9.Дифференциальный способ определения координат. Типы каналов передачи дифференциальных поправок. Способы дифференциальной коррекции. Система дифференциальной коррекции waas. Точность dgps.

ОТВЕТ:

Дифференциальный режим GPS. Работают минимум 2 станции: 1 станция – базовая (координаты базовой станции известны) (В); вторая – мобильная (роверная) станция (несколько), координаты определяются одновременными наблюдениями (r). При обработке одновременных наблюдений существует возможность исключить системные ошибки. Пусть - измерения (с ошибками); R_B, R_R – точные (известные) координаты базовой станции. . Если расстояние небольшое, то ∆R_B=∆R_R: , R_R – исправленные координаты роверного приемника, полученные в системе координат базовой станции. Исправленные координаты роверного приемника – дифференциальная коррекция. Методы дифференциальной коррекции. 1. По времени коррекции: а) постобработка. Роверные файлы записываются в накопитель, а потом выполняется совместная обработка базового роверного файла; б) передача поправок в реальном времени; в) инверсный режим реального времени. Измерения с роверных приемников передаются на базовую станцию и там корректируются. Используется при отслеживании автотранспорта. 2. По тому, что корректируется: а) коррекция по навигационному параметру ρ. - измерения псевдодальности; R^S – геоцентрический вектор спутника; ρ_B^S – точное (вычисленное) значение псевдодальности. ρ_B^S=(R^S-R_B), R_B – точные координаты базовой станции. Для всех спутников над горизонтом рассчитываются точные псевдодальности. - поправка псевдодальности. Исправленная псевдодальность: . Недостатки: приходится высчитывать псевдодальности для всех спутников, нужно иметь информацию о положении спутников, следовательно, большой объем вычислений, следовательно, удорожание аппаратуры. б) дифференциальная коррекция координат. . Достоинства: проще, нагляднее. Недостатки: ограничение дальности действия, т.к. наблюдение одних и тех же спутников на базе и на ровере. Широкозонные DGPS. RTCM – радиотехническая комиссия по морской службе – разработали специальный формат передачи данных (дифференциальных поправок) в реальном времени. RTCM SC104. Сети постоянных действующих базовых станций DGPS делятся на: 1. Локальные – зона действия 50-200 км, точность 2-4,5 м, 1 базовая станция. 2. Региональные – зона действия 400-2000 км, точность 1-2 м, несколько базовых станций. 3. Широкозонные – зона действия ≈5000 км, точность 2,5-5 м, сеть базовых станций и центр управления информацией по спутникам, информация передается через спутники. Съемки с кодовыми приемниками дифференциальным методом: 1) требования к базовым станциям. Установки на базовой станции и на коверном приемнике: а) динамический ход (LAND, SEA, AIR, STATIC); б) режим позиционирования (2D, 3D, auto 2D/3D, overderermined 3D); в) SNR, MASK – минимальное значение отношения сигнала к шуму. 2) режим: а) статика – приемник неподвижен, много записей на 1 точке (осредняются – минимальное время 2-3 с); б) кинематика – приемник подвижен, запись в файл через определенное расстояние или через определенное время. В каждой точке 1 запись.

10.Относительный способ в спутниковых технологиях. Уравнение фазы несущей GPS. Проблема разрешения неоднозначности фазовых отсчетов. Виды решений для базовых линий. Применение одночастотной и двухчастотной спутниковой аппаратуры.

ОТВЕТ:

