Комплекс подготовительных работ при создании локальной геодезической сети на аэродроме шереметьево расчет требуемой точности геодезической сети
|
Скачать 0.72 Mb.
|
|
2.2.2. Влияние внешней среды Влияние внешней среды на результаты спутниковых измерений проявляется как через изменения времени прохождения радиосигналов от спутника до приемника, так и через возникновение многопутности, обусловленной отражениями радиосигналов от тех или иных поверхностей, расположенных в непосредственной близости от приемника. В свою очередь изменения во времени распространения радиосигналов связаны со скоростью распространения электромагнитных волн, которая в такой среде, как атмосфера, отличается от скорости света в вакууме. Изменения скорости на пути распространения сигнала становятся причиной дополнительных временных задержек, вследствие чего появляются ошибки в значениях измеряемых расстояний, пренебрегать которыми нельзя. Применительно к системе GPS радиосигнал большую часть своего пути проходит в вакууме. Но на высотах от нескольких сотен до нескольких десятков километров от земной поверхности находится область ионизированной разреженной атмосферы, получившая название ионосферы Характерная особенность ионосферы состоит в том, что она вносит задержки во время, затрачиваемое сигналом на прохождение через такую среду. На высотах менее 20 км от земной поверхности находится газообразная атмосфера, получившая название тропосферы. В этой среде отсутствует зависимость скорости радиоволн от частоты, но начинает проявляться зависимость от метеорологических факторов (температуры, давления и влажности), которые в приземных слоях атмосферы могут изменяться с течением времени. Наряду с атмосферными влияниями результаты спутниковых измерений подвержены также многопутности, которая приводит к попаданию на вход приемника нескольких идентичных радиосигналов, прошедших различный путь. В результате их взаимодействия возникает результирующий сигнал, который несет в себе несколько искаженную информацию о величине измеряемого фазового сдвига. Поскольку механизм влияния для перечисленных выше трех источников ошибок существенно различен, то проанализируем раздельно особенности таких влияний. 2.2.2.1. Влияние ионосферы Ионосфера, являющаяся наиболее удаленной от земной поверхности частью атмосферы, подвержена сильному воздействию космического излучения, прежде всего ультрафиолетовой радиации Солнца. В результате такого облучения электрически нейтральные молекулы и атомы воздуха ионизируются, т.е. распадаются на свободные электроны и электрически заряженные ионы. Поскольку энергия отдельных квантов электромагнитного ионизирующего излучения зависит от частоты излучения, то степень ионизации также зависит от частоты излучения, причем, чем выше частота, тем интенсивнее происходит ионизация. Для каждого вида молекул или атомов существует определенный пороговый уровень энергии, при котором происходит расщепление электрически нейтральных частиц воздуха. Интенсивная ионизация частиц воздуха происходит только при их облучении электромагнитными излучениями с длиной волны короче 0,13 мкм, т. е. колебаниями ультрафиолетового диапазона. Поэтому основным ионизирующим фактором в солнечном излучении является ультрафиолетовая радиация, энергия которой почти полностью затрачивается на ионизацию верхних слоев атмосферы, предохраняя тем самым земную поверхность от вредных воздействий радиации. Электрические свойства ионизированных слоев атмосферы оказывают большое влияние на прохождение через них радиосигналов различных частотных диапазонов. Находящиеся в ионосфере свободные электроны под воздействием проходящих через ионосферу электромагнитных волн от спутника сами становятся источниками вторичных волн. Эти волны при взаимодействии с первичными приводят к появлению результирующих волн с несколько отличной скоростью распространения, значение которой может быть как ниже, так и выше скорости света в вакууме. Однако, выполняя измерения на двух несущих частотах представляется возможным не только вычислить практически свободную от влияния ионосферы величину измеряемого до спутника расстояния, но и определить значение ионосферной поправки. Остаточное ее воздействие на результаты измерений обусловлено, главным образом, недостаточно строгим модельным представлением зависимости ионосферной поправки от частоты. Так поправка за ионосферу ΔΦL1ion определяется по следующей формуле:  , (2.1)где:  ; (2.2) ; (2.3) . (2.4)Здесь:  и  -значение несущей частоты соответственно для L1 и L2; и  -целое число периодов за время прохождения сигналом расстояния от спутника до приёмника соответственно для L1 и L2; и -измеряемое значение разности фаз соответственно для L1 и L2.