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 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 7 ] --

где Е единичная матрица, а нормальная матрица. Символом tr(…) обозначается след матрицы в скобках, то есть сума диагональных элементов. Выражение в последней скобке в (60) представим как

, (61)

где QV матрица весовых коэффициентов МНК-поправок. Следовательно, из (60) получаем, что число степеней свободы равно следу матрицы произведения матрицы весовых коэффициентов МНК-поправок и весовой матрицы измерений:

(62)

В данном случае t есть эффективный ранг матрицы А:

(63)

или

(64)

Диагональ матрицы образуют числа избыточности измерений, характеризующие избыточность отдельных наблюдений. Число избыточности отдельного измерения характеризует его вклад в общее число избыточности сети r:

(65)

При увеличении числа избыточности растет надежность определения координат, так как повышается возможность их контроля, и, следовательно, вероятность их надежного уравнивания. Для трехмерной спутниковой сети числа избыточности базовых линий находятся в интервале

(66)

Если ri<< 3, то это измерение очень сложно проконтролировать и лучше от него отказаться, хотя с другой стороны оно определяет необходимый параметр. В хорошо запроектированной сети числа избыточности измерений примерно одинаковы и стремятся к среднему числу избыточности :

, (67)

которое определяет среднее число избыточных связей в сети s:

. (68)

Значение параметров s или задается в зависимости от класса сети. Число избыточности для каждого отдельного измерения так же зависит от его веса, задаваемого при уравнивании.

В дополнении к точности и надежности сети иногда рассматривается ее чувствительность. Это качество в сети мониторинга связано с возможностью, выявлять и измерять движения и деформации в области, охваченной сетью. Оцениваемые геологические явления и их параметры используются в процессе анализа чувствительности сети. Модель возможной деформации в исследуемой площади можно предсказать в соответствии с информацией, извлечённой из геологических и сейсмических съёмок, а также из предыдущих геодезических исследований. Сеть определяется как чувствительная, когда геологическое явление, если оно имеет место, может быть выявлено с назначенными вероятностями и (где - уровень значимости, а 1- - мощность теста). Поэтому разумно использовать чувствительность как один из главных критериев в процессе проектирования сетей геодинамического мониторинга.

Количество приемников и производительность работ. Производительность работ при наблюдении геодезической сети зависит как от ее класса, конфигурации, физико-географических и погодных условий, доступности пунктов, так и от количества используемых приемников и их распределения по пунктам в сеансах наблюдений. Рассмотрим вопрос о том, сколько сеансов потребуется для съемки сети из P пунктов, если в распоряжении имеется R приемников.

Очевидно, что для определения координат P пунктов достаточно P-1 базовых линий. Для контроля потребуется некоторое избыточное количество линий, хотя контроль можно делать и посредством замыкания полигонов. Пока ограничимся числом необходимых базовых линий.

Как уже было показано, с помощью R приемников можно определить R-1 независимых базовых линий из их общего количества в сеансе R(R-1)/2. Поэтому, если, например, одновременно работают три приемника, то они не обеспечивают объективный контроль в треугольнике, который они образуют, так как третья базовая линия является точной комбинацией двух других базовых линий. В треугольнике можно обработать все три линии раздельно и убедиться, что невязки в замкнутой фигуре по каждой координате равны нулю. Небольшие отступления от нуля возможны из-за ошибок округлений или отбраковки разных измерений. Таким образом, число сеансов Q, необходимое для определения P точек с использованием R приемников равно:

, (69)

где квадратные скобки означают переход к целому числу, ближайшему к вещественному в скобках. Если каждая линия измеряется k раз, то величину Q нужно умножить на это число, а после умножения на продолжительность одного сеанса оценить необходимую продолжительность наблюдений.


Количество приемников и стохастическая модель измерений. В результате обработки одновременных наблюдений двумя приемниками на двух пунктах, из которых один имеет координаты, получается трехмерный вектор базовой линии D и его ковариационная матрица K размера 33. В результате последовательного решения базовых линий координаты распространяются по всем пунктам сети, а совокупность ковариационных матриц даёт стохастическую модель сети. Если каждая линия наблюдается независимо от других, то полная априорная ковариационная матрица для сети будет блочно диагональной, каждый блок этой матрицы является ковариационной матрицей соответствующей базовой линии.

