Применение сетевых спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/GPS для целей управления инфраструктурой железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Гурин, Сергей Евгеньевич

• Гурин, Сергей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гурин, Сергей Евгеньевич

Введение

Глава I. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС/GPS

1.1 .Общие исторические сведения

1.2. Описание СРНС второго поколения

1.2.1. Подсистема космических аппаратов

1.2.2. Подсистема контроля и управления

1.2.4. Координатные системы

1.2.5. Шкалы времени ГЛОНАСС и GPS

1.2.5. Параметры преобразования между ПЗ-90 и WGS

1.2.6. Кадр навигационного сообщения НИСЗ ГЛОНАСС и GPS 48 1.2.6. Навигационная аппаратура потребителей (НАЛ)

1.3. Общие сведения о методах определения координат потребителя посредством спутниковой навигационной аппаратуры СРНС ГЛОНАССЛлРБ с учётом специфики решения задач управления инфраструктурой железнодорожного транспорта РФ

1.3.1. Абсолютный метод

1.3.2. Метод дифференциальной коррекции 61 1.3.2.1 .Контроль скорости движения подвижных единиц 66 1.3.2.2. Контроль свободности участков пути на базе определения длины состава на пункте контроля полносоставности

1.3.2.2.1. Вариант построения системы

1.3.1.2.2. Требования к точности и техническим характеристикам системы

1.3.2.3. Контроль положения самостоятельных подвижных единиц на станциях

1.3.2.4. Контроль показаний КЛУБ, работоспособности САУТ

1.3.2.5. Определение координат объектов железнодорожной линии для формирования базы данных

1.3.3. Относительные фазовые определения

Глава II. Моделирование ГЛОНАСС/ОР8 измерений с учётом возмущающих факторов

2.1. Псевдодальность по коду

2.2. Фаза несущая

2.3. Ионосферная рефракция

2.4. Тропосферная рефракция

2.5. Эффект многолучёвости

2.6. Погрешности эфемеридного обеспечения

2.7. Погрешности частотно-временного обеспечения

Глава III. Разрешение неоднозначности при относительных фазовых измерениях по СРНС ГЛОНАСС/ОР

3.1. Исключение влияния ошибки часов НИСЗ на измерение псевдодальности по фазе несущей и коду

3.2. Исключение влияния ошибки часов приёмника на измерение псевдодальности на фазе несущей и по коду

3.3. Методы увеличения количества параметрической информации

3.3.1. «Доплер»

3.3.2. Третьи разности

3.3.3. Новые методы разрешения неоднозначности за счёт формирования дополнительных условий

Глава IV. Определение координат потребителя по СРНС rJIOilA.CC/GPS 175 4.1. Вычисление координат НИСЗ на момент обсервации

4. 2. Абсолютный метод определения координат потребителя по СРНС второго поколения ГЛОНАССЛлРБ

4. 3. Дифференциальный метод определения координат потребителя по СРНС второго поколения Г Л ОНАС СЮР Б с коррекцией координат 187 4. 3. 1. Эксперименты

4. 3. 2. Эксперимент №

4. 4. Модификация дифференциального метода определения координат потребителя по СРНС второго поколения ГЛОНАСС/ОРБ с коррекцией координат с учётом специфики МАЛС

4.4.1. Эксперимент №

4.5. Метод относительных фазовых определений координат потребителя по СРНС второго поколения ГЛОНАССЛЗРБ

4.5.1. Эксперимент №

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение сетевых спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/GPS для целей управления инфраструктурой железнодорожного транспорта»

Сетевые спутниковые радионавигационные системы (СРНС) второго поколения ГЛОНАССЛлР8 являются средствами высокоточного определения времени, координат, параметров движения потребителя в любой точке Земной поверхности в любое время суток вне зависимости от метеорологических условий.

На сегодняшний день в России и за рубежом созданы различные виды одно- и двухчастотной аппаратуры потребителя, позволяющие производить измерения времени с погрешностью не хуже 100 не, псевдодальностей до навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ) СРНС ГЛОНАСС/ОР8 по коду с точностью 0.1 кодовой последовательности (0.3 м), на фазе несущей с точностью 0.003 м, что позволяет осуществлять определение координат потребителя с метровой и субсантиметровой точностью [16].

