авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 1 ] --

УДК 528.2 На правах рукописи

Антонович Константин Михайлович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ

СИСТЕМ В ГЕОДЕЗИИ

25.00.32 – «Геодезия»

Автореферат монографии на соискание учёной степени

доктора технических наук

Новосибирск – 2007

Работа выполнена в Сибирской государственной геодезической академии

Научный консультант – доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий кафедрой астрономии и гравиметрии Сибирской государственной геодезической академии Каленицкий Анатолий Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, заведующий геодезическим отделом Центрального научно-исследовательского института геодезии, аэрофотосъемки и картографии Глеб Викторович Демьянов;

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной геодезии Ростовского государственного строительного университета Пимшин Юрий Иванович;

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геодезии Сибирского государственного архитектурно-строительного университета Асташенков Геннадий Григорьевич.

Ведущая организация – Сибирский научно-исследовательский институт

геологии, геофизики и минерального сырья

(СНИИГГиМС).

Защита состоится 5 ноября 2007 г. в ____ час. на заседании диссертационного совета Д 212.251.02 при Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, ул. Плахотного, 10, СГГА, ауд. 403.

С монографией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Середович В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы исследования. Применение методов определения местоположения по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС (ГНСС) для геодезических целей началось в России в начале 90-х годов прошлого века. Выявились их существенные преимущества по сравнению с традиционными геодезическими методами. К ним относятся широкий диапазон точностей (от десятков метров до миллиметров на расстояниях в тысячи километров), независимость от погоды, времени суток и года, от взаимной видимости между пунктами, высокая автоматизация и, как следствие, оперативность, возможность работы непрерывно и в движении. Эти качества обусловили высокую производительность и экономичность ГНСС. Главным преимуществом явилась возможность позиционирования в трехмерном пространстве.

Вместе с тем применение спутниковых методов на практике выявило ряд недостатков: зависимость от препятствий, уязвимость от радиопомех, дорогое оборудование, но особенно необходимость в кардинальной корректировке теории и практики проведения геодезических работ с учётом нового подхода к координатным преобразованиям результатов спутниковых наблюдений.

В связи с этим для повышения эффективности геодезического применения спутниковых радио навигационных систем (СРНС) требовалось решение следующих задач:

- подготовка кадров геодезистов высокой квалификации, способных обеспечить высокое качество выполнения работ по спутниковому позиционированию объектов местности, пунктов геодезических сетей различного назначения;

- разработка и выпуск аппаратуры и программного обеспечения;

- усовершенствование (модернизация) космических аппаратов, системы слежения и обработки траекторных измерений (наземный сегмент СРНС).

Выполнение этих задач было невозможно без решения проблем методологического и технологического обеспечения спутникового метода. Для России это было особенно важно, поскольку подавляющая часть аппаратуры и программного обеспечения до последнего времени поступала к нам из-за рубежа. Техническая документация к ним обычно ограничивалась описанием возможных опций без приведения какой-либо теории. Реализация указанных проблем была необходима для успешного выполнения геодезической части Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система», принятой Решением Совета Безопасности Российской Федерации от 6 февраля 2001 г. № Пр-1 и распоряжением Правительства Российской Федерации от 1 марта 2001 г. № 282-р.

В России исследования, связанные с методологическим и технологическим обеспечением спутниковых методов определения местоположения, в сущности, были ограничены навигационными методами (определение координат по кодовым измерениям), обеспечивающими метровый уровень точности. Миллиметровый уровень точности обеспечивают измерения по фазе несущей волны. Первые такие измерения были проведены в 1982 г. в США. Они дали мощный толчок разработке теории и практики методов спутникового позиционирования. Пик этих исследований пришелся на 90-е годы. В России эти годы характеризовались крайне неустойчивой экономикой, что привело к значительному отставанию в этой области, хотя страна уже располагала собственной радионавигационной системой ГЛОНАСС.

