Абсолютном способе определения координат

7. АБСОЛЮТНЫЙ МЕТОД СПУТНИКОВЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

7.1. Определение координат по кодовым псевдодальностям

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС)

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) Американская и российская спутниковые радионавигационные системы GPS (NAVSTAR) и ГЛОНАСС пришли на смену навигационным системам первого поколения TRANSIT и «Цикада». Названия систем расшифровываются следующим образом:

• GPS — Global Positioning System — Глобальная система позиционирования;
• ГЛОНАСС — ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система.

Псевдодальность

Псевдодальность — это расстояние между спутником i и приемником A, получаемое при умножении значения скорости света с на измеренную по показаниям часов спутника и приёмника временную задержку в распространении сигнала. Принятые дальномерные сигналы сравниваются с опорными сигналами, созданными от высокостабильного эталона частоты ЦС. В результате сравнения измеряется псевдодальность P(t)= r (t)+A(t), где r (t) — геометрическая дальность между СКФ и спутником, a A(t) — ошибка измерения, вызванная рассогласованием фаз между бортовым стандартом времени и частоты и ЦС.

Геометрическая дальность

Геометрическая дальность r _А i представляет собой расстояние между спутником в момент выхода сигнала и приемником в момент приема сигнала и выражается через радиус-векторы спутника r i и станции R_А в общеземной системе координат как модуль разности векторов.

Многопутность

Отражение сигналов ближайшими объектами — многопутность.

Практическое применение этого уравнения возможно, если в измерение псевдодальности ввести все поддающиеся учету поправки (Антонович, 2005). Поправка часов GPS содержится в навигационном сообщении в виде полиномиальной модели:

Задержки сигнала в аппаратуре спутника и в приемнике определяются путем калибровок или вообще не учитываются, то есть входят в шумы измерений. Влияние многопутности сигнала обычно неизвестно.

Навигационное сообщение

Навигационное сообщение представляет собой поток данных, передаваемых каждым спутником на частотах L1 и L2 со скоростью 50 бит в секунду, то есть один бит на каждые 20 повторений С/А-кода. Полное навигационное сообщение состоит из 25 кадров, каждый из которых содержит 1 500 бит. Каждый кадр разделен на 5 подкадров по 300 бит, а каждый подкадр содержит 10 слов по 30 бит. Передача одного кадра производится за 30 с, а полное сообщение передается за 12.5 минуты. Подкадры 1, 2 и 3 передаются в каждом кадре, то есть они повторяются каждые 30 с. Содержание подкадров 4 и 5 изменяется в каждом кадре и повторяется через 25 кадров, образующих суперкадр. Версии подкадров 4 и 5 называет страницами, таким образом, в навигационном сообщении имеется 25 страниц с подкадрами 4 и 5, и каждая из них повторяется через 750 секунд или 12.5 минуты.

Геометрическая дальность r _A i представляет собой расстояние между спутником в момент выхода сигнала и приемником в момент приема сигнала и выражается через радиус-векторы спутника r_i и станции R_A в общеземной системе координат как модуль разности векторов:

Источник

Способы определения координат в ГНСС

Различают два метода определения координат точек в ГНСС — это относительные и абсолютные.

Абсолютные — это способы, в которых по измеренным величинам вычисляются сами значения координат.

Относительные — способы, в которых по проведенным измерениям можно вычислить только приращения координат, то есть базовые векторы в пространстве, которые соединяют пункты наблюдений.

Особенности измерений в абсолютных и относительных способах:

• Абсолютные способы определения координат пунктов подразделяются на автономный и дифференциальный способы. Дифференциальные способы обычно основаны на фазовых и кодовых определениях;

• Относительные способы нахождения пространственных векторов (базовых линий) делятся на кинематические и статические способы.

Статические способы подразделяются на статику, псевдостатику и ускоренную статику.

Кинематические способы подразделяются на непрерывную кинематику с постобработкой «стой и иди» и кинематику в реальном времени.

Точность этих способов значительно отличается: от миллиметров 10-ков метров. В зависимости от требований предъявляемых к точности используются разные способы определения положения точки. Самыми точными являются относительные и дифференциальные способы. При абсолютных измерениях позиционирование имеет погрешность в несколько метров.