Различными фирмами производителями программного обеспечения (ПО) созданы программные комплексы (ПК) для целей определения координат, параметров движения потребителя, точных моментов синхронизации для различных областей производственной и хозяйственной деятельности человека, таких как: авиация, флот, геодезия, связь и другие.

Основой для построения навигационно-геодезического решения являются:

• Метки времени навигационных сигналов СРНС ГЛОНАССАлРЗ.

• Эфемериды НИСЗ, содержащиеся в Кадре навигационного сообщения.

• Измеренные псевдодальности аппаратурой потребителя до НИСЗ.

Применение аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАССЛлРБ на железнодорожном транспорте до сегодняшнего дня сдерживалось ввиду следующих объективных причин:

• Отсутствие цифровой системы радиосвязи железнодорожного транспорта Российской Федерации.

• Отсутствие свободных радиоканалов передачи данных на железной дороге Российской Федерации.

• Отсутствие возможности осуществления контроля проследования поездом участков пути в полном составе, использующего в качестве датчика положения только аппаратуру потребителя СРНС ГЛОНАССЛлРЗ.

• Отсутствие математического и алгоритмического обеспечения решения навигационно-геодезических задач посредством СРНС ГЛОНАССЛЗР8 с метровой и субсантитметровой точностью в режиме реального времени, учитывающего специфику железнодорожного транспорта.

• Несоответствие существующего ПО аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ требованиям, предъявляемым к ПО средств железнодорожной автоматики (ЖАТ) [1,9].

В настоящее время Министерство путей сообщения (МПС) Российской Федерации (РФ) ведёт переговоры с федеральным государственным унитарным предприятием (ФГУП) «Главный радиочастотный центр" государственной радиочастотной службы (ГРЧС) РФ о выделении радиочастот в полосе 457,4 - 470 МГц для использования в интересах МПС РФ. ГРЧС неоднократно предоставляло разрешение на использование данного диапазона радиочастот МПС РФ на различных участках железных дорог во временное пользование для отработки технических решений по построению цифровых систем радиосвязи железнодорожного транспорта РФ. В ближайшее время ожидается принятие решения о выделении радиочастот в полосе 457,4 - 470 МГц для нужд МПС РФ.

Создание цифровой системы радиосвязи железнодорожного транспорта Российской Федерации создаёт благоприятные условия для внедрения аппаратуры потребителя СРНС Г Л ОНАС С/ОР 8 в системы ЖАТ.

Актуальность выбранной темы диссертации определяется большим производственным и экономическим значением для железнодорожного транспорта СРНС ГЛОНАСС/ОР8.

Применение аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ на железных дорогах РФ позволит кардинально и в кратчайшие сроки решить актуальные задачи по повышению эффективности эксплуатационной и производственной деятельности:

• В режиме реального времени и постобработки данных с субсантиметровой точностью производство всех съёмочных и разбивочных геодезических работ, возникающих при изысканиях, проектировании, строительстве и текущем содержании железных дорог, мониторинге железнодорожных путей и сооружений; разбивочных и выправочных работ, межевание земель, осуществление инвентаризации и создание кадастра железных дорог.

• Осуществление координатно-временного обеспечения систем безопасности движения подвижного состава и систем интервального регулирования.

• Осуществление позиционного сопровождения перемещения грузов.

• Осуществление позиционной поддержки решения задач диспетчеризации.

Кроме того, применение аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАССЛлРБ позволит ускорить разработку и внедрение высокоэффективных систем управления движением поездов для любых категорий железнодорожных линий, в том числе и малодеятельных. Данные о местоположении поездов, полученные для систем диспетчерской централизации (ДЦ) и интервального регулирования, позволят существенно повысить безопасность движения поездов.

В настоящий момент МПС РФ рассматривает СРНС ГЛОНАСС/ОРБ в качестве средства, обеспечивающего третий уровень безопасности железнодорожного транспорта РФ в многоуровневой системе управления маршрутами и обеспечения безопасности движения поездов. Навигационную аппаратуру потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ ГУП ВНИИАС МПС России интегрирует в системы маневровой локомотивной сигнализации (МАЛС) с цифровым радиоканалом для целей управления движением маневровых локомотивов в рамках государственной программы по повышению безопасности движения.

