gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0090gyroscopy-75Research ArticleСтатьиО снижении влияния многолучевости распространения спутникового сигнала на погрешности СНС-гирокомпаса при использовании фазовых измеренийMultipath Mitigation Technique for GNSS Gyrocompass Using Phase MeasurementsЕмельянцевГ. И.Emel’antsevG. I.

Емельянцев Геннадий Иванович. Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО. Действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением»

С.-Петербург

St. Petersburg

БлажновБ. А.BlazhnovB. A.

Блажнов Борис Александрович. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

https://orcid.org/0000-0003-3640-3760СтепановО. А.StepanovO. A.

Степанов Олег Андреевич. Член-корреспондент РАН, доктор технических наук, начальник научно-образовательного центра, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО. Вице-президент международной общественной организации «Академия навигации и управления движением»

СтепановА. П.StepanovA. P.

Степанов Алексей Петрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО

https://orcid.org/0000-0003-2591-5816ДраницынаЕ. В.DranitsynaE. V.

Драницына Елена Викторовна. Кандидат технических наук, начальник группы, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМОРоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC; ITMO UniversityRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSCRussian Federation2022190520253024357Copyright © Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов О.А., Степанов А.П., Драницына Е.В., 20252025Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов О.А., Степанов А.П., Драницына Е.В.Emel’antsev G.I., Blazhnov B.A., Stepanov O.A., Stepanov A.P., Dranitsyna E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/75

Рассматривается способ снижения влияния многолучевого распространения спутникового сигнала на погрешность определения параметров ориентации, главным образом истинного курса, в рамках создаваемой интегрированной инерциально-спутниковой системы с одноосным вращением антенного блока и измерительного модуля – СНС-гирокомпаса морского применения. Приводятся результаты испытаний макетного образца СНС-гирокомпаса при искусственном создании искажений с помощью отражателя сигналов навигационных спутников.

The paper focuses on the methods to reduce the satellite signal multipath effect on the accuracy of attitude parameters, in particular, the true heading, generated by the designed marine GNSS gyrocompass – INS/GNSS system with the single-axis rotation of the antenna and IMU units. Test results for the compass prototype model have been provided, with the artificial distortions created by the GNSS signal reflector.

