institute of RAN "Space geodesy and modern geodynamics", Moscow, 1996.

21. Casale G., Angelis M., Marco P. Investigation of GNSS CNS/ATM Interface Requirements, Alenia Marconi Systems, GNSS-99 Conference, Genova, Italy, 1999.

22. Christie J., Ko P., Pervan B., Enge P., Parkinson B. Analytical and Experimental Observations of Ionospheric and Tropospheric Decorrelation Effects for Differential Satellite Navigation during Precision Approach // Proceedings of ION GPS-98, 1998.

23. Christie J., Ko P., Hansen A., Pullen S., Pervan B., Parkinson B. The Effects of Local Ionospheric Decorrelation on LAAS: Theory and Experimental Results // Proceedings of the ION National Technical Meeting 1999, 1999.

24. Conley R. GPS Performance: What is Normal? // Journal of the Institute of Navigation. Vol. 40, No. 3, 1993.

25. Dai D. Interoperation of Distributed SBASs: Theory, Experience from NSTB and Future Perspective // Proceedings of ION GPS 98, 1998.

26. Department of Defense World Geodetic System 1984, Defense Mapping Agency Technical Report TR-8350.2, September 1991.

27. Kaplan E. D. Understanding GPS: Principles and Applications, Artech House Publishers, Boston, 1996.

28. Enge P. WAAS Messaging System: Data Rate, Capacity, and Forward Error Correction // Navigation, Journal of The Institute of Navigation, Vol. 44, No. 1, 1997.

29. Enge P., Parkinson B., Powell J.D., Walter T. Wide Area Differential GPS Laboratory at Stanford University, http://waas.stanford.edu.

30. Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment. RTCA/D0160D, Washington, 1997.

31. Fuller R. Interoperation and Integration of Satellite Based Augmentation Systems // Proceedings of ION GPS 98, 1998.

32. Gabaglio V. Centralised Kaiman Filter for Augmented GPS Pedestrian Navigation // Proceedings of the ION GPS-2001.

33. Galileo: Involving Europe in a New Generation of Satellite Navigation Services, European Commission, Brussels, 1999. http://www.galileo-pgm.org.

34. Galileo: Structural Analysis of the European Satellite Navigation Application Segment, Technomar GmbH, 2000.

35. Galileo: The European Program for Global Navigation Services, European Space Agency, 2002. http://europa.eu.int/comm/dgs/energytransport/galileo.

36. Global Positioning System Standard Positioning Service Signal Specification. 2nd Edition, U.S. Department of Defence, Washington, 1995.

37. Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I, II. Edited by Parkinson B. W., Spilker J. J., American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, 1996.

38. GNSS Based Precision Approach Local Area Augmentation System (LAAS): Signal-In-Space Interface Control Document (ICD). RTCA/DO-246, Washington, 1998.

39. Goad C. Optimal filtering of pseudoranges and phases from single-frequency GPS receivers // Navigation, Vol. 37, No. 3, 1990.

40. GPS Risk Assessment Study, The Final Report, The Johns Hopkins University, VS-99-007, 1999.

41. Graham A., Eng P. The Use of Raw GPS for Vertical Navigation // Proceedings of the ION GPS 2001, 2001.

42. Haas F., Lage M. Analysis of Recent Wide Area Augmentation System (WAAS) Flight Tests // Proceedings of the ION National Technical Meeting, 1995.

43. Hairer E., Norsett S.P., Wanner G. Solviky Ordinary Differential Equation. I.: Non stiff Problems. Springer-Verlag, Besling, Heidelberg, London, 1987.

44. ICD-GPS-200, NAVSTAR GPS Space Segment/Navigation User Interfaces (Public Release Version), ARINC Research Corporation, 11770 Warner Ave., Suite 210, Foutain Valley, CA 92708, 1991.

45. Ivanov N., Salischev V., Vinogradov A. Ways of GLONASS system advancing // Proceedings of the ION GPS-95, 1995.

46. McGrath J.K. TSO-C129a, Airborne Supplemental Navigation Equipment Using the Global Positioning System, FAA Aircraft Certification Center, Washington, 1999.

47. Mitrikas V. V., Revnivykh S. G., Bykhanov E. V. WGS84/PZ90 Transformation Parameters Determination Based On Laser And Ephemeris Long-Term GLONASS Orbital Data Processing. // ION GPS-98, pp.1625 1635

48. Studenny J. Baro-Altimeter Calibration for GPS Integrity. RTCA Paper No. 235-95/SC159-639, Washington, 1995.

49. Juang J.C., Jang C.W. Failure detection approach applying to GPS autonomous integrity monitoring, IEE Proc.-Radar, Sonar Navigation, Vol. 145, No. 6, 1998.