Дополнительного ослабления влияния ионосферы удается достичь при выполнении работ в ночное время. 2.2.2.2. Влияние тропосферы При выполнении спутниковых измерений наряду с ионосферой приходится учитывать также влияние тропосферы, которая представляет собой ближайшую к земной поверхности часть атмосферы, простирающуюся до высот 20 км. Отличительная особенность тропосферы состоит в том, что она является нейтральной (т.е. неионизированной) средой. Поэтому для частот радиодиапазона менее 15 ГГц такая среда может рассматриваться как среда, не подверженная дисперсии, вследствие чего скорость распространения радиоволн в ней не зависит от частоты. При этом фазовая и групповая скорости оказываются одинаковыми, а поэтому нет необходимости раздельно изучать влияние тропосферы на фазовые и на кодовые измерения. При разработке методов учета такого влияния не представляется возможным использовать описанные выше принципы измерений на двух различных несущих частотах, вследствие чего доминирующее положение занимают методы моделирования. К настоящему времени для учета влияния тропосферы предложено значительное количество различных моделей, позволяющих оценить величину тропосферных задержек при прохождении сигналов от космических объектов до расположенных на земной поверхности пунктов. Применительно к спутниковым системам позиционирования типа GPS наибольшее распространение получила модель Хопфилда. При разработке такой модели была обоснована целесообразность разделения преломляющих свойств тропосферы на «сухую» и «влажную» компоненты. При этом для показателя преломления n (а точнее для индекса показателя преломления Ntrop = (n-1) 106) была применена следующая форма представления: Ntrop=NS+NW , (2.5) где NS, и NW. - индексы показателя преломления воздуха соответственно для «сухой» и «влажной» компоненты. В тропосферной модели Хопфилда поправка вычисляется по следующей формуле:  , (2.6)где: Е-угол возвышения спутника над горизонтом; hs и hw - высота слоя, в пределах которого температура линейно связана с высотой, для сухой и влажной компоненты; Ns0 и Nw0 - индексы показателя преломления воздуха в точке стояния наблюдателя. Наряду с тропосферной моделью Хопфилда в отдельных типах спутниковых приемников используется модель Саастамойнена, которая описывается следующим эмпирическим выражением:  . (2.7)Здесь: z - зенитный угол в направлении на спутник; P, T и e - давление, температура и влажность воздуха, определяемые на пункте наблюдения, при этом величина Т измеряется в градусах Кельвина, а Р и е - в миллибарах. Тропосферные модели других авторов применяются на практике сравнительно редко. Следует заметить, что влияние тропосферы на результаты спутниковых измерений существенно ослабляется за счет использования дифференциальных методов наблюдений, при которых на конечные результаты оказывают влияние не абсолютные значения тропосферных задержек, а их разности. Накопленный к настоящему времени опыт спутниковых GPS измерений свидетельствует о том, что метод тропосферного моделирования в сочетании с дифференциальными принципами измерений позволяет достаточно надежно оценивать влияние тропосферы на сантиметровом уровне точности. Некоторые трудности могут возникать при моделировании влияния влажности воздуха. Для их преодоления рекомендуется использовать специальные приборы, получившие название радиометров водяных паров, которые позволяют определять с необходимой точностью интегральное значение влажности на пути прохождения радиосигнала от спутника к приемнику. 