С учётом изложенного, были сформулированы следующие цели работы:

1. Изучить и описать существующие методы определения координат потребителя посредством СРНС ГЛОНАССЛЖ.

2. Установить области применения существующих методов определения координат потребителя посредством СРНС ГЛОНАСС/вРБ на железнодорожном транспорте.

3. Определить круг решаемых задач аппаратурой потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОР8 на железнодорожном транспорте.

4. Разработать методы осуществления контроля свободности участков пути посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ.

5. Разработать методы создания цифровой модели пути станций и перегонов посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОР8.

6. Разработать методы контроля положения самостоятельных подвижных единиц на станциях и перегонах.

7. Изучить возмущающие факторы, вносящие дополнительные ошибки в определение координат потребителя посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ и произвести их моделирование.

8. Разработать методы разрешения неоднозначностей целых циклов фазовых измерений режима реального времени и пост обработки с учётом специфики железных дорог РФ.

9. Произвести модификацию существующих методов определения координат потребителя по СРНС ГЛОНАССАлРЗ с учётом специфики железных дорог РФ и построения средств ЖАТ.

10. Разработать алгоритмы определения координат потребителя с дециметровой и субсантиметровой точностью относительно опорных навигационно-геодезических приёмников по СРНС ГЛОНАСС/ОРБ для обеспечения координатно-временной информацией различных служб железнодорожного транспорта РФ.

Для достижения поставленных целей, используя методы научного познания, был произведён анализ трудов ведущих отечественных и зарубежных учёных, начиная с 1982 года, в области спутниковых методов космической геодезии, геодезии на железнодорожном транспорте, сигнализации централизации и блокировки (СЦБ); используя библиотечные фонды Российской государственной библиотеки, центральной политехнической библиотеки, государственной публичной научно-технической библиотеки, университетской библиотечной системы федеративной республики Германии. Производилось моделирование рассматриваемых явлений, а также различных математических зависимостей и условий. Для подтверждения разработанных методов и алгоритмов, а также определения правильности выбранного направления исследования были проведены численные и измерительные эксперименты. Измерительные эксперименты производились в жёстких условиях Российских железных дорог.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые разработан новый принцип построения систем контроля свободности участков пути на основе определения длины подвижного состава на пункте контроля полносоставности посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ, что полностью снимает ограничения на использование аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ в устройствах ЖАТ.

Впервые разработаны методы позволяющие производить нахождение целочисленных значений неоднозначностей измерений на фазе несущей за одну эпоху наблюдений, в режиме реального времени, при синхронных наблюдении минимум 4х НИСЗ двумя и более навигационно-геодезическими приёмниками потребителя СРНС ГЛОНАСС/вРЗ за счёт формирования дополнительных математических условий. Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Установлены области применения аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/вРЗ на железнодорожном транспорте.

2. Определён круг решаемых задач посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ на железнодорожном транспорте.

3. Разработано устройство определения длины поезда на пункте контроля полносоставности посредством навигационной аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОР8.

4. Разработаны методы создания цифровой модели пути станций и перегонов посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ.

5. Разработаны методы контроля положения самостоятельных подвижных единиц на станциях и перегонах.

6. Построены модели учёта возмущающих факторов, вносящие дополнительные ошибки в определение координат потребителя посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/GPS.

7. Разработаны методы разрешения неоднозначностей целых циклов фазовых измерений режима реального времени и постобработки с учётом специфики железных дорог РФ.

8. Произведена модификация стандартного алгоритма вычисления координат НИСЗ СРНС GPS [37], участвующих в решении с учётом времени распространения электромагнитного сигнала от НИСЗ до потребителя.

9. Произведена модификация дифференциального метода определения координат потребителя по СРНС ГЛОНАСС/GPS с коррекцией координат в пикетной системе координат с учётом специфики построения МАЛС.

10. Разработаны алгоритмы определения координат потребителя с субсантиметровой точностью относительно опорных навигационно-геодезических приёмников по СРНС ГЛОНАСС/GPS методом относительных фазовых определений.

На защиту выносятся:

1. Разработанный новый принцип построения систем контроля свободности участков пути на основе определения длины подвижного состава посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/GPS на пункте контроля полносоставности.

2. Разработанные методы контроля положения самостоятельных подвижных единиц на станциях и перегонах посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОР8.

