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 |   ...   | 6 | 7 || 9 |

Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии

-- [ Страница 8 ] --

- решение по двойным разностям с фиксированными неоднозначностями (фиксированное решение, в нем вычисленные целые неоднозначности рассматриваются уже как известные параметры, то есть они зафиксированы).

Приведенная последовательность решения применяется для обычных статических решений базовых линий. Такие методы измерений как «быстрая статика», «стой-иди» и «истинная кинематика» требуют обязательно решений с фиксированными неоднозначностями.

Программы для двухчастотных приемников допускают несколько возможностей обработки (зависящих от длины базовой линии), некоторые из них приводят к фиксированному решению, другие обеспечивают решения с вещественными неоднозначностями.

Появление двухсистемных приемников, работающих по сигналам GPS и ГЛОНАСС (или, как совместной системы ГНСС) потребовало разработки теории совместного использования данных, относящихся к разным частотам, системам координат и времени.

Коммерческие пакеты программ обычно обрабатывают только одиночные базовые линии, даже когда в поле одновременно наблюдали более чем два приемника. Строгая математическая обработка требует применения метода сетевого решения, в котором учитываются корреляционные зависимости между станциями.

Результаты обработки фазовых измерений являются входными данными для программы уравнивания сети. Однако при этом необходимо учитывать, что выходная информация в ковариационных матрицах после решения базовых линий обычно показывает слишком завышенную точность, которую необходимо корректировать, приводя ее в соответствие с реальной точностью.

Получаемые координаты даются в геоцентрической системе, близкой к WGS84, но, как правило, не совпадающей с ней из-за ошибок задания априорных координат для начальной точки сети. Эти результаты трансформируются в геодезические координаты или в плоские координаты в картографической проекции на локальном референц-эллипсоиде, а геодезические высоты переводятся в нужную систему нормальных или ортометрических высот.

3.6. Уравнивание спутниковых сетей

Способы уравнивания. Главная цель уравнивания – повышение точности и представление результатов в необходимой системе координат с оценкой точности. Для достижения этих целей используются известные теоретические и практические методы, имеющие достоверное статистическое обоснование.

Возможно два подхода к проблеме уравнивания GPS-измерений. Можно производить уравнивание непосредственно измеренных фаз, или их одинарных, двойных или тройных разностей для всей совокупности пунктов сети. В этом случае из уравнивания получают не только уточненные геоцентрические координаты пунктов наблюдений, но также элементы орбит спутников, параметры вращения Земли и некоторые другие данные.

В другом способе обработки GPS-измерений вначале производится решение отдельных базовых линий, а затем выполняется уравнивание пространственной сети, образованной совокупностью векторов. При такой методике уточнение геоцентрических координат пунктов не происходит, поэтому их приходится задавать хотя бы для одного пункта сети.

Обработка некоторой базовой линии АВ дает в результате вектор между двумя станциями с компонентами в виде разностей координат , которые рассматриваются теперь как результаты измерений. Им соответствует ковариационная матрица размера 33. Полная ковариационная матрица для сети является блочно-диагональной, с подматрицами размера 33 на главной диагонали. В такой форме результаты измерений получаются, если работали только два приемника. Если совместно обрабатывались результаты сессии из R приемников и получено R-1 независимых базовых линий, то им соответствует полная ковариационная матрица размера 3(R-1)3(R-1).

Дополнительными исходными данными для уравнивания СГС являются:

- координаты опорных пунктов в геоцентрической системе WGS-84, ПЗ-90 или ITRF с необходимой точностью,

- координаты (плановые и высотные) опорных пунктов в новой системе при переводе пространственных координат.

Различают свободное, минимально ограниченное и ограниченное (несвободное) уравнивание. В свободном уравнивании неизвестными считаются все пункты сети, и положение сети относительно геоцентра известно с той же точностью, что координаты начальной точки сети. В этом случае матрица системы уравнений поправок будет иметь дефект ранга, равный трем. Однако использование аппарата псевдообращения матриц позволяет провести уравнивание. При фиксировании координат одного пункта получаем минимально ограниченное уравнивание, в котором матрица плана оказывается невырожденной. Для достижения значимого контроля векторная сеть не должна содержать несвязанные векторы, концы которых не связаны, по крайней мере, с двумя станциями. При фиксировании более чем трех координат, будет ограниченное уравнивание.

Круг задач, входящих в уравнивание включает следующее:

- выбор метода уравнивания,

- обоснование функциональной модели уравнивания,

- выбор стохастической модели,

- выбор способа решения уравнений,

- статистическое тестирование результатов уравнивания.

Функциональные модели уравнивания. Уравнение связи или функциональная модель уравнивания спутниковой геодезической сети (СГС) определяет соотношение между измеренными величинами (компонентами вектора базовой линии) и параметрами сети, в качестве которых здесь выступают координаты пункта наблюдений.

