Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Особенности применения при измерениях кодового и фазового методов определения дальностей





В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится около 30 спутников NAVSTAR, около 20 ГЛОНАСС и 3 спутника COMPASS.

 

Основные характеристики спутниковых навигационных систем

Основные характеристики ГЛОНАСС GPS GALILEO
Число ИСЗ (резерв) 24 (6) 24 (6) 27 (3)
Число орбитальных плоскостей 3 6 3
Число ИСЗ в орбитальной плоскости 8 4 9
Орбиты

Близкие к круговой

Высота орбит, км 19100 20145 23200
Наклонение орбит, град. 64,8 55 56
Система координат ПЗ-90 WGS-84 -

 

Способы позиционирования можно разделить на две группы:

·         абсолютные определения координат кодовым методом:

o автономные (15-30 м);

o дифференциальное (1-5 м);

·         относительные фазовые измерения:

o статическое (5-10 мм);

o кинематическое (10-30 мм).

При выполнении абсолютных измерений определяются полные координаты точек земной поверхности.

Наблюдения, выполняемые на одном пункте независимо от измерений на других станциях, называются автономными. Автономные наблюдения очень чувствительны ко всем источникам погрешностей, обеспечивают точность определения координат 15 - 30 м и используются для нахождения приближенных координат в точных измерениях.http://wiki.cadastre.ru/doku.php?id=metod_sputnikovyih - fn__4#fn__4 <http://wiki.cadastre.ru/doku.php?id=metod_sputnikovyih>

Для повышения точности абсолютные измерения можно выполнять одновременно на двух пунктах: базовой станции Р1, расположенной на точке с известными координатами (обычно пункте государственной геодезической сети), и подвижной станции Р2, установленной над определяемой точкой. На базовой станции измеренные расстояния до спутников сравнивают с вычисленными по координатам и определяют их разности. Эти разности называют дифференциальными поправками, а способ измерения - дифференциальным. Дифференциальные поправки учитываются в ходе вычислений координат подвижной станции после измерений либо при использовании радиомодемов уже в процессе измерений. Дифференциальный способ основан на том соображении, что при относительно небольших расстояниях между станциями P1 и Р2 (обычно не более 10 км) погрешности измерений на них практически одинаковы. При увеличении расстояния между станциями точность падает. Для повышения точности измерений увеличивают время наблюдений, которое может колебаться от нескольких минут до нескольких часов.



При кодовых измерениях сигнал каждого спутника содержит его эфемериды - данные о его местоположении, позволяющие вычислить координаты спутника в земной системе координат, а также временную метку (время генерации сигнала - с использованием высокоточных атомных часов). Приемник, принимая сигнал от спутника, идентифицирует спутник по коду его сигнала, считывает временную метку и определяет время прохождения сигнала от спутника до приемника. Это позволяет вычислить дальность от приемника до спутника.

Однако, на приемнике сложно установить атомные часы, поэтому часы приемника и спутника идут не синхронно, а отличаются на некоторую поправку. Поэтому вычисленное расстояние от спутника до приемника называют псевдодальностью. Принципиальной формулой определения расстояния от спутника до приемника Rизм является формула:

 

 

Где выражение под квадратным корнем - длина вектора, определенная через координаты спутника S и приемника P;

δts - для каждого спутника определяется с помощью станции управления и передается в составе навигационного сообщения;

δtа - предвычислятся на основе моделирования задержек прохождения сигнала через атмосферу.

Следовательно, формула содержит четыре неизвестных - координаты приемника и поправка за уход приемника. Они определяются путем решения системы уравнений полученных по результатам одновременных наблюдений не менее 4 спутников.

Координаты определяются по результатам кодовых измерений с точностью около 3 м.

Кодовые измерения применяются при решении задач навигации. В геодезических работах кодовые измерения играют вспомогательную роль - служат для определения приближенных координат пунктов сети.

Для решения геодезических задач, когда необходимо получать координаты точек с высокой точностью, используют относительные измерения, при которых дальности до спутников определяют фазовым методом, и по ним вычисляют приращения координат или вектора между станциями, на которых установлены спутниковые приемники.

Различают два основных способа относительных измерений: статический и кинематический.