интегрированная инерциально-спутниковая системафазовые измерениямноголучевость распространения спутникового сигналамодуляционное вращениеintegrated INS/GNSSphase measurementsmultipathmodulation rotationReferencesParkinson, B.W., Spilker, J.J., Axelrad, P., Global Positioning System: Theory and Applications, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996, vol. Ι, ΙΙ.Parkinson, B.W., Spilker, J.J., Axelrad, P., Global Positioning System: Theory and Applications, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996, vol. Ι, ΙΙ.Степанов О.А., Кошаев Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация. 1999. № 2 (25). С. 30–55.Степанов О.А., Кошаев Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация. 1999. № 2 (25). С. 30–55.Farrell, J.A., Givargis, T., Differential GPS Reference Station Algorithm, Design and Analysis, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2000, vol. 8, no. 3.Farrell, J.A., Givargis, T., Differential GPS Reference Station Algorithm, Design and Analysis, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2000, vol. 8, no. 3.Wagner, J.F., Kasties, G., Improvingthe GPS/INS Integrated System Performance by Increasing the Distance Between GPS Antennas and Inertial Sensors, ION NTM, 2002, San Diego, CA.Wagner, J.F., Kasties, G., Improvingthe GPS/INS Integrated System Performance by Increasing the Distance Between GPS Antennas and Inertial Sensors, ION NTM, 2002, San Diego, CA.Li, Y., Zhang, K., Grenfell, R., Improoved Knight Method Based on Narrowed Search Space for Instaneous GPS Attitude Determination, NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, 2005, vol. 52, no. 2, pp. 111–119.Li, Y., Zhang, K., Grenfell, R., Improoved Knight Method Based on Narrowed Search Space for Instaneous GPS Attitude Determination, NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, 2005, vol. 52, no. 2, pp. 111–119.Hirokawa, R., Ebinuma, T., A Low-Cost Tightly Coupled GPS/INS for Small UAVs Augmented with Multiple GPS Antennas, NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, 2009, vol. 56, no. 1, pp. 35–44.Hirokawa, R., Ebinuma, T., A Low-Cost Tightly Coupled GPS/INS for Small UAVs Augmented with Multiple GPS Antennas, NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, 2009, vol. 56, no. 1, pp. 35–44.Grewal, M.S., Andrews, A.P., Bartone, C.G., Global navigation satellite systems, inertial navigation, and integration, Third edition, Wiley, 2013.Grewal, M.S., Andrews, A.P., Bartone, C.G., Global navigation satellite systems, inertial navigation, and integration, Third edition, Wiley, 2013.Emel’yantsev, G.I., Stepanov, A.P., Dranitsyna, E.V., Blazhnov, B.A., Radchenko, D.A., Vinokurov, I.Yu., Eliseev, D.P., Petrov, P.Yu., Dual-mode GNSS gyrocompass using primary satellite measurements, 25th Anniversary Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2018. pp. 39–41.Emel’yantsev, G.I., Stepanov, A.P., Dranitsyna, E.V., Blazhnov, B.A., Radchenko, D.A., Vinokurov, I.Yu., Eliseev, D.P., Petrov, P.Yu., Dual-mode GNSS gyrocompass using primary satellite measurements, 25th Anniversary Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2018. pp. 39–41.Tijing Cai, Qimeng Xu, Emelyantsev G I, Stepanov A P, Daijin Zhou,Shuaipeng Gao, Yang Liu, Junxiang Huang,.A Multimode GNSS/MIMU Integrated Orientation and Navigation System, 26th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2019.Tijing Cai, Qimeng Xu, Emelyantsev G I, Stepanov A P, Daijin Zhou,Shuaipeng Gao, Yang Liu, Junxiang Huang,.A Multimode GNSS/MIMU Integrated Orientation and Navigation System, 26th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2019.Михайлов С. Влияние многолучевости распространения радиоволн от навигационного космического аппарата на точность определения координат GPS-приемником // Беспроводные технологии. 2006. № 2. С. 60–71.Михайлов С. Влияние многолучевости распространения радиоволн от навигационного космического аппарата на точность определения координат GPS-приемником // Беспроводные технологии. 