Санкт-Петербург

УДК 621.371.361.1 
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ 
НА МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ, АНТЕННЫЙ 
МОДУЛЬ КОТОРОЙ ИМЕЕТ РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ 
В ПРОСТРАНСТВЕ ФАЗОВЫЙ ЦЕНТР 
Гопанков Д.Н. 
Научный руководитель – д.т.н., доцент Степанов А.П. 
Проведен аналитический обзор существующих на сегодняшний день особенностей спутниковых 
навигационных систем. Представлены возможные варианты повышения точности и методы борьбы с 
многолучевостью посредством информации от инерциального измерительного модуля. Анализируя 
текущее состояние СНС-компасов, предложена схема построения СНС-компаса, позволяющая 
повысить его точность при сохранении требуемых массогабаритных характеристик. 
Ключевые слова: навигационная система, фазовые измерения, СНС-компас, многолучевость, 
фазовый центр. 
Ужесточение требований в области обеспечения безопасности судовождения, 
стабилизации комплексов различных технических средств, освоение северных районов 
Мирового океана обуславливают создание новых подходов к информационному 
обеспечению подвижных объектов. В связи с этим массовое применение находят 
информационные системы, базирующиеся на технологиях глобальных спутниковых 
навигационных систем (СНС). Одной из таких систем, широко применяемых для 
навигационного обеспечения подвижных объектов, является так называемый «СНС-компас». 
Современные спутниковые компасы – это системы, представляющие собой 
многоантенную спутниковую приемную аппаратуру, основной задачей которой является 
определение с высокой точностью не только линейной скорости и координат места, но также 
и параметров ориентации объекта, включая истинный курс. Исходной информацией в 
данных системах служат фазовые измерения на несущей частоте спутникового сигнала [1]. 
Рассмотрим основные проблемы СНС-компасов. На данный момент в существующих 
СНС-компасах, основные подходы построения которых уже стали классическими, проблемы 
повышения точности и устранения многолучевости являются наиболее трудоемкими для 
решения. Известна проблема устранения неоднозначности фазовых измерений. 
Точность определения параметров ориентации зависит от длины базы, т.е. от 
расстояния между фазовыми центрами антенн, и с увеличением длины базы растет и 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
146 
точность. Однако повышение точности за счет увеличения размеров базы представляется 
неприемлемым, так как размещение громоздких СНС-компасов возможно далеко не на всех 
суднах. В то же время, небольшие габариты компаса повышают угловую жесткость системы. 
В СНС-компасах точность во многом определяется взаимным положением антенной 
базы и навигационного спутника (НС). Например, наиболее выгодным положением является 
окологоризонтное (на высотах порядка от 5 до 45 градусов) с взаимно ортогональным 
расположением линий НС-ведущая антенна и антенная база. Такое взаимное положением 
возможно, по аналогии с решением задачи навигации в приемной аппаратуре СНС, 
охарактеризовать геометрическим фактором взаимного положения базы и НС. Особенно 
актуальной проблема геометрического фактора становится при резком снижении количества 
НС, участвующих в решении. 
Рассмотрим известные методы борьбы с вышеописанными проблемами при 
использовании в СНС-компасе только информации от СНС, т.е. без интеграции в него 
инерциального измерительного модуля. 
Использование фазовых измерений позволяет достичь высокой точности показаний 
спутниковых навигационных систем лишь после определения целого числа длин волн, 
укладывающихся в измеряемом расстоянии от спутника до приемника. Задача определения 
этих периодов известна как задача исключения неоднозначности. Необходимость ее решения 
возникает на начальном этапе обработки фазовых измерений, при появлении новых 
спутников, или после перерывов в приеме спутниковых сигналов. 
Перечислим известные методы борьбы с неоднозначностью в СНС-компасах [2]: 
1. изменение положение спутников; 
2. измерения от избыточного количества спутников; 
3. двухчастотные измерения; 
4. дополнительные антенны на коротких базах; 
5. вращение объекта; 
6. вращение измерительного модуля. 
