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:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 3 ] --

7. Спутниковые определения выполняются в общеземных системах отсчета, точностные характеристики которых значительно выше, чем в системах традиционной геодезии. Высоты в спутниковых методах получают относительно общего земного эллипсоида, в то время как для практических целей необходимы высоты относительно квазигеоида. Некорректный перевод координат и высот из общеземной системы в локальную систему координат и высот приводит к серьёзным ошибкам.

Разработка соответствующей методологии и технологии спутниковых методов позиционирования позволит получать несмещенные решения на уровне точности, близком к уровню шумов параметров измерений при высокой надежности и экономической эффективности геодезических работ.

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


2.1. Координатно-временное обеспечение


Имеется два основных типа координатных систем: связанные с космосом (с инерциальным пространством) и связанные с Землей. В современной космической геодезии используются модели эластичной Земли, и модели с жидким ядром, которые учитывают поведение нетвердой Земли. Методы лунной и спутниковой лазерной дальнометрии, радио интерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), системы DORIS, Prare, Гео-ИК и ГНСС требуют точно определенных систем координат. Начиная с 80-х годов прошлого века Международный астрономический союз (МАС) поставил задачу по построению высокоточных небесных и земных систем отсчета.

Геоцентрические небесные системы отсчета. Наиболее точные инерциальные небесные системы реализуются МСВЗ в форме международных небесных систем отсчета (International Celestial Reference Frame, ICRF). Их первая реализация относится к 1995 г. Эти системы определяются через каталоги экваториальных координат компактных внегалактических объектов (преимущественно квазаров), полученными по наблюдениям на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами (РСДБ).

В каталоге ICRF полное число всех источников равно 667. Погрешности в прямых восхождениях составляют ±0.00035, а в склонениях ±0.00040.

Геоцентрические земные системы координат. Для изучения вопросов, связанных с построением общеземных систем отсчета создана Международная служба вращения Земли и референцных систем. Одна из задач, решаемых МСВЗ, это установление координат мгновенного полюса Земли xp, yp, которые являются координатами Небесного эфемеридного полюса относительно Условного земного полюса. Средние квадратические погрешности определения xp, yp по данным МСВЗ составляют 0.0003.

В качестве начала во многих системах координат выбирается центр масс Земли или геоцентр, поскольку является очень устойчивой точкой в теле Земли. Эта точка реализуется по наблюдению динамики спутников, движущихся в гравитационном поле Земли. Геоцентр рекомендован в качестве начала для земной референцной системы в IERS Conventions 1996 и 2003 как центр масс Земли, включая океаны и атмосферу.

Анализ спутниковых лазерных дальномерных наблюдений уверенно показывает, что система отсчета, реализованная в координатах станций наблюдений, неподвижных относительно земной коры, ощутимо смещается относительно центра масс Земли.

Общеземные геоцентрические системы реализуется в виде геодезических сетей, построенных методами космической геодезии (или с обязательным привлечением методов космической геодезии). Пункты таких сетей распределены по всему земному шару или по значительной его части. Чем точнее координаты положений этих точек, тем меньше остаточные ошибки при обработке измерений и более точна реализация координатной системы.

Система координат ПЗ-90. Параметры Земли 1990 года ПЗ-90 были определены Топографической службой Вооруженных сил Российской Федерации. Параметры ПЗ-90 включают:

- фундаментальные астрономические и геодезические постоянные,

- характеристики координатной основы (параметры земного эллипсоида, координаты пунктов, закрепляющих систему, параметры связи с другими системами координат),

- планетарные модели нормальных и аномальных гравитационных полей Земли, локальные характеристики гравитационных полей (высоты геоида над общим земным эллипсоидом и аномалии силы тяжести).

Спутниковая геоцентрическая система координат закреплена на территории СНГ координатами 30 опорных пунктов космической геодезической сети со средними расстояниями 1-3 тысячи километров. Точность взаимного расположения пунктов характеризуется ошибками в 10, 20 и 30 см для расстояний соответственно в 100, 1000 и 10000 км. Ошибки привязки СГС-90 к геоцентру по абсолютной величине не превышают 1.5 м. Средняя квадратическая ошибка высоты геоида над эллипсоидом равна 1.5 м, что не уступает зарубежным моделям, а на территории СНГ превосходит их по точности. Для системы ПЗ-90 получены параметры связи с системами СК-42 и WGS-84.

Система WGS-84. Мировая геодезическая система WGS-84 (World Geodetic System - 84) была разработана Военно-картографическим агентством Министерства обороны США. Система WGS-84 используется как система для бортовых эфемерид спутников GPS. Точность привязки начальной реализации системы WGS-84 к геоцентру не хуже, чем 1 м.