Если одновременно наблюдают R приемников, то из возможных R(R-1)/2 базовых линий независимых линий будет только R-1. Остальные линии будут зависимыми. Научные программы позволяют делать строгую обработку одновременных измерений R приемниками и получать полную ковариационную матрицу размера 3(R-1)(R-1). Большинство коммерческих программ рассчитано на обработку измерений, сделанных парой приемников, они позволяют получать только блочно диагональную ковариационную матрицу, то есть блоки вне главной диагонали будут нулевыми. В итоге такая ковариационная матрица не будет отражать действительную точность сети, что будет приводить к погрешностям порядка произведения коэффициента корреляции на стандартные ошибки соответствующих компонент базовых линий. Для сетей, в которых слишком высокая точность не требуется (на уровне 5·10-6 и грубее), использование зависимых базовых линий и искаженной стохастической модели не существенно.

При наблюдении тремя приемниками можно уменьшить корреляцию между базовыми линиями, если они располагаются под углами, близкими к 90° (в пределах ±30°).

Включение в уравнивание сети всех базовых линий, и независимых, и зависимых дает на выходе очень высокие показатели точности, которые не соответствуют действительности, обычно они завышены в 10 и более раз. Другим возможным следствием от наблюдения всей сети или ее части многими приемниками за один сеанс является то, что ошибки в установке антенны или измерении ее высоты обычно не выявляются.

Поскольку чувствительность спутниковых наблюдений к систематическим ошибкам (смещениям) выше, чем чувствительность к случайным ошибкам (шумам), то даже при длительных сеансах (сутки и более) результаты различаются на величины, которые значительно больше случайных ошибок. Было бы полезно переводить смещения в шумы, что можно достигать, если проводить многократные наблюдения непродолжительными сеансами при различных условиях. Это дополнительный аргумент против длительных сеансов. К примеру, среднее из двух сеансов по два часа с промежутком между ними в 12 часов или 24 часа даст точность выше, чем из одного сеанса в четыре часа.

Точность априорных координат начальной точки сети и эфемерид. Одна из проблем, которая стоит перед геодезистом при построении небольших сетей по GPS-измерениям заключается в назначении априорных координат начальной точки в геоцентрических системах WGS-84 и/или ПЗ-90, в которых работают СРНС. Перевод координат из системы СК-42 может привести к ошибкам в системе WGS-84 до 10 и более метров. При отсутствии такой возможности геодезист вынужден производить обработку базовых линий с координатами, полученными из точечного позиционирования, когда результаты навигационных определений, записанные в файл измерений, усредняются на некотором интервале времени.

Ошибка M в координатах начала сети вызовет ошибку MD в базовой линии длиной D, определяемую формулой:

, (70)

где R –радиус Земли. Коэффициент k у разных авторов принимает значения от 0.3 до 1. Если нужно измерить базовую линию с относительной ошибкой, равной 10-6, то рекомендуется иметь координаты в геоцентрической системе с ошибкой не более 10 м, а для ошибки 10-7 – с ошибкой не более 1 м.

Координаты спутника на момент измерения вычисляются по элементам орбиты. Они могут быть получены по навигационному сообщению (бортовые эфемериды), либо взяты из службы точных эфемерид, либо определяются в процессе уравнивания сети. Ошибка ME положения спутника на орбите с высотой H над земной поверхностью будет вносить в базовую линию ошибку, величину которой можно оценить по формуле:

. (71)

Для коэффициента kE в разных источниках приводятся значения от 0.1 до 1. Для пользователей СРНС в условиях России наиболее приемлемым является использование продуктов деятельности МГС.

