Материал: 2385

неточностью показаний часов приемника, а также минимизировать связанные с работой приемника отдельные инструментальные погрешности.

Третий вариант дифференциальных методов, при котором образуют разности измерений, соответствующие нахождению наблюдаемого спутника в двух различных (достаточно близких) точках на орбите, существенно облегчит проблему разрешения неоднозначности при заполнении фазовых измерений. Так как в данном случае, при образовании разности, удается исключить в начальной точке наблюдений величину N, соответствующую числу целых длин волн, укладывающихся в измеряемом расстоянии между спутником и приемником.

Четвертый вариант разновидности дифференциальных методов сводится к объединению комбинаций различных видов измерений. Этот вариант ориентирован на поиск рациональных методов получения однозначных результатов при выполнении фазовых измерений, на ослабление влияния ионосферы при работе с одночастотными приемниками, а также на отработку методов высокоточных спутниковых измерений при работе в динамических условиях (в частности, с использованием судов, самолетов и других транспортных средств).

3.Особенности проведения псевдодальномерных и фазовых измерений

При выполнении спутниковых измерений используются в основном кодовые и фазовые методы. При этом, из-за наличия в значениях измеряемых расстояний до спутников существенных по величине систематических ошибок определяемые длины линий получили название псевдодальностей. Исходя из основополагающих принципов кодовых и фазовых методов, отмеченные значения псевдодальностей, регистрируемые непосредственно на точке стояния приемника, могут быть зафиксированы только в режиме кодовых измерений. С учетом этого на практике псевдодальномерные измерения чаще всего отождествляют с измерениями, выполняемыми на основе кодовых методов. Что касается фазовых измерений, относящихся к несущим колебаниям, то полное значение определяемого до спутника расстояния реализуется только после разрешения неоднозначности (т.е. нахождения целого числа длин волн, укладывающихся в измеряемом расстоянии), которое удается произвести только после того, как в результаты измерений внесут практически все значительные по величине поправки.

При работе геодезических спутниковых приемников применяются как псевдодальномерные, так и фазовые методы. Рассмотрим вкратце их специфические особенности. К таким особенностям могут быть отнесены способы регистрации определяемых величин, а также специфика их дальнейшей обработки.

К одной из характерных особенностей псевдодальномерных (кодовых) измерений следует отнести тот факт, что при их выполнении непосредственно в приемнике удается зафиксировать время распространения радиосигнала на основе знания момента излучения и определения момента приема этого сигнала. При умножении времени прохождения радиосигнала на скорость распространения сигнала получают искомое однозначное значение псевдодальности. Для получения интересующей потребителя величины геометрического расстояния между спутником и приемником в регистрируемое значение псевдодальности вводят соответствующие поправки. Поскольку кодовые сигналы передаются со спутника посредством модуляции несущих колебаний, то для них характерна групповая скорость распространения, что приходится учитывать при определении временных задержек радиосигналов при их прохождении через такую диспергирующую среду, как ионосфера.

157

Отличительная особенность фазовых измерений заключается в том, что при их выполнении фиксируется фаза колебаний промежуточной частоты, которая однозначно связана с фазой несущих колебаний, причем непосредственно время излучения и приема отмеченных колебаний при снятии отсчетов в приемнике в расчет не принимается. В результате выполнения таких измерений удается зафиксировать только последние цифры в значении измеряемого до спутника расстояния в пределах одной длины волны несущих колебаний. Предыдущие цифры определяют в процессе разрешения неоднозначности, который базируется на использовании дифференциальных методов и выполняется на базе полевой партии. При учете влияния ионосферы используется фазовая скорость распространения радиосигналов, причем методы определения таких поправок в большинстве случаев основываются на применении различных несущих частот.

Большинство характерных для фазовых измерений поправок стремятся исключить за счет применения соответствующих дифференциальных методов.

4. Общая схема обработки наблюдаемых данных

При геодезическом использовании спутниковой системы позиционирования весь процесс обработки разбивают на две основные части:

предварительная, производимая в приемнике обработка;

заключительная стадия обработки («пост-обработка»), производимая в камеральных условиях (на базе полевой партии или в вычислительных

центрах).

