Дифференциальный режим gps

Для того чтобы в ряде случаем можно было "обойти" ограничения, наложенные Департаментом обороны США, некоторые специальные службы (например, Береговая Охрана США) установили сеть фиксированных «дифференциальных» радио-буев. Каждый из них постоянно регистрирует сигналы GPS-спутников и сравнивает рассчитанные координаты со своим известным постоянным местоположением. Вычисленная таким образом ошибка передается радио-буем на фиксированной частоте (обычно в 2-х метровом диапазоне) в виде специального сигнала. Если этот сигнал поймать с помощью дополнительного «дифференциального» приемника, подключенного к GPS-навигатору, то последний может внести соответствующую поправку и определить координаты с точностью около 1 метра. В последнее время такие службы получают все большее распространение, однако их услуги платные.

В настоящее время ведутся работы по реализации общеевропейского радионавигационного плана. Разработан специальный стандарт пересылки поправок DGPS, который называется RTCM SC-104. все производители GPS-приемников используют его для реализации дифференциального режима работы. Дифференциальный режим имеет широкое применение в геодезических приложения.

Так, например, Береговая охрана США и Инженерный корпус Армии США передают GPS-коррекции через морские радио-буи. Они работают в диапазоне 283.5 - 325.0 кГц и пользоваться ими можно бесплатно. Вашими единственными расходами, если Вы захотите пользоваться услугами этих служб, будет приобретение DGPS-приемника. Этот приемник подключается к Вашему GPS-навигатору с помошью 3-х проводного кабеля, по которому поправка передается в обычном последовательном виде в формате, называемом RTCM SC-104. Платные DGPS-службы работают в УКВ-диапазоне или осуществляют вещание через спутники. Естественно, и в этих случаях Вам понадобится специальный DGPS-приемник для приема поправок и передачи их на GPS-навигатор. Цена зависит от требуемой точности.

Например, в феврале 1998 года недалеко от Санкт-Петербурга компания "НавГеоКом" установила первую в России наземную станцию дифференциального GPS. Мощность передатчика станции - 100 Ватт (частота 298,5 кГц), что позволяет пользоваться DGPS при удалении от станции на расстояния до 300 км по морю и до 150 км по суше. Кроме наземных базовых приемников, для дифференциальной коррекции GPS-данных можно использовать спутниковую систему дифференциального сервиса компании OmniStar. Данные для коррекции передаются с нескольких геостационарных спутников компании.

Следует заметить, что основными заказчиками дифференциальной коррекции являются геодезические и топографические службы - для частного пользователя DGPS не представляет интереса из-за высокой стоимости (пакет услуг OmniStar на территории Европы стоит более 1500 долларов в год) и громоздкости оборудования. Да и вряд ли в повседневной жизни возникают ситуации, когда надо знать свои абсолютные географические координаты с погрешностью 10-30 см.

Возможны несколько способов реализации метода в зависимости от требуемой точности, возможностей приемников, наличия программного обеспечения, местности геосъемки, метеоусловий, конфигурации спутниковой системы и количества спутников, возможности перемещения между пунктами.

В рамках DGPS-режима разработан ряд методов выполнения измерений.

Статистический метод (Static Positioning) характеризуется тем, что приемники не перемещаются в течении всего периода наблюдений. Базовый приемник и приемник с неизвестными координатами одновременно выполняют наблюдения и записывают данные в течение от 15 минут до 3 часов. Одночастотные приемники используются для измерения баз длиной до 10-15 км, а двухчастотные – для баз длиннее 15 км. После завершения сеансов наблюдений данные, полученные каждым приемником, собираются вместе, вводятся в компьютер и обрабатываются с помощью специальных программ с целью определения неизвестных координат пунктов. Точность метода при использовании фазовых наблюдений составляет:

Для двухчастотных приемников:

В плане: 5 мм+1мм/км*D;

По высоте: 10 мм+1мм/км*D;

Для одночастотных приемников:

В плане: 5 мм+1мм/км*D, при D<10 км; 5 мм+2мм/км*D, при D>10 км;

По высоте: 10 мм+2мм/км*D.

