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 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 6 ] --

Поскольку при объединении GPS и ГЛОНАСС приходится определять поправку часов приемника относительно двух систем времени, то минимальное число спутников в этом случае равно пяти. Однако можно воспользоваться поправкой GPS за расхождение системных шкал времени GPS (TGPS) и ГЛОНАСС (ТГЛ), даваемой в навигационном сообщении ГЛОНАСС.

Фазовые измерения. Предположим для упрощения, что i-й спутник ГЛОНАСС генерирует частоту f i, i=1, 2, …, 24,

(47)

излучаемую соответственно в частотных поддиапазонах L1 и L2:

f 0, L1 = 1602 МГц; f L1 = 562,5 КГц, для поддиапазона L1 (L1=18.7 см);

f 0, L2 = 1246 Мгц; f L2 = 437,5 КГц, для поддиапазона L2 (L2=24.1 см).

Из-за расхождения в частотах длины волн у спутников ГЛОНАСС могут различаться на L1 до 1.5 мм, а на L2 – до 2.0 мм. Различие в длинах волн между спутниками ГЛОНАСС и GPS может достигать соответственно 3.16 и 5.6 мм.

Уравнение наблюдений для фазы, выраженной в линейной мере, можно записать следующим образом:

(48)

В этом уравнении не только длина волны будет у каждого спутника своя, но и запаздывания в аппаратуре будут также различными.

Если сигнал от спутника i одновременно наблюдается двумя приемниками A и B, то можно сформировать одинарную разность фаз

, (49)

и получить уравнение наблюдений

(50)

в котором . Поправка часов спутника исключается, если часы приемников синхронизированы с системой времени ГЛОНАСС в пределах 1 мс. Исключаются запаздывания в аппаратуре спутника i, но остаточные запаздывания в приемниках могут сохраняться. Модель (50) можно использовать для решения коротких базовых линий, ее недостатком является необходимость определять в каждую эпоху относительную поправку часов приемников , что приводит к уменьшению числа избыточных измерений.

Образование разности двух одинарных разностей между приемниками A и B и спутниками i и j приводит к уравнению наблюдений двойной разности фаз

(51)

Член с поправкой часов исключается, если выполняется синхронизация часов приемника с бортовой шкалой времени в пределах 1 мс. Влияние начальных фаз генераторов для спутников ГЛОНАСС не будет превышать 1.5-2 мм, то есть оставаться на уровне шума измерений фазы. Если же один из спутников относится к системе ГЛОНАСС, а другой – к GPS, то влияние этого члена может достигать 3.1 мм на поддиапазоне L1 и 5.6 мм на L2, и иногда может превышать уровень шума. Эти небольшие остаточные систематические ошибки могут приводить к систематическим ошибкам в компонентах базовой линии. Однако главная проблема здесь состоит в том, что из неоднозначностей одинарных разностей не образуется целая неоднозначность двойной разности.

Если представить

, (52)

то, используя равенства и , уравнение (51) можно переписать как

(53)

Поскольку два спутника-антипода могут генерировать несущие с номинально одинаковой частотой, для такой пары спутников имеем

, (54)

и тогда решение для спутников ГЛОНАСС аналогично решению по спутникам GPS. Но для обычных ГЛОНАСС наблюдений

. (55)

В этом случае в уравнении двойной разности фаз присутствует член смещения одинарной разности , который не присутствует при обработке GPS измерений:

(56)

Член смещения одинарной разности (56) представляет главную проблему при выявлении потерь счета циклов и при разрешении неоднозначностей для спутников ГЛОНАСС. Величина его зависит от разности частот спутников i и j и от одинарной разности неоднозначностей . Очевидно, что при нахождении неоднозначностей двойных разностей член смещения будет нарушать целую природу неоднозначностей в уравнении (53). Поэтому для разрешения неоднозначностей двойных разностей нужно знать неоднозначность одинарной разности . При минимальной разности длин волн между двумя спутниками (когда i – j = 1) для поддержания члена смещения на уровне 0.1 цикла неоднозначности одинарных разностей должны быть известны с ошибкой не более 285 циклов. Это соответствует ошибке положения пункта примерно в 50-70 м. Формирование двойной разности между спутниками с максимальной разностью в длинах волн требует знания с точностью в 24 раза более высокой, то есть около 12 циклов или 2-3 м. Еще более высокая точность потребуется для смешанных пар спутников ГЛОНАСС – GPS.

