Аппаратура пользователя и образа наблюдений

 

Они подразделяются на три группы:

· Ошибки начальных данных, то есть координат спутников. Обусловленные главным образом неточностью знания эфемерид спутников на момент измерений.

· Аппаратурные ошибки. Включают неопределенность знания фазового центра антенны приемника и неучтенные задержки сигнала в аппаратуре.

· Ошибки, связанные с влиянием внешнего среды. Это ошибки, обусловленные задержками сигнала в атмосфере, удлинением рефракции траектории радіопроменя, а также отражением радиоволн от земной поверхности и окружающих объектов.

Геометрический фактор. Кроме вышеперечисленных, существует еще один важный фактор, который влияет на точность определения местоположения. Как уже известно из предыдущего материала, в любом случае необходимое одновременно отследить не меньше четыре спутника, но далеко не безразлично, которая будет их конфигурация во время наблюдений. От геометрии расположения спутников зависит точность линейной засечки. Для количественной оценки этой зависимости введено понятия геометрического фактора (ГФ), который в международной терминологии обозначают аббревиатурой DOP (Dilution of Precision - падение точности). Если система характеризуется ошибкой измерения расстояний m_вим, то ошибка определения местоположения будет

М = DOP · m_вим. (8.12)

DOP не может быть меньше 1, но чем он меньше, тем лучше. Различают несколько видов DOP, что характеризуют уменьшение точности в разных аспектах:

HDOP - снижение точности в плане (Horizontal DOP);

VDOP - снижение точности по высоте (Vertical DOP);

PDOP - снижение точности пространственного положения (Position DOP);

TDOP - снижение точности определения поправки часов (Time DOP);

GDOP - общее снижение точности позиционирования (Geometrical DOP).

При этом имеют место соотношения:

(HDOP)² + (VDOP)² = (PDOP)² (8.13)

(PDOP)² + (TDOP)² = (GDOP)². (8.14)

Геометрический фактор GDOP есть самой универсальной характеристикой, поскольку показывает понижение точности трехмерного позиционирования с учетом ошибки определения времени. Однако большинство пользователей считает за лучше оценивать геометрию наблюдений величиной PDOP. Конфигурация спутников полагает доброй, если PDOP не превышает 3, и удовлетворительной, если PDOP не больше 7.

Аппаратура пользователя. Существует уже очень много типов аппаратуры пользователя, которые различаются по своему назначению, возможностям и техническим характеристикам. От миниатюрного приемника (со встроенным источником питания), что вмещается на ладони, к комплекту высокоточной аппаратуры, которая составляется с нескольких блоков - такой арсенал современных приемочных систем. Надо, однако, отметить, что сейчас и высокоточная аппаратура стала весьма компактной. Современные приемники - многоканальные; каждый канал отслеживает свой спутник. По видам сигналов, которые принимаются и обрабатывают, приемники подразделяются на:

· коду, которые могут работать только с віддалемірними кодами;

· кодово-фазовые одночастотные, которые используют віддалемірні коды и фазовые измерения только на частоте L1;

· кодово-фазовые двочастотні, використовуючі віддалемірні коды и фазовые измерения на частотах L1 и L2.

Самую большую точность обеспечивают двочастотні приемники (ошибка измерений составляет сантиметры и даже миллиметры). Однако и с одночастотными приемниками, благодаря применению относительного метода измерений и совершенной методики обработки, можно получить почти такую же высокую точность.

Для работы по GPS самое большое распространение получили приемники фирм Trimble Navigation, Ashtech, Magellan (США), Leica (Швейцария), Sercel (Франция), Geotronics АВ (Швеция). Все эти фирмы выпускают множество модификаций приемников для самых разных применений - определение координат пунктов, построения сетей, топографической съемки, кадастровых работ. В России при участии фирмы Ashtech разработанный 12-канальный одночастотный приемник “Землемер”.

Отдельное перспективное направление - разработка “двохсистемних приемников”, в которых половина каналов принимает сигналы от спутников GPS, а вторая половина - от спутников ГЛОНАСС. В последнее время (с 2000 г.) появились весьма совершенные двохсистемні приемники, разработанные с использованием новейших технологий. К ним относятся 20-канальный одночастотный приемник JGG 20 и 40-канальный двочастотний приемник Jpseuro компании JNS (Javad Navigation Systems), а также высокоточные геодезические 40-канальные двочастотні приемники серии Legace и др., разработанные компанией TPS (Topcon Positioning Systems). Украине Государственным предприятием «Орион-Навигация» разработанный 24 канальный ГЛОНАСС/GPS/SBAS ручной персональный навигационный приемник, предназначенный для определения текущих координат и вектора скорости потребителя в реальном масштабе времени.

