5.1.3. Наблюдение спутников - прием радиосигналов от спутников глобальной навигационной системы (далее - спутников).
5.1.4. Спутниковый приемник <**> (далее - приемник) - аппаратно-программный комплекс для наблюдений спутников.
--------------------------------
<**> Называют также станцией.
5.1.5. Прием - последовательность выполняемых с приемником действий по получению данных наблюдений спутников, включающая установку режима регистрации данных, проведение регистрации и вывод приемника из режима регистрации данных.
5.1.6. Сеанс - одновременное выполнение приемов несколькими приемниками.
5.1.7. Базовая станция - приемник, служащий для выполнения приема на точке, относительно которой производят спутниковые определения в данном сеансе.
5.1.8. Подвижная станция - приемник, служащий для выполнения приема на точке, местоположение которой определяют в данном сеансе.
5.1.9. Определение линии - выполнение сеанса на двух пунктах.
5.1.10. Псевдослучайный код - излучаемый спутниками шумоподобный непрерывный радиосигнал, состоящий из кодовых последовательностей логических нулей и единиц.
5.1.11. Радиосигнал стандартной точности - псевдослучайный код, имеющий короткий период повторения последовательностей, возможность обработки которого приемником обеспечивает выполнение спутниковых определений с метровой точностью. Применительно к глобальной навигационной спутниковой системе GPS называется С/А-код (coarse/acquisition code, т.е. код, дающий низкоточные данные).
5.1.12. Радиосигнал высокой точности - псевдослучайный код, имеющий длинный период повторения последовательностей, возможность обработки которого приемником обеспечивает выполнение спутниковых определений с дециметровой точностью. Применительно к системе GPS называется Р-код (precision - точный).
5.1.13. Многопутность - явление наложения на основной радиосигнал, идущий непосредственно от спутника, сигналов, отраженных от окружающих приемник объектов. Понижает точность спутниковых определений.
5.1.14. Спутниковое созвездие - конфигурация группы спутников, видимых с точки наблюдений, в проекции на небесную сферу.
5.1.15. Потеря связи - возникновение в процессе выполнения приема ситуации, при которой число наблюдаемых спутников менее минимально необходимого (обычно 4).
5.1.16. Инициализация - процедура кинематического метода спутниковых определений, в ходе которой производят наблюдение спутников неподвижными приемниками с целью разрешения неоднозначности фазовых измерений.
5.1.17. Высота антенны - расстояние от обусловленной точки на корпусе антенны до центра (метки) определяемой точки.
5.1.18. Эпоха - момент времени получения единичного измерения, выполненного и зафиксированного спутниковым приемником.
5.1.19. Интервал регистрации - временной интервал между эпохами.
5.1.20. План спутниковой съемки - полевой оригинал плана, полученный в результате съемки ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем.
5.2. Краткие сведения о системах ГЛОНАСС и GPS, методах
и режимах спутниковых определений
5.2.1. Отечественная глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС после полного развертывания будет включать 24 спутника, находящихся на высоте 19100 км [42].
5.2.2. Глобальная навигационная спутниковая система США GPS (Global Positioning System) включает 21 рабочий и 3 резервных спутника, находящихся на высоте 20000 км [16].
5.2.3. Аппаратура для приема спутниковых радиосигналов (спутниковый приемник) состоит из следующих функциональных элементов:
1) антенны;
2) блока приема радиосигналов;
3) микропроцессора;
4) блока управления;
5) блока индикации с дисплеем;
6) запоминающего устройства;
7) устройства связи с внешней ЭВМ;
8) блока питания.
Клавиатура блока управления и дисплей являются органами управления приемника. В конкретных конструкциях спутниковых приемников перечисленные элементы могут быть скомпонованы в один или несколько блоков. Например, в приемнике "Землемер Л1" имеются следующие блоки: антенна; блок приема радиосигналов (датчик, сенсор); контроллер, объединяющий элементы 3), 4), 5), 6), 7); блок питания (аккумуляторная батарея).
5.2.4. Сущность спутниковой технологии развития съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа состоит в использовании глобальной навигационной спутниковой системы и системы вычислительной обработки (ЭВМ и программного обеспечения) для получения координат и высот точек местности (пунктов съемочного обоснования и съемочных пикетов).
5.2.5. Определение местоположения точки, на которой размещен спутниковый приемник, осуществляют по измеряемым с помощью этого приемника кодовым и фазовым псевдодальностям до наблюдаемых спутников.
5.2.6. Местоположение точки может быть получено с использованием глобальных навигационных спутниковых систем как из абсолютных, так и из относительных определений.