2006. № 2. С. 60–71.Xu, G., GPS Theory, Algorithms and Applications, 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin–Heidelberg, Germany, 2007, pp. 48–62.Xu, G., GPS Theory, Algorithms and Applications, 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin–Heidelberg, Germany, 2007, pp. 48–62.Trajkovski, K.K.,Sterle, O.,Stopar, B., Sturdy Positioning with High Sensitivity GPS Sensors Under Adverse Conditions, Sensors, 2010, 10, 8332–8347, https://doi.org/10.3390/s100908332.Trajkovski, K.K.,Sterle, O.,Stopar, B., Sturdy Positioning with High Sensitivity GPS Sensors Under Adverse Conditions, Sensors, 2010, 10, 8332–8347, https://doi.org/10.3390/s100908332.Ray, J.K., Cannon, M.E., Fenton, P., Code Range and Carrier Phase Multipath Mitigation Using SNR, Range and Phase Measurements in a Multi-Antenna System, Proceedings of ION GPS, Nashville, 1999.Ray, J.K., Cannon, M.E., Fenton, P., Code Range and Carrier Phase Multipath Mitigation Using SNR, Range and Phase Measurements in a Multi-Antenna System, Proceedings of ION GPS, Nashville, 1999.Tranquilla, J.M., Carr, J.P., Al-Rizzo, H.M., Analysis of a choke ring ground plane for multipath control in Global Positioning System (GPS), Proceedings of ION GPS, Nashville, 1999.Tranquilla, J.M., Carr, J.P., Al-Rizzo, H.M., Analysis of a choke ring ground plane for multipath control in Global Positioning System (GPS), Proceedings of ION GPS, Nashville, 1999.Van Dierendonck, A.J., Fenton, P., Ford, T., Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver, Navigation, 1992, 39, no. 3.Van Dierendonck, A.J., Fenton, P., Ford, T., Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver, Navigation, 1992, 39, no. 3.Irsigler, M., Eissfeller, B., Comparison of Multipath Mitigation Techniques with Consideration of Future Signal Structures, Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, 2003.Irsigler, M., Eissfeller, B., Comparison of Multipath Mitigation Techniques with Consideration of Future Signal Structures, Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, 2003.Mcgraw, G.A. Braasch, M.S., GNSS Multipath Mitigation Using Gated and High Resolution Correlator Concept, Proceedings of the National Technical Meeting of the Satellite Division of the Institude of Navigation, 1999.Mcgraw, G.A. Braasch, M.S., GNSS Multipath Mitigation Using Gated and High Resolution Correlator Concept, Proceedings of the National Technical Meeting of the Satellite Division of the Institude of Navigation, 1999.Townsend, S. Fenton, P., A Practical Approach to the Reduction of Pseudorange Multipath Errors in a L1 GPS Receiver, Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, 1994.Townsend, S. Fenton, P., A Practical Approach to the Reduction of Pseudorange Multipath Errors in a L1 GPS Receiver, Proceedings of International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, 1994.Михайлов Н.В., Никандров А.В., Михайлов В.Ф. Применение кластерного анализа для компенсации влияния отраженного сигнала в приемниках СРНС // Гироскопия и навигация. 2011. № 3 (74). С. 58–66.Михайлов Н.В., Никандров А.В., Михайлов В.Ф. Применение кластерного анализа для компенсации влияния отраженного сигнала в приемниках СРНС // Гироскопия и навигация. 2011. № 3 (74). С. 58–66.Suzuki, T., Amano, Y., NLOS Multipath Classification of GNSS Signal Correlation Output Using Machine Learning, Sensors, 2021, 21, 2503, https://doi.org/10.3390/s21072503.Suzuki, T., Amano, Y., NLOS Multipath Classification of GNSS Signal Correlation Output Using Machine Learning, Sensors, 2021, 21, 2503, https://doi.org/10.3390/s21072503.Yedukondalu, K., Sarma, A.D., and Srinivas, V.S., Estimation and Mitigation of GPS Multipath Interference Using Adaptive Filtering, Progress in Electromagnetics Research M, 2011, vol. 21, 133–148.Yedukondalu, K., Sarma, A.D., and Srinivas, V.S., Estimation and Mitigation of GPS Multipath Interference Using Adaptive Filtering, Progress in Electromagnetics Research M, 2011, vol. 21, 133–148.Дубинко Т.Ю., Селиверстов А.С. Программный способ повышения точности определения углов пространственной ориентации судна по спутниковым навигационным системам // Навигация и гидрография. 2016. №46. C. 14–19.Дубинко Т.Ю., Селиверстов А.С. Программный способ повышения точности определения углов пространственной ориентации судна по спутниковым навигационным системам // Навигация и гидрография. 2016. №46. C. 14–19.Давыденко А.С. Метод эталонных разностей фаз в определении пространственной ориентации высокодинамичных объектов. Автореферат дисс. … к.т.н. СПб.: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», 2017.Давыденко А.С. Метод эталонных разностей фаз в определении пространственной ориентации высокодинамичных объектов. Автореферат дисс. … к.т.