Еще одно перспективное направление - создание интегрированных систем, одной из составных частей которых есть спутниковый приемник. Пример такой системы, объединяющей электронный тахеометр, спутниковый приемник и могущественный полевой пен-компьютер, приводился в разделе 4, когда речь шла об электронных тахеометрах.

Кодово-фазовый приемник выполняет множество функций и владеет системой автоматизированного управления. Она позволяет обрабатывать поток получаемой информации, проводить вычислительные операции, показывать на дисплее цікавлячі оператора дани, выполнять самодиагностику работы приемника и др. Все это возможно благодаря соответствующему программному обеспечению, которое играет исключительно важную роль в любом спутниковом приемнике.

Образа наблюдений. В данном теоретическом курсе мы упомянем о них очень сжато, поскольку эффективное их изучение является предметом практических занятий. Прежде всего их можно подразделить на абсолютные и относительные, о чем уже говорилось в предыдущих разделах. Напомним, что при абсолютных образах определяются координаты пунктов, а при относительных - прирастить (различия) координат или вектор базы между двумя пунктами. Абсолютные образа делятся на автономные (когда измерения проводятся одним приемником) и дифференциальные (с использованием базовой станции, которая передает на “рабочий приемник” дифференциальные поправки, см. предыдущие разделы). При абсолютных образах выполняются кодовые измерения, при относительных - фазовые (коду в этом случае выполняются как вспомогательные для нахождения приближенных значений координат и решение неоднозначности).

Относительные методы являются найточнішими и применяются для геодезической (не навигационной) цели. Существует несколько геодезических режимов наблюдений, но все они делятся на две группы: статические и кинематические. Как в статических, так и в кинематических режимах один из приемников находится на твердом пункте, а другой - на определяемому, но в статике оба приемника недвижимые, а в кинематике приемник, который “определяется”, перемещается (беспрерывно или с остановками).

Статика. Статический режим - найточніший и требует самых больших затрат времени – от полторы до нескольких часов. Большая продолжительность измерений нужна для того, чтобы иметь уверенность в решении неоднозначности и получить результат на уровне точности от одного сантиметра до нескольких миллиметров. При этом некоторое дополнительное время (сейчас - менее полчаса) тратится на обработку измерений по каждому пункту в камеральных условиях (после наблюдений) - постобробку.

Быстрая статика - статический режим, при которому наблюдатель имеет возможность сократить время наблюдений на пункте до 10-15 минут “ по рекомендации приемника”, который сообщает оператора, который за это время набрано необходимое количество информации. Платой за экономию времени есть риск столкнуться с трудностями решения многозначности на этапе постобробки вплоть до необходимости повторения наблюдений на данной базе.

Кинематика. Классическим вариантом кинематического режима является режим “stop and go” (“стой и иди”), при которому приемник, который движется, названный роверним (rover - “искатель”) перемещают из пункта на пункт, делая на этих пунктах короткие остановки. Однако для того, чтобы “запустить” такой режим, необходимо начать работу из статического варианту, выполнивши инициализацию - наблюдение продолжительностью час-полтора для определения вектора базы и решения неоднозначности. При перемещении роверного приемника двигаться нужно так, чтобы на антенну все время приходили сигналы не менее чем от четверых одних и тех же спутников.

Кинематика “ в полете” (on the fly - OTF). Так называется вариант кинематического режима, который не требует инициализации. Его используют в том случае, когда есть уверенность, что прием сигналов достаточного количества спутников не урвется на протяжении 20-

30 минут. За это время приемник накопит достаточно информации для того, чтобы программное обеспечение при постобробці имело возможность решить неоднозначность.

Общим недостатком всех перечисленных образов наблюдений есть необходимость постобробки в камеральных условиях (off line).

Кинематика в реальном времени (Rtk-real Time Kinematics) - наиболее эффективный из кинематических методов. Он позволяет осуществлять измерение и их обработку в реальном времени, то есть проводить обработку одновременно с выполнением измерений. Между референцним и роверним приемниками организовывается цифровой радиоканал, по которому роверний приемник получает всю необходимую информацию, чтобы здесь же ее обработать совместно с результатами своих фазовых измерений и определить свои координаты с ошибкой порядка нескольких сантиметров через несколько секунд после включения приемника. При этом не требуется никакой постобробки.

 

 

ВОПРОС ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

1. От чего зависит коэффициент геометрического фактора?

2. Какие приемники обеспечивают самую большую точность?

3. Чем руководствуется работа спутникового приемника в целом?

4. Какие перспективные направления развития спутниковых приемников?

5. Который из режимов наблюдения наиболее точный?

6. Какой наиболее трудоемкий режим наблюдений?

7. В чем заключається преимущество режима кинематики в реальном времени (RTK)?

8. Как исчисляется временная задержка при кодовых измерениях?

9. При работе на каком коде отсутствующая неоднозначность?