Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2)
|
Скачать 1.71 Mb.
|
6.2. Выбор аппаратуры, метода наблюденийПолевое оборудование включает блоки приемников и вспомогательные приборы, такие как метеорологические сенсоры, штативы, трегеры, штанги-биноги, аккумуляторы, зарядные устройства и другое вспомогательное оборудование. Выбор соответствующего приемника зависит от особых требований проекта. Поэтому в этом разделе будут даны только некоторые общие соображения. Типы приемников и антенн. 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. Можно выстроить следующую примерную шкалу спутниковых приемников в зависимости от их стоимости: - кодовый приемник для навигации по стандартному коду GPS или ГЛОНАСС, - кодовый приемник с дифференциальнм режимом при пост-обработке, - кодовый приемника с дифференциальным режимом в реальном времени, - кодо-фазовый приемник (с неполным разрешением фазы), - фазовый одночастотный приемник (статика обязательна, быстрая статика, кинематика истинная и Stop-and-Go – по необходимости), - фазовый одночастотный приемник с теми же возможностями и с возможностями работы в реальном времени, - фазовые двухчастотные приемники, по аналогии с одночастотными приемниками с возможностями статики, быстрой статики, истинной кинематики с инициализацией On-the-Fly или без нее, кинематикой Stop-and-Go, с возможностями съемки в реальном времени или только с пост-обработкой. 6.3. Методика наблюдений спутниковой сети Статическое и кинематическое позиционирование. Режимом статики обозначают стационарное наблюдение положения, в то время как режим кинематики предполагает движение. Временная потеря захвата сигнала в статическом режиме не является такой критической, как в кинематическом режиме.Термины «статика» и «кинематика» необходимо рассматривать в контексте точечного или относительного позиционирования. Типичные примеры этих режимов даются для того, чтобы познакомить читателя с этими терминами. Статическое точечное позиционирование по кодам полезно, если необходимо иметь координаты точки с умеренной точностью (1-5 м). Кинематическое точечное позиционирование можно использовать для определения трехмерной траектории аппарата как функции времени. Поэтому типичным примером для кинематического позиционирования является навигация судна. Некоторые приемники могут выполнять точную навигацию (траекторные измерения) по псевдодальностям, сглаженным фазой. Статическое относительное позиционирование по фазе несущей является самым точным методом позиционирования и наиболее часто используется геодезистами. Этот метод предназначен для определения вектора базовой линии между двумя стационарными приемниками. В статических съемках достижимы точности 10-6-10-7 и даже лучше, что эквивалентно миллиметровой точности на базовых линиях в несколько километров. Кинематическое относительное позиционирование включает один стационарный и один движущийся приемник. Два приемника выполняют наблюдения одновременно. Основные применения этого метода в основном те же самые, что для кинематического точечного позиционирования, но достижима точность сантиметрового уровня. Использование радиосвязи между станциями базовой линии приводит к режиму кинематики реального времени (RTK). В зависимости от типа данных (фазы или фазовые поправки), которые передаются в реальном времени мобильному приемнику, метод относят к относительному или дифференциальному позиционированию. В процессе развития GPS/ГЛОНАСС-технологий было разработано три режима статических измерений с применением фазовых приемников. Первый из них, появившийся как модификация интерферометрического метода радиоастрономии, называют классической статикой или просто - статическим режимом. Второй режим – быстрая статика (fast statiс или rapid static). Его принципиальное отличие от предыдущего режима заключается в уменьшении времени наблюдений на пункте, применении специальных алгоритмов для разрешения начальных неоднозначностей фаз, и как следствие от выигрыша времени, некоторую потерю точности. Третий режим получил название реоккупация. В каждом из перечисленных режимов возможно применение как одночастотной, так и двухчастотной аппаратуры. Двухчастотная статика – наиболее универсальный режим измерений, в котором возможно достижение самой высокой точности и на самых больших расстояниях, вплоть до нескольких тысяч километров. В этом режиме иногда отдельно выделяется статика коротких, средних и длинных