С 1994 г. Министерство обороны США провело улучшение системы WGS-84, приближая её к системам ITRF. В 2001 г. был получилен набор координат 17 станций, которому было дано обозначение WGS84(G1150). Практически отсчетная основа WGS-84(G1150) идентична отсчетной основе ITRF2000.

Отсчетные основы ITRF. Вывод ITRF основан на объединении координат почти 400 станций МСВЗ и их скоростей движения, полученных из наблюдений средствами космической геодезии.

Вектор положения пункта на поверхности твердой Земли в эпоху t дается уравнением:

, (17)

где - положение в эпоху , - скорость в эпоху , - подлежащие учету поправки за высокочастотные, преимущественно геофизические эффекты. К ним относят периодические лунно-солнечные приливы в твердой Земле, океанические приливные нагрузки, атмосферные нагрузки и др.

Если для некоторой станции скорость в ITRF еще не определена из наблюдений, то вектор скорости определяется как сумма скоростей:

, (18)

где - горизонтальная скорость плиты, вычисляемая по модели NNR NUVEL1A, а - остаточная скорость. Вектор линейной скорости получается по скоростям x, y, z вращения плиты в декартовых координатах в соответствии с принадлежностью пункта к той или иной тектонической плите:

. (19)

Служба МСВЗ выполняет регулярные решения ITRF и публикует их в IERS Annual Reports и в Technical Notes. Средние квадратические ошибки положений станций, выведенных за одну неделю, составляют около 3 мм в плане и 6 мм по высоте, а для скоростей – 2 мм/год в плане и 3 мм/год по высоте.

Время в спутниковых технологиях. В спутниковой геодезии рассматриваются два аспекта времени: эпоха и интервал. Эпоха определяет момент события, а интервал - это время, протекшее между двумя эпохами, измеренное в единицах некоторой соответствующей шкалы времени.

В соответствии с решаемыми задачами применяются два типа систем времени: астрономические и атомные системы времени. Астрономические системы времени связаны с суточным вращением Земли. Вращение Земли не является постоянным. Его скорость показывает и периодические изменения, и долгосрочные дрейфы порядка секунды за год. В противоположность им, системы атомного времени имеют строго равномерную шкалу. Их постоянство во времени характеризуется ошибкой порядка микросекунды за год. Однако когда требуется наивысшая точность результатов, в системах атомного времени необходимо учитывать эффекты общей и специальной теории относительности. В таких случаях применяется динамическое время.

Связь между атомным временем TAI и всемирным временем UT1 производится либо через разность UT1-ATI, либо через всемирное координированное время UTC, для которого также сообщается разность шкал UT1- UTC.

В принципе, ориентацию Земли можно описать через три независимых угла (например, через углы Эйлера). Однако классический мониторинг вращения Земли рассматривает раздельно движение оси вращения в Земле и в пространстве. Для этого определяются пять параметров ориентации Земли (ПОЗ):

- всемирное время UT1 как фаза поворота Земли; обычно UT1 представляется в виде разности UT1-UTC;

- координаты полюса xp, yp;

- параметры прецессии и нутации, задаваемые моделями МАС 1976 и 1980 г. или более поздними моделями МАС 2000 г. и поправки к ним и , получаемые из наблюдений;

- длительность суток LOD или модуль скорости вращения Земли .

Для преобразования координат вектора , полученного в произвольную эпоху t в некоторой общеземной системе, в среднюю небесную систему OxTyTzT фундаментальной эпохи T, применяется классическая процедура преобразования с использованием равноденствия для реализации промежуточной системы отсчета в эпоху t:

(20)

Здесь матрица W(t) служит для учета колебаний полюса, матрица R3(-S) учитывает разворот осей между земной и небесной системами координат на угол, равный Гринвичскому истинному звездному времени S

, (21)

а матрицы и содержат параметры классической теории прецессии и нутации.

При вычислении Гринвичского истинного звездного время S необходимо учитывать неравномерность вращения Земли, а также прецессию и нутацию по прямому восхождению за интервал времени t -T. Для этого вначале находится среднее Гринвичское звездное время на начало даты эпохи t (момент UT1=0h), а затем учитывается интервал среднего звездного времени от 0h UT1 до момента наблюдений по времени UT1:

, (22)

где - коэффициент перехода между солнечным и звездным временем.

Для разности шкал dUT1 должно использоваться значение той службы, которая поддерживает общеземную и небесную координатную систему, то есть МСВЗ, Госстандарт РФ и др.