Относительный метод. Как минимум 2 станции – определяется приращение координат (дифференциальный метод) либо пространственный вектор, соединяющий 2 пункта. Исключаются многие систематические ошибки за счет разности, это метод более точный. Точность определения координат зависит от технологий, приемников и т.д., следовательно, точность субсантиметровая – дециметровая. Существует 2 класса измерений: 1. Кодовые; 2. Фазовые. 5 видов измерений: 1) кодовые Р-код на L1; 2) кодовые Р-код на L2; 3) кодовые С/А – L1; 4) фазовые L1; 5) фазовые L2. Уравнение фазы. λ – длина волны несущих колебаний (λ≈20 см); Ф – сдвиг фазы несущей частоты (измеряется фазометром). ρ=λ∙N-Ф∙λ, где ρ – псевдодальность. Окончательно, уравнение фазы r_A^S+c(∆t^S-∆t_A)+I_A^S+T_A^S+Σ_{ПОПРАВОК}-λN+v_ρ=-Ф∙λ. - геометрическая дальность. Неизвестные: x_A, y_A, τ_A, ∆t_A, N – количество целых длин волн (неоднозначных фазовых отсчетов). Одинарные разности – разности, образованные в относительном позиционировании из фазовых измерений, выполненных с 2 станций на 1 и тот же спутник. Двойные разности – разности, образованные при относительном позиционировании из одинарных разностей фазовых измерений с 2 спутниковых приемников на 2 разных спутника. Тройные разности – разности, образованные из двойных разностей, сформированных в 2 разные эпохи. Чтобы определить N с точностью до одной длины волны, . Требования к методам разрешения неоднозначностей (определения N): 1. Вначале должны быть исключены все источники систематических ошибок. 2. Т.к. для каждого спутника свое N_I и N_I постоянно меняется, то рекомендуется число N_I один раз и далее измерять ∆N. 3. Желательно предварительно измерить расстояние до спутника с точностью половины длины волны λ/2. Методы: 1) Геометрический метод разрешения неоднозначностей. t₁ – первый захват радиосигнала; N₁ – число фазовых циклов в t₁. N₁+∆N₂=N₂. N₁+∆N_I=N_I, где ∆N_I – измеряется; N₁ – как неизвестное в системе уравнений поправок фазовых измерений. Достоинства: простота постановки задачи, возможность использования в одночастотных приемниках. Недостатки: для уверенного определения N₁ необходимо отнаблюдать достаточно длинную дугу орбиты ИСЗ, возникают проблемы из-за потери непрерывности фазовых отсчетов (срывов фазовых циклов). 2) Использование комбинаций фаз L1 и L2. Комбинация фаз Ф=n₁∙Ф₁+n₂∙Ф₂, где Ф₁, Ф₂ – фазовые отсчеты на частоте L₁ и L₂. Этой комбинации фаз соответствует частота f=n₁∙f₁+n₂∙f₂ и длина волны , где n₁, n₂ – какие-то множители. а) если n₁=n₂=1 и f_Σ=f₁+f₂, Ф_Σ=Ф₁+Ф₂ – суммарная комбинация фаз, то (для GPS), следовательно повышение точности измерений. б) разностная комбинация фаз (широкополосная): n₁=1, n₂=-1. Ф_∆=Ф₁-Ф₂, , . λ_Р-КОД≈30 см – длина волны Р-кода. Достоинства: возможность использования в кинематическом режиме, измерения сверхдлинных базовых линий (несколько тысяч км). Недостатки: необходимо иметь двухчастотный приемник с доступом к Р-коду. в) комбинация фаз, свободная от ионосферы: n₁=1, , . 3) Метод наиболее вероятных значений N. Идея в том, что расстояние между пунктами одинаковое. Вариантов сочетания N_I множество. Выбирается наиболее вероятное сочетание N_I. Может быть примерно 10³⁴ комбинаций. Существуют различные стратегии решения. Этот метод положен в основу режима «быстрая статика» - хорошее решение за 10-30 минут. Достоинства: метод может использоваться при одночастотных измерениях. В приемниках реализуется несколько методов разрешения неоднозначностей, которые контролируют друг друга. Причины потери сигнала: 1. Экранировка радиосигнала; 2. Ослабление сигнала из-за многопутности; 3. Мерцание ионосферы, особенно в годы максимальной солнечной активности; 4. Затухание сигнала в приемнике из-за интерференции волн. Существуют следующие методы выявления пропусков фазовых циклов и их восстановления: 1) считается, что фазовые отсчеты меняются плавно со временем; 2) применение тройных разностей; 3) использование ионосферно-свободной комбинации фаз. Ф_IONFREE мало. Виды решений базовых линий: 1. Последовательность решений для одночастотных измерений: а) решение по кодовым псевдодальностям (точность – десятки м); б) решение по тройным разностям (точность 1 м) – выявление грубых измерений и пропусков фазовых циклов; в) плавающее решение по двойным разностям: N – вещественное, точность или λ; г) фиксированное решение по двойным разностям (fixed), точность – сантиметровая, с уровнем доверия к решению. 2) последовательность решений для 2-хчастотных измерений: а) решение по тройным разностям; б) плавающее решение по двойным разностям широкополосной комбинации фаз, N – вещественное число; в) фиксированное решение по двойным разностям широкополосной комбинации фаз с оценкой уровня доверия к решению; г) фиксированное решение по двойным разностям ионосферно-свободной комбинации фаз (точность - субсантиметровая). Анализ качества решений базовых линий. 1. Ratio – тест или F-тест. При решении базовых линий определяется несколько наборов (N_I). Для каждого набора определяется дисперсия σ_I – погрешность решения. Погрешности выстраиваются по возрастанию σ₁<σ₂<…<σ_N, . Если F>1.5, то с вероятностью 95% решение с σ₁ – верное и ему присваивается фиксированное решение. Если F<1.5, то решение плавающее. . 2. тест на относительную дисперсию. , σ_APOSTERIORY – после обработки, σ_APRIORY – предполагаемая точность. K≈1 - оценка точности адекватна, К>1 – ожидания не оправдались. Ratoo и К характеризуют внутреннюю точность измерений. 3. анализ невязок в замкнутых фигурах. v_X=Σ∆x, v_Y=Σ∆y, v_Z=Σ∆z, v_E=Σ∆E, v_N=Σ∆N, v_H=Σ∆H – невязки координат в замкнутых фигурах, (x, y, z) – прямоугольная экваториальная система координат, (E, M, H) – горизонтальная система координат. - общая невязка по замкнутой фигуре, , где m_EN – паспортная точность прибора для определения координат в плане, m_H – паспортная точность прибора для определения координат по высоте. Анализ невязок в замкнутых фигурах позволяет выявить погрешности центрирования и измерения высоты антенн.