базовых линий. Четких количественных границ между этими понятиями не существует, и основной принцип деления основан на теоретических возможностях исключения определенных видов ошибок. На коротких базовых линиях уверенно исключается влияние ионосферы и тропосферы. В периоды минимума солнечной активности одночастотные приемники могут давать фиксированное решение на расстояниях до 60 км, в то время как в максимум солнечной активности с трудом дают решение на расстояние 10 км. Ошибки тропосферы перестают быть коррелироваными с расстояний около 15 км. В среднем можно считать, что под короткими расстояния понимаются обычные для классической триангуляции и полигонометрии расстояния в пределах до 15-25 км. По другому определению пределом для коротких расстояний является то расстояние, на котором становится ощутимым расхождение между результатами одночастотных и двухчастотных измерений. Подобным образом, верхний предел для средних расстояний можно определить как минимальное расстояние, на котором разрешение неоднозначностей на двух частотах не выполняется из-за доминирующего влияния ошибок опорных координат и орбиты. Диапазон расстояний для средних базовых линий предполагается примерно от 20-50 до 1000 км. Пределом расстояний для длинных базовых линий является возможность выполнения синхронных измерений. Чем длиннее расстояние между пунктами, тем меньше наблюдается общих спутников. В статических режимах одновременно работают, по крайней мере, два приемника, и ожидается точность сантиметрового уровня. Один из них располагается на точке с известными координатами (опорный или базовый приемник), координаты второго приемника подлежат определению. Синхронизация работы приемников на уровне минут обеспечивается наблюдателями, которые включают аппаратуру в заранее установленное время. Синхронизация на уровне секунд достигается выбором в приемнике одинаковых интервалов между измерениями (интервал между эпохами наблюдений). Наиболее распространенные интервалы в 1, 5, 10, 15 и 30 с. Если в приемниках установлены разные интервалы между эпохами, то некоторые наблюдения могут оказаться несинхронными. Более точная синхронизация часов приемников обеспечивается навигационным решением по C/A-коду. Если точность однократного абсолютного определения координат 15 м, то это позволяет синхронизировать часы приемников на уровне 10-7-10-8 с. Этот уровень точности определения времени достаточен для обеспечения одновременности наблюдений фазы несущей волны на отдельных станциях. Наиболее важная проблема обработки фазовых измерений заключается в определении целого числа длин волн N(1), которое не фиксируется приемником при первом измерении. Это число называют начальной целочисленной неоднозначностью фазовых измерений. Для установления правильного значения этого числа программа, обрабатывающая базовую линию – процессор базовых линий, производит его подробное исследование. Точность определения базовой линии зависит также от компенсации остаточных погрешностей шкал времени спутника и приемника. Чтобы достичь миллиметровой точности, необходимо исключать ошибки времени на уровне долей наносекунды. Достигается это с помощью образования одинарных, двойных и тройных фазовых разностей. В одинарных разностях (single difference) полностью исключаются ошибки часов спутника. В двойных разностях (double difference) исключается большая часть погрешности шкалы времени и задержки в каналах приемника. Главное свойство тройных разностей заключается в том, что они не зависят от начальных целочисленных неоднозначностей фазовых измерений. Поэтому тройные разности удобны для выявления и исправления потерь счета циклов. Они используются как отдельный этап в обработке, позволяющий устранить срывы в циклах и получить первое решение для положения полевого приемника. Дополнительное преимущество двухчастотных фазовых измерений заключается в возможности образовывать комбинации фаз, измеренных на первой и второй несущих частотах. Разностная (широкополосная) комбинация эквивалентна измерениям на волне 86 см. Можно ожидать, что это потребует меньше наблюдений для определения позиции в пределах 86 см, чем более точное определение в 19 см. Следовательно, можно находить неоднозначности широкой полосы за очень короткий период наблюдений. Суммарная или узкополосная комбинация фаз эквивалентна измерениям на волне 10.2 см. Она также используется при уточнении целочисленных неоднозначностей. Наконец, комбинация фаз, свободная от влияния ионосферы, позволяет почти полностью исключить влияние этого слоя атмосферы. В общем случае получаемые из решения неоднозначности не являются целыми из-за остаточных ошибок моделей, заключающихся в невозможности математически точно описать спутниковые орбиты, влияние ионосферы и тропосферы и т.