Если уравнивание производится в прямоугольных пространственных координатах параметрическим методом, то математической моделью измерений является обычная модель уравнений наблюдений:

, (78)

где - уравненный вектор наблюдений, а - уравненные координаты станций. Такая математическая модель от природы линейна. Выразим координаты станций через их предварительные (априорные) значения и поправки к ним :

, (79)

Теперь уравнение поправок для одной базовой линии можно записать в виде:

, (80)

или

, (81)

где - вектор поправок (матрица-столбец) в измеренные компоненты вектора базовой линии :

, (82)

а - свободный член, определяемый выражением:

. (83)

Система уравнений поправок для всей сети записывается в виде:

. (84)

Матрица коэффициентов А для модели (84) состоит из 1, -1 и 0, ее фрагмент для линии AB выглядит следующим образом:

. (85)

Каждая базовая линия вносит в матрицу коэффициентов три столбца. Вектор неизвестных поправок в параметры состоит из векторов поправок в координаты пунктов:

. (86)

Подобную структуру имеют векторы свободных членов l и поправок v.

Из-за того, что наблюдение вектора содержит информацию об ориентировке и масштабе сети, достаточно зафиксировать только начало координатной системы. Минимальные ограничения для фиксирования начала можно наложить просто удалением координат одной станции из набора параметров. Таким приемом данная станция будет зафиксирована. При ограниченном уравнивании в качестве дополнительных неизвестных в параметрические уравнения вставляются параметры связи между системами координат и высот.

Уравнивание на эллипсоиде позволяет разделять влияние ошибок в плане и по высоте и в необходимых случаях локализовать грубые ошибки центрирования или измерения высоты антенны. Для уравнивания на эллипсоиде компоненты векторов базовых линий преобразуются в длины геодезических линий, их геодезические азимуты и приращения эллипсоидальных высот.

Стохастические модели наблюдений. Стохастическая модель дает информацию о точности измерений. Если же стохастическая модель сети содержит ошибочную информацию, то результаты уравнивания и заключение о нем будут ненадежны. Стохастическая модель задаётся ковариационными матрицами, получаемыми при решении отдельных базовых линий:

, (87)

в которых диагональные члены – дисперсии приращений координат базовых линий, а недиагональные члены – их ковариации. Основной недостаток этих матриц заключается в том, что они характеризуют точность базовых линий по внутренней сходимости. Здесь не учитывается влияние ошибок центрирования, измерения высоты антенны, могопутности и ошибок положений фазовых центров, физические корреляции между измерениями. Хотя ковариационные матрицы векторов базовых линий не дают возможности судить о реальной точности их координат, по ним можно составить некоторые выводы об условиях наблюдений. Корректировка ковариационных матриц может выполняться несколькими методами (масштабирование матриц, добавление ошибок).

Анализ результатов уравнивания сети. Результатами уравнивания спутниковой сети являются оцененные параметры (прямоугольные, геодезические или плоские координат и высоты пунктов сети) и характеристики их точности, задаваемые в апостериорной ковариационной матрице. Ковариационная матрица решения содержит дисперсии оцененных параметров и корреляции между ними. Эти данные используются для построения эллипсов ошибок (или эллипсоидов ошибок) положений пунктов или для эллипсов ошибок линий, характеризующих точность уравненных параметров. В дополнение к параметрам и их точностям, из решения получается другая полезная информацию: это поправки в наблюдения (или остаточные невязки) , их ковариационная матрица , гистограммы распределения ошибок, числа избыточности ri.

Теория МНК не требует, чтобы остаточные невязки наблюдений имели нормальное распределение. Однако если ошибки наблюдений имеют Гауссово нормальное распределение, то можно ожидать нормально распределённые остаточные невязки. Поэтому по остаточным невязкам можно выполнить несколько статистических тестов. Статистические тесты можно применить для оценки качества наблюдений и для выявления аномальных ошибок (отскоков) в измерениях. В программы для уравнивания спутниковых сетей вставляются модули для тестов 2, , w.

С помощью 2-теста оценивается приемлемость всего уравнивания. При выполнении -теста проверяется гипотеза о том, что все невязки следуют нормальному распределению. Часто к тестированию индивидуальных поправок применяется разработанный голландским геодезистом В. Баарда метод data snooping («просмотр данных» или w-тест).

Точность уравненной сети. Средние квадратические ошибки координат находятся как квадратные корни из диагональных элементов ковариационной матрицы параметров . Очень часто для представления точности координат используются эллипсы или эллипсоиды ошибок. Эллипс показывает размеры области доверия к координатам отдельной точки, не зависимо от любых других точек в уравнивании. Часто более важно получать оценки точности относительных положений точек, а не их абсолютных положений. Эти оценки можно также найти по ковариационным матрицам координат.