Время в радионавигационных системах. Сигналы, передаваемые спутниками GPS, относятся к системе времени GPS Time (GPST). Время GPST определяется на основе измерений от набора цезиевых и рубидиевых стандартов частоты, находящихся в употреблении на станциях слежения и на борту спутников. Нульпункт шкалы этого атомного времени был совмещен со шкалой времени UTC в 1980 г. Есть два важных различия между GPST и UTC. Во-первых, GPST определяется в реальном времени, а во-вторых, это шкала непрерывного времени, в ней игнорируются скачки секунд. Время GPST регулируется таким образом, чтобы оставаться со временем UTC(USNO) в пределах 1 мкс (без учета скачков секунд). В действительности в последние годы время GPST поддерживается в пределах 10 нс от UTC(USNO). В результате, GPST отличается от UTC на целое число секунд плюс доли микросекунды.

Спутники системы ГЛОНАСС имеют на борту цезиевые стандарты частоты, шкалы которых совмещены между собой со средней квадратической ошибкой 20 нс. Системное время ГЛОНАСС формируется по водородному стандарту частоты Центрального синхронизатора системы, имеющего суточную нестабильность 510-14. В свою очередь, шкала системного времени связывается со шкалой Госэталона всемирного координированного времени UTC(SU), расхождение между ними не превышает 1 мс с погрешностью не более 1 мкс.

Шкала системного времени ГЛОНАСС смещена относительно шкалы UTC на +3 часа, а секунды в шкале системного времени ГЛОНАСС корректируется одновременно с добавлением целой секунды в шкалу UTC.

При вычислении времени в совместной обработке наблюдений спутников двух систем необходимо учитывать: сдвиг шкал GPS и ГЛОНАСС на 3 часа, число скачков на целые секунды в шкале UTC от начала 1980 г. и доли секунды (на уровне единиц наносекунд) из-за несовпадения шкал UTC(SU) и UTC(US).

Связь между земными системами координат. В спутниковых технологиях приходится сталкиваться с двумя видами координатных преобразований:

- использование опубликованных параметров преобразования,

- преобразование через определение соответствующих параметров.

Иногда эти два вида преобразований называют соответственно глобальным и локальным преобразованиями, и соответственно параметры преобразования называют глобальными (иногда национальными, для отдельной страны) и локальными параметрами. Используемые в современных методах построения сетей преобразования координат и высот можно свести в схему (рисунок 1).

Часто встречающееся в космической геодезии преобразование прямоугольных координат с использованием операций переноса, поворота и масштабирования записывается следующим образом:

, (23)

или

. (24)  Возможные координатные преобразования при объединении-72. (24)

  Возможные координатные преобразования при объединении классических и-73

Рисунок 1 Возможные координатные преобразования при объединении классических и спутниковых методов построения сетей

Этот вид преобразований часто называют преобразованием по Гельмерту, или 7-параметрическим преобразованием, или Евклидовым преобразованием подобия, а входящие в него вектор переноса T, вектор малого вращения и скаляр - параметрами Гельмерта.

Связь эллипсоидальных координат. Очень часто используется преобразование, в котором геодезические координаты B, L, H в системе СК2 получаются по координатам в системе СК1, минуя переход к прямоугольным координатам:

. (25)

Поправки B, L, H являются не только функциями параметров связи координатных систем, но также зависят от изменения размеров и формы референц-эллипсоидов, и, следовательно, должны содержать девять параметров. Это преобразование называют «методом Молоденского».

Глобальные методы преобразования координат обеспечивают высокую точность при работе с точными координатными системами, например ITRF. При трансформировании локальных референцных координат ошибки могут значительно возрастать из-за того, что параметры связи определяются по ограниченной выборке точек и не могут учитывать локальных нелинейных искажений в сетях. Например, точность перехода из системы ПЗ-90 в СК-42 оценивается в 2 - 4 м, а из WGS-84 в СК-42 - в 5 - 7 м.

Для преобразования координат в локальных областях пользуются методами, в которых переход осуществляется по тем же алгоритмам, какие используются в глобальных методах, но параметры перехода или часть из них находятся по измерениям на опорных точках в рассматриваемой области.


2.2. Эфемеридное обеспечение


Обычно эфемериды спутников СРНС содержат не только позиционную информацию, но также данные о часах спутников. Эфемериды спутников СРНС доступны в трех формах: данные альманаха, эфемериды, транслируемые со спутника (бортовые эфемериды), и точные эфемериды. Различие между ними как по точности (таблица 1), так и по форме. Кроме того, применяется различное представление для бортовых эфемерид в системах GPS и ГЛОНАСС.

Таблица 1 Погрешности эфемерид спутников систем GPS и ГЛОНАСС

Вид эфемерид GPS ГЛОНАСС
Орбиты Часы Орбиты Часы
Альманах Несколько километров Несколько километров
Бортовые 1,6 м 7 нс 10 м 10 нс
Быстрые (прогноз) 10 см 5 нс
Сверхбыстрые (обработка части наблюдений) 5 см 0.2 нс
Финальные <5 см 0.1 нс 15 см


Pages:     | 1 | 2 || 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.