Подготовка и издание книг в России по спутниковым технологиям в геодезии ограничилось единственной работой Генике А.А. и Побединского Г.Г. «Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии». Некоторые сведения можно найти в монографии В.В. Глушкова, К.К. Насретдинова и А.А. Шаравина «Космическая геодезия: методы и перспективы развития», в книге «ГЛОНАСС», подготовленной коллективом авторов Российского института радио и времени (РИРВ), в книгах Соловьева Ю.А., Карпика А.П., в дополнении Кауфмана М.Б. к русскому переводу книги К. Одуана и Б. Гино «Измерение времени», а также в учебных пособиях Серапинаса Б.Б., Синякина А.К., Шанурова Г.А. и Мельникова Р.С. Однако эти публикации не давали целостного представления о спутниковых методах геодезии.

За рубежом только на английском языке издано более десятка книг по применению в геодезии СРНС (первая книга – в 1987 г.). Они характеризуются различной глубиной представления материала и рассчитаны на читателей различного уровня подготовки (от техника-геодезиста до исследователя). В зарубежной литературе практически не освещаются достижения российских исследователей, тем более отсутствует описание особенностей применения спутникового метода в России. В России зарубежная литература не издавалась. Роль научных и коммерческих журналов (таких как GPS Solutions, GPS World, Journal of GPS, Journal of Geodesy) в распространении специальной информации была весьма ограничена, поскольку они мало доступны широкому читателю. То же самое можно сказать об Интернет сайтах по спутниковым технологиям.

Таким образом, для повышения эффективности спутникового метода координирования в России требовалось обобщить мировой опыт его разработки и применения в методологическом и технологическом аспектах и выработать рекомендации с целью достижения требуемой точности при рациональных затратах при производстве геодезических работ. Эта проблема в значительной степени решена в представляемой к защите монографии.


Степень разработанности проблемы можно характеризовать разрозненностью и отсутствием полноты исследований, что не отвечало требованиям системного подхода и не имело общих методологических и технологических принципов. Многие из исследований были выполнены на основе начального состояния СРНС, то есть без учета динамики их развития, или несколько односторонне, либо без учета теории, либо без учета технологии. В представленной монографии эта научная проблема решена в России впервые. На основе анализа измерительных возможностей ГНСС выполнена систематизация методологических и технологических решений для повышения качества координатных определений.

Целью исследований явилось методологическое и технологическое обоснование спутниковых методов определения местоположения и их качества.

Для достижения поставленной цели в монографии решены следующие основные задачи:

1. На основе выполненного аналитического обзора и анализа зарубежной и отечественной информации о научно-исследовательских работах и разработках по применению ГНСС, сделаны заключения и даны рекомендации по использованию спутниковых систем в зависимости:

- от измерительных возможностей спутниковых радионавигационных систем и спутниковой аппаратуры;

- от возможного применения существующих систем отсчёта, методов преобразований координат, а также параметров связи систем отсчёта с целью обеспечения требуемой точности спутниковых определений;

- от возможностей моделей геодинамических явлений (движение тектонических плит, движение геоцентра, приливные деформации и т.п.) и моделей геофизических сред и явлений (тропосферная и ионосферная рефракция, многопутность, набег фазы) по удовлетворению самых высоких требований к точности, предъявляемой спутниковыми методами геодезии;

- от необходимой и достижимой точности построения траекторий полёта спутников ГНСС;

2. Сформулированы основные принципы:

- координатных определений по спутниковым измерениям в зависимости от требуемой точности, надежности и экономичности;

- методов борьбы со случайными и систематическими погрешностями ГНСС наблюдений, применяемых при координатных определениях;

- проектирования, наблюдений, обработки и контроля наблюдений спутниковых геодезических сетей в соответствии с предъявленными требованиями;

- обработки фазовых наблюдений для системы ГЛОНАСС и для обработки объединенных ГЛОНАСС/GPS наблюдений;

3. Проведена классификации методов восстановления потерь счета циклов непрерывной фазы, методов разрешения неоднозначности фазовых измерений, методов учета тропосферной рефракции.