Данный метод используют для решения задач контроля национальных и континентальных и геодезических сетей, мониторинга тектонических движений земной поверхности, наблюдения за состоянием дамб, фундаментов атомных электростанций и др. сооружений.

Псевдостатический метод (Pseudo-Static Positioning) отличается от статического тем, что обеспечивает более высокую производительность съемки за счет выполнения наблюдений в течение нескольких коротких сессий вместо одной длинной. Один приемник производит непрерывное наблюдение на базовом пункте. Другой приемник после наблюдения на определенном пункте в течение 5-10 минут выключается и перевозится на следующий наблюдаемый пункт, где снова включается и производит новые наблюдения. Каждый определяемый пункт необходимо посетить еще раз на 5 минут через 1 час после первого посещения. Точность получаемых измерений аналогична точности статического метода. Данный метод удобен, когда необходимо в течение короткого интервала времени произвести точное измерение координат большого количества точек. Недостатком метода является необходимость точного планирования графика посещения пунктов.

Быстростатический метод (Rapid Static Positioning) позволяет значительно повысить производительность GPS съемки. Метод отличается от псевдостатического тем, что достаточно только одного посещения каждого определяемого пункта в течение 5-10 минут, в зависимости от расстояния между опорными и определяемыми пунктами. Обычно для съемки используются двухчастотные P-кодовые приемники. В настоящее время можно использовать и некоторые одночастотные приемники.

Кинематический метод «стой-иди» (Stop-and-Go Kinematic Positioning) позволяет получить положения пунктов так же быстро, как и в случае использования электронного тахеометра при решении топографических задач. Метод требует выполнения короткой процедуры инициализации с целью определения целочисленных неоднозначностей фаз. После этого опорный приемник продолжает непрерывно наблюдать на пункте с известными координатами, второй приемник перевозится (во включенном состоянии) на первый определяемый пункт, где вновь наблюдает 1 минуту. Затем он посещает все остальные определяемые пункты по одному разу.

Инициализация возможна несколькими способами: обмен антеннами (второй приемник наблюдает 4-8 эпох на некотором пункте, расположенном не далее 10 м от опорного, затем приемники переставляются без выключения и меняются антеннами, оба приемника наблюдают 4-8 эпох, а затем снова меняются антеннами и производят наблюдение еще 4-8 эпох); стояние второго приемника в течении 1 минуты на втором пункте с известными координатами на расстоянии не более 10 км от опорного пункта; статический метод (определяемый пункт выбирается на расстоянии не более 10 км от опорного пункта, а сеанс наблюдений имеет продолжительность не менее 30 минут).

Недостаток метода состоит в том, что необходимо обеспечить непрерывную видимость не мене 4 спутников одновременно.

Точность метода при использовании фазовых наблюдений составляет:

Для двухчастотных приемников (5 спутников и 2 эпохи (2 с.) наблюдений):

В плане: 20 мм+1мм/км*D;

По высоте: 20 мм+2мм/км*D;

Для одночастотных приемников:

В плане: 20 мм+2мм/км*D;

По высоте: 20 мм+2мм/км*D.

Метод эффективен при выполнении топографической съемки, когда за когда за короткое время необходимо определить координаты большого числа точек, при построении цифровых моделей рельефа, определении местоположения объектов, имеющих форму ломанной линии (трубопроводы, дороги и т.п.).

Конематический метод со статической инициализацией (Kinematic with Static Initialization). Как и предыдущем методе производится инициализация приемника, затем подвижный приемник перемещается в начальную точку маршрута движения и производит там наблюдения в течение нескольких минут. Далее приемник перемещается по маршруту, измерения производятся непрерывно во время движения Точность измерения аналогична методу "Stop-and-Go". Метод чаще всего применяется для получения координат линейных объектов типа дорог, рек и т.д.

Кинематический метод с инициализацией "на ходу" (Kinematic with On - the Fly Initialization) Данный метод не требует для инициализации размещения подвижного приемника на базовой станции. Процедура инициализации выполняется непосредственно при движении транспортного средства по маршруту. Кроме того, если произошел срыв наблюдений (например, из-за проезда под железнодорожным мостом), процесс инициализации производится вновь без остановки движения. Точность метода и область использования не отличаются от других кинематических методов.