Автономное нахождение координат. В этом способе позиционирование происходит с использованием объёмной линейной засечки по кодовым псевдодальностям, определенным до 4-х и большего количества спутников (необходимо для увеличения правдивости данных). Способ называется автономным, потому что смотрящий находит положение точки независимо от измерений на других станциях. На правдивость этого способа очень сильное влияниеоказывают искажения, которые влияют на правдивость измерений. Сегодня точность абсолютного определения положения автономным способом имеет ошибку до пяти-десяти метров. Для приемников имеющих две частоты точность немного выше. Высоты определяются очень грубо, и это является существенным недостатком.

Дифференциальный способ. В этом методе измерения выполняются в одно время двумя приемниками. Для этого в приемниках должна присутствовать возможность применения дифференциального режима. Один приемник располагается на точке, данные о которой заранее определены. Такую станцию называют базовой или референц-станцией. Другой приемник, подвижный, размещается над точкой, координаты которой необходимо определить. Так как местоположение референц-станции известно, то его используют для сравнения с вновь определяемым и исходя из этого находят исправления для подвижной (rover) станции.

Способ статики считается наиболее точным и сложным в исполнении. От продолжительности измерений зависит точность. Например, проводя измерения в течение 5 минут будет достигнута точность в десять сантиметров. Чаще длительность измерений на станции составляет около 1 часа. В это время накапливаются результаты измерений, которые выполняются в интервалы от 1-ой секунды до 5-ти минут.

Относительные измерения бывают кинематические и статические. При любом из этих режимов один приемник устанавливается на точку с известным местоположением, а другие на точках, местоположение которых необходимо определить.

Статический режим наблюдений чаще всего используется при построении геодезических сетей, так как имеет наиболее высокую точность. Требует больших временных затрат. В зависимости от необходимой точности измерения на станции могут длиться от одного часа до нескольких часов. В этом режиме применяется постобработка и специальное программное обеспечение. Длительность наблюдений зависит от необходимой точности, длины базовой линии и приемника, которым выполняют измерения. Пункты наблюдений подбираются так, чтобы сигналу со спутника не мешали деревья, здания и тому подобное. Ясная погода является наиболее благоприятной для проведения измерений. Для повышения точности позиционирования увеличивают длительность измерений.

Быстрая статика. Применяя данный способ продолжительность наблюдений может длиться не более 10-20 минут. Данный способ применяется на коротких основных линиях.

Для сокращения времени измерений выполняют одновременное наблюдение спутников разных ГНСС

Кинематика. Различают два режима: непрерывный и с остановками. Необходимо два приемника, как и в статическом режиме измерений. Один приемник работает как основная станция, а другой передвигается по точкам, координаты которых необходимо определить. В этом режиме продолжительность измерений очень мала, примерно 1 минута. Метод работает только при наличии бесперебойного поступления информации со спутников.

Кинематика в реальном времени (режим RTK – Real Time Kinematics). Данный режим используется тогда, когда нужно получать координаты непосредственно в процессе измерений. В RTK один приемник служит базовой станцией и ставится на начальном пункте с известным местоположением. Другой приемник передвигается по точкам, местоположение которых нужно определить.

Источник

Абсолютном способе определения координат

Спутниковые определения местоположения это определения координат точек пространственных объектов или приращений (разностей) координат между точками, включающее процессы измерения (наблюдения) и обработки измерительной информации, поступающей со спутников ГНСС. Процесс спутниковых наблюдений (наблюдений навигационных спутников) включает в себя прием и первичную обработку измерительной информации от спутников ГНСС с помощью специальной спутниковой аппаратуры. Обработка данных спутниковых наблюдений (постобработка) заключается в математической обработке результатов спутниковых наблюдений по определенному алгоритму с целью вычисления координат или приращений (разностей) координат.

Существует несколько спутниковых методов определения местоположения с помощью ГНСС. Они делятся на методы определения абсолютных координат и методы определения относительных координат. Точность методов спутниковых определений местоположения приведена на диаграмме.