Способ учета метеоданных. Исходными параметрами моделей для вычисления тропосферных поправок являются температура T, давление P и влажность h или давление P (вместо влажности может быть сухая температура Td и влажная температура Tw). Разработано несколько способов для их определения:

- измерение метеопараметров на каждой точке синхронно через определенный интервал времени с помощью термометров, барометров и психрометров или автоматической метеостанции;

- использование стандартной метеорологической модели;

- построение локальной метеорологической модели (данные P, Td и Tw для одной опорной высоты, вертикальные градиенты выводятся по собранным в течение сеанса данным от всех точек);

- определение метеорологических параметров из обработки спутниковых измерений;

- использование SINEX файлов с оценками тропосферной зенитной задержки на станциях МГС или цифровых прогнозов погоды;

- измерение влажности с помощью аэрологического зондирования, радиометров паров воды, лидаров.

Нужно заметить, что учет реального состояния атмосферы необходим тогда, когда требуется построить геодезическую сеть с точностью 10-6 и лучше. Программное обеспечение должно быть адаптировано к выбранному методу сбора метеорологических данных.

3.3. Параметры миссии


Спутниковые приемники являются достаточно универсальными, с ними можно добиваться различных уровней точности, изменяя установки и режимы, в соответствии с которыми они работают. С другой стороны, когда на объекте работает несколько наблюдателей, важно, чтобы получаемые результаты были согласованы между собой и обладали одинаковым уровнем точности. Это достигается установкой в приемниках соответствующих параметров миссии, то есть режимов выполнения работы.

Угол отсечки по высоте (маска высоты) – это высота спутника над горизонтом, начиная с которой приемник выполняет измерения при восходе спутника или прекращает измерения при его заходе. Чем меньше этот угол, тем больше спутников доступно приемнику и тем более высокую точность можно достигать. Однако у низких спутников обычно повышается уровень шума в измерениях. Зависимость шума измерений от угла высоты вызывается главным образом диаграммой направленности коэффициента усиления антенны приёмника, другие факторы, такие как атмосферное затухание сигнала, дает значительно меньший вклад. Повышение масок высоты способствует прохождению лучей при более благоприятных условиях, уменьшает вероятность возникновения многопутности, но иногда приводит к ухудшению геометрических факторов из-за уменьшения числа доступных спутников.

Продолжительность сеанса измерений. Этот параметр особенно важен при статических измерениях фазовыми приемниками. В относительном методе продолжительность сеанса определяется следующими факторами:

- длина базовой линии,

- количество наблюдаемых спутников,

- геометрия спутников относительно наблюдателя и ее изменение в течение сеанса,

- отношение сигнал-шум принятого сигнала.

Чем больше доступных спутников и лучше геометрия (меньше геометрические факторы DOP), тем меньше необходимая продолжительность сеанса. Большое влияние на качество решения оказывают окружающие антенну препятствия, вызывающие потери захвата сигнала и многопутность. По этой причине спутниковые наблюдения под геодезическими сигналами обычно не обеспечивают аппаратурную точность. Для одночастотных приемников большое значение играет уровень солнечной активности, поскольку с ним связана концентрация в ионосфере заряженных частиц и, следовательно, связанная с ней величина ионосферной задержки.

Интервал регистрации. Интервал записи данных в приемнике обычно выбирается кратным минуте. Наиболее популярный интервал для записи измерений в статических съемках – 15 секунд. При длительных сеансах устанавливается интервал 20 или 30 секунд, напротив, для быстрой статики предпочтительнее интервал в 5 секунд для одночастотных измерений и 10 секунд – для двухчастотных измерений.

Другой фактор, который также необходимо учитывать, это проблема восстановления потерь счета циклов. Она будет увереннее решаться там, где точки на траекториях будут располагаться чаще, и их можно надежно аппроксимировать какими-либо функциями. Поэтому в длительных сеансах обычно антенны стараются располагать в местах, лишенных препятствий.

При кинематических измерениях интервалы записи данных обычно устанавливаются равными 1, 2, 3 или 5 секундам, в зависимости от скорости движения антенны.


3.4. Контроль полевых измерений


Полевая обработка наблюдений базовых линий обычно производится с помощью коммерческих программ, поставляемых производителями спутниковой аппаратуры. При окончательной обработке нередко используются научные программы. Они имеют больше возможностей для моделирования различных процессов. Для коммерческих программ, прежде всего, характерна простота в эксплуатации, поскольку они предназначены для широкого круга потребителей. Они позволяют получать уверенные результаты высокой точности на коротких базовых линиях. При использовании точных координат опорных пунктов и точных эфемерид некоторые программы дают прекрасные результаты на длинных базовых линиях.


