Ill.4.7. Інструментальні джерела похибок

Під час оцінки результуючої точності супутникового вимірювання поряд із похибками, викликаними неточною інформацією про місцезнаходження супутників на момент вимірювання, їхнє взаємне розташування і вплив зов­нішнього середовища, ми повинні враховувати також й інструментальні

417

Розділ III

джерела похибок, які пов'язані з недосконалістю роботи тих чи інших вузлів, що входять до складу апаратури.

Виконані досі дослідження в цій галузі свідчать про те, що основні джерела інструментальних похибок пов'язані з похибками ходу годинників на супутнику та приймачі, з особливостями роботи передавальної і приймальної антен, із урахуванням часових запізнень в апаратурі передавача і приймача, а також із недосконалістю роботи відлікових пристроїв, за допомогою яких визначається час (чи фазовий зсув), що відповідає проходженню радіосигналу від супутника до приймача.

Розглянемо характерні риси кожного з перерахованих вище інструмен­тальних джерел похибок, їхній вплив на результуючу точність супутникового вимірювання і методи мінімізації такого впливу.

Похибки, викликані нестабільністю ходу годинників супутника і приймача. Похибки, пов'язані з нестабільністю ходу годинників, під час використання однобічного методу віддалемірного вимірювання є визначальними у всьому комплексі похибок, характерних для супутникового вимірювання. Роль годинника на супутнику і в приймачі виконують, як уже зазначалося, високостабільні опорні генератори, які є базовою основою для часу і частоти під час реалізації шкали, відомої в літературі як час GPS. Через високі вимоги до стабільності ходу таких годинників на супутниках використовують стабільні атомні генератори. У приймальних пристроях, які є у розпорядженні