11.Построение геодезических сетей относительным способом. Особенности проектирования спутниковых геодезических сетей. Зависимые и независимые базовые линии. Режимы спутниковых измерений. Конфигурирование спутникового приемника. Контроль полевых измерений. Общие сведения по уравниванию спутниковых сетей.

ОТВЕТ:

Относительный метод. Как минимум 2 станции – определяется приращение координат (дифференциальный метод) либо пространственный вектор, соединяющий 2 пункта. Исключаются многие систематические ошибки за счет разности, это метод более точный.

Все высокоточные сети строятся этим методом, из замкнутых фигур, образованных независимыми базовыми линиями. Число пмевдонезависимях базовых линий равно числу всех приёмников в расстановке минус один. Однородность сети – это количество базовых линий сходящихся на каком-то пункте. На каждом пункте их должно быть примерно одинаково. Режимы наблюдений. 1. Статика (все точки сети снимаются в статике); 2.Быстрая статика (съёмочное обоснование); 3. Кинематика (съёмка); 4. Режим «стою-иду». В статике и быстрой статике перемещение осуществляется с выключенным приёмником. А в режиме кинематики либо её разновидностях (стою-иду, кинематика реального времени) – роверный приёмник не должен выключаться. В режиме кинематика погрешность всегда накапливается и разрывы не допустимы. Конфигурирование приёмника. Параметры: идентификатор точки, на которой мы стоим; дискретность (ч/з какой промежуток времени приёмник будет фиксировать разницу фаз); режим (статика, кинематика…); максимальный РДОР (т.е. плохие результаты автоматически отсекаются); высота антенны; маска по высоте. Контроль полевых измерений. 1.По продолжительности измерений (контроль м.б выполнен из сравнения компонент х,у,z, полученных в разных сеансах). 2. По невязкам замкнутых фигур, образованных базовыми линиями. Общие сведения по урав-ю сети. Геодезические сети обязательно должны содержать избыточные измерения. Они нужны для своевременного обнаружения и исправления некачественных величин и для оценки точности измерений. Обязательно выполнять уравнивание сети фиксируя только один(либо начальный либо исходный) пункт

12.Системы геоцентрических координат WGS-84 и ПЗ-90 в спутниковых технологиях. Государственная и местные системы координат. Балтийская система высот БСВ-77. Способы и параметры преобразований координат. Понятие о глобальном и локальном преобразовании координат. Определение нормальных высот по спутниковым измерениям.