Контроль качества спутниковых наблюдений. Разработчики процессоров базовых линий указывают на ряд показателей, характеризующих качество определения компонент векторов базовых линий. Универсальных показателей правильности решения нет, и авторы программ часто справедливо напоминают, что выполнение всех критериев качества не гарантирует правильности решения.

Прежде всего, это тип окончательного решения. Лучшим типом решения для одночастотных измерений являются фиксированное по двойным разностям, для двухчастотных измерений – фиксированное по двойным разностям ионосферно-свободной комбинации фаз. Плавающие решения приемлемы для средних базовых линий, в десятки и сотни километров длиной. Погрешности таких решений обычно больше половины длины волны.

При расстояниях между пунктами в 20-30 км средние квадратические ошибки длины вектора базовой линии и его компонент в общеземной или локальной геодезической системах обычно находятся в пределах 1 – 2 мм. Однако эти данные характеризуют точность лишь по внутренней сходимости. Объем отвергнутых измерений, по мнению разработчиков программ обработки, не должен превышать 10 % от всего объема данных.

В связи с тем, что для системы уравнений поправок находится несколько наборов целочисленных неоднозначностей, выбор лучшего из них производится на основании F-теста или Ratio. В этом исследовании соответствующие каждому набору дисперсии располагаются в порядке возрастания и берется отношение дисперсии второго претендента на решение к дисперсии первого претендента на решение то есть к наименьшей из всех дисперсий:

. (72)

Полагая, что лучшему решению соответствует минимальная дисперсия, обычно при Ratio > 1.5 с вероятностью 95 % ПБЛ присваивает ему тип фиксированного решения. Если Ratio1.5, то первому претенденту на решение присваивается тип плавающего решения.

Тест на относительную дисперсию Reference Variance (RV) проверяет соответствие апостериорной и априорной дисперсий:

(73)

Относительная дисперсия является индикатором того, насколько хорошо наблюдалась базовая линия. Она показывает, насколько полученные данные соответствуют тем, что ожидалось получить.

Контроль сети. Для сетей наилучшим средством нахождения проблемных линий является использование программ замыкания фигур, которые для определения невязок суммируют компоненты векторов по замкнутому контуру. В каждой фигуре можно получить невязки wX, wY, wZ или wE, wN, wU по каждой из координат как сумму соответствующих приращений, которая теоретически должна равняться нулю:

, (74)

где k – число сторон в замкнутой фигуре.

По координатным невязкам можно получить полную невязку w:

(75)

и сравнить ее с допустимой (ожидаемой) невязкой wдоп.:

(76)

Ошибки D, H определяются на основании паспортных данных или устанавливаются на основании инструкций для данного вида работ. С вероятностью 95% должно выполняться условие:

. (77)

Преимущество контроля по невязкам очевидно: здесь осуществляется не только контроль решения базовой линии, но и ошибки оператора. Большие невязки wE, wN свидетельствуют о грубом центрировании антенны, а большая невязка wH –о промахе при измерении высоты.

Другой метод контроля сети – это выполнение свободного или минимально ограниченного уравнивания по методу наименьших квадратов с использованием одной из многочисленных доступных сегодня программ.

3.5. Обработка ГНСС измерений


Средства и порядок обработки. Обработка фазовых измерений производится в научных программах, разрабатываемых научными коллективами, или коммерческих программах, поставляемых изготовителями аппаратуры. Общим для таких программ является почти одинаковый порядок обработки:

- определение координат конца базовой линии абсолютным методом;

- решение по тройным разностям, которое обеспечивает умеренную точность, но высокий уровень надежности из-за его нечувствительности к потерям счета циклов;

- выявление потерь счета циклов и восстановление отсчетов;

- решение по двойным разностям с вещественными неоднозначностями;

- поиск целых неоднозначностей (разрешение неоднозначностей);



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 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.