Модель фазы (53) использована для разработки метода разрешения неоднозначностей, который хорошо подходит как для длинных, так и для коротких базовых линий. Двойные разности фаз вычисляются в итеративном режиме. При этом для неоднозначности одинарной разности опорного спутника i используется приближенное значение.

Тройные разности фаз. Двойные разности фаз для двух разных эпох t1 и t2 можно использовать для образования тройных разностей фаз:

. (57)

Если предположить, что неоднозначности и в уравнении (53) не изменяются в течение временного интервала , то фазовые неоднозначности исключаются, и мы получаем уравнение наблюдений:

. (58)

Тройные разности используются для вычисления более точного, чем по кодам, приближения в векторе относительного положения между приемниками A и B и для выявления потерь счета циклов.

Разработаны и другие методы для строгого объединения фазовых измерений ГЛОНАСС и GPS.

Выводы по пункту 2.

1. К настоящему времени решены многие проблемы, препятствовавшие определению положений в глобальном масштабе на уровне точности в несколько миллиметров: разработаны высокоточные инерциальные и общеземные системы отсчета, модели геодинамических и геофизических явлений, реализована теория построения высокоточных орбит.

2. Пользователям доступны точные эфемериды, файлы измерений на станциях международной сети, координаты этих станций в общеземной системе.

3. Разработана теория абсолютного, дифференциального и относительного методов позиционирования по псевдодальностям и фазам сигналов спутников ГНСС, создана соответствующая аппаратура и программное обеспечение.

4. Большой прогресс достигнут в разработке методов разрешения неоднозначности фазы, восстановления потерь счета циклов, учета влияния тропосферы, ионосферы, объединения ГЛОНАСС и GPS измерений.

5. Можно непрерывно получать координаты приемника, установленного неподвижно или на движущейся платформе, производя мониторинг.

Можно считать, что положение любого пункта на земном шаре можно получить в общеземной системе отсчета примерно за сутки с точностью, характеризуемой средней квадратической ошибкой порядка нескольких миллиметров, с ошибкой 5 см за несколько минут.

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

3.1. Общий порядок выполнения работ

Технология проведения работ со спутниковой ГЛОНАСС/GPS аппаратурой включает следующие этапы:

- составление проекта геодезических работ на объекте;

- получение разрешений для работы на режимных или частных территориях и на работу радиостанции;

- полевая рекогносцировка, в результате которой делаются заключения об объекте, технологии работ и особенностях материально-технического обеспечения измерений;

- организация базовых станций (если этого требует технология);

- планирование сеансов наблюдений, которое включает в себя определение оптимальных временных интервалов измерений, проектирование последовательности сеансов или маршрутов обхода объектов съемки;

- составление таблиц с кодами топографических объектов в соответствии с указанным в техническом задании классификатором объектов;

- полевые измерения (съемка объектов);

- камеральная обработка, вывод результатов измерений;

- составление технического отчета и оформление документации;

- полевой контроль, архивирование и сдача материалов.


3.2. Проект построения геодезической сети

Технические проекты по выполнению геодезических работ с применением глобальных навигационных спутниковых систем регламентируются определенными нормативными документами. Например, проекты сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 разрабатываются в соответствии с требованиями «Основных положений о государственной геодезической сети России». Тем не менее, очень часто геодезисты вынуждены определять координаты пунктов, полагаясь на руководства фирм-изготовителей аппаратуры и ее программного обеспечения. В любом случае они должны обоснованно подходить к выбору технических решений, базирующихся на общей теории спутниковых методов геодезии.

Точность методов определения координат. Главным фактором, обуславливающим выбор метода позиционирования, является потенциальная точность метода. На рисунке 4 показан диапазон точности для большинства доступных на сегодняшний день методов позиционирования.