3. Разработанные методы создания цифровой модели пути станций и перегонов посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/СР8.

4. Разработанный метод нахождения целочисленных значений неоднозначностей измерений на фазе несущей за одну эпоху синхронных наблюдений за счёт формирования дополнительных математических условий, произведённых двумя и более навигационно-геодезическими приёмниками потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ, в режиме реального времени, при наблюдении минимум 4х НИСЗ.

5. Результаты моделирования измерений на фазе несущей и по коду для первых и вторых разностей, с учётом разработанных линейных и линейно-угловых условий возникающих при различных комбинациях первых и вторых разностей.

6. Методы и результаты исследования возможности применения СРНС ГЛОНАСС/СР8 для целей управления инфраструктурой железнодорожного транспорта.

Апробация работы и научные публикации.

Разработаное устройство определения длины поезда на пункте контроля полносоставности посредством навигационной аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/СР8, разработанные методы контроля положения самостоятельных подвижных единиц на станциях и перегонах посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/GPS, разработанные методы создания цифровой модели пути станций посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/GPS в настоящий момент ВНИИУП МПС России осуществляет внедрение в программный комплекс устройства МАЛС. От имени ВНИИУП МПС России подана заявка на получение патента на изобретение для разработанного устройства определения длины поезда № гос. регистрации 2002119151 [приложение 2].

Результаты работы и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. Контроль свободности участков пути на базе спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/GPS. Турин С. Е, // «Безопасность движения поездов» третья всероссийская науч.-практ. конф. / Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2002.

2. Концепция применения оборудования Спутниковых Радионавигационных Систем (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС/GPS в единой комплексной Многоуровневой Системе (МС) интервального регулирования обеспечения безопасности движения поездов. Турин С. Е. // «Неделя науки - 2002» науч.-практ. конф. / Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2002.

3. Мониторинг железнодорожного полотна с использованием GPS приёмников Trimble 4000 Ssi. Турин С. Е. // «Неделя науки - 99» науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 1999.

4. Применение геоинформационных систем и технологий на железнодорожном транспорте. Гурин С. Е.// семинар / Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 1999.

5. Новая технология развития опорных геодезических сетей (ОГС) при создании пассивных реперных систем контроля профиля и плана железнодорожного полотна посредством спутниковых навигационно-геодезических приёмников. Гурин С. Е.// «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» третья всероссийская науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2000.

6. Новый вид математического решения задачи координатного обеспечения потребителя с миллиметровой точностью при относительных фазовых определениях по СРНС ГЛОНАССЛлРЗ. Гурин С. Е. // «Безопасность движения поездов» третья всероссийская науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2002.

7. Проект дифференциальной подсистемы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/вРЗ для Московской железной дороги. Гурин С. Е., Матвеев С. И. // «Информационные и спутниковые навигационные системы и технологии на железнодорожном транспорте» науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2000. 8. Проект "КВАЗАР" дифференциальной подсистемы спутниковых навигационных систем ГЛОНАССЛлРЗ для Московской железной дороги. Гурин С. Е., Матвеев С. И. // «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» третья всероссийская науч.-практ. конф., Москва МГУПС (МИИТ) 2000.

9. Применение спутниковых радионавигационных систем в устройствах железнодорожной автоматики. Гурин С. Е. // «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследовании сооружений и обеспечении качества работ». Науч.-практ. конф./ Моск. гос. строительный, ун-т. (МГСУ). - М., 2002.

10. Спутниковые технологии мониторинга железных дорог. Гурин С. Е. // «Проблема ввода и управления пространственной информацией» IV Всероссийская учебно-технологическая конф. / ГИС ассоциация - М., 1999.

11. Спутниковые технологии мониторинга железных дорог. Баланцев Н. Б., Гурин С. Е., Легкий В. В., Матвеев С. И, Мельников С. Р., Ниязгулов У. Д.// «Неделя науки - 1999» науч.-практ. конф. / Москва МГУПС (МИИТ) 1999.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Контроль свободности участков пути на базе спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/ОРБ. Гурин С. Е, // «Безопасность движения поездов» третья всероссийская науч.-практ. конф. / Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2002. Труды конф. (стр. V - 79).