Не будем подробно останавливаться на каждом из методов. Первые пять методов и 
раньше повсеместно использовались для исключения неоднозначности в СНС-компасах. 
Шестой метод был впервые использован в СНС-компасе ОРИОН разработки АО «ЦНИИ 
«Электроприбор» и доказал свою эффективность с точки зрения возможности 
осуществления калибровки в условиях объекта гироскопов, акселерометров, погрешностей 
фазы несущей, лучшего значения геометрического фактора многоантенной системы, в связи 
с чем достигается высокая точность определения ориентации. 
Далее перейдем к описанию следующей немалозначимой проблемы – устранение 
многолучевости. Для смягчения эффектов многолучевого распространения существует два 
метода: 
1. алгоритмический: метод обработки сигналов; 
2. аппаратный: многолучевые дроссельные кольца. 
Метод обработки сигналов. В этом методе анализируются данные для разделения 
прямого сигнала от косвенного сигнала (сигналов). Если косвенный путь значительно 
длиннее прямого пути, тогда с легкостью возможно отличить их друг от друга. Но если 
разница мала, и отраженный сигнал близок к прямому сигналу, то различить их будет 
проблематично. При использовании сигналов СНС метод обработки сигналов неэффективен, 
если разница между прямым путем и косвенным путем составляет менее нескольких метров. 
Удаление многолучевого сигнала происходит за счет удаления части прямого сигнала, что, в 
свою очередь, увеличивает уровень шума. В связи с этим можно сделать вывод, что метод 
обработки сигналов подходит для сигналов, разница в длине пути которых более 10 м [3]. 
Многолучевые дроссельные кольца. Эта техника работает только для многолучевых 
сигналов, отраженных от объектов, находящихся главным образом ниже антенны. 
Отраженный сигнал, который попадает на нижнюю сторону антенны, может быть устранен. 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
147 
Недостатком данного метода является невозможность устранения отраженных сигналов 
сверху, т.е. источник отраженного сигнала расположен над антенной, например, отраженный 
сигнал от высотного здания [4]. 
При использовании сразу двух этих методов можно уменьшить влияние как 
близкорасположенных отраженных сигналов, так и удаленных. 
Также в борьбе с многолучевостью стоит отметить антенны с правой круговой 
поляризацией. При отражении сигнала от сильно отражающей поверхности его круговая 
поляризация изменяется с правосторонней на левостороннюю, и антенны, спроектированные 
для сигналов с правосторонней поляризацией, будут ослаблять сигналы с противоположной 
поляризацией. 
На сегодняшний день компании по производству СНС-компасов стремятся 
минимизировать массогабаритные характеристики, однако это негативно сказывается на 
точности выдачи навигационных параметров. Также одним из недостатков современных 
СНС-компасов стоит выделить проблему необходимости как минимум четырех спутников 
для решения задачи навигации и значительное время готовности к работе. 
Погрешность выработки курса для существующих СНС-компасов можно описать 
зависимостью
0, 6 1/ (3σ)
L

, где L – межантенное расстояние [5]. 
В последующей работе будет разрабатываться схема СНС-компаса как 
интегрированной системы на микромеханических инерциальных датчиках, антенный модуль 
которой имеет распределенный в пространстве фазовый центр, обеспечивающей 
определение параметров ориентации, в том числе истинного курса, при наблюдении лишь 
одного навигационного спутника. Предполагается, что в системе будет осуществляться 
сканирующее движение фазового центра антенной системы для решения проблемы 
неоднозначности фазовых измерений, возможности работы только с одним спутником и 
борьбы с явлением многолучевости. 
Данная схема будет строиться на основе уже существующего СНС-компаса ОРИОН, 
принцип действия которого основан на механическом вращении измерительного модуля. 
Планируемый СНС-компас вращаться не будет, однако новизной планируемой работы 
будет то, что вращение системы будет имитироваться программно путем управления 
фазовым центром антенной системы. Для проверки основных положений в работе 
предполагается проведение полунатурных экспериментов.