3.6. Основные источники ошибок

При приеме сигналов от пяти или большего количества спутников определение положения аппаратуры потребителя может обеспечиваться со значительной избыточностью, что допускает обнаружение недопустимых сигналов и использование данных от спутников с лучшим расположением.

Однако некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, являются трудно устранимыми.

Задержки распространения сигнала в ионосфере и тропосфере. Описанный выше алгоритм предполагает, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако в реальности скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130 – 290 км) и тропосферу (от 8 до 13 км от поверхности Земли), его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерении дальности. В современных GPS приёмниках используют различные алгоритмы (модели) для минимизации влияния этих задержек. Однако, используемые в настоящее время модели могут устранить только половину из возможной 70 нс задержки, что приводит к значительным (до 10 м) ошибкам в определении местоположения приемника.

Ошибки спутниковых часов, неисправленные сегментом управления, могут приводить к ошибкам положения приемника порядка одного метра.

Ошибки в эфемеридных данных обычно незначительны и тщательно отслеживаются со станций слежения, однако также могут приводить ошибкам в положении аппаратуры потребителя порядка 1 м.

Многолучевая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, расположенных на земной поверхности, что создаёт заметную интерференцию с сигналами приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок. Однако при работе в городских условиях ошибки, вносимые многолучевой интерференцией, могут осложнить производство работ. Оценочное снижение точности в положении приемника из-за этого явления – порядка 0,5 м.

До 1 мая 2000 года министерство обороны США использовало искусственное снижение точности спутникового сигнала для гражданских и неавторизированных пользователей – избирательный доступ (Selective Availability или S/A). Это приводило к тому, что точность полученных координат с помощью C/A-кода (30 метров) преднамеренно снижалась до 100 метров. Однако по решению президента США «Избирательный Доступ» был отключен. Кроме того, S/A можно исключить, применяя технику дифференциальной коррекции.

Шум и систематические ошибки смещения, объединяясь, приводят к типичным ошибкам расстояния около пятнадцати метров для каждого из спутников.

Геометрический фактор – геометрическое понижение точности (Geometric Dilution of Precision – GDOP)

Ошибки GPS изменяются в зависимости от взаимного расположения спутников, используемых в навигационном решении, и приемника. Объем фигуры, описанной единичными векторами от приемника до спутников, используемых в навигационном решении, обратно пропорционален параметру GDOP.

Плохой GDOP (большое значение) – углы от приемника до множества используемых спутников подобны (рис. 17).

Рис. 17. Геометрическое понижение точности: а – неблагоприятное расположение (плохой GDOP); б – благоприятное расположение (хорошийGDOP)

GDOP вычисляется из геометрических связей между положением приемника и положениями спутников, которые приемник использует для навигации, с использованием параметров из процесса навигационного решения. Ошибки дальностей до спутников умножаются на соответствующий коэффициент GDOP для оценки положения или ошибки времени.