Абсолютные определения выполняются по принципу пространственной обратной линейной засечки, образованной измеренными псевдодальностями до 4-х и более спутников с одной точки, на которой размещен спутниковый приемник. Точность абсолютных определений местоположения ограничена рядом факторов, среди которых основным является влияние погрешностей эфемерид спутников. Стандартная точность определения местоположения абсолютным методом не превышает 5 м, что не позволяет использовать этот метод при развитии съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа, поэтому в настоящей Инструкции абсолютные определения не рассматриваются.
Методы относительных определений основаны на принципе компенсации сильно коррелированных погрешностей (к которым относятся и эфемеридные погрешности) при одновременном определении кодовых и фазовых псевдодальностей до спутников одного и того же созвездия с двух точек.
5.2.7. Спутниковые определения относительными методами обеспечивают определение плановых координат и высот в системе координат и высот пунктов геодезической основы.
5.3. Структура радиосигнала и факторы,
влияющие на его прохождение
5.3.1. Каждый спутник передает радиосигналы на двух несущих частотах - L1 и L2. В системе ГЛОНАСС значение L1 составляет около 1,6 ГГц, а значение L2 - около 1,2 ГГц. В системе GPS значение L1 составляет 1575,42 МГц, а значение L2 - 1227,60 МГц.
5.3.2. На частоте L1 передается радиосигнал стандартной точности, радиосигнал высокой точности и служебная информация; на частоте L2 - радиосигнал высокой точности и служебная информация.
5.3.3. К факторам, влияющим на прохождение радиосигнала, относятся механические препятствия, отражающие объекты, радиопомехи, влияние ионосферной и тропосферной рефракции.
5.3.4. Препятствия, такие как здания и сооружения, густая растительность и крупные предметы, при их нахождении на прямой, соединяющей спутник и приемник (независимо от продолжительности нахождения), исключают возможность наблюдения этого спутника. Линии электропередачи, провода и кабели диаметром до 2 - 3 см не являются препятствиями для прохождения радиосигнала. Рекомендации по производству работ при наличии на объекте препятствий даны в подразделах 6.2 и 7.1.
5.3.5. Объекты, отражающие радиосигнал, находящиеся вблизи приемника (на расстояниях менее 50 м), в большей или меньшей степени, в зависимости от расстояния и площади поверхности объекта, создают эффект многопутности, понижающий точность спутниковых определений. К таким объектам относятся искусственные сооружения и крупные предметы, особенно металлические. Во избежание появления эффекта многопутности в процессе работ необходимо следить, чтобы точки съемочного обоснования не попадали в зоны, близкие к крупным металлическим объектам (опорам высоковольтных линий электропередачи, нефтеналивным бакам и т.п.). Влияние многопутности на точность спутниковых определений обычно незначительно для точностей, реализуемых при развитии съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа, и, таким образом, не исключает возможности проведения этих работ.
5.3.6. Радиопомехи, создаваемые источниками радиосигналов (мощными радиостанциями), находящимися на расстоянии менее 1 км от приемника, а также подвесными высоковольтными линиями электропередачи, находящимися на расстоянии менее 50 м от приемника, понижают точность спутниковых определений. Необходимо избегать размещения спутниковых приемников вблизи этих объектов.
5.3.7. При выполнении спутниковых определений не рекомендуется наблюдать спутники, возвышение которых над горизонтом составляет менее 15°, т.к. в противном случае полученные данные будут значительно искажаться влиянием атмосферной рефракции.
5.4. Влияние конфигурации спутникового созвездия на точность
спутниковых определений. Фактор понижения точности (DOP)
5.4.1. Точность спутниковых определений зависит от конфигурации спутникового созвездия в период выполнения приема.
5.4.2. Влияние конфигурации спутникового созвездия на точность спутниковых определений характеризуется фактором понижения точности DOP (dilution of precision), представляющим собой отношение средней квадратической погрешности определения местоположения к средней квадратической погрешности измерения расстояний до наблюдаемых спутников. Фактор DOP имеет несколько видов, основные из которых приведены в табл. 4.
Таблица 4
ВИДЫ ФАКТОРА ПОНИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ (DOP)
┌───────────────────┬───────────────┬────────────────────────────┐
│ Вид DOP │ Обозначение │ Определяемые параметры │
├───────────────────┼───────────────┼────────────────────────────┤
│Геометрический │GDOP │координаты, высота, время │
│Позиционный │PDOP │координаты, высота │
│Горизонтальный │HDOP │координаты │
│Вертикальный │VDOP │высота │
└───────────────────┴───────────────┴────────────────────────────┘
5.4.3. Фактор DOP характеризуется безразмерной величиной, изменяющейся в пределах первых десятков. Наивысшая точность спутниковых определений достигается при наименьших значениях DOP.
5.4.4. Идеальная для спутниковых определений конфигурация спутникового созвездия достигается в случае, когда один из спутников находится в зените, а остальные равномерно распределены по окружности с центром в определяемой точке так, что их возвышение над горизонтом составляет 20°. Ситуация, когда спутники сгруппированы в небольшой части неба, является неблагоприятной.
