Материал: Лекція_5_Супутникові методи визначення координат

послідовних змін стану GPS-приймача, характерних для пошуку, захоплення та відстежування супутникових сигналів (рис. 8).

Після встановлення приймача на пункті встановлюється режим очікування сигналів. Якщо сигнали поступають і в пам'яті приймача є альманах супутників, тоді виконується попереднє обчислення положення вибраного супутника. Якщо альманах в пам'яті відсутній, тоді витрачається додатковий час на режим збору даних про супутник (біля 12,5 хвилин).

Наступний етап – синхронізація режиму роботи генератора кодових сигналів та генератора фазових, гармонічних коливань приймача зі супутниковими сигналами. У результаті такої синхронізації виконується захоплення сигналів від відповідних супутників і подальший збір та реєстрація даних. У подальшому в приймачі підтримується режим відслідковування захоплених сигналів та періодичний набір відліків, що використовуються для обчислення віддалей до супутників та реєстрації точного часу.

Рисунок 8 – Блок-схема послідовності режимів роботи приймача GPS

Отже, одна з функцій GPS-приймача полягає в первинному обрахуванні результатів вимірювання, що базуються на використанні часових запізнень кодових сигналів, що передаються зі супутника та фазових зсувів, що приходять на вхід приймача передавальних коливань.

У відповідності з рівняннями (4) на основі кодових сигналів визначається час проходження електромагнітним випромінюванням віддалі між супутником та приймачем, що дозволяє знайти псевдовіддаль (5), яка включає в собі істинну віддаль та поправочний член, викликаний різницею величин показників годинників на супутнику та в приймачі. Одночасне вимірювання псевдовіддалей до чотирьох супутників та наявних в приймачі даних про координати цих супутників на момент вимірювання дозволяє обчислювальному комплексу приймача, на основі просторової лінійної засічки, визначити координати пункту спостережень з врахуванням поправки за рахунок розходження у величинах

26

годинників супутника та приймача. Точність такого позиціювання з використанням С/А-коду оцінюється з похибкою в межах від 5 до 10м. Для геодезії найбільший інтерес – попереднє опрацювання фазових вимірів, на основі яких в процесі «пост-опрацювання» відкривається можливість отримання високої точності вимірювання (сантиметрової, міліметрової).

Первинною інформацією під час фазового вимірювання є зареєстрований за допомогою цифрового фазовимірюючого пристрою зсув фаз між коливаннями, прийнятими від супутника і сформованими в приймачі головним генератором.

Через безперервну зміну віддалі до супутника, що пов'язано з його рухом, дані, що реєструються, порівняно швидко змінюються, тому реєстрація відліків виконується досить часто (як правило, через 0,1с). Ці дані в приймачі ущільнюються; в результаті створюються вибірки, інтервал між якими може змінюватися за бажанням оператора (діапазон змін, зазвичай, від 1 до 60 с). Під час ущільнення проходить процес згладжування значень отриманих даних в межах існуючої вибірки (зазвичай, обмежуються поліномами другої степені). Поряд зі згладжуванням в багатьох типах GPS-приймачів передбачена процедура, що отримала назву фільтрації Кальмана. Суть такої процедури, характерної, як правило, для динамічних систем, полягає в систематичному порівнянні отриманих результатів спостережень з наперед розрахованими їх значеннями на основі закономірностей їх зміни з часом. Під час відхилення реальних даних від наперед розрахованих норм виконується їх відбракування.

Під час спостережень, що виконуються за допомогою одного приймача, не вдається виключити з результатів фазового вимірювання цілий ряд похибок систематичного характеру і, тим самим, надійно розв'язати властиву фазовим вимірам неоднозначність. Саме тому не роблять спроб обчислення в одному приймачі кінцевих значень віддалей до супутників на основі фазового вимірювання передавальних коливань.

Тому, після відповідних процедур згладжування та фільтрації, дані передаються в передбачені в приймачі пристрої пам'яті з метою їх використання в процесі кінцевого опрацювання. Використовується аналогічна інформація від інших, одночасно працюючих приймачів. Окрім опрацювання кодових фазових даних в обчислювальних комплексах виконується опрацювання іншої інформації, яка передається із супутника в складі навігаційної інформації, а також тієї, що подається з клавіатури безпосередньо від оператора.

Контрольні питання

1Принцип роботи систем визначення просторового положення точок.

2Глобальні системи позиціонування.

3Псевдовіддалі.

4Переваги супутникової геодезії перед наземною геодезією.

5Найважливіші відомості про будову глобальних навігаційних систем.

6Космічний сегмент GPS.

7Сегмент керування GPS.

8Сегмент користувача GPS.

9Одночастотні приймачі з малим енергоспоживанням.

27

10Швидкодіючі мультиплексні олночастотні приймачі.

11Двочастотні приймачі послідовного типу.

12Приймачі паралельного (безперервного) стеження.

13Основи теорії визначення положення пунктів глобальними супутниковими системами.

14Кодові визначення положення пунктів глобальними супутниковими системами.

15Фазові визначення положення пунктів глобальними супутниковими системами.

16Абсолютні та відносні методи супутникового вимірювання.

17Статичні спостереження.

18Кінематичні спостереження.

19Ініціалізація приймачів.

20Основні відомості про параметри орбіт супутників.

21Закони Кеплера для супутників Землі.

22Рівняння руху супутників Землі.

23Орбітальна система координат.

24Загальний принцип побудови супутникових передавачів системи GPS.

25Основний високостабільний атомний генератор.

26Стандартна частота коливань.

27Структурна схема геодезичного супутникового приймача.

28Відомості про роботу системи керування та опрацювання вимірів приймачем GPS.

29Блок-схема послідовності режимів роботи приймача GPS.