  Точность методов GPS/ГЛОНАСС измерений Для улучшения эффективности-159

Рисунок 4 Точность методов GPS/ГЛОНАСС измерений

Для улучшения эффективности спутниковые измерения усиливают другими методами измерений (одометры, электронные тахеометры, дальномеры, баронивелиры, псевдоспутники и др.).

Выбор аппаратуры. Правильный выбор приемника и сопутствующей аппаратуры позволяет добиваться необходимой точности и высокой производительности при минимальных материальных затратах или предохраняет от неожиданных неприятностей. Нужно иметь также в виду, что многие приемники имеют набор опций, за каждую из которых необходимо доплачивать.

Имеющиеся приёмники можно разделить на три основные группы: кодовые, кодо-фазовые и фазовые. Приёмники первой группы самые дешёвые и наименее точные, обеспечивающие точность определения координат порядка нескольких метров. Среди них имеются приемники, принимающие сигналы широкозонных дифференциальных систем типа WAAS. Они обеспечивают точность 1-2 м в плане, высотная координат в условиях России обычно содержит значительную систематическую ошибку. В кодо-фазовых приемниках используются наблюдения псевдодальностей, сглаженных по фазе несущих. Они могут вести навигацию на субметровом уровне точности, в относительном методе обеспечивается точность сантиметрового уровня. Фазовые приемники могут быть одно- и двухчастотными. Наиболее точные фазовые приемники позволяют измерять векторы базовых линий с относительными погрешностями порядка 10-6.

Форма сети. Передача координат в сетях, построенных с применением СРНС, сводится к последовательному добавлению разностей прямоугольных координат от некоторой начальной точки. В отличие от триангуляции математическая модель спутниковой сети, состоящей из векторов базовых линий, оказывается линейной. Матрица коэффициентов уравнений поправок (матрица плана) содержит 1, -1 и 0. В этом отношении векторная сеть подобна нивелирной сети. Из-за особого вида матрицы плана форма наземной векторной сети не играет роли. Спутниковая сеть может состоять из любых фигур (треугольников, четырехугольников, и других многоугольников).

Поскольку форма сети не имеет особого значения, и не нужно обеспечивать взаимную видимость между пунктами, то можно выбирать места для закладки пунктов там, где это удобно, – в легко доступных местах, поблизости от дороги и т.д. Учет взаимной видимости потребуется при выборе места для ориентирных пунктов или при работе с радио модемами и повторителями.

Длинные и короткие базовые линии. Присутствие в сети длинных и коротких базовых линий может создавать некоторые сложности при реализации проекта. Из-за высокой корреляции ошибок атмосферы на коротких базовых линиях целочисленные неоднозначности обычно разрешаются гораздо лучше, чем на длинных линиях. Решения с вычисленными неоднозначностями (фиксированные решения) приводят к малым средним квадратическим ошибкам в разностях координат. Плавающие решения, то есть без разрешения неоднозначностей, часто являются единственной возможностью для длинных базовых линий, но они дают большие погрешности. Когда в сети есть короткие и длинные базовые линии, совокупность коротких линий будет получаться с высоким весом в уравнивании сети. Это будет приводить к неравноточной сети пунктов. Поэтому длинные базовые линии следует находить из двучастотных измерений и с использованием точных эфемерид.

Опорные и контрольные точки. Для объединения проектируемой сети с существующими сетями необходимо иметь несколько общих точек, чтобы провести полноценное уравнивание и контроль полученных данных. Число опорных точек, необходимых для уравнивания с ограничениями (то есть с определением параметров связи координатных систем) определяется размерами новой сети и требуемой точностью привязки, но оно не должно быть менее трех. Однако, если хотя бы одна из выбранных точек окажется неудачной, то привязка оказывается бесконтрольной или даже невозможной. Поэтому лучше иметь избыточное количество опорных точек. Для линейных сетей типа траверсов такие точки рекомендуется располагать не реже, чем через 50 км. Плановую привязку можно проконтролировать, если связывать точку сети с парой опорных пунктов.