При статическом позиционировании, как и при дифференциальных измерениях, приемники работают одновременно на двух станциях - базовой с известными координатами и определяемой. После окончания измерений выполняется совместная обработка информации, собранной двумя приемниками. Точность способа зависит от продолжительности измерений, которая выбирается в соответствии с расстоянием между точками. Современные приемники позволяют достичь точности определения плановых координат (5-10 мм) + 1 - 2 мм/км, высотных - в 2 - 3 раза ниже.

Кинематические измерения позволяют получать координаты точек земной поверхности за короткие промежутки времени. При этом вначале статическим способом определяют координаты первой точки, т. е. выполняют привязку подвижной станции к базовой, называемую инициализацией, а затем, не прерывая измерений, передвижной приемник устанавливают поочередно на вторую, третью и т. д. точки. Для контроля измерения завершают на первой точке либо на пункте с известными координатами, где выполняют статические наблюдения. Точность кинематического способа составляет 2 - 3 см в плане и 6 - 8 см по высоте.

При фазовых измерениях точные геодезические измерения выполняют на несущих частотах L1 и L2 (в одночастотных приемниках - только на частоте L1). При этом измеряют разности фаз между колебаниями, принятыми от спутника, и колебаниями такой же частоты, выработанными в приемнике.

Принципиальной формулой определения расстояния от спутника до приемника является формула:

 

 

Где N - число полных периодов изменения фазы за время прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника:- частота несущих колебаний.

В общем, для определения координат пунктов с помощью спутниковой аппаратуры выполняют следующие работы:

·         подготовительные, которые включают составление проекта сети, рекогносцировку и уточнение проекта, закладку центров на определяемых пунктах;

·         измерения, которые включают развертывание аппаратуры, соединение кабелями ее частей, центрирование и ориентирование антенны, определение высоты антенны, установку карты памяти, ввод названия пункта и высоты антенны, выбор нужного режима измерений, после чего измерения и регистрация результатов выполняются автоматически;

·         обработку результатов измерений с использованием программных пакетов, прилагаемых к спутниковой аппаратуре.

Основные методы съемки с применением спутниковых геодезических приборов приведены в таблице ниже.

 

Параметры, характеризующие точность определения положения

Режим измерений

Аппаратура

 

двухчастотная

одночастотная

  a, мм b, мм/км a, мм b, мм/км
статика 5 1 10 2
быстрая статика 5…10 1 10 2
реоккупация 10…20 1 10…20 2
кинематика и кинематика в реальном времени 10…20 1 20…30 2
Стой-иди 5…10 1 10…20 2

 

Режим «Статика» используются для измерений с высокой точностью. Высокая точность достигается длительными измерениями (45-60 мин) на двух или нескольких пунктах. Один из приемников принимают за базовый и устанавливается на пункт с известными координатами. Положение остальных приемников-роверов определяется относительно базового. Такая длительность измерений вызвана необходимостью определения целочисленной неоднозначности фаз в начале сессии.

Измерения в этом режиме выполняют, как правило, на больших расстояниях между пунктами (свыше 15 км). Время наблюдений зависит от расстояния между пунктами, числа спутников, состояния ионо- и тропосферы, требуемой точности и составляет обычно около 1 часа.

Одночастотные приемники используются для измерения баз длиной до 10-15 км, а двухчастотные - для баз длиннее 15 км (преимущества двухчастотных приемников заключаются в возможности адекватного моделирования эффекта воздействия ионосферы, а также меньшей продолжительности наблюдений для достижения заданной точности). После завершения сеансов наблюдений данные, полученные каждым приемником, собираются вместе и обрабатываются с помощью специальных программ с целью определения неизвестных координат пунктов.

Точность метода при использовании фазовых наблюдений:

для двухчастотных приемников:

·         в плане: 5 мм + 1 мм/км * D;

·         по высоте: 10 мм + 1 мм/км * D.

для одночастотных приемников:

·         в плане: 5 мм + 1 мм/км * D - (при D &lt; 10 км);

·         в плане: 5 мм + 2 мм/км * D - (при D > 10 км);

·         по высоте: 10 мм + 2 мм/км * D).

Режим «Быстрая статика» позволяет сократить продолжительность измерений, благодаря возможности применения на линиях до 15 км активных алгоритмов разрешения неоднозначности. Продолжительность наблюдения в этом режиме составляет 5-20 мин

Режим «Реоккупация» используется, когда нет одновременной видимости на необходимое число спутников. Тогда измерения выполняют за несколько сеансов, накапливая нужный объем данных. На этапе компьютерной обработки все данные объединяют для выработки одного решения.