50. Kelly R.J. Derivation of the RAIM Agorithm from First Principles with Performance Comparisons Between Published Algorithms // Proceedings of ION Technical Meeting, 1996.

51. Kelly R.J., Davis J.M. Required Navigation Performance (RNP) for Precision Approach and Landing with GNSS Application // NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, Vol.41, No.l, 1994.

52. Klimov V., Persev V., Revnivykh S. et al. GLONASS Status, Performance and Perspectives // ION GPS-2005.

53. Kovach K., Huffman L. SCAT-I Integrity Method: Detection or Estimation? // Proceedings of the ION-GPS 97, 1997.

54. Kruh P. Buildup and replacement of Navstar GPS and the 18-satellite constellation, Int.Telem.Conf., 1981, Vol.17, No.2.

55. Kruh P. The Navstar GPS six-plane 18-satellite constellation, Nat.Telecom.conf., New Orleans, 1981.

56. Lage M., Elrod B. Flight Testing and Evaluation of Wide Area Differential GPS // Proceedings of the ION National Technical Meeting, 1993.

57. Lear W. M., Montez M. N., Rater L. M., Zula L. V. The effect of selective availability on orbit space vehicles equipped with SPS GPS receivers // Proceedings of the ION GPS-92, 1992.

58. Leick A. GPS satellite surveying. Second edition. John Wiley & Sons, INC. USA. 1995.

59. Leland E. Cunningham On the computation of the spherical harmonic term needed during the numerical integration of the orbital motion of on artificial satellite. Celestial Mechanics, 1970.

60. Malyshev V.V., Krasilshikov M.N., Bobronnikov V.T., Dishel V.D., Leite Filho W.C., Ribeiro T.S. Aerospace Vehicle Control. Modern Theory and Applications, IAE, Brazil, 1996.

61. Manual for the validation of GNSS in civil aviation / Application of the MUSSST methodology to civil aviation, 2000, http://www.galileo-pgm.org

62. Manual on Required Navigation Performance (RNP), First Edition. International Civil Aviation Organization (ICAO) Doc 9613, 1994.

63. Martinez M. A Operational Results in a full-integrated aircraft navigation system with standard avionics using DGPS, MLS and DME/P // Proceedings of the ION-GPS 94, 1994.

64. Minimum Aviation Performance Standards for the Local Area Augmentation System (LAAS). RTCA/DO-245, Washington, 1998.

65. Minimum Aviation System Performance Standards DGNSS Instrument Approach System Special Category I (SCAT-I). RTCA/DO-217, Washington, 1993.

66. Minimum Aviation System Performance Standards: Required Navigation Performance for Area Navigation. RTCA/DO-236, Washington, 1997.

67. Minimum Operational Performance Standards for Airborne Area Navigation Equipment Using Multi-Sensor Inputs. RTCA/DO-187, Washington.

68. Minimum Operational Performance Standards for Airborne Supplemental Navigation Equipment Using Global Positioning System (GPS). RTCA/DO-208, Washington, 1991.

69. Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment. RTCA/DO-229B, Washington, 1999.

70. Misra P.N., Abbot R.I., Gaposchkin E.M. Transformation between WGS 84 and PZ-90 // Proceedings of the ION GPS-96.

71. Montenbruck O., Pfleger T. Astronomic mit dem personal computer. Springer Verlag, Berlin, 1993.

72. Luo N. Centimetre Level Relative Positioning of Multiple Moving Platforms Using Ambiguity Constraints // Proceedings of the ION GPS-2000, 2000.

73. NAVSTAR GPS User Equipment Introduction, September 1996, Internet. http://www.navcen.uscg.mil/gps/geninfo/gpsdocuments/.

74. Misra P., Pratt M., Muchnik R., Burke B., Hall T. GLONASS Performance: Measurement Data Quality and System Upkeep // Proceedings of the ION GPS-96, 1996.

75. Parkinson B., Axelrad P. Autonomous GPS Integrity Monitoring Using the Pseudorange Residial, ION, Vol.35, No. 2, Summer, 1988.

76. Pogorelc, S., Enge, P., DiMeo, M., Kalinowski, S., Dehel, T. Flight and Static Test Results for the NSTB // Proceedings of ION GPS-97, 1997.

77. Polischuck G.M., Revnivykh S.G. Status and Development of GLONASS // Proceedings of 53rd International Astronautical Congress. Houston, Texas, USA, 2002.