ОТВЕТ:

Системы координат, в которых задается положение спутника (r, ρ): 1. Геоцентрические небесные координаты r. О – в центре масс Земли, OZ – параллельные оси вращения Земли, ОХ – направлена в точку γ – точка весеннего равноденствия (неподвижная точка на небесной сфере), ОY – дополняет систему до правой. Положение ИСЗ: а) прямоугольная система координат: x, y, z; б) полярная система координат: α, δ, |r|, где α – прямое восхождение, δ – склонное. , где |r| - длина вектора r. 2. Топоцентрическая горизонтальная система координат ρ. На небесной сфере единичного радиуса: OZ – направлена в зенит, совпадает либо с отвесной линией (астрономический зенит), либо с нормалью к эллипсоиду (геодезический); XOY – плоскость горизонта; N, S, E, W – север, юг, восток, запад; А – азимут – угол наклона между направлениями на север и на спутник; h – высота – угол наклона между плоскостью горизонта и направлением на ИСЗ. 3. Орбитальная система координат. Невозмущенное движение - движение ИСЗ при условиях: а) на движение влияет только тяготение Земли (остальными факторами пренебрегают); б) Земля – сфера с равномерным распределением плотности или материальная точка с массой, равной М; в) масса ИСЗ=0. При невозмущенном движении действуют законы Кеплера. Движение ИСЗ происходит по эллипсам, в одном из фокусов эллипса – центр масс Земли. а – большая полуось, b – малая полуось, е – эксцентриситет, ; - характеризует форму орбиты. Для окружности е=0, для параболы е=1, для эллипса 0≤е<1. Элементы (a; b) или (а; е) характеризуют форму и размер орбит. XOY – плоскость небесного экватора; OZ параллельна оси вращения Земли; 1, 2 – узлы орбиты, точки пересечения орбиты с плоскостью экватора; линия 12 – линия узлов; 1 – восходящий узел; Ω – долгота восходящего узла – угол между направлением на точку γ и направлением на линию узлов; i – наклон орбиты, угол между плоскостями орбит и экватора; П – перигей – точка, ближайшая к центру масс Земли; А – апогей – наиболее удаленная точка; w – аргумент перигея, угол между линией узлов и направлением на перигей; (Ω, I, w) – определяют ориентировку орбиты в пространстве; t_П – время прохождения ИСЗ через перигей. Набор элементов орбиты при невозмущенном движении: Э={a, e, Ω, i, w, t_П}. На движение ИСЗ влияют различные факторы (возмущающие потенциал Земли, влияние тяготения Солнца, Луны и планет, торможение атмосферы, световое давление и т.д.), поэтому Э≠const. Оскулирующая орбита: Э(t_I)=const. 4. Системы земных координат: а) прямоугольная экваториальная. OZ – параллельна оси вращения Земли; XOZ – плоскость начального меридиана; XOY – совпадает с плоскостью земного экватора. б) эллипсоидальная – связана с эллипсоидом, с параметрами (a, b) или (а, е). Геодезическая широта В – угол между нормалью к эллипсоиду и плоскостью экватора. геодезическая долгота L – двугранный угол между плоскостями начального и текущего геодезического меридианов. В спутниковых технологиях В: LATITUDE (LAT); L: LONGITUDE (LON). Геодезическая высота Н – расстояние между эллипсоидом и точкой наблюдения, отсчитанная по нормали к эллипсоиду. 5. Общеземные и референцные системы координат: а) общеземная система координат – начало координат в центре масс Земли. СК WGS-84: в этой системе координат работает система GPS. Точность привязки WGS-84 к геоцентру – несколько см. СК ITRF – общеземная система, включающая в себя геодинамику. В системе ITRF несколько десятков станций, в том числе в России: Менделеево, Звенигород, Иркутск. ПЗ-90 (параметры Земли) – работа ГЛОНАСС. б) референцные СК. Референц – эллипсоид, центр не совпадает с центром масс Земли. В России СК-42 использует эллипсоид Красовского. Система координат 1942 года – карты, каталоги координат. СК-95 – референцная система 1995 года, эллипсоид Красовского, более высокая точность взаимного положения пунктов. Так, если в СК-42 точность взаимного положения пунктов в лучшем случае порядка 10 см на расстоянии 10 км, то в СК-95 аналогичная точность 2-4 см на расстоянии 10 км. В СК-95 нет больших масштабных искажений по сравнению с СК-42. 6. Плоские координаты (x, y) в проекции Гаусса – Крюгера. В спутниковых технологиях используются координаты (ИТМ) – универсальная проекция Меркатора (плоские координаты). Проекция Гаусса – Крюгера – частный случай ИТМ.