Режим «Кинематика» служит для определения координат передвижной станции в ходе ее перемещения. При работе в этом режиме необходимо, чтобы приемники на базовой и передвижной станциях поддерживали непрерывный контакт со спутниками в течение всего времени измерений. До начала движения выполняют инициализацию - разрешение неоднозначности фазовых измерений.

Если имеется цифровой радиоканал и данные с базового приемника в процессе измерений можно передавать на подвижную станцию, координаты получают в режиме реального времени, т. е. непосредственно на определяемой точке.

Режим «Cтой-иди» - такая разновидность кинематического режима, когда передвижную станцию перемещают с точки на точку, делая на каждой точке остановку и выполняя для повышения точности несколько эпох измерений в течение 5-30 с. Используются фазовые измерения от четырёх или более спутников, общих для ровера и базы. Для достижения точности на уровне сантиметра сначала нужно инициализировать измерения с целью определения целочисленных неоднозначностей фаз. Инициализация обычно выполняется установкой антенн базы и ровера на жесткую штангу (искусственную базовую линию).

Съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа:

·         подготовительные работы;

·         создание геодезического съемочного обоснования;

·         съемка.

В ходе подготовительных работ выбирают места для закрепления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, крон высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Все эти факторы могут существенно снизить качество выполняемых спутниковых измерений. Кроме того, особое внимание уделяется планированию наблюдений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых наблюдений. Один из приемников, называемый базовым, устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государственной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, - поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измерений базовым и мобильным приемниками. Время наблюдений выбирается в зависимости от длин базовых линий, количества одновременно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может составлять от 15 - 20 минут до 2,5 - 3 часов. Работа с каждым приемником на станции включает: центрирование приемника над пунктом с помощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты антенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит GPS-измерения и заносит в память всю информацию. По истечении необходимого времени наблюдений мобильный приемник переносят на следующую определяемую точку. После окончания измерений производят обработку полученных результатов, которая включает вычисление длин базовых линий и координат пунктов обоснования в системе координат WGS-84, строгое уравнивание сети по методу наименьших квадратов, трансформирование уравненных координат в государственную или местную (условную) систему координат.

Съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяющих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный - поочередно на снимаемые точки, причем приемник вместе с источником питания могут располагаться в специальном рюкзаке, а приемная антенна и контроллер, с помощью которого осуществляется управление процессом съемки, крепятся на вехе. Вначале выполняется инициализация - привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 - 30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установки антенны на вехе, номер пикета, его признак, например: угол забора, смотровой колодец и т.п.), начинают съемку, контролируя вертикальность вехи по пузырьку круглого уровня. Время наблюдения на точке обычно не превышает 5- 10 с, после чего измерения останавливают и, не выключая приемника, переходят на следующую точку. В случае, если снимаемая точка располагается в непосредственной близости от строения, высоких деревьев, других объектов, закрывающих видимость на спутники, время измерений должно быть увеличено. Кроме того, измерения на такие точки можно повторить, вернувшись на них еще раз. Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известными координатами. После завершения съемки производят обработку результатов так же, как и в случае статических измерений.

Навигационной задачей принято называть нахождение пространственно-временных координат потребителя и составляющих вектора его скорости, в совокупности называемых вектором потребителя. В результате решения навигационной задачи в общем случае должны быть найдены пространственные координаты потребителя (х, у, z), поправка t к шкале времени потребителя относительно шкалы времени спутниковой навигационной системы и составляющие вектора скорости как производные от координат потребителя во времени. Потребитель имеет возможность измерять задержку сигнала и доплеровский сдвиг частоты (радионавигационные параметры), а также выделять из сигнала данные альманаха и эфемерид (навигационное сообщение). Геометрические параметры, которые соответствуют радионавигационным, принято называть навигационными параметрами. Функциональную связь между навигационными параметрами и вектором потребителя называют навигационной функцией. Конкретный вид функции определяется многими факторами: системой координат, характером движения потребителя и т. п.

 


Заключение

 

Координаты вычисляются методом трилатерации после определения дальности до каждого видимого спутника. Дальности определяются по коду или фазе несущей.