4. Обоснована оптимальная методика уравнивания спутниковой геодезической сети с описанием основных функциональных и стохастических моделей наблюдений, а также тестирования результатов уравнивания;

5. Сформулированы перспективные направления дальнейшего совершенствования методов применения ГНСС в геодезии.

Достоверность результатов исследований и разработок подтверждена экспериментально.


Объектом исследований являются геодезические сети (вплоть до отдельных пунктов), создаваемые по ГНСС наблюдениям.


Предметом исследования является качество построенных геодезических сетей с учетом их точности, надежности, экономичности.

Теоретическая и методологическая база исследования представлена методологией системного подхода, формально-логическим и экспертным методами. Для обоснования решений и выработки рекомендаций использовались выполненные наблюдения и автоматизированные методы компьютерного моделирования.


Научная новизна исследований заключается в следующем:

- в работе выполнена систематизация методов ГНСС измерений, способов учета различных видов ошибок, методов выявления и восстановления потерь счета циклов, разрешения неоднозначностей, определения тропосферной и ионосферной задержки;

- выработаны рекомендации по геодезическому использованию системы ГЛОНАСС и по совместному использованию ГЛОНАСС с другими системами;

- разработаны технологии построения локальных геодезических сетей с требуемым уровнем их качества применительно к условиям России;

- определены перспективные направления развития спутникового метода геодезии.


Теоретическая значимость работы заключается в методологическом и технологическом обеспечении спутниковых методов построения геодезических сетей как нового средства выполнения геодезических работ.


Научные положения, выносимые на защиту:

1. Классификация спутниковых наблюдений и рекомендации по их применению в зависимости от требуемого качества координатных определений;

2. Методологический подход к построению спутниковых геодезических сетей, который на основе аналитического обзора мирового опыта по применению спутникового метода координирования учитывает следующие положения:

- территориальную иерархию России и специфику применения спутниковых средств и методов измерений ими в конкретных условиях;

- характеристики используемых средств наблюдений и средств обработки наблюдений;

- разработанные технологические схемы;

- степень подготовки кадров.

3. Принципы проектирования, выполнения, обработки и рационально-оптимального уравнивания результатов спутниковых координатных определений, в том числе фазовых для ГЛОНАСС и ГЛОНАСС/GPS с контролем их качества в многопараметрическом представлении, обеспечивающем в режиме, близком к оптимальному, получение необходимой точности пространственных координатных определений местоположений;

4. Математическо-технологические решения, выводы и рекомендации, подтвержденные экспериментальными, опытно-производственными и производственными измерениями по определению местоположения пунктов наблюдений.

Практическая значимость работы. Выполненные исследования и разработки по систематизации методов координатных определений с применением ГНСС технологий позволяют создавать новые программные продукты, разрабатывать новые технологические решения, критически подходить к выбору методики построения конкретной геодезической сети. Монография может быть использована также и в качестве учебного пособия для студентов старших курсов и аспирантов для повышения уровня подготовки новых специалистов и квалификации работников в области спутниковых технологий, что важно для выполнения Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система».

Реализация основных результатов исследований осуществлялась при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР по заказам Министерства образования РФ, Новосибирским областным земельным комитетом, Красноярским трестом изысканий (КрасТИСИЗ), Омским проектным институтом реконструкции сооружений (ПИРС). В частности, были выполнены геодезические работы по определению границ фермерских хозяйств в Тогучинском и Каргатском районах Новосибирской области, проведены гидрографические съемки на реке Обь в районе Нижне-Вартовска, создана специальная геодезическая сеть для поддержания условной системы координат на Салымском нефте-газовом месторождении в Тюменской области, создавались опорные сети для инвентаризации автомобильных и железных дорог в Новосибирской области, создана и постоянно совершенствовалась геодезическая сеть Эталонного геодезического полигона ПГЭ-СГГА в окрестностях Новосибирска. Кроме того, результаты исследований реализованы в учебном процессе в СГГА.

