Использование массового числа приёмников для обеспечения целостности навигационного сигнала
При поддержке Европейского космического агентства (ESA) британская компания GMV NSL Ltd. завершила проект RIGOUR (Real-time integrity for GNSS using opportunistic receivers – «Обеспечение целостности ГНСС в реальном времени с использованием оппортунистических приёмников»), продемонстрировав, как большие объёмы измерений с обычных ГНСС-устройств могут поддерживать будущие концепции мониторинга целостности.
Традиционные архитектуры обеспечения целостности ГНСС (глобальные навигационные спутниковые системы) в основном полагаются на сети выделенных опорных станций для мониторинга работы спутников и обнаружения аномалий. В проекте использовались выборочные измерения, собранные с большого количества ГНСС-приёмников, входящих в состав стандартных смартфонов или автомобильных навигационных систем.
Хотя массовые приёмники дают более зашумлённые измерения, чем профессиональные эталонные станции, агрегирование очень больших наборов данных может компенсировать снижение качества измерений. Статистически достоверную информацию о поведении спутников и условиях сигнала можно получить, используя данные наблюдений от тысяч пользователей в режиме реального времени.
Проектная группа разработала специализированную платформу моделирования и процессор обработки целостности, способный объединять измерения от большого количества распределённых пользователей. Демонстрационный образец имитировал работу 10 000 приёмников в сельской местности, городах и густонаселенных районах, представляя как устройства массового рынка, так и высокотехнологичные устройства с различными частотами дискретизации и конфигурациями сигналов.
Компания провела оценку двух взаимодополняющих сервисов обеспечения целостности ГНСС. Первый, сервис обеспечения целостности спутника (глобального уровня), объединяет измерения от географически распределённых пользовательских приёмников для обнаружения неисправностей спутника и генерации параметров защиты, предоставляя такие индикаторы, как значения дифференциальной ошибки дальности пользователя (UDRE), используемые для расчёта уровней защиты позиционирования.
Вторая концепция, локальная целостность, использует плотные скопления пользователей ГНСС в таких местах, как городские улицы, для выявления факторов окружающей среды, включая многолучевое распространение, блокировку и помехи. Анализируя ошибки, измеренные многими находящимися поблизости пользователями, система может обнаруживать локальные проблемы с сигналом и корректировать запас безопасности для этой области, не влияя на пользователей в других местах.
Масштабные симуляции в номинальных и ухудшенных условиях показали, что процессор способен обнаруживать аномалии спутников средней и большой величины и улучшать наблюдаемость за счёт широко распределённых пользовательских измерений. Обнаруживаемость определённых неисправностей зависела от наличия измерений с низкой дисперсией, что позволяет предположить, что измерения из сельской местности могут значительно повысить эффективность мониторинга. Между тем, концепция локальной целостности продемонстрировала преимущества в условиях плотной застройки, хотя для решения серьёзных городских проблем, таких как сигналы вне прямой видимости, могут потребоваться дополнительные подходы к моделированию и объединению данных с датчиков.
Проект демонстрирует, что по мере роста числа подключённых навигационных устройств подходы, основанные на обработке больших данных, могут дополнить существующую инфраструктуру и поддержать новые сервисы обеспечения целостности данных для приложений, начиная от транспортных и заканчивая автономными системами.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал
По материалам открытых источников