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 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 4 ] --

Бортовые эфемериды. Передаваемые по радио эфемериды основаны на наблюдениях станций слежения. Эфемериды обновляются каждый час и должны использоваться только в течение указанного периода времени.

Бортовые эфемериды спутников GPS содержат информацию в виде Кеплеровых элементов орбиты в системе отсчёта WGS-84. Они состоят из позиционной информации на одну опорную эпоху и их возмущений.

Для спутников системы ГЛОНАСС используется два алгоритма расчета эфемерид: по неоперативным данным (альманаху системы) и по оперативным данным. В первом случае используется Кеплерово представление орбиты с учетом возмущений от сжатия Земли. При использовании оперативной информации применяется метод численного интегрирования.

Точные орбиты. Точные орбиты (точные эфемериды) содержат координаты каждого спутника в системе отсчета ITRF вместе с поправками часов на регулярные эпохи с интервалом 15 минут. Точные эфемериды являются продуктом пост-обработки. Они представляются МГС и другими службами примерно через две недели после наблюдений.

Быстрые орбиты содержат ту же информацию, что и точные орбиты, но вычисляются по меньшему набору данных.

Сверхбыстрые орбиты являются продуктом реального времени, и публикуются дважды в каждые сутки.

2.3. Принципы использования уравнений ГНСС наблюдений


Обращение со смещениями и ошибками. В зависимости от требуемого уровня точности, различные поправки (и их ошибки) можно считать существенными или несущественными и использовать различные возможности для учета этих влияний. Ниже в таблице 2 суммированы возможности, указанные в разделе 1, для тех применений, где необходима обработка фазовых данных.

Таблица 2 Возможности управления параметрами в уравнениях наблюдений

Поправка или ошибка Способы учёта
A Б В Г Д
Поправка часов спутника (в том числе запаздывания в цепях) + +
Начальные фазы генераторов +
Элементы приведения спутниковой антенны + +
Орбита спутника + +
Поправка часов приемника + +
Ионосферная задержка + + + + +
Тропосферная задержка + + + + +
Неоднозначность фазы + +
Потери счета циклов + + +
Элементы приведения антенны приемника + +
Многопутность + +
Шум измерений +

В таблице приняты следующие обозначения:

А – параметр находится при решении, Б – влияние исключается путем образования разностей, В – поправка находится по другим измерениям, Г – поправка моделируется, Д – поправка не учитывается и считается ошибкой.

Анализ таблицы 2 показывает, что наиболее часто применяемыми приемами для учета различных влияний являются методы моделирования поправок и исключения посредством образования разностей. Моделирование требует применения более сложных (научных) программ. Наиболее сильным средством для уменьшения влияний ошибок является образование разностей наблюдений. Этот метод используется и в научных, и в коммерческих программах. Но для этого метода требуются одновременные наблюдения одних и тех же наборов спутников несколькими приемниками. Вычитание наблюдений, или в данном случае основной принцип относительного позиционирования получает преимущество именно из-за коррелированной природы многих факторов.

2.4. Использование разностей фаз

Один из самых эффективных способов исключения ошибок – это образование разностей между результатами измерений, полученных:

- с одного пункта А на два спутника с номерами i и j,

- с двух пунктов A и B на один спутник i,

- с двух пунктов A и B на два спутника i и j,

- с двух пунктов A и B на два спутника i и j в эпохи t0 и t1.

Получаемые в результате вычитания параметры рассматривают как новые измерения, обладающие как рядом преимуществ, так и недостатков.

Одинарные разности фаз. Одинарные разности фаз, образованные с одной станции A на два спутника i и j следуют из уравнения (2):

(26)

Здесь для краткости принято обозначать разности одинаковых параметров с помощью комбинации двойных нижних или верхних индексов, например, или . В этих разностях фаз полностью исключаются ошибки часов приемника. На коротких базовых линиях (примерно до 50 км) значительно уменьшится влияние ионосферы и тропосферы . Однако возрастёт шум измерений.