н. СПб.: ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», 2017.Li, T., Zhang, H., Gao, Z., Niu, X., El-Sheimy, N., Tight Fusion of a Monocular Camera, MEMS-IMU, and Single-Frequency Multi-GNSS RTK for Precise Navigation in GNSS-Challenged Environments, Remote Sens., 2019, 11, 610, doi:10.3390/rs11060610.Li, T., Zhang, H., Gao, Z., Niu, X., El-Sheimy, N., Tight Fusion of a Monocular Camera, MEMS-IMU, and Single-Frequency Multi-GNSS RTK for Precise Navigation in GNSS-Challenged Environments, Remote Sens., 2019, 11, 610, doi:10.3390/rs11060610.Ali, K., Chen, X., Dovis, F., De Castro D., Fernández, A.J., Multipath Estimation in Urban Environments from Joint GNSS Receivers and LiDAR Sensors, Sensors, 2012, 12, 14592–14603, https://doi.org/10.3390/s121114592.Ali, K., Chen, X., Dovis, F., De Castro D., Fernández, A.J., Multipath Estimation in Urban Environments from Joint GNSS Receivers and LiDAR Sensors, Sensors, 2012, 12, 14592–14603, https://doi.org/10.3390/s121114592.Perov, A., Shatilov, A., Deeply Integrated GNSS/Gyro Attitude Determination System, Sensors, 2020, 20, 2203, https://doi.org/10.3390/s20082203.Perov, A., Shatilov, A., Deeply Integrated GNSS/Gyro Attitude Determination System, Sensors, 2020, 20, 2203, https://doi.org/10.3390/s20082203.https://www.furuno.com/en/products/compasshttps://www.furuno.com/en/products/compasshttps://www.hemispheregnss.com/products/smart-antennas/https://www.hemispheregnss.com/products/smart-antennas/Chiang, K.-W., Duong, T.T., Liao, J.-K., The Performance Analysis of a Real-Time Integrated INS/ GPS Vehicle Navigation System with Abnormal GPS Measurement Elimination, Sensors, 2013, 13, 10599–10622, https://doi.org/10.3390/s130810599.Chiang, K.-W., Duong, T.T., Liao, J.-K., The Performance Analysis of a Real-Time Integrated INS/ GPS Vehicle Navigation System with Abnormal GPS Measurement Elimination, Sensors, 2013, 13, 10599–10622, https://doi.org/10.3390/s130810599.Hinüber, E.L.V., Reimer, C., Schneider, T., Stock, M., INS/GNSS Integration for Aerobatic Flight Applications and Aircraft Motion Surveying, Sensors, 2017, 17, 941.https://doi.org/10.3390/s17050941Hinüber, E.L.V., Reimer, C., Schneider, T., Stock, M., INS/GNSS Integration for Aerobatic Flight Applications and Aircraft Motion Surveying, Sensors, 2017, 17, 941.https://doi.org/10.3390/s17050941Emel’yantsev, G., Stepanov, O., Stepanov, A., Blazhnov, B., Dranitsyna, E., Evstifeev, M., Eliseev, D., and Volynskiy, D., Integrated GNSS/IMU-Gyrocompass with Rotating IMU. Development and Test Results, Remote Sens., 2020, 12 (22), 3736.Emel’yantsev, G., Stepanov, O., Stepanov, A., Blazhnov, B., Dranitsyna, E., Evstifeev, M., Eliseev, D., and Volynskiy, D., Integrated GNSS/IMU-Gyrocompass with Rotating IMU. Development and Test Results, Remote Sens., 2020, 12 (22), 3736.https://www.fizoptika.ru/catalog.https://www.fizoptika.ru/catalog.Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации / под общей ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. СПб: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИ «Электроприбор», 2016. 394 с.Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации / под общей ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. СПб: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИ «Электроприбор», 2016. 394 с.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: в 2 т. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. Т. 1. 334 с.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: в 2 т. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. Т. 1. 334 с.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: в 2 т. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. Т. 2. 360 с.Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: в 2 т. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. Т. 2. 360 с.http://optolink.ru/documents/Publications/Our/ИНС2013-Оптолинк-ВОГ.pdfhttp://optolink.ru/documents/Publications/Our/ИНС2013-Оптолинк-ВОГ.pdfMedina, D., Li, H., Vilà-Valls, J., Closas, P. Robust Filtering Techniques for RTK Positioning in Harsh Propagation Environments, Sensors, 2021, 21, 1250, https://doi.org/10.3390/s21041250.Medina, D., Li, H., Vilà-Valls, J., Closas, P. Robust Filtering Techniques for RTK Positioning in Harsh Propagation Environments, Sensors, 2021, 21, 1250, https://doi.org/10.3390/s21041250.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.