Апробация работы. Основные положения монографии и результаты исследований докладывались на следующих конференциях и конгрессах: XLIII научно техническая конференция СГГА, 18-25 апреля 1994 г.; Международная научно-техническая конференция "Сферы применения GPS- технологий", Новосибирск, СГГА, 21-23 ноября 1995 г.; XLVI научно-техническая конференция преподавателей СГГА, посвященная 30-летию оптического факультета 15-18 апреля 1996 г.; XLIV научно-технической конференции преподавателей СГГА. Новосибирск, 1996 г.; Международная научно-техническая конференция «Спутниковые системы связи и навигации» 30 сент.-3 окт.1997, г. Красноярск; Третий Сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-98); XLIX международная научно-техническая конференция «Современные проблемы геодезии и оптики» 23-27 ноября 1998 г.; Научно-техническая конференция «220 лет преподавания геодезии в России», МИИГАиК, 27-29 мая 1999 г.; НТК «Геомониторинг на основе современных технологий сбора и обработки информации», посвященная 90-летию К.Л. Проворова, 14-17 декабря 1999 г.; Вторая сибирская региональная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы метрологии, сертификации и стандартизации" "Сибметрология - 99", Новосибирск 27-28 октября, 1999; Межд. науч.-техн. конф. «Современные проблемы геодезии и оптики», посвященная 65-летию СГГА-НИИГАиК, Новосибирск, СГГА, 1999; 50-я НТК преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», 24-28 апр. 2000 г.; Четвертый Сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-2000), г. Новосибирск; LI научно-техническая конференция преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», Новосибирск, 16–19 апреля 2001 г.; Научно-техническая конференция «Проблемы метрологического обеспечения топографо-геодезического производства и землеустроительных работ», Новосибирск, 17–21 декабря 2001 г.; 3-я Сибирская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы метрологии» - Сибметрология 2001, г. Новосибирск; LIII международная научно-техническая конференция «Современные проблемы геодезии и оптики», посвященной 70-летию СГГА, Новосибирск, 17–21 марта 2003 г.; 7-я международная конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2004, Новосибирск, 21–24 сентября 2004 г.; Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 25–29 апреля 2005 г.; Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2006», Новосибирск, 24–28 апреля 2006 г. Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2007», Новосибирск, 23-27 апреля 2007 г.

Публикации (по теме диссертации). Монография «Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии» в двух томах. Отдельные вопросы опубликованы в 28 научных статьях, из которых пять в изданиях ВАК.

Структура и объем работы. Монография «Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии» состоит из двух томов. Первый том имеет объем в 330 страниц и включает в себя введение, семь глав и список литературы из 145 наименований, из которых 93 на английском языке. Во втором томе 360 страниц, он содержит четыре главы, заключение, список литературы из 279 наименований, из которых 178 на английском языке, и приложения на 22 страницах, которое содержит глоссарий и адреса полезных Интернет сайтов.

Разделы монографии:

1. Введение

2. Системы координат и времени в спутниковых технологиях

3. Основы теории полета искусственных спутников земли

4. Структура СРНС

5. Спутниковая аппаратура

6. Влияние среды распространения на сигналы СРНС

7. Модели параметров спутниковых наблюдений

8. Спутниковые методы определений координат

9. Погрешности спутниковых наблюдений

10. Технология проведения полевых работ

11. Обработка GPS/ГЛОНАСС измерений.

12. Заключение

Список литературы

Приложения

Полный текст монографии изложен на 690 страницах и содержит 140 рисунков и 40 таблиц.

Представление выносимых на защиту положений

1. Классификация спутниковых наблюдений и рекомендации по их применению в зависимости от требуемого качества координатных определений


1.1. Виды ГНСС наблюдений и их модели

По спутникам ГНСС можно измерять три вида параметров: псевдодальности P, фазы несущей Ф и доплеровские сдвиги D. Применение последнего из параметров для позиционирования весьма ограниченное, и поэтому подробнее остановимся на первых двух.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.