Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2)
|
Скачать 1.71 Mb.
|
|
Продолжительность сеанса измерений. Известно, что однократное измерение фазы несущей производится с точностью до миллиметра и даже лучше (1.0-0.1% от длины волны), и чтобы обеспечить геодезическую точность наблюдений было бы достаточно пары измерений за 5 – 10 секунд времени. Почему же необходимы длительные сеансы? Объясняется это необходимостью определения целого числа длин волн несущих колебаний в расстоянии от антенны спутника до антенны приемника в момент первого наблюдения каждого спутника. Это число называют неоднозначностью фазовых отсчетов, его величина превышает 107. Минимальное количество эпох, при котором число измерений превышает число неизвестных, равно двум. Однако только достаточно длительные измерения в совокупности с хорошей геометрией расположения пунктов и космических аппаратов обеспечивают наблюдаемость данной динамической системы, обеспечивая несмещенную оценку вектора определяемых параметров. В относительном методе наблюдений 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. Например, для измерения одночастотным приемником линии длиной 1 - 2 км при наличии 6 спутников обычно достаточно 20 минут. Более длинные линии для получения хороших результатов требуют наблюдений в течение 90 минут и более. Большое влияние на качество решения оказывают окружающие антенну препятствия, вызывающие потери захвата сигнала и многопутность. Восстановление счета циклов непрерывной фазы является сложной задачей и при большом количестве потерь сигналов программа не всегда справляется с этой задачей. 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. Обычные значения для продолжительности сеансов в режиме статических наблюдений (особенно при длине базовых линий до 20 км) приведены в табл.. Эти значения основаны на видимости не менее 4-х спутников, хорошей геометрии и нормальных атмосферных условиях. Заметим, что дополнительные спутники позволяют уменьшить продолжительность сеанса примерно на 20%, эти цифры могут не оставаться слишком постоянными, однако, они гарантируют правильное разрешение неоднозначности и, таким образом, высокие точности. Продолжительность сеансов для статических измерений [Hofmann-Wellenhof et al. 2001].
Наилучший метод определения оптимальной продолжительности сеанса в больших проектах – это сделать более чем нормальное наблюдение в первый день работ, получив типичные данные наблюдений. Например, можно сделать наблюдения продолжительностью 60 минут для коротких (1-5 км) линий и 120 минут для более длинных линий (5-20 км). Эти данные при обработке дают хорошие результаты. Затем эти данные можно обработать несколько раз повторно, сокращая последовательно объем данных и сравнивая с результатами по полному объему данных. Так можно подобрать приемлемую продолжительность сеанса. 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. Что лучше: наблюдать 5 минут с дискретностью в 1 секунду (получается 300 эпох измерений) или 25 минут с дискретностью 5 секунд (также 300 эпох измерений)? Ответ такой: для уверенного разрешения неоднозначностей фаз второй случай предпочтительнее, так как за 25 минут спутники переместятся в пространстве на большие дуги, свободные члены в уравнениях поправок будут вычисляться более уверенно. Другой фактор, который также необходимо учитывать, это проблема восстановления потерь счета циклов. Эта проблема лучше будет решаться в первом случае, где точки на траекториях будут располагаться чаще, и их можно увереннее аппроксимировать какими-либо функциями. Поэтому в длительных сеансах обычно антенны стараются располагать в местах, лишенных препятствий. 6.4. Полевые контроли Контроль качества спутниковых наблюдений. Отдельные базовые линии. 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, как правило, приемлемы для средних базовых линий, в десятки и сотни километров длиной. Погрешности таких решений обычно больше половины длины волны, то есть 10 см. 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. К средней квадратической ошибке одного измерения очень близка ошибка rms. Полезную информацию о погрешностях дает апостериорная ковариационная матрица (кофакторная матрица). Однако эти данные характеризуют точность лишь по внутренней сходимости. Объем отвергнутых измерений, по мнению разработчиков ПБЛ, 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: . (1)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: (2)Относительная дисперсия является индикатором того, насколько хорошо наблюдалась базовая линия. Эта величина не имеет размерности, иногда ее называют коэффициентом дисперсии или дисперсией единицы веса. Она показывает, насколько полученные данные соответствуют тому, что ожидалось получить. Априорная дисперсия рассчитывается на основе предсказания о нормальном уровне ошибок в измерениях (уровне шумов). Если предположения о суммарном влиянии ошибок оправдалось, то RV=1. При RV<1 можно утверждать, что данные получены более качественные, чем ожидалось, при RV>1 - ожидания не оправдались. Для одночастотных статических измерений нормальное значение относительной дисперсии может быть около 4, а для кинематических съемок, когда положение выводится из 1 – 2 эпох, Reference Variance может быть порядка 5 – 6 и более. Высокое Reference Variance и низкое Ratio могут быть следствием ряда причин:
Линия в 30 км, измеренная одночастотными приемниками, может иметь относительную дисперсию от 10 до 20 из-за влияния ионосферы. Линия в 1 км, измеренная в режиме быстрой статике в 5-минутном сеансе, может иметь высокую относительную дисперсию из-за многопутности. Наблюдения двухчастотной аппаратурой небольших базовых линий (до 10 км) дают относительную дисперсию 0.8-1.0, если на обоих концах линии отсутствуют препятствия. Если на одном конце находится 4-х метровая пирамида из металлического уголка, относительная дисперсия возрастает до 2 – 4 , если пирамиды на обоих концах, - то до 6 – 8. Несмотря на то, что сигналы не имеют потерь в счете циклов, возникающая из-за стоек пирамиды многопутность ухудшает качество измерений [Антонович, 1997]. Важную информацию для анализа решения могут дать графики остаточных невязок уравнений наблюдений. Ошибки элементов приведения, ошибки фазового центра не сказываются на качественных характеристиках решения базовой линии, они выявляются при вычислении невязок в замкнутых фигурах. Контроль сети. Для сетей наилучшим средством нахождения проблемных линий является использование программ замыкания фигур, которые для определения невязок суммируют компоненты векторов по замкнутому контуру. Большинство программных пакетов имеют именно этот тип программ. 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:  , (1)где k – число сторон в замкнутой фигуре. По координатным невязкам можно получить полную невязку w:  (2)и сравнить ее с допустимой (ожидаемой) невязкой wдоп.:  (3)Ошибки D, H определяются на основании паспортных данных или устанавливаются на основании инструкций для данного вида работ. С вероятностью 95% должно выполняться условие:  . (4)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. Недостаток метода контроля по невязкам состоит в невозможности контролировать смещенные решения базовых линий. Один из источников таких решений – ошибки в априорных координатах начала базовой линии. Другой метод контроля сети – это выполнение свободного или минимально ограниченного уравнивания по методу наименьших квадратов с использованием одной из многочисленных доступных сегодня программ. Это уравнивание обычно должно выполняться только после исключения плохих линий программой вычисления невязок в замкнутых фигурах. 6.5. Объединение спутниковых и традиционных геодезических сетей Концепции уравнивания. В общем случае кампания GPS измерений включает использование небольшого числа приёмников для определения координат большого количества станций. Выполненные в проекте наблюдения разделяются на сессии, состоящие из наблюдений на отдельных станциях (пунктах). Сессия может быть короткой, всего несколько минут, если в малой сети применяется метод быстрого разрешения неоднозначностей, или несколько часов и даже суток, если необходимо достигать высокую точность в более крупных сетях. При ограниченном числе доступных спутников типичная сессия наблюдения в инженерных сетях продолжается от 1 до 3 часов. Разработаны и используются следующие методики уравнивания спутниковых наблюдений:
Уравнивание одной станции (позиционирование точки, «однопунктовое» решение) обеспечивает абсолютные координаты станции в системе WGS-84 (или ПЗ-90). Если обрабатываются только кодовые измерения, то из-за низкой точности эти результаты обычно представляют малый интерес для геодезических применений, но они часто отвечают требованиям некоторых задач геофизики, ГИС и дистанционного зондирования. Типичная область этого применения – навигация. В строгом геодезическом уравнивании необходима информация и об относительном, и об абсолютном положении пункта. Поэтому решение по одной станции во многих программных пакетах включается для совместной обработки многих станций. Решение по одной станции также используется для предварительной обработки и редактирования данных (например, из-за потерь счета циклов, вращения Земли, эффектов теории относительности, ионосферы, тропосферы и для образования нормальных мест). Более точные абсолютные положения, на уровне несколько метров или лучше можно достигнуть, если используются данные нескольких суток наблюдений. Сантиметровый уровень точности возможен при абсолютном позиционировании по фазе несущей. Концепция одинарной базовой линии очень широко используется в программном обеспечении для обработки спутниковых данных. В совместном уравнивании обрабатываются наблюдения от двух одновременно работавших приемников, преимущественно в виде двойных разностей. Результатом являются компоненты  вектора базовой линии и соответствующая ковариационная матрица KXYZ.Отдельные базовые линии используются как исходные данные в программе уравнивания сети. Обработка наблюдений в сети распадается на первичное уравнивание (решение базовых линий) и вторичное уравнивание (уравнивание векторов базовых линий). Эта методика является строгой, если одновременно наблюдали только два приемника, и если используется вся стохастическая информация полной ковариационной матрицы. Однако если пары станций выбраны из большего числа одновременно действовавших приемников, то не все возможные комбинации базовых линий не зависят одна от другой. Как было показано в разделе 10.2.4, при одновременных наблюдениях R приемниками получается R(R-1)/2 возможных базовых линий, но независимыми из них являются только R-1 линий. Если имеющееся программное обеспечение может обрабатывать только по одной базовой линии, то независимые, «не тривиальные» базовые лини должны выявляться с использованием подходящих критериев отбора, таких как длина базовой линии или число наблюдений. Тем не менее, эта методика не является строгой для сетевых решений, поскольку не учитывается стохастическая информация между одновременно наблюдавшимися линиями. Для улучшения решения необходимо тщательное взвешивание и ослабление корреляции. Большинство производителей предлагают вместе с приемниками программы, которые используют концепцию базовых линий. Эти программы удобны для малых проектов, для полевой проверки данных и для применений в реальном времени. В уравнивании многих станций одной сессии совместно обрабатываются все данные, которые наблюдались одновременно тремя или более участвующими приемниками. В этом случае результатами решения являются R-1 независимых векторов и ковариационная матрица размера 3(R-1) 3(R-1). В зависимости от имеющегося программного обеспечения, результаты можно также выдавать набором из 3R координат и ковариационной матрицы размером 3R3R. Ковариационная матрица также является блочно-диагональной, в которой размер ненулевых диагональных блоков является функцией числа приемников R. Следовательно, это строгое уравнивание наблюдений с использованием всех взаимных стохастических соотношений. Для геодезических целей такое «многопунктовое» уравнивание имеет концептуальные преимущества над методом базовых линий, поскольку используется весь потенциал точности СРНС. Несколько решений по сессиям можно объединять в уравнивание многих сессий или, более точно, в решение по многим станциям и многим сессиям. Это обычная методика, когда крупные сети разбиваются на части из-за ограниченного числа приемников. Основное условие в таком уравнивании состоит в том, что каждая сессия связывается хотя бы с одной другой сессией через одну или большее количество общих станций, на которых наблюдения выполнялись в обе сессии. Расширение числа общих станций повышает стабильность и надежность всей сети. Заключительная часть уравнивания спутниковой сети заключается в ее объединении с традиционной ГГС и переводе координат в государственную референцную систему координат СК-95 и систему высот БСВ-77. 6.6. Свободное, минимально ограниченное и ограниченное уравнивание Из приведенных в разделе 11.1 замечаний следует, что для средней кампании есть два вида уравнивания: первичное уравнивание, в результате выполнения которого находятся векторы базовых линий и соответствующие ковариационные матрицы, и вторичное уравнивание, которое рассматривает выход первичного уравнивания как наблюдение. Уравнивание геодезических сетей, построенных с применением спутниковых технологий, является необходимым этапом технологии геодезических работ. Задачами уравнивания является:
Таким образом, 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. 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 3´3 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:
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 коэффициентов системы уравнений поправок (матрица плана) и, следовательно, нормальная матрица будет иметь дефект ранга, равный трем. Однако использование аппарата псевдообращения матриц, применяемого в некоторых программах, позволяет провести уравнивание. При фиксировании координат одного пункта получаем минимально ограниченное уравнивание, в котором нормальная матрица оказывается невырожденной. Для достижения значимого контроля векторная сеть не должна содержать векторы, концы которых не связаны, по крайней мере, с двумя станциями. При фиксировании более чем трех координат, будет ограниченное уравнивание в том смысле, что будут наложены дополнительные ограничения по отношению к минимально необходимым. Свободное и минимально ограниченное уравнивание применяются для решения первых трех задач, перечисленных в начале раздела. Его результаты отражают внутреннюю точность сети, не деформированной ошибками исходных данных. Ограниченное уравнивание выполняется после успешного выполнения минимально ограниченного уравнивания для включения вновь построенной сети в существующую сеть, в ее координатную систему, в том числе систему высот. Для этого новая сеть должна быть связана, по крайней мере, с двумя станциями существующей сети. При уравнивании сети можно оценить качество наблюдений выведенных векторов базовых линий, выполнить вычисления внутренней и внешней надежности, можно выявить и удалить грубые ошибки. Например, ошибка в высоте антенны не будет обнаружена при обработке базовых линий одна за другой, но будет обнаружена при уравнивании сети. Методику последовательного уравнивания, если необходимо, можно также использовать для уравнивания компонент сети. При свободном или минимально ограниченном уравнивании можно произвести передачу дисперсий для вычисленных расстояний, углов или любых других функций координат. Особая проблема, - это совместное уравнивание спутниковых и обычных геодезических измерений. Суть ее в том, что классические геодезические измерения (измерения углов, нивелировки, астрономические определения и др.) выполняются с использованием уровня, то есть в качестве опорной поверхности используется геоид. Измерения базовых линий производятся в системе осей общеземного эллипсоида. Для корректного приведения данных к одной какой-либо системе необходимо знать высоты геоида над эллипсоидом с соответствующей точностью. Уравнивание небольших сетей выполняется обычно по программам, входящим в состав фирменного коммерческого обеспечения. Примером таких программ может служить модуль TRIMNET Plus, входивший в состав программ GPSurvey и в несколько измененном виде вошедший в пакет Trimble Geomatics Office американской фирмы Trimble Navigation и др. 6.7. Функциональные и стохастические модели наблюдений |
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 |