При постобработке часто используются следующие стратегии вычислительных процессов:

определение отдельных базисных линий и последующее их объединение в сети;

вычисление односеансных результатов, полученных одновременно для многих станций;

совместная обработка данных, характерных для нескольких сеансов наблюдений.

Анализ прилагаемых к конкретным типам спутниковых приемников пакетов программ свидетельствует о том, что содержание и форма представления разрабатываемых различными фирмамиизготовителями коммерческих вычислительных программ могут существенно различаться. В результате этого возникла необходимость создания унифицированного формата представления данных, который не зависит от типа применяемого приемника. Такой формат

158

получил условное обозначение RINEX. Наряду с этим, коммерческим программам свойственен и тот недостаток, что они, как правило, не позволяют получить максимально возможную точность, характерную для спутниковых систем, и производить обработку обширных геодезических сетей. Это обусловлено тем, что они ориентированы на массовое их использование персоналом средней квалификации и на упрощение процедуры вычислений. Для устранения отмеченного недостатка разработаны универсальные профессиональные программы, позволяющие производить поэтапную обработку данных с промежуточным анализом получаемых результатов. Такие программы базируются на более строгом модельном представлении и рассчитаны на то, что работа с ними осуществляется высококвалифицированным персоналом. Такие программы позволяют решать разнообразные задачи, включая и нетривиальные, имеющие научно-производственный характер и содержащие требования получения максимальной точности.

В, качестве исходной информации при выполнении обработки используются поступающие с выходов спутниковых приемников исходные «сырые» данные, относящиеся, как правило, к одному сеансу наблюдений.

После сбора исходных «сырых» данных они переводятся в удобно читаемый Формат, например, в формат RINEX (см. Рис.10.3), и проверяются на наличие грубых ошибок. Информация, содержащаяся в передаваемых со спутника навигационных сообщениях, обычно отделяется от результатов наблюдений. В случае необходимости, в нее может быть введена внешняя информация, содержащая уточненные данные об орбитах спутников.

После выполнения подготовительных операций производятся решения, характерные для каждой станции. В результате такого решения в получаемую информацию вводятся поправки за влияние перечисленных на схеме источников

погрешностей.

На следующем этапе (см. Рис.10.4) вводится в действие основная программа обработки, базирующаяся на совместном

использовании

откорректированных результатов отдельных станций. При этом выявляются и устраняются необнаруженные ранее пропуски фазовых циклов, а также

разрешаются неоднозначности.

Главная задача основной программы обработки состоит в вычислении искомых значений координат точек стояния, длин базисных линий и других, интересующих потребителя, геодезических данных с оценкой точности их определения. Такая обработка может быть осуществлена как для одного, так и для нескольких сеансов наблюдений.

159

На заключительной стадии может быть произведено уравнивание полученных результатов и осуществлен (в случае необходимости) переход к местной системе координат.

5. Основы проектирования и организации спутниковых измерений

Исходным моментом при проектировании геодезических сетей, создаваемых спутниковыми методами, является разработка общей стратегии наблюдений. Основные положения стратегии обычно излагаются в соответствующих концепциях, предшествующих разработке технического проекта. К таким положениям могут быть отнесены:

общие принципы построения сети, базирующейся на спутниковых измерениях;

обоснование выбора того или иного метода спутниковых наблюдений и последующих вычислений;

формулировка предпосылок, связанных с выбором всего комплекса технических средств и условий наблюдений;

технико-экономическое обоснование выбранных спутниковых

технологий.

Создаваемые на основе спутниковых измерений геодезические сети принято классифицировать по размерам охватываемой ими территории. Исходя из этого, различают глобальные, континентальные, региональные и локальные сети. Примером наиболее крупных сетей, к которым могут быть отнесены глобальные и континентальные сети, следует назвать сети типа IGS (Международная геодинамическая сеть, охватывающая весь земной шар) и EUREF (Европейский референцный каркас). В нашей стране за последние годы разработана концепция перевода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых определений в соответствии, с которой предусмотрено построение государственных геодезических сетей различного класса точности, охватывающих всю территорию России. Применительно к таким крупным сетям разрабатываются индивидуальные подходы, учитывающие предъявляемые к ним специфические требования.