2. Новая технология развития опорных геодезических сетей (ОГС) при создании пассивных реперных систем контроля профиля и плана железнодорожного полотна посредством спутниковых навигационно-геодезических приёмников. Гурин С. Е.// «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» третья всероссийская науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2000. Труды конф. (стр. IX-8).

3. Новый вид математического решения задачи координатного обеспечения потребителя с миллиметровой точностью при относительных фазовых определениях по СРНС ГЛОНАСС/GPS. Гурин С. Е. // «Безопасность движения поездов» третья всероссийская науч.-практ. конф./ Моск. гос. ун-т. путей сообщения (МИИТ).- М., 2002. Труды конф. (стр. V-80).

4. Проект "КВАЗАР" дифференциальной подсистемы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS для Московской железной дороги. Гурин С. Е., Матвеев С. И. // «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» третья всероссийская науч.-практ. конф., Москва МГУПС (МИИТ) 2000 г. Труды конф. (стр. IX-4).

5. Контроль свободности участков пути на базе спутниковых радионавигационных систем второго поколения ГЛОНАСС/GPS. Гурин С. Е. // «Ведомственные и корпоративные сети и системы» ВКСС connect. 1/2002, (стр. 46 - 49).

6. Определение неоднозначностей целых циклов при относительных фазовых измерениях по ГЛОНАСС/GPS. Гурин С. Е. // «Геодезия и картография». 5/2002, (стр. 5-12).

7. Отчёт об экспериментальных работах по изучению возможности применения плат спутниковых ГЛОНАСС/GPS приёмников в системе МАЛС. Гурин С. Е., Павлов А. МЛ ВНИИАС МПС России 2002, (стр. 1 -5).

8. Отчёт о применении спутниковых радионавигационных ГЛОНАСС/GPS приёмников на мало деятельных линиях. Гурин С. Е. // ВНИИАС МПС России 2002, (стр. 1 -175).

9. Спутниковые навигационные системы второго поколения. Гурин С. Е., Матвеев С. И. // «Ведомственные и корпоративные сети и системы» ВКСС connect. 3/2000, (стр. 42 - 46).

10. Спутниковые навигационные системы второго поколения. Гурин С. Е., Матвеев С. И. // «Железнодорожный транспорт». 3/2001, (стр. 46 - 49).

11. Спутниковые технологии мониторинга железных дорог. Баланцев Н. Б., Гурин С. Е., Легкий В. В., Матвеев С. И, Мельников С. Р., Ниязгулов У. Д.// «Неделя науки - 1999» науч.-практ. конф. / Москва МГУПС (МИИТ) 1999. Труды конф. (стр. VII-7). http://www.agp.ru/projects/monitor/index.htm.

12. Технические требования на приложения ГИС к системе баз данных по управлению инфраструктурой железной дороги (СБД-И).

Волков В. Ф., Гурин С. Е., Коугия В. А., Матвеев А. С., Матвеев С. И., Рудаков А. О., Соловьёв В. П., Зайцева Н. С. // ВНИИАС МПС России 1999, (стр. 1-84).

Структура и объём диссертации. Объём диссертации составляет 215 страниц. Работа содержит 6 таблиц, 27 рисунков, 10 графиков, 2 фотографии. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы, состоящего из 56 источников.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Гурин, Сергей Евгеньевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации представлена исчерпывающая информация по СРНС ГЛОНАСС/Х}Р8, позволяющая разрабатывать математические методы определения координат потребителей для обеспечения координатно-временной информацией различных служб железной дороги МПС РФ посредством СРНС ГЛОНАСС/ОР8, используя в качестве исходной информации метки времени навигационных сигналов, эфемериды НИСЗ и измеренные псевдодальности.

Установлены области применения аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРЭ на железнодорожном транспорте, в которых целесообразно применение аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОР8 для целей повышения безопасности перевозочного процесса, повышения экономической эффективности эксплуатации железных дорог, повышения производительности труда. Определён круг решаемых задач посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАССАЗРЗ на железнодорожном транспорте.