В уравнении одинарной разности для наблюдений между станциями, учтем, что расстояния от пунктов до спутника могут различаться на величину примерно до 6000 км. По этой причине время прохождения сигнала и также будет разным примерно на 20 мс. На таком интервале поправку часов спутника и аппаратурную задержку можно считать постоянными, то есть и . С такими допущениями

. (27)

Таким образом, в этой одинарной разности полностью исключается влияние начальной фазы генератора спутника , а также поправки часов спутника и запаздывания в аппаратуре спутника. Как и в предыдущем случае, уменьшается влияние ионосферы и тропосферы, дополнительно здесь ослабевает влияние ошибок эфемерид, но растет шум измерений.

Двойные разности фаз. Эти разности образуются как разность фаз между спутниками i и j и приемниками A и B:

(28)

В двойных разностях отсутствуют ошибки часов спутников и приёмников. Влияние ионосферы и тропосферы продолжает уменьшаться (это справедливо для коротких базовых линий), ослабевает влияние ошибок эфемерид, но шум измерений растет. Единственное смещение, оставшееся в этом уравнении, – это целые неоднозначности: .

Тройные разности фаз. Тройная разность представляет собой разность двойных разностей, относящихся к эпохам t1 и t2:

. (29)

Они не содержат ошибок часов и не содержат начальных целых неоднозначностей фаз. Ошибки моделирования ионосферы и тропосферы в них сохраняются, уменьшается влияние ошибок эфемерид, а шум измерений возрастает.

Корреляции фазовых разностей. Различают два вида корреляций, (1) физическую и (2) математическую корреляцию. Фазы от одного спутника, принятые на двух точках, например и являются физически коррелированными, поскольку они относятся к одному и тому же спутнику. Частным случаем физической корреляции является временная корреляция.

При образовании разностей фаз имеет место математическая корреляция. Можно предположить, что ошибки фаз являются случайными с нормальным распределением и с ожиданием нулевого среднего с дисперсией 2. Будем считать, что измеренные фазы являются некоррелированными. Введем вектор Ф, состоящий из фазовых отсчетов, тогда для него

(30)

является ковариационной матрицей фаз, где I – единичная матрица. Для ковариационной матрицы KSD одинарных разностей получают:

. (31)

Формула (31) показывает, что одинарные разности не коррелированны.

Теперь рассмотрим три спутника i, j, k с опорным спутником i. Для двух пунктов А и В и эпохи t по двум двойным разностям можно вывести их ковариационную матрицу KDD:

. (32)

Это выражение показывает, что двойные разности коррелированны. Подобным образом можно показать, что тройные разности, как двойные, являются математически коррелированными.

Использование исходных фаз при их уравнивании идентично использованию одинарных, двойных и тройных разностей только в том случае, когда вводятся ковариационные матрицы, учитывающие математические корреляции.


2.5. Комбинации фазовых данных


Линейная комбинация двух фаз 1 на частоте f1 и 2 на частоте f2 (в циклах) определяется как

(33)

где n1 и n2 – произвольные числа. Желаемыми особенностями таких искусственных наблюдений, которые можно образовать из наблюдений на несущих L1 и L2 для целей обработки данных, являются:

- не слишком короткая, но и не слишком длинная длина волны C,

- малая ионосферная задержка,

- малый уровень шума измерений, и

- неоднозначность комбинации фаз в виде целого числа.

Наиболее часто встречающиеся комбинации фаз сведены в таблицу 2. Подобные комбинации можно образовывать и по наблюдениям ГЛОНАСС.

Таблица 2 Наиболее распространенные линейные комбинации наблюдений фаз на двух частотах

Название Обозна-чения Константы Длина волны (м) Коэффициент усиления шума Коэффициент усиления ионосферной задержки kI
n1 n2
Комбинация, свободная от влияния ионосферы L3, iono-free 77 -60 0.06 3.2 0.0
Комбинация, свободная от геометрии L4, geom-free 1.63 -0.65
Широкополосная L5, 1 -1 0.
862
6.4 -1.28
Узкополосная L6, 1 1 0.107 0.8 1.28

Двухчастотные комбинации применяются не только к исходным наблюдениям фаз на L1 и L2, но также к фазовым разностям (чаще к двойным разностям фаз, из которых удалены ошибки часов) и к псевдодальностям, что дает дополнительные возможности при обработке фазовых измерений.