5.4.5. Для определения периода времени, благоприятного для выполнения спутниковых наблюдений, на стадии проектирования работ выполняется прогнозирование спутникового созвездия (см. подраздел 5.8). При этом используют фактор вида PDOP (или GDOP, если программное обеспечение не позволяет вычислять значение PDOP). Спутниковые определения не рекомендуется выполнять при значениях фактора PDOP более 7.
5.4.6. В процессе выполнения спутниковых определений значение фактора PDOP индицируется на дисплее приемника. В случае, если значение фактора PDOP превышает допустимое, необходимо спланировать и провести новый сеанс.
5.5. Понятие о методах относительных спутниковых определений
5.5.1. Для реализации относительных спутниковых определений используют два или более приемников, один из которых является базовой станцией, а другие - подвижными.
5.5.2. Наблюдения спутников базовой и подвижными станциями осуществляют приемами, объединенными в сеансы.
5.5.3. Различают следующие методы относительных спутниковых определений:
5.5.3.1. Статический - метод, при котором наблюдения подвижной станцией на точке выполняют одним приемом продолжительностью не менее 1 часа <*>.
5.5.3.2. Быстрый статический - метод, при котором наблюдения подвижной станцией на точке выполняют одним приемом продолжительностью 5 - 20 минут <*>. Ориентировочные значения продолжительности наблюдений на точке при применении быстрого статического метода в зависимости от числа наблюдаемых спутников приведены в табл. 5.
Таблица 5
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ НАБЛЮДЕНИЙ
НА ТОЧКЕ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ БЫСТРОГО СТАТИЧЕСКОГО МЕТОДА
Число наблюдаемых спутников
|
Продолжительность наблюдений, мин.
|
4
|
>= 20
|
5
|
10 - 20
|
6 и более
|
5 - 10
|
5.5.3.3. Реоккупация - метод, при котором наблюдения подвижной станцией на точке выполняют двумя приемами продолжительностью не менее 10 минут <*> каждый с интервалом между выполнением приемов от 1 до 4 часов. Приемы должны быть выполнены одним и тем же приемником.
5.5.3.4. Кинематический - метод, при котором подвижная станция находится в режиме непрерывной работы как во время выполнения приема на точке, так и во время перемещения между точками. Его разновидностями являются способ "стой-иди" и способ непрерывной кинематики. Работа способом "стой-иди" складывается из выполнения подвижной станцией приема, называемого инициализацией (продолжительностью около 15 минут <*>), и выполнения связанных с этой инициализацией приемов на определяемых точках продолжительностью до 1 минуты <*>. При реализации способа непрерывной кинематики остановок на точках для выполнения приема не требуется. Однако точность этого способа для производства топографических съемок недостаточна, и использовать его для этих работ не рекомендуется.
--------------------------------
<*> В случаях, если эксплуатационная документация спутниковой аппаратуры содержит конкретные указания о минимально необходимом времени наблюдений для реализации того или иного метода, при проектировании и выполнении спутниковых определений целесообразно время наблюдений уточнять в соответствии с данными эксплуатационной документации.
5.5.4. Все указанные в подпунктах 5.5.3.2 - 5.5.3.4 методы принято называть динамическими (см. [18, 19]).
5.6. Основные технические требования, предъявляемые
к приемникам, используемым для развития съемочного
обоснования и съемки ситуации и рельефа
5.6.1. Приемники, предназначаемые для производства работ по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа, должны быть сертифицированы для геодезического применения в Российской Федерации и иметь свидетельства о поверке. Поверку необходимо выполнять ежегодно перед выездом на полевые работы. Ответственными за проведение сертификации и получение свидетельства о поверке являются метрологические службы предприятий и организаций, выполняющих съемочные работы.
5.6.2. Приемники, предназначаемые для производства работ по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа, должны соответствовать следующим техническим требованиям:
5.6.2.1. Должно иметься не менее 6 каналов приема радиосигналов.
5.6.2.2. Должна быть обеспечена возможность измерения фазы несущего радиосигнала.
5.6.2.3. Встроенное программное обеспечение должно поддерживать необходимые для работы методы спутниковых определений (см. подразделы 6.2 и 7.1).
5.6.2.4. Во время наблюдения спутников должна обеспечиваться возможность получения и вывода на дисплей следующей основной информации:
1) числа наблюдаемых спутников;
2) числа эпох наблюдений;
3) значения фактора PDOP (или GDOP);
4) сообщения о потере связи.
5.6.2.5. Должна быть обеспечена возможность ввода, хранения и вывода в ЭВМ семантической информации.
5.6.2.6. В комплект приемника должен входить программный пакет для ЭВМ, обеспечивающий вычислительную обработку.
|