3.7. Перспективы применения спутниковых методов в геодезии


Спутниковые непрерывно совершенствуются. Это приводит к повышению точностных характеристик систем, увеличению количества доступных гражданскому потребителю навигационных спутников и их сигналов. К 2015 году ожидается функционирование трех среднеорбитных СРНС (GPS, ГЛОНАСС и Галилео), образующих ГНСС с более чем 80 спутниками.

Эти факторы будут сказываться на теории и практике геодезических работ. Наблюдается совершенствование теории математической обработки спутниковых наблюдений и программного обеспечения. Высокоточная ГНСС технология становится основным средством для разнообразных геодезических работ. Одним из наиболее широко используемых методов измерений становится высокоточное позиционирование в реальном времени. Сети опорных станций заменяют традиционные опорные сети, закрепленные монументами. Недостаточная плотность сетей успешно компенсируются с помощью концепции виртуальных опорных станций. Это позволяет не только увеличить расстояние между опорной станцией и мобильной станцией, но также повысить надежность системы, уменьшить время на инициализацию мобильного приемника, использовать для работы кадры с более низкой квалификацией.

В целом напрашиваются следующие выводы:

- ГНСС-позиционирование по фазе несущей быстро развивается, так что теперь можно получать положение в кинематическом режиме, в реальном времени, и моментально;

- при выполнении определенных условий позиционирование по фазе почти неотличимо от позиционирования по псевдодальностям в методе DGPS, но при намного более высокой точности;

- сетевые методы смягчают критические ограничения в очень быстром разрешении неоднозначностей, допуская максимальные расстояния во многие десятки километров;

- важную тенденцию представляет установление сетей из непрерывно оперирующих приемников, поскольку оно постепенно ведет к сетевому методу.

Статическое позиционирование сохранится в сетях непрерывного мониторинга, включая сети типа МГС, для построения государственных сетей класса ФАГС, ВГС, а также более низких классов в районах, где отсутствует инфраструктура для методов типа сетевой кинематики.

В условиях, когда геодезист, придя на точку, моментально получает координаты в нужной системе с абсолютной точностью на уровне сантиметра, построение опорных сетей в том объеме, как это выполнялось в классической геодезии, становится ненужным. Однако для безопасности государства должна оставаться альтернатива спутниковому методу позиционирования, поскольку в условиях военных действий радио навигационные системы становятся достаточно уязвимыми.


Выводы по пункту 3.


1. За четверть века использования спутниковых методов в геодезии разработаны многочисленные технологические решения, оптимальный выбор которых гарантирует требуемое качество результатов.

2. Особое внимание должно уделяться созданию проекта на выполнение работ, где должны учитываться отличительные особенности спутниковых технологий.

3. Сформулированы предложения по ослаблению действия систематических ошибок в геодезических сетях.

4. Отличительная особенность уравнивания спутниковых сетей - корректировка стохастической модели измерений, задаваемой ковариационными матрицами базовых линий или более крупных фрагментов сети.

5. В ближайшем будущем эффективность спутниковых методов возрастёт за счет применения сетевых кинематических и абсолютных методов.

Выполнение разработанных принципов построения геодезических сетей позволяют добиваться точности на 1-3 порядка более высокой, чем при использовании традиционных методов геодезии.

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


Примером реализации представленных в монографии решений может служить геодезическая сеть эталонного пространственного полигона (ЭПП) для метрологических поверок ГЛОНАСС/GPS аппаратуры, построенная силами Сибирской государственной геодезической академии (СГГА), ПО «Инжгеодезия» и Сибирского государственного НИИ метрологии (СНИИМ). Для построения сети ЭПП вблизи Новосибирска был выбран район с меньшей залесенностью, на котором не ожидались тектонические движения.

Концепция построения сети ЭПП включала в себя:

- выбор места и закладка пунктов ЭПП (или использование существующих пунктов государственных геодезических или нивелирных сетей),

- измерения на эталонных пространственных базисах с целью подтверждения качества выбранной спутниковой аппаратуры,

- получение геоцентрических координат одного из пунктов сети ЭПП в системе ITRF,

- измерения на пунктах сети ЭПП, их обработка.

На рисунке 4 приводится схема геодезической сети. В нее входит 17 основных, несколько дополнительных пунктов, а также Издревинский и Коченевский пространственные базисы. Стержнем сети является цепь из пунктов с принудительным центрированием, с четырехугольником посредине. Длина сети в долготном направлении – 60 км. Сеть включает два астропункта 1 класса. Все пункты сети имеют координаты в системах ITRF2000, ПЗ-90, СК-42 и высоты в системе БСВ-77. В таблице 4 приводится перечень погрешностей измерений и примененные способы их ослабления.

Рисунок 4 Схема сети Эталонного пространственного полигона СГГА

Таблица 4 – Источники погрешностей и способы их ослабления



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 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.