Между генерацией кода в спутнике и приёмом его GPS антенной проходит определённый период времени. Кодовые измерения позволяют определить этот промежуток времени и умножив его на скорость света, мы получим дальность до спутника.приёмники геодезического класса измеряют фазу в пределах цикла несущей. Длины волн L1 и L2 известны, поэтому дальности до спутников можно определить, добавив фазовый домер к общему числу длин волн между спутником и антенной.

Определение полного числа циклов несущей (длин волн) между антенной и спутником называется разрешением неоднозначности - поиском целого значения числа длин волн. Для измерений в режиме с постобработкой (РР), который используется для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется во время обработки на компьютере. Для измерений в реальном времени, которые используются для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется в течение процесса называемого инициализацией.

Для геодезических GPS измерений необходимо одновременное наблюдение одних и тех же четырёх (или более) спутников, по крайней мере, двумя GPS приёмниками: базовый приёмник и приёмник - ровер (хотя можно использовать и более двух приёмников).

Базовый приёмник в течение всего процесса измерений располагается неподвижно (например, на пункте геодезической основы с известными координатами). Ровер перемещается по определяемым точкам или участвует в процессе выноса точек в натуру. Результатом объединения данных, полученных этими двумя приёмниками, является пространственный вектор между базой и ровером. Этот вектор называется базовой линией.

Для определения положения ровера относительно базы используются различные методы измерений. Эти методы отличаются длительностью выполнения измерений:

Для измерений в реальном времени используется радиомодем, который передаёт данные базы роверу. Результаты получаются непосредственно в поле.

Методы измерений с постобработкой, требуют записи данных в поле и последующей их совместной обработки на офисном компьютере.

В основном выбор метода зависит от таких факторов, как конфигурация GPS-приёмника, требуемая точность, ограничения по времени и необходимости получения результатов в реальном времени.

 


Список литературы

 

1. Автоматизированные информационные технологии в банковской деятельности / Под ред. проф. Г.А. Титоренко. - М.: Финстатинформ, 1997.

2. Антонов А.В. Системный анализ. Методология. Построение модели: Учеб. пособие. - Обнинс: ИАТЭ, 2001. - 272 с.

3. Берлянт А.М. Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с.

4. Волова В.Н. Методы формализованного представления систем/ В.Н. Волова, А.А. Денисов, Ф.Е. Темнигов. - СПб.: СПбГТУ, 1993. - 108 с.

5. Волова В.Н. Основы теории систем и системного анализа/ В.Н. Волова, А.А. Денисов. - СПб.: СПбГТУ, 1997. - 510 с.

6. Геттнер А. География. Ее история, сущность и методы / Под ред. Н. Баранского. М.-Л., 1930.

7. Географическое обоснование экологических экспертиз. - М., 1985.

.   Емельянов, А. Г. Теоретические основы комплексного географического прогнозирования. - Калинин, 1992.

.   Звонарев К.А. Картография. - М.- Л. 1991.

10. Глебова Н. ГИС для управления городами и территориями // ArcReview, 2006. - № 3(38).

11. Гасаров Д.В. Интеллетальные информационные системы. - М.: Высш. ш., 2003. - 431 с.

.   Дьяченко Н.В. Использование ГИС-технологий в решении задач управления. - М., 2006.

.   Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследования операций. - М.: Высш. ш., 1996. - 335 с.

.   Дьяченко Н.В. Опыт разработки информационно-аналитических систем поддержки принятия управленческих решений - М.: Проспект, 2009.

.   Еремченко Е. Новый подход к созданию ГИС для небольших муниципальных образований // ArcReview, 2005. - №2(32).

.   Красовская О., Скатерщиков С., Тясто С., Хмелефа Д. ГИС в системе территориального планирования и управления территорией // ArcReview, 2003. - №3 (38).

.   Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированного управления: Учеб. пособие. - М.: МГУП, 2002. - 176 с.

18. Острейовский В.А. Современные информационные технологии экономистам: Учеб. пособие. Ч. 1. Введение в автоматизированные информационные технологии. - Ср т:СрГУ, 2000. - 72 с.

19. Острейовский В.А. Автоматизированные информационные системы в экономике: Учеб. пособие. - Ср т: СрГУ, 2000. - 165 с.

20. Томилин В.В., Нориевская Г.М. Использование ГИС в муниципальном управлении // Практика муниципального управления, 2007. - №7.

.   Щербинин Ю.Б. Нетрадиционные подходы к созданию геоинформационных систем управления муниципальными образованиями. - СНИБ "Эльбрус".





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2020 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.