Из приведенного выше перечня наиболее массовое распространение получили региональные и локальные сети, для которых разработаны рациональные методы их построения. С учетом этого представляет интерес анализ основных концептуальных подходов, используемых при разработке технических проектов для региональных и локальных сетей.

Прежде всего, следует отметить, что широко используемые в геодезии спутниковые координатные определения базируются на применении дифференциальных методов. Такие методы позволяют определять не абсолютные значения координат, а только их разности между интересующими нас пунктами. Вместе с тем конечными результатами создаваемой сети должны быть не только приращения, но и полные значения координат всех пунктов в той или иной координатной системе. Исходя из этого, возникает необходимость иметь в составе сети хотя бы один опорный пункт с заранее известными полными значениями всех трех координат. Такой пункт принято называть референцным. Оптимальным вариантом является наличие в составе сети трех референцных пунктов.

При использовании современных спутниковых систем место определения предпочтение отдают представлению координат референцного пункта в геоцентрической декартовой системе координат (X, У, Z). От точности знания этих координат зависит положение всей создаваемой сети в более общей координатной

160

системе. Точность координат референцного пункта может оказывать влияние на масштаб геометрических построений в создаваемой сети.

Весьма простые математические расчеты свидетельствуют о том, что относительная погрешность базисных линий, вычисляемых на основе спутниковых измерений, связана с погрешностью определения измеряемых расстояний до спутников следующим приближенным соотношением:

D

D

где ρ и δρ ~ расстояние от приемника до спутника и погрешность его определения;— длина базисной линии между двумя пунктами наблюдений на земной поверхности и соответствующая ей погрешность.

Погрешность определения расстояний до спутников на основе использования общедоступного С/А-кода может достигать 100 м, что соответствует отношению ρ/δρ = 2-10-6. При наличии двух и более референцных пунктов такая же погрешность будет свойственна и масштабу создаваемой сети, что, во многих случаях, оказывается недопустимым. С учетом этого абсолютные значения координат референцного пункта стремятся получать не на основе навигационного режима работы приемника, установленного на референцном пункте, а на базе совместных дифференциальных измерений до пунктов, входящих в современные глобальные или континентальные опорные сети (такие, как IGS или EUREF). При этом может быть обеспечена точность абсолютных значений координат референцного пункта на дециметровом уровне.

Существуют следующие режимы работ спутниковых геодезических приемников:

статический режим (Static);

ускоренный статический режим (Rapid Static);

режим измерений с возвращением (Reoccupation);

режим измерений «стою-иду» (Stop & go);

кинематический режим измерений (Kinematic);

кинематический режим измерений в полете (Kinematic 2);

навигационный режим.

Статический режим (Static) подразумевает выполнение дифференциальных спутниковых наблюдений, по крайней мере, между двумя неподвижными приемниками. Используя программное обеспечение фирмы-изготовителя, можно произвести обработку как псевдодальностей, так и результатов фазовых измерений несущих колебаний. Статический режим является идеальным видом измерений на больших расстояниях при наблюдениях четырех и более спутников. Для реализации этого режима требуется порядка одного часа наблюдений.

При определенных условиях наблюдений показатели статического режима могут быть значительно улучшены. На коротких линиях и при наблюдениях, по крайней мере, четырех или пяти спутников с хорошим геометрическим фактором можно получить результаты на сантиметровом уровне точности при продолжительности наблюдений всего в течение нескольких минут. Скорость измерений и увеличение производительности зависят от применяемых алгоритмов обработки, реализованных в программном обеспечении SKI. Эти возможности реализуются при использовании ускоренного статического режима (Rapid Static).

Режим измерений с возвращением (Reoccupation) также является статическим, но при своей реализации требует, чтобы измерения на пункте выполнялись более, чем один сеанс. Все данные, которые собираются на таком пункте в один и тот же день или в разные дни, могут быть объединены вместе для получения одного решения при камеральной обработке. Режим измерений с возвращением является идеальным

161