Методы определения абсолютных координат

Автономный метод определений — метод спутниковых определений с использованием бортовой эфемеридно-временной информации:

• Метод пространственной линейной засечки. Реализуется по измерениям кода сигналов ГНСС и вычислениям псевдодальностей до спутников (навигационный режим — navigation mode ). Автономный метод позволяет получение координат в земной геоцентрической системе или отнесенных к земному эллипсоиду в режиме реального времени. Точность определения координат автономным методом составляет в среднем 5-10 метров.

Абсолютные методы определений — методы спутниковых определений с использованием поправок к эфемеридно-временной информации:

• Метод с использованием поправок к эфемеридной и временной информации, поправок для исключения атмосферных искажений сигнала, поправок к навигационным параметрам, измеряемым потребителем (кодовые измерения). Реализуется с использованием широкозонных систем дифференциальной коррекции функциональных дополнений ГНСС (Wide area differential GNSS), таких как СДКМ, WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN. Точность определения координат с помощью широкозонных систем дифференциальной коррекции около 0,5 — 2 метров.
• Метод с использованием поправок к эфемеридной и временной информации, поправок для исключения атмосферных искажений сигналов ГНСС, поправок к навигационным параметрам, измеряемым потребителем (фазовые измерения) (Precise Point Positioning; PPP). Реализуется с использованием глобальных систем дифференциальной коррекции функциональных дополнений ГНСС. Точность определения координат методом PPP может варьироваться от нескольких дециметров до одного сантиметра в зависимости от способа обработки и объема выборки исходных данных.

Методы определения относительных координат

Дифференциальные методы — методы спутниковых определений с использованием корректирующей информации к навигационным параметрам, измеряемым потребителем) в режиме реального времени:

• Метод с вычислением псевдодальностей по измерениям кода сигналов ГНСС (DGPS, DGNSS). Реализуется с использованием региональных дифференциальных систем функциональных дополнений ГНСС. Точность определения относительных координат около 0,5 метров.
• Метод с вычислением псевдодальностей по измерениям фазы несущей сигналов ГНСС (Real Time Kinematic; RTK). Реализуется с использованием локальных дифференциальных систем функциональных дополнений ГНСС в режиме реального времени. Точность определения относительных координат составляет 1-5 сантиметров .

Относительные методы — методы определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых наблюдений :

• Метод определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых измерений кода сигналов ГНСС. При этом точность определения относительных координат составляет несколько дециметров.
• Метод определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых измерений фазы несущей сигналов ГНСС. При этом можно достичь наивысшую точность спутниковых определений, вплоть до миллиметрового порядка.

Режимы спутниковых определений

При спутниковых определениях также используют несколько режимов:

Static (статический режим) — режим спутниковых определений с использованием неподвижной спутниковой геодезической аппаратуры.

Kinematic mode (кинематический режим) — режим спутниковых определений с использованием подвижной спутниковой геодезической аппаратуры.

Navigation mode (навигационный режим) — автономный режим спутниковых определений.

DGNSS (Differential mode) — дифференциальный режим спутниковых определений c использованием кодовой спутниковой корректирующей информации от дифференциальной станции в реальном времени .

RTK (Real Time Kinematic) — режим спутниковых определений c использованием фазовой спутниковой корректирующей информации от дифференциальной станции в реальном времени .

Network RTK — режим спутниковых определений c использованием интегрированной спутниковой корректирующей информации сети дифференциальных станций в реальном времени .

Postprocessing mode (режим с постобработкой) — режим спутниковых определений с вычислением координат в процессе последующей обработки.

FastStatic (Быстрый статический режим) — режим спутниковых определений аналогичный статическому с использованием только двухчастотной спутниковой геодезической аппаратуры на ограниченном расстоянии между точками спутниковых наблюдений и с постобработкой.

Reoccupation (Реоккупация) — режим спутниковых определений с повторными статическими спутниковыми наблюдениями на точках в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Stop&Go («Стой и иди») — режим спутниковых определений с статическими спутниковыми наблюдениями на точках в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Continuous kinematic («Непрерывная кинематика») — режим спутниковых определений точек в течении одного сеанса с помощью подвижной спутниковой геодезической аппаратуры и с постобработкой.

Информационный ресурс по технологиям высокоточного позиционирования с использованием Глобальных Спутниковых Навигационных Систем (ГНСС)

Источник