2.6. Возможности комбинаций фазы несущей и псевдодальности

Комбинации одно- или двухчастотных фаз и псевдодальностей могут быть полезны для сглаживания псевдодальностей по фазе несущей.

Чтобы помочь последующему обсуждению, уравнения наблюдений фазы (в линейной мере) и псевдодальностей используются без верхних и нижних индексов и без явного включения членов от тропосферы, ошибок часов и орбит, но с сохранением шума измерений:

(34)

(35)

(36)

(37)

Анализ приведенных уравнений приводит к следующим выводам.

1. Различие между уравнениями псевдодальностей и фазы выражается: (а) в присутствии неоднозначностей N для фазы, (б) в противоположных знаках ионосферной задержки, и (в) в значительно большем шуме у псевдодальности.

2. Член многопутности в уравнения не включен, но псевдодальность значительно более чувствительна к многопутности, ее влияние будет в 100-200 раз больше, чем в наблюдениях фазы.

3. Суммарная комбинация псевдодальности и фазы (на одной и той же частоте несущей) приводит к исключению ионосферной задержки.

4. Разностная комбинация псевдодальности и фазы (на одной и той же частоте) приводит к исключению геометрического расстояния, и, следовательно, ведет к выделению ионосферной задержки для ее дальнейшего исследования.

5. Суммарная комбинация псевдодальности на L1 и фазы на L1 приводит к исключению ионосферной задержки на L1, а такая же комбинация на L2 – к исключению ионосферной задержки на L2.

6. Разностная комбинация псевдодальностей на L1 и на L2 ведет к исключению геометрического расстояния и выделению разности ионосферных задержек между L1 и L2, а разностная комбинация фаз L1 и L2 – к исключению геометрической дальности и разности ионосферных задержек между L1 и L2.

Эти особенности позволяют реализовать сглаживание кодовой псевдодальности посредством фазовых измерений. Это важный фактор при точном позиционировании в реальном времени. Разработаны алгоритмы сглаживания для одночастотных и двухчастотных измерений, реализованные в кодо-фазовывх приемниках. Вместо фазы несущей может использоваться доплеровский сдвиг частоты.

2.6. Проблема потерь счета циклов


В процессе измерений приемник определяет разность фаз между принятой несущей и сигналом, сгенерированным внутри приемника в предсказанные моменты времени по часам приемника. Эта разность фаз называется дробной фазой. Каждый раз, когда разность фаз изменяется с 360° на 0°, увеличивается показание счетчика циклов. Показания счетчика составляют так называемый целый счет, который в сумме с дробной фазой образует наблюдаемую фазу.

Если приемник на мгновение или на более значительный промежуток времени теряет захват сигнала спутника, то происходит внезапный скачок на целое число циклов в наблюдении фазы несущей. При восстановлении захвата дробная часть фазы будет такой же, какой была бы без потери захвата, но целое число будет нарушено (некоторое количество циклов будет потеряно). Возникает две проблемы, связанные с потерей счета циклов: обнаружение и исправление измерений.

Для решения данной проблемы разработано несколько методов как для одного, так и для пары приемников (таблица 3):

- использование решения по тройным разностям фаз;

- непосредственное редактирование данных определением разностей на компьютере после решений по одинарным или двойным разностям;

- подбор непрерывных полиномов к одинарным или двойным разностям;

- формирование из доступных параметров наблюдений линейных комбинаций, чувствительных к потерям циклов;

- Калмановская фильтрация;

- использование фазы, свободной от геометрии;

- разность широкополосной фазы и узкополосной псевдодальности и др.

Таблица 3 Тестируемые величины для выявления потерь счета циклов

Необходимые данные Тестируемая величина
Одиночный приемник
Фаза на одной частоте (L1 или L2) Необработанная фаза
Фазы на двух частотах (L1 и L2) Фазовые комбинации
Фаза и кодовая дальность на одной частоте Комбинация фазы и кодовой дальности
Фаза и интегральный доплер на одной частоте Комбинация фазы и интегрального доплера
Пара приемников
Фаза на одной частоте (L1 или L2) Одинарные, двойные, тройные разности фаз
Фазы на двух частотах (L1 и L2) Комбинация фазы, свободная от геометрии
Фазы и кодовые дальности на двух частотах Разность широкополосной фазы и узкополосной псевдодальности


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.