78. Pullen S., Parkinson B. Optimal Augmentation of GPS Using Inexpensive Geosynchronous Navigation Satellites // Proceedings of the ION GPS-97, 1997.

79. Report of EUROPEAN COMMISSION Involving Europe in a New Generation of Satellite Navigation Services, Brussels, 9 February 1999, http://www.galileo-pgm.org/.

80. Revnivykh S.G. Development of the GLONASS System and GLONASS Service // Proceedings of the IGS Workchop and Simposium, Astronomical Institute, University of Berne, Berne, Switzerland, 2004.

81. Revnivykh S., Polischuk G., Kozlov V., Klimov V., Bartenev V. et al. Status and Development of GLONASS // Third UN/USA Workshop on the Use and Applications of Global Navigation Systems. Santiago, Chile. 1-5 April 2002.

82. Revnivykh S., Polischuk G., Kozlov V., Klimov V., Anfimov N., Bartenev V., Kossenko V., Urlichich U., Ivanov N., Tyulyakov A. Status and Development of GLONASS // Proceedings of the GNSS 2003, April 22-25 2003, Graz, Austria, 8 pp.

83. Robert Gray R., Graas F. Inflight Detection of Errors for Enhanced Aircraft Flight Safety Using DTED with GPS and Radar Altimeter // Proceedings of the ION GPS 1999, 1999.

84. RTCM recommended standards for differential NAVSTAR GPS service, Ver.2, Radio Technical Commission for Maritime Services, Washington, 1990.

85. Skoog A.I., Medvedkov Y.V., Revnivykh S. G. PROPNASS A German/Russian Concept to Demonstrate a Next Generation Navigation Satellite System. // 47th International Astronautical Congress, Beijing, October 7-11, 1996, Paper IAA-96-IAA.3.3.05.

86. Skoog A.I., Medvedkov Y.V., Revnivykh S. G. PROPNASS German/Russian Concept for a European Navigation Satellate System // ION GPS-97, pp.1219 1228

87. Sleewaegen J.M. GPS Selective Availability error contains a small component with a period of 3 seconds. Influence on the phase measurement noise, Geophysical Research Letters, Vol. 26, no. 13, pp. 1925-1928, July 1, 1999.

88. Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification. RTCA/DO-178B, Washington, 1992.

89. Standards for Processing Aeronautical Data. RTCA/D0-200A, Washington, 1998.

90. Stephen J. Operation of an Integrated Vehicle Navigation System in a Simulated Urban Canyon // Proceedings of the ION GPS 2000, 2000.

91. User Recommendations for Aeronautical Information Services. RTCA/DO-201, Washington, 1988.

92. Walter Т., Enge P. Weighted RAIM for Precision Approach // Proceedings of the ION GPS-1995, 1995.

93. Weber Т., Trautenberg H. L., Schifer C. Galileo System Architecture Status and Concepts // Proceedings of the ION GPS-2001, 2001.

94. Wide Area Augmentation System (WAAS), Federal Aviation Administration Specification, FAA-E-2892B, U.S. Department of transportation, 1999.

95. Ревнивых С.Г., Глотов В.Д., Кривоспицкий Л.А., Митрикас В.В., Сердюков A.M. и др. Методика верификации РНП КНС ГЛОНАСС в условиях неполной ОГ системы. Отчет по ОКР «Сертификат-С-ЦМ», ЦНИИмаш, 2004, 82 стр.

96. Ревнивых С.Г., Глотов В Д., Кривоспицкий Я. А., Митрикас В.В., Сердюков А.И. и др. Разработка методики подтверждения ТТХ РНП системы ГЛОНАСС на базе ИАЦ КВО (ГЕО-ЦУП), Отчет по ОКР «Сертификат-С», ЦНИИмаш, 2004, 50 стр.

97. Ревнивых С.Г., Глотов В.Д., Игнатович Е.И., Митрикас В.В., Сердюков

98. A.И. и др. Положение по мониторингу РНП КНС ГЛОНАСС, Отчет по ОКР «Сертификат-С», ЦНИИмаш, 2004, 62 стр.

99. Ревнивых С.Г., Глотов В Д., Игнатович Е.И., Зинковский М.В., Митрикас

100. B.В., Сердюков А.И. и др. Оценка возможности уточнения ЧВП КА ГЛОНАСС с использованием измерений БИС и эталонной орбиты, полученной по лазерным измерениям, Отчет по ОКР «Навигация ЦУП-М», ЦНИИмаш, 2002, 63 стр.