п. Поскольку известно, что неоднозначности должны быть целыми, а не вещественными, можно усилить решение, получая целые оценки неоднозначностей. Если выполнить надежное округление до целого удается, говорят о «фиксированном решении» для базовой линии, в противоположность «плавающему решению». Для достижения сантиметровой точности всегда необходимо получать фиксированное решение. Двухчастотные измерения почти всегда дают более точное решение, чем одночастотные измерения, за счет более строгого учета ионосферы, большего объема данных и возможности использования комбинаций фазовых отсчетов. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно для уверенного разрешения неоднозначностей. Так, одночастотная статика имеет предел в 15 - 20 км, иногда при благоприятных условиях и при соблюдении некоторых требований - несколько больше, а одночастотная быстрая статика - в 5 – 10 км.  Рис. Обход точек при съемке в режиме быстрой статики. Быстрая статика разработана на основе классической статической съемки. Цель быстростатической съемки – точно определить базовую линию за максимально короткое время. Один приемник устанавливается на опорной точке и непрерывно следит за всеми видимыми спутниками. В это время со вторым приемником последовательно обходят все точки, оставаясь на каждой из них несколько минут. Использование процессоров базовых линий, специально разработанных для быстрой статики, позволяет разрешить неоднозначности по этим кратковременным измерениям. Быстрая статика идеально подходит для измерений, где необходимо определять много точек, расположенных поблизости от опорной точки, и где можно пренебречь влиянием ионосферы и тропосферы. Преимущество этого режима перед обычной статикой в сокращении времени в 2 - 4 раза, преимущество перед кинематикой Stop-and-Go в том, что не нужно поддерживать непрерывный захват спутников во время движения от точки к точке. Каждая точка наблюдается независимо от других, а при перемещении на другую точку приемник может выключаться. Недостатком быстростатических решений базовых линий является слабое исключение многопутности из-за коротких сеансов наблюдений. Измерения в режиме быстрой статики очень похожи на статические измерения. Главное различие между двумя режимами - это то, что время для определения базовой линии в быстростатическом режиме намного короче и, как следствие, обычно точность ниже, а предельные расстояния между пунктами ограничены 15- 20 км. Типичные установки приемника для быстростатических измерений: - минимальное количество спутников 4 (5 или больше), - интервал между эпохами 5 с, - угол отсечки по высоте 13. Время наблюдений на каждой точке при определении базовой линии зависит от количества спутников и от спутниковой геометрии. При величине геометрического фактора PDOP меньше 7 рекомендуется следующее время нахождения на точке: - при четырех спутниках - время более 20 минут, - при пяти спутниках – 10 – 20 минут, - при шести и более спутниках - 5 – 10 минут. При коэффициентах PDOP, близких к 7, лучше продлить сеанс, «перестраховаться». При проведении съемки в режиме быстрой статики приемник, расположенный на опорной точке обычно запускается в режиме обычной статики, а полевой приемник может стартовать либо в режиме быстрой статики, либо в режиме кинематики. Использование быстростатического режима наблюдений, как правило, обеспечивается специальным индикатором, показывающим, как долго снимается базовая линия. Приемник использует значения геометрических факторов и количество спутников для того, чтобы оценить, когда можно закончить наблюдение базовой линии, или указать для линии какой длины достаточно данных. Работа на пункте. Работа начинается с вскрытия центра, установки штатива, центрирования, установки антенны и подсоединения ее к приемнику. Важно правильно расположить аппаратуру. Далее: измерение высоты и запуск измерений. 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 условий наблюдений и режимов выполнения работы. Сюда могут относиться такие параметры, как режим работы (статика, кинематика, кинематика в реальном времени и т.