Ill.4.6. Багатошляховість

Під час супутникового вимірювання під багатошляховістю прийнято розуміти таке поширення радіосигналів, за якого згадані сигнали сягають антени супутникового приймача не тільки за прямим шляхом, який з'єднує супутник із пунктом спостереження, але і за ламаним шляхом, який утвориться за рахунок відбиття від різних об'єктів, що оточують приймач (поверхня землі та води, будівлі і споруди, зовнішні геодезичні сигнали тощо).

За наявності відбитих радіосигналів на результати радіовіддалемірного вимірювання діє додаткова похибка, яка впливає на кінцеву точність супутникового вимірювання. Багатошляховість може бути причиною істотного послаблення сигналів, які надходять на вхід приймача і порушують його нормальну роботу.

Особливості впливу відбитих радіосигналів на результати віддалемірного вимірювання доволі детально вивчені під час створення і дослідження наземних радіовіддалемірних пристроїв. Було встановлено істотне розходження в механізмі впливу відображень на передавальні коливання і коливання, що їх модулюють. У зв'язку з тим, що в супутниковому GPS-вимірюванні вико­ристовують два типи зазначених вище коливань, можна оцінити цей вплив як на фазові вимірювання, які ґрунтуються на використанні передавальних коливань, так і на кодові вимірювання, які основані на застосуванні сигналів, що їх модулюють.

415

Розділ III

Оскільки вплив багатошляховості безпосередньо на передавальні коли­вання описується набагато простіше і наочніше, то розглянемо механізм такого впливу на характерні для супутникового вимірювання фазові вимірювання, які належать до передавальних коливань.

Припустимо, що відбитий від того чи іншого об'єкта радіосигнал проходить надлишковий шлях Ар, в результаті чого він набуває, порівняно із прямим сигналом, додатковий фазовий зсув АЧ*, що в частках фазового циклу може бути оцінений на підставі такого співвідношення:

(ПІ.4.20)

де f — частота передавальних коливань, х>— швидкість поширення електро­магнітних хвиль.

Результуючий сигнал, який виявляється зсунутим за фазою щодо прямого сигналу на величину АФ, оцінюється співвідношенням:

(ІП.4.21)

де - коефіцієнт послаблення відбитого сигналу, що наближено дорів-

нює коефіцієнту відбиття відбивної поверхні.

Аналіз (ІИ.4.20) свідчить про те, що максимальна похибка за багатошляховість за умови, що Е_вд < Е , спостерігається у разі протифазності

цих сигналів, причому розглянута взаємодія супроводжується не тільки виник­ненням похибки у результатах супутникових вимірювань, але й послабленням амплітуди результуючого сигналу, що може приводити до неможливості фіксації таких сигналів через їхню малу величину і, як наслідок, до пропуску фазових циклів під час взяття послідовних відліків під час орбітального руху супутника. Що стосується кількісної оцінки фазових зсувів, то з урахуванням того, що в системі GPS довжина хвилі передавальних коливань близька до 20 см, максимальна похибка фазового вимірювання може сягати значень, близьких до 5 см [24].

Під час виконання псевдовіддалемірного (кодового) вимірювання механізм розрахунку похибок через багатошляховість істотно ускладнюється. Не виконуючи громіздкого математичного аналізу, зазначимо, що під час підрахунку похибок у результатах кодового вимірювання відбувається перехід розглянутих вище фазових зсувів, характерних для передавальних коливань, у

416

Просторові супутникові мережі (основи супутникової геодезії)

фазові зсуви модульованих (тобто кодових) сигналів. Різниця ходу в кілька сантиметрів, характерна для передавальних коливань, трансформується у різницю шляху для модульованих коливань, яка оцінюється десятками метрів. Так, наприклад, фазовий зсув на рівні близько 90°, якого набувають сигнали, які містять інформацію про загальнодоступний С/А-код і хвилі, які мають довжину, близьку до 300 м, викликає похибку, що оцінюється величиною, близькою до 75 м. З урахуванням вищевикладеного на підвищену увагу заслу­говують заходи, спрямовані на послаблення впливу багатошляховості, насамперед на результати кодового вимірювання. Варто зазначити, що за рахунок використання диференціальних методів вимірювання не вдається послабити розглянутий вплив, тому що обставини, які породжують виникнення багатошляховості, характерні для кожного конкретного пункту спостережень.

На основі виконання як теоретичних, так і експериментальних досліджень прийнято такі рекомендації для послаблення впливу джерел похибок, викли­каних багатошляховістю:

1. місця розташування пунктів спостереження варто вибирати з таким розрахунком, щоб виключити наявність відбивних об'єктів поблизу антени системи супутникового приймача;

2. під час створення антенних систем для супутникових приймачів варто звертати увагу на необхідність установлення додаткових пристроїв, які екра­нують, перешкоджають променям відбитих радіосигналів на вхід антени (наприклад, установлення екранів під антеною, що дає змогу усунути вплив сигналів, відбитих від підстилаючої поверхні);

3. на пунктах, які піддаються впливу відбиття, варто передбачати сеанси спостережень більшої тривалості для того, щоб отримати циклічну криву зміни похибок через відбиття. Подальше усереднення дає змогу істотно послабити розглянутий вплив.

Сукупність перерахованих вище заходів допомагає мінімізувати вплив багатошляховості до рівня, за якого це джерело похибок не перешкоджає виконанню високоточного супутникового вимірювання.