В процессе работы над диссертацией в ГУП ВНИИУП МПС России отделении диспетчерского управления (ДУ) и диспетчерского контроля (ДК) автором в соавторстве с коллективом отделения ДУ ДК, отделения МАЛС и ПУ АЛС ВНИИАС ЖТ МПС России удалось применить спутниковые методы космической геодезии для создания программных комплексов устройств железнодорожной автоматики, благодаря чему на стыке различных областей знания были разработаны принципиально новые подходы в построении и алгоритмическом обеспечении устройств ЖАТ на основе которых:

• Разработано «Устройство определения длины поезда» на базе навигационной аппаратуры потребителя СРНС Г Л О Н АС С/ОР Б, реализующее принципиально новые подходы осуществления контроля проследования участков пути поездом в полном составе, которое позволяет снять ограничение на использование аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/вРБ в устройствах ДУ ДК ЖАТ. От имени ВНИИУП МПС России подана заявка на получение патента на изобретение для разработанного устройства определения длины поезда №. гос. регистрации 2002119151 [приложение 2].

• Разработаны методы создания цифровой модели пути станций и перегонов посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/вРЗ, которые позволяют произвести существенную экономию требуемого объёма памяти бортовых ЭВМ локомотивов системы МАЛС, по сравнению с ранее предлагаемым вариантом создания баз данных путевого развития, построенных только на информации о длинах перегонов и значений уклонов.

• Разработаны методы контроля положения самостоятельных подвижных единиц на станциях и перегонах посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ, использующие цифровую модель пути для перехода из общеземных систем координат в пикетную систему. Разработанные методы ДК позволят в будущем отказаться от применения маневровых светофоров на станциях (по сути мы получим идеальную картину, когда на каждой стрелке станции будет находиться один «виртуальный» маневровый светофор), что позволит снизить затраты при строительстве и капитальном ремонте железнодорожных станций на 10%, уменьшить на 50 и более % холостой пробег маневровых локомотивов по станции, тем самым существенно увеличивая время работы локомотива без проведения капитального ремонта и снижая расход дизельного топлива.

Разработанные методы успешно интегрируются в систему МАЛС отделением МАЛС и ПУ АЛС ВНИИАС ЖТ МПС России.

В силу того что для построения навигационно-геодезического решения в качестве исходной информации необходимы метки времени навигационных сигналов, эфемериды НИСЗ и измеренные псевдодальности, возникла задача учёта возмущающих факторов, оказывающих негативное влияние на определение координат потребителя посредством аппаратуры потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ. В процессе работы над диссертацией выполнено моделирование измерений по коду и на фазе несущей. В качестве возмущающих факторов рассмотрены: ионосферная рефракция, тропосферная рефракция, эффект многолучёвости, погрешность эфемеридного обеспечение НИСЗ и погрешность частотно-временного обеспечения. Произведён анализ возмущающих факторов, влияющих на точность измерения псевдодальности и их моделирование с целью минимизации их влияния на результаты измерений. Показано, что ошибка в эфемеридном обеспечении НИСЗ при относительном определении координат потребителя действует пропорционально к расстоянию между двумя навигационно-геодезическими приёмниками, линейно интерполируется и накапливается с увеличением расстояния между навигационно-геодезическими приёмниками. Описаны методы исключения влияния ошибок эталонов частоты НИСЗ, ошибки часов приёмника на измерения псевдодальностей по коду и на фазе несущей.

Обоснована проблема определения неоднозначностей целых циклов фазовых измерений для целей определения координат потребителя с субсантиметровой точностью. Представлено подробное описание существующих методов разрешения неоднозначностей целых циклов, сделан их анализ, показаны слабые стороны, которые не позволяют их использовать для целей координатно-временного обеспечения железнодорожного транспорта. Разработаны новые методы и алгоритмы нахождения неоднозначностей целых циклов измерений на фазе несущей в режиме реального времени, при синхронных наблюдениях минимум 4х НИСЗ, выполненных двумя и более навигационно-геодезическими приёмниками потребителя СРНС ГЛОНАСС/ОРБ за одну эпоху. Работоспособность разработанных методов и алгоритмов подтверждена результатами вычислительных экспериментов, основой которых выступали реальные измерения, выполненные в жёстких условия эксплуатации Российских железных дорог.

В работе в полном объёме представлены существующие и разработанные алгоритмы определения координат потребителя абсолютным, дифференциальным и фазовым методами с учётом специфики проведения измерений на железной дороге, используя в качестве исходной информации метки времени навигационных сигналов, эфемериды НИСЗ и измеренные псевдодальности. Все приведённые алгоритмы необходимы для целостного представления картины проведённого исследования учёными и инженерами отрасли СЦБ, разработчиками путеизмерительных и путерихтовочных систем; являются обязательными для понимания принципа функционирования и построения устройств контроля положения поездов на станциях, перегонах, а также проследования участков пути в полном составе, при определении координат путеизмерительной и путерихтовочной техники с субсантиметровой точностью, использующих в качестве датчика положения аппаратуру потребителя СРНС ГЛОНАССЛЗР8.