30Фільтрація Кальмана.

28

Лекція 5

(частина ІІ)

СУПУТНИКОВІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ КООРДИНАТ

1Технології GPS-вимірювання.

2Статичний метод визначення координат пунктів.

3Параметри місії, тривалість та довжини векторів під час роботи у статичному режимі.

4Визначення координат методом «стій/йди» («stop and go»).

5Вибір проміжку часу та параметри місії під час спостереження у режимі

«стій/йди» («stop and go»).

6Визначення координат методом «швидкої статики».

7Технологія псевдостатична, псевдокінематична, реокупаційна

(reoccupation).

8Робота у режимі «кінематика».

9Робота у режимі «кінематика у польоті».

10Технологія диференційного DGPS-вимірювання (Differential GPS).

[1, с. 352…363]

1 Технології GPS-вимірювання

Існують абсолютні та відносні методи спостережень за допомогою GPSприймачів. У геодезії використовують тільки відносні методи, які є в десятки разів точнішими, ніж абсолютні. Тому, у подальшому, будемо розглядати тільки відносні (rеlаtіvе) методи.

Спочатку було створено тільки дві відносних технології GPS-вимірювання: статична та кінематична. Здавалось, ці дві технології задовольняють як цивільні, так і військові організації.

Проте, користувачі вимагали підвищення точності результатів вимірювання з одночасним скороченням часу на виконання вимірювання. Це вимагало поліпшення системи GPS, конструювання більш компактних, легких, переносних приймачів з удосконаленим програмним забезпеченням. Останнє, у свою чергу, привело до того, що на основі вищеназваних технологій вимірювання було створено ще декілька, а саме:

1Статичні відносні технології вимірювання (Stаtіс rеlаtіvе роsіtіоnіng).

2Кінематичні відносні технології вимірювання (Сіnеmаtіс rеlаtіvе роsіtіоnіng).

3Напів-кінематична відносна технологія (sеmі-сіnеmаtіс rеlаtіvе роsіtіоnіng) (технологія «стій/йди» – technology: «stор апd go»).

4Технологія псевдостатична, псевдокінематична, відносна реокупаційна

(pseudo-static, pseudo-сіnеmаtіс rеlаtіvе роsіtіоnіng, іntеrmіttеnt static роsіtіоnіng, rеоссuраtіоn).

5Технологія швидка статична відносна (fаst/rаріd static rеlаtіvе роsіtіоnіng).

6Диференційні GPS-технології (diffеrential GPS-DGPS).

Одним із найбільш важливих параметрів, які визначають режим роботи приймача, є файл конфігурації місії. Він може бути різним в залежності від особливостей шести вищеназваних технологій вимірювання. Для побудови

29

супутникових геодезичних мереж (далі СГМ) та топографічного знімання існує відповідно два основних режими роботи: статичний режим – для СГМ та режим знімання «стій/йди» – для знімання. Назва «статичний» походить від статичного збирання інформації на пункті протягом певного проміжку часу. Мінімально два приймачі виконують спостереження тих самих супутників протягом однієї або декількох сесій спостережень (по декілька годин кожен день) і залишаються стаціонарно на тих самих пунктах.

Для відносних кінематичних технологій один приймач установлюють стаціонарно, на точці з відомими координатами, а другий – на рухомому об'єкті. Це типова навігаційна технологія. У ній застосовується так зване положення об'єкта в «реальному часі». Суть цієї технології в тому, що базова (нерухома) станція передає до рухомого приймача поправки, які використовуються ним для уточнення координат рухомої станції.

Технологія дає можливість визначити дискретно (із перервами 1…5с) координати рухомого об'єкта відносно приймача, встановленого стаціонарно. Подібний режим застосовується, наприклад, під час аерознімання. Технологію «стій/йди» називають ще напів-кінематичною. Головна відмінність цієї технології від кінематичної в тому, що під час визначення положення рухомий приймач (роверний) не рухається, як в кінематичній технології, а зупиняється (стоїть) деякий короткий проміжок часу на точці, координати якої визначаються.

Далі розглянемо всі вищезгадані технології супутникових методів визначення координат більш детально.

2 Статичний метод визначення координат пунктів

Статичний метод є основним під час побудови СГМ і застосовується найчастіше. Для статичної технології всі приймачі за весь час спостережень знаходяться на одних і тих самих пунктах. Час виконання спостережень залежить переважно від заданої точності вимірювань та від віддалі між пунктами (довжин векторів).

З багаторічного досвіду різних організацій відомо: 1 Час 30…90 хвилин достатній для локальних сесій;

21…2 дні для пунктів, віднесених до державної, геодинамічної сесії;

34…6 днів для сесій континентальних і основних геодинамічних. Наприклад: для вимірювання геодезичної локальної сесії для довжин

сторін до 15…20 км достатньо виконати спостереження впродовж 1 години, для сесії типу ЕURЕF (Еurореаn Rеfеrеnсе Frаmе), коли якась країна виконує вимірювання до найвищого закладу Західної Європи – сесія проходить 5 днів. Стільки ж часу потрібно, коли виконується компанія геодинамічного вимірювання СЕRGОР (Сеntrаl Еurоре Rеgіоnаl Gеоdynаmісs Рrojесt).

На практиці точність такої технології становить 5мм ± 1мм на 1 км довжини вектора, що визначається. Під час вимірювання статичними методами важливим є підбір відповідних приймачів. Для відстаней між пунктами більше за 100 км потрібно використовувати приймачі із частотами L1 та L2 . На коротких лініях, коли спостерігається достатня кількість супутників, під час хорошої геометрії розташування супутників є можливість отримати високу точність вимірювань під час порівняно невеликої тривалості спостережень. Швидкість

30