Как авиационные навигационные системы GPS сообщают о точности GPS?

Требуемая точность GPS зависит главным образом от приложения. Требования к маршруту более мягкие, чем требования к точности для неточных заходов на посадку.

Точность GPS является результатом неточности сигнала в сочетании с фактором, основанным на геометрии спутников. Таким образом, внутри приемника ошибка положения оценивается путем рассмотрения

1. Геометрия спутников, способствующая определению местоположения
2. Расчетная эквивалентная пользователю ошибка измерения дальности (UERE), вызванная различными помехами

Из геометрии спутников рассчитывается (геометрическое) снижение точности ( DOP ). Это число, которое показывает, как геометрия спутников, используемых для расчета положения, влияет на точность решения положения. В идеальной ситуации,$DOP=1$, любое значение меньше$4$считается хорошим.

DOP можно разделить на три составляющие: горизонтальную (HDOP), вертикальную (VDOP) и временную (TDOP). Для точности горизонтального положения используется HDOP.

Вторым фактором оценки точности является ошибка ранжирования, эквивалентная пользователю (UERE). На приведенном выше рисунке это ширина полос диапазона. UERE состоит из различных факторов:

1. Эфемеридные данные - Ошибки в передаваемом местоположении спутника
2. Спутниковые часы - Ошибки в передаваемых часах.
3. Ионосфера - Ошибки в измерениях псевдодальности, вызванные ионосферными эффектами.
4. Тропосфера - Ошибки в измерениях псевдодальности, вызванные тропосферными эффектами.
5. Многолучевое распространение — ошибки, вызванные попаданием отраженных сигналов в антенну приемника.
6. Приемник - Ошибки в измерении дальности приемником, вызванные различными внутренними факторами.

Влияние ошибки данных эфемерид составляет порядка 2 метров (стандартное отклонение).

Раньше точность спутниковых часов намеренно снижалась в рамках программы Selective Availability. SA был отключен в мае 2000 года, что значительно повысило точность GPS. Приемники, разработанные до этой даты, не знают об этом изменении и оценивают точность хуже, чем они достигают на самом деле. . Остаточная погрешность часов после выключения SA эквивалентна примерно 2,5 метрам (стандартное отклонение).

Сигнал GPS включает в себя параметры ионосферной модели, которые можно использовать для корректировки ионосферных эффектов. Остаточная ошибка, вызванная задержкой сигнала в ионосфере, составляет порядка 5 метров (стандартное отклонение). Это самый значительный вклад в UERE.

Тропосферные эффекты значительно меньше ионосферных. Эффект составляет около 0,5 м (стандартное отклонение).

Эффекты многолучевости (вызванные отражением сигналов) очень сильно зависят от окружающей среды. В городе эффекты хуже, чем в воздухе. Для бортовых приложений многолучевость может быть вызвана отражением сигнала от крыльев. Эффект очень ограничен. На поверхности аэропорта могут быть значительные эффекты, особенно вблизи зданий.

Ошибки приемника, вызванные нестабильными генераторами (тепловой шум), ошибками квантования и округления, программными ошибками и т. д. Этот вклад можно уменьшить за счет улучшения конструкции антенны и приемника; что все идет по себестоимости. Оценим вклады в UERE примерно в 3 метра.

UERE представляет собой среднеквадратичное значение всех этих вкладов.

$$UERE=\sqrt{2^2+2.5^2+5^2+0.5^2+1^2+3^2}\approx6.75meters$$

Затем точность 95% оценивается по формуле$2\times{UERE}\times{HDOP}$. Для HDOP$2$, положение оценивается в пределах 27 метров в 95% случаев. Типичная точность лучше, потому что коэффициенты UERE оцениваются довольно консервативно.

Дополнительные системы, такие как WAAS и GBAS, могут повысить точность GPS, посылая корректирующие сигналы. GNS 430 (без буквы «W») не использует эти сигналы.

Если ДОП выше$4$, GNS 430 отобразит сообщение «Пониженная точность». Вы можете найти DOP на странице статуса спутника. На этой странице также отображается расчетная ошибка положения.

Обратите внимание, что все расчеты для оценки ошибки положения предполагают, что GPS работает должным образом, т. е. в исправном состоянии. Неисправности могут возникать в спутниках, в передаче данных на приемник и в самом приемнике. Обнаружение неисправностей является частью функции RAIM.