Проблема привязки спутниковых сетей по высоте более сложная, потому что спутниковые измерения дают приращения эллипсоидальных высот, а отметки реперов даются в системе нормальных (или ортометрических) высот. Для преобразования эллипсоидальных высот в нормальные высоты необходимо знать высоту квазигеоида над эллипсоидом, которая не является постоянной на объекте работ. Для равнинных районов работ расстояния между точками высотной привязки должны быть не реже, чем через 10 км, чтобы добиваться точности на уровне нивелирования IV класса. В горных районах расстояние должно быть еще меньше, порядка 5-8 км. Чем точнее планируется получить квазигеоид, тем больше необходимо иметь контрольных точек и чаще их располагать. Нельзя допускать, чтобы точки были сосредоточены в одной какой-либо части сети или располагались по прямой линии, они должны равномерно располагаться по всей площади объекта.

Независимые и зависимые базовые линии. Предположим, что приведенный на рисунке 5 фрагмент сети будет измеряться четырьмя приемниками, и в первой сессии приемники будут установлены на точках 1, 2, 3 и 7.

Рисунок 5 Фрагмент сети, наблюдаемый четырьмя приемниками

Совокупность наблюдений, выполненных этими приемниками, дает возможность вычислить шесть векторов базовых линий. Однако нетрудно видеть, что любой из этих векторов можно получить путем сложения или вычитания других векторов. Например, вектор 1-7 можно найти, сложив векторы 1-2 и 2-7. В каждую сессию можно определить тот минимальный объем векторов, которые дают единственное решение. На рисунке сплошными линиями показаны независимые линии, а линии, показанные пунктиром, называют зависимыми или тривиальными. Если R – число приемников, то каждая сессия дает R(R-1)/2 всех комбинаций линий, но независимыми являются только R-1. Зависимые линии обычно исключаются из обработки, в качестве независимых на практике почти всегда выбираются кратчайшие линии. Но иногда бывают причины, чтобы отвергнуть более короткие векторы из-за неполных данных, большого количества потерь счета циклов, многопутности или какого-либо другого недостатка в измерениях. Прежде чем делать такое заключение, каждый сеанс необходимо проанализировать после того, как данные действительно были собраны. На стадии планирования всегда лучше за независимые базовые линии принимать кратчайшие линии.

Другой аспект, связанный с различием между зависимыми и независимыми базовыми линиями включает концепцию невязок или не замыканий фигур. Любое замыкание фигуры, использующей базовые линии, выведенные из единственной общей сессии будет давать ноль, поскольку они получены по одним и тем же одновременным наблюдениям.

Из приведенных рассуждений следует, что поскольку при планировании необходимо для каждой сессии отбирать только независимые линии, то на некоторых станциях потребуется провести несколько сессий. Кроме того, для лучшей согласованности данных и повышения точности сети некоторые независимые векторы требуется вычислять из различных сессий.

Надежность сети. Поскольку форма спутниковой геодезической сети не играет особой роли, то при ее проектировании можно сосредоточиться на других качествах, в частности, таких как точность и надежность. Точность относится к качеству сети, оцениваемому через случайные ошибки. Она зависит от метода наблюдений, аппаратуры, программного обеспечения и т.д. Точность обычно относится к координатам пунктов или их функциям (расстояниям, азимутам и т.д.). Надежность определяется как способность сети реагировать на большие ошибки в измерениях и выявлять их. Внутренняя надежность сети подразумевает возможность обнаружения ошибок в наблюдениях, внешняя надежность оценивает влияние не выявленных ошибок на результаты уравнивания. Не выявленные влияния больших ошибок, например, в сети мониторинга можно легко интерпретировать как деформации, что приведет к нежелательным последствиям.

Для контроля измерений, а, следовательно, и для надежного уравнивания сети необходимы избыточные измерения. Количество таких измерений определяется числом степеней свободы r:

, (59)

где n – число всех измерений в сети, а t – число оцениваемых параметров. Если в процессе уравнивания сети образуется матрица коэффициентов А с весовой матрицей Р, то выражение (59) можно представить как

(60)



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.