п.), минимальное количество спутников, при котором выполняется позиционирование, угол отсечки по высоте, допустимое отношение уровней сигнала и шума (маска SNR), допустимая величина коэффициента потери точности PDOP или GDOP и ряд других параметров. Некоторые установки касаются работы приемника (одно- или двухчастотный режим, подключение внешней базы времени и т.д.) или создают необходимый уровень сервиса (единицы измерений, продолжительность звукового сигнала и т.п.). Есть несколько способов ввода параметров. В одних приемниках они установлены в заводских условиях, то есть зашиты в управляющей программе, и не подлежат изменению. Приемник сигнализирует о готовности к работе загоранием светового индикатора. В других приборах наблюдатель сам устанавливает параметры. В аппаратуре третьего типа заранее готовится так называемый конфигурационный файл миссии, содержащий указанные установки. Перед началом наблюдений все наблюдатели, участвующие в сеансе, должны сделать файл миссии текущим, то есть установить согласованные параметры работы приемника. Из-за разнообразия спутниковой аппаратуры, способов управления, степени автоматизации и других факторов нет необходимости рассказывать обо всех параметрах, и здесь мы остановимся только на трех параметрах: угол отсечки по высоте, продолжительность сеанса и интервал регистрации. 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. С появлением многоканальных приемников, наблюдающих все, что видит (all-in-view), проблема маски высоты становится менее актуальной. Рекомендуемая маска высоты для фазовых приемников 15 при статических измерениях и 10 или 13 для быстрой статики и кинематических измерений. |
Похожие:
 |
Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 1) ... |
|
Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и... ... |
 |
Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и... ... |
|
Отчет по вопросам защиты от помех радиоприему сигналов Глобальных... Комиссия по регулированию использования радиочастотного спектра и спутниковых орбит |
|
Техническое задание на поставку осциллографа в рамках реализации... «Техническое перевооружение производства малогабаритных адаптивных антенных систем для спутниковых систем связи ао «нпц «Вигстар»,... |
|
Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и... ЦниигаиК разработал Инструкцию по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных... |
|
Де карвальо антонио алвеш разработка методики модернизации плановой... Охватывает комплекс вопросов, относящихся к разработке методики модернизации плановой геодезической сети г. Луанда. В основу разработанной... |
|
Министерство образования и науки РФ московский государственный университет... Целью преподавания дисциплины «Автоматизированные системы проектирования в геодезии» является получение обучающимися необходимых... |
|
09086865-0171300002517000002-0260482-01-игди-т Создание планово-высотной съемочной геодезической сети без закладки центров и реперов с использованием спутниковых геодезических... |
|
Операционные системы распределенных вычислительных систем (распределенные ос) Распределенная система совокупность независимых компьютеров, которая представляется пользователю единым компьютером (metacomputer),... |
|
Реферат Пояснительная записка к проекту Программы развития геодезии и картографии на основе Пл «Центральный ордена "Знак Почета" научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф. Н. Красовского» |
|
Конспект лекций (Гилевский Ю. Х.) по высшей геодезии за 3 курс обучения... Конспект лекций (Гилевский Ю. Х.) по высшей геодезии за 3 курс обучения в Санкт-Петербургском техникуме Геодезии и картографии. Примерно... |
|
Рабочая программа по геодезии составлена в соответствии с гос впо... Целью учебной практики является закрепление и углубление знаний, полученных студентами за время теоретического обучения по геодезии... |
|
Пульт sat универсальный huayu rm-3335 (для спутниковых ресиверов) Пульт ду huayu rm-3335 (sat) (универсал) заменяет более 68 моделей пультов для спутниковых ресиверов |
|
Инструкция по настройке и работе с устройством trc (Жук) На з Оно предназначено для наблюдения за перемещением пользователя на местности за счет контроля сигналов окружающих базовых станций gsm... |
|
Пресс-релиз краевое Управление Росреестра выявляет типичные нарушения... Управление Росреестра по Пермскому краю осуществляет контрольно-надзорные функции, в том числе в сфере геодезии и картографии |