Работоспособность всех алгоритмов подтверждается проведёнными в жёстких условиях эксплуатации российских железных дорог 18 декабря 2001 года с 9Ь 30ш по 11ь 58ш ИТС измерительными экспериментами на участке ст. Внуково - ст. Аэропорт - ст. Внуково Московско-Киевской дистанции сигнализации и связи.

Для проведения измерительных экспериментов была разработана и представлена методика оценки точности полученных решений по внешней сходимости.

208

На основании проведённого исследования сделаны выводы, подтверждающие возможность и необходимость применения сетевых спутниковых радионавигационных систем второго поколения для целей управления инфраструктурой железнодорожного транспорта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гурин, Сергей Евгеньевич, 2002 год

1. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики, методы расчёта показателей безотказности и безопасности СЖАТ // С-Пб.: МПС РФ, 1994.

2. В полете тройка «Ураганов». Владимиров А. // Новости космонавтики, 1999, №№ 2, 3.

3. Геодезия (Уравнительные вычисления). Михайлович К. // М.: Недра, 1984.

4. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте. Матвеев С. И., Коугия В. А., Цветков В. Я.// М.: УМК МПС России, 2002.

5. ГЛОНАСС «Интерфейсный контрольный документ» редакция четвёртая // М.: Координационный научно-информационный центр ВКС, 1998.

6. Глобальная Спутниковая Радионавигационная Система ГЛОНАСС. под ред. Харисова В.Н., Болдина В.А., Перова А.И., М.: ИПРЖ, 1999.

7. Глобальная Спутниковая Радионавигационная Система ГЛОНАСС. Волков Н.М., Иванов Н.Е., Салищев В.А., Тюбалин В.В. // Успехи современной радиоэлектроники, 1997, № 1.

8. ГЛОНАСС как средство высокоточной передачи координированного всемирного времени ЦТС. Лебедев М. // М.: Координационный научно-информационный центр ВКС, 1996.

9. Инструкция по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава железных дорог // МПС РФ, ЦВ-ВИИИЖТ-494. М.: Транспорт 2000.

10. Ионосфера. Иванов-Холодный Г. С. // БСЭ.: Советская энциклопедия, 1969- 1978.

11. Комбинаторика. Тараканов В. Е. // БСЭ.: Советская энциклопедия, 1969 -1978.

12. Контроль свободности участков пути на базе спутниковых радионавигационых систем второго поколения ГЛОНАСС/ОР8. Турин С.Е. // Ведомственные корпоративные сети и системы (ВКСС-соппес1;), 2002, №1.

13. Лекции по дисциплине космическая навигация. Алексашин Е. П. // М.: МИИГАиК, 1996- 1997.

14. Матричные вычисления, Голуб Дж., Ван Лоун Ч.// М.: Мир, 1999.

15. Навигационная аппаратура потребителей спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и №уз1аг СН-3022, руководство по эксплуатации. // М.: КБ НАВИС, 1999.

16. Наименьших квадратов метод, Болыпев Л. Н. // БСЭ.: Советская энциклопедия, 1969 1978.

17. Обобщенный метод наименьших квадратов. Теория и применение в астрономии. Губанов В.С. // С-Пб.: Наука, 1997.

18. Об использование в Российской Федерации глобальных спутниковых навигационных спутниковых систем на транспорте и геодезии. // Постановление Правительства РФ от 3 августа 1999 г. № 896.

19. Определение неоднозначностей фаз и исправление ошибок потери цикла в фазовых измерениях спутников GPS. Кешин М. О.// С-Пб.: препринт №67, РАН, институт теоретической астрономии, 1997.

20. Отчёт об экспериментальных работах по изучению возможности применения плат спутниковых ГЛОНАСС/GPS приёмников в системе МАЛС. Гурин С. Е., Павлов А. М.// М.: ВНИИАС МПС России, 2002.

21. Отчёт о применении спутниковых радионавигационных ГЛОНАСС/GPS приёмников на малодеятельных линиях, Гурин С. Е. // М.: ВНИИАС МПС России, 2002.

22. Радиотехнические системы, под ред. проф. Казаринова Ю.М. // М.: Высшая школа, 1990.

23. Распространение радиоволн. Виноградова М. Б., Гайлит Т. А. // БСЭ.: Советская энциклопедия, 1969 1978.

24. Системы спутниковой навигации. Соловьёв Ю. А. // М.: Эко-Трендз, 2000.

25. Спутниковые навигационные системы Липкин И. А. // М.: Вузовская книга, 2001.

26. Тропосфера. Хромов С. П. // БСЭ.: Советская энциклопедия, 1969 1978.

27. Численное решение задач метода наименьших квадратов, Лоусон Ч. и Хенсон Р. // М.: Наука, 1986.

28. A new method for GPS ambiguity resolution on-the-fly at short baselines. Kjell Almgren // Doctoral Dissertation, Division of Geodesy, Report № 1047 / Kungl Tekniska Högskolan, Stockholm, Sweden, 1998.

29. Bericht der Expertengruppe GPS-Referenzstationen im Arbeitskreis Grundlagenvermessung // Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der BRD (AdV) 1998.

30. Carrier Phase-based long-range GPS kinematic positioning. Shaowei Han. // Shool of geomatic engineering university of new south wales Sydney NSW 2052 Australia / Unisurv report S-49, 1997.

31. Entwicklung eines hochpräzisen DGPS-DGLONASS Navigationssystems unter besonderer Berücksichtigung von Pseudolites. Wolfgang Werner. // Studiengang Vermessungswesen Universität der Bundeswehr, Heft 64 / Neubiberg, 1999.

32. Equipment and procurement division bid invitation for GPS survey system. / Arkansas state highway and transportation department USA, 2001.

33. GPS satellite surveying. Alfred Leick // John Wiley & sons inc, 1995.

34. Global Positioning System: Theory and Practice. Hofmann-Wellenhof, B. Lichtenegger, H. & Collins, J. // Springer-Verlag Wien, New York, 1994.

35. Handbuch Ingenieurgeodäsie Eisenbahnbau. Müller u.a. // HerbertWichman Verlag, 2000.

36. Keeping Track of RF. Ed Furman, Steve Lampe, Ed Immel // GPS World, №1, 2001.

37. Linear Algebra, Geodesy and GPS. Gilbert Strang and Kai Borre // Wellesley -Cambridge Press, 1997.

38. Long-Range RTK Positioning Using Virtual Reference Stations. U. Vollath, A. Buecherl, H. Landau, C. Pageis, B. Wagner // The institute of navigation USA , Proceedings of ION GPS-2000.

39. Multi Sensor Position Server for Railway Operation. Andreas Rehkopf // 4 th Internationale Conference on "Land Vehicle Navigation - ITS ready for market" / DGON 1998 Hanover (Germany).

40. Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces // ARINC RESEARCH CORPORATION 2250 E. Imperial Highway, Suite 450 El Segundo, CA 90245-3509 / ICD-GPS-200, Revision C, Initial Release 11.10. 1999.

41. Precise Kinematic GPS Positioning with Kaiman Filtring and Smoothing, Theory and Applications. Patric Jansson // Kungl Tekniska Högskola, Stockholm, Sweden, 1998.

42. Reilway Engineering. V.A. Profillidis / AshGate, 2000.

43. Russia in space. Brian Harvey / Springer, 2001.

44. Satellite orbits Models, Methods, and Applications. Oliver Montenbruck and Eberhard Gill // Springer - Verlag Berlin Heidelberg New York, 2000.

45. Transformation Between WGS-84 and PZ-90. Mirsa P. N., Abbot R. I., Gaposchkin E. M. // Proceedings of the 9th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation ION GPS-96 / Kansas City, Missouri, 1996.

46. Transformation Parameters Between WGS-84 and PZ-90. Rossbach U., Habrich H., Zarraoa N. // Proceedings of the 9 International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, ION GPS-96 / Kansas City, Missouri, 1996.

47. Using Global Positioning System Carrier Phase Measurements in a Nondifference Mode. Clyde C. Goad / NOAA Rockville, Maryland, 1985.