2.2.2.3. Многопутность распространения сигнала Под многопутностью принято понимать такое распространение радиосигналов, при котором сигналы достигают антенны спутникового приемника не только по прямому пути, соединяющему спутник с пунктом наблюдения, но и по ломаному пути, образующемуся за счет отражений от окружающих объектов (земная и водная поверхность, строения и сооружения, наружные геодезические сигналы др.). Ситуация, иллюстрирующая возникновение многопутности, схематически изображена на рисунке 2.4. Рис. 2.4. Возникновение явления многопутности. При наличии отраженных радиосигналов, прошедших путь повышенной протяженности, в результаты радиодальномерных измерений вносится дополнительная погрешность, оказывающая влияние на конечную точность спутниковых измерений. Более того, многопутность может служить причиной существенного ослабления поступающих на вход приемника сигналов, при котором нарушается нормальная работа приемника. Особенности влияния отраженных радиосигналов на результаты дальномерных измерений достаточно подробно изучены в процессе разработки и исследования наземных радиодальномерных устройств. При этом было установлено существенное различие в механизме влияния отражений на несущие и модулирующие колебания. В связи с тем, что в спутниковых GPS измерениях используются оба типа колебаний, то оценим это влияние применительно как к фазовым измерениям, базирующимся на использовании несущих колебаний, так и к кодовым измерениям, основанным на применении модулирующих сигналов. Поскольку процесс влияния многопутности непосредственно на несущие колебания описывается намного проще и нагляднее, то рассмотрим механизм такого влияния на характерные для спутниковых методов фазовые измерения, отнесенные к несущим колебаниям. Предположим, что отраженный от того или иного объекта радиосигнал проходит избыточный путь Δρ в результате чего он приобретает в сравнении с прямым сигналом дополнительный фазовый сдвиг ΔΨ, который в долях фазового цикла может быть оценен на основе следующего очевидного соотношения:  , (2.8)где: f- частота несущих колебаний; υ - скорость распространения электромагнитных волн. При наличии отражений на антенное устройство спутникового приемника одновременно поступают как прямой, так и отраженный радиосигналы, характеризуемые векторами Epr и Eotr, (рис. 2.5). Рис. 2.5. Векторное сложение прямого и отраженного сигналов. При взаимодействии изображенных на рисунке сигналов формируется результирующий сигнал, который оказывается сдвинутым по фазе относительно прямого сигнала на величину ΔФ, оцениваемую соотношением:  . (2.9)Здесь k =  - коэффициент ослабления отраженного сигнала, приближенно равный коэффициенту отражения отражающей поверхности.Формула (2.9) свидетельствует о том, что максимальная ошибка из-за многопутности (с условием Eprotr) наблюдается при противофазности сигналов, причем рассматриваемое взаимодействие сопровождается не только возникновением ошибки в результатах спутниковых измерений, но и ослаблением амплитуды результирующего сигнала. Это может приводить к затруднению фиксации таких сигналов из-за их малой величины и, как следствие, к пропуску фазовых циклов при взятии последовательных отсчетов в процессе орбитального движения спутника. Выполним количественную оценку фазовых искажений. В системе GPS длина волны несущих колебаний близка к 20 см, тогда максимальная ошибка фазовых измерений может достигать значений около 5 см. В тех редких случаях, когда отраженный сигнал превышает прямой (например, при наличии дополнительного затухания на пути прохождения прямого сигнала), эта ошибка может приближаться к 10см. При выполнении кодовых измерений механизм расчета ошибок из-за многопутности существенно осложняется. Заметим что при подсчете погрешностей в результатах кодовых измерений происходит переход фазовых сдвигов, характерных для несущих колебаний, в фазовые сдвиги, которые приобретают модулирующие (т. е. кодовые) сигналы. При этом разность хода в несколько сантиметров, характерная для несущих колебаний, трансформируется в разность пройденных путей для модулирующих колебаний и составляет десятки метров. Так, например, фазовый сдвиг на уровне около 90°, который приобретают сигналы, несущие в себе информацию об общедоступном С/А-коде и имеющие длину волны около 300 м, обуславливает ошибку, оцениваемую величиной около 75 м. С учетом вышеизложенного, повышенного внимания заслуживают меры по ослаблению влияния многопутности, прежде всего, на результаты кодовых измерений. При этом следует заметить, что за счет использования дифференциальных методов измерений не удается ослабить рассматриваемое влияние, так как обстановка, порождающая возникновение многопутности, характерна для каждого конкретного пункта наблюдений. Для уменьшения влияния многопутности необходимо придерживаться следующих правил:
Совокупность перечисленных выше мер позволяет минимизировать влияние многопутности до уровня, при котором этот источник ошибок не препятствует выполнению высокоточных спутниковых измерений. 2.2.3. Инструментальные источники ошибок При оценке результирующей точности спутниковых измерений приходится учитывать также и инструментальные источники ошибок, связанные с несовершенством работы тех или иных узлов, входящих в состав пользовательской и расположенной на спутнике аппаратуры. Проведенные к настоящему времени исследования в этой области свидетельствуют о том, что основные источники инструментальных ошибок связаны с неточностью знания фазового центра антенны приемника, а также с погрешностью хода часов спутника и приемника. Рассмотрим характерные особенности каждого из перечисленных выше инструментальных источников ошибок, его влияние на результирующую точность спутниковых измерений и методы минимизации такого влияния. |
Похожие:
 |
Де карвальо антонио алвеш разработка методики модернизации плановой... Охватывает комплекс вопросов, относящихся к разработке методики модернизации плановой геодезической сети г. Луанда. В основу разработанной... |
|
Требования Полевым работам по обследованию пунктов государственной геодезической сети предшествует сбор и изучение материалов геодезической... |
|
И нструкция по настройке Локальной Сети и Интернета Подключите провод Локальной Сети в разъём на Сетевой Карте, загориться светодиод |
|
Инструкция по организации движения спецтранспорта, и средств механизации... А аэродроме Шереметьево (далее – Инструкция) определяет порядок организации движения спецтранспорта и средств механизации на закрытой... |
 |
09086865-0171300002517000002-0260482-01-игди-т Создание планово-высотной съемочной геодезической сети без закладки центров и реперов с использованием спутниковых геодезических... |
|
Инструкция по оформлению вкр и проверке на объем заимствования Система доступна только из локальной сети Университета, при этом место хранения работ закрыто от общего доступа, а результаты проверки... |
|
Техническое задание на проведение проектных и монтажных работ по... Требования к соответствию проектируемой системы нормативно-технической документации |
|
Рабочая программа учебной дисциплины Методы построения опорной геодезической... «Землеустройство и кадастры», в соответствии с учебным планом, утвержденным ученым советом университета в 2016 году для очной формы... |
|
Мбоу «Погореловская средняя общеобразовательная школа Корочанского района Белгородской области» Наличие локальной сети в школе, в кабинете информатики (указать кол-во пк в сети)- 21 |
|
Инструкция по настройке подключения к Домашней сети ОАО «Псковская гтс» Правой клавишей мыши нажмите на иконку «Подключение по локальной сети» и выберите пункт «свойства» |
|
Охрана пунктов государственной геодезической сети Уполномоченным органом государственной власти на территории Омской области является Управление Федеральной службы государственной... |
|
Инструкция по настройке подключения к sftp серверу. Для обеспечения... Интернет в Банке устанавливается «фпсу-ip» – программно-аппаратный комплекс, предназначенный для организации доступа Клиента к защищенной... |
|
Методические указания для выполнения полевых работ на учебной геодезической... Методические указания для выполнения полевых работ на учебной геодезической практике для студентов 1 курса, обучающихся по направлению... |
|
Рабочая программа дисциплины (модуля) в. Од. 5 «геоинформационные... В. од. 5 «геоинформационные технологии сбора картографо-геодезической информации» |
|
Инструкция по топографической съемке в масштабах 1: 5000, 1: 2000,... Методические указания и задания для контрольных работ по курсу “Геодезия” предназначены для студентов 2-ых курсов очных факультетов... |
|
Инструкция по составлению и изданию каталогов геодезических пунктов гкинп(гнта)-01-014-02 Инструкция предназначена для всех учреждений министерств и ведомств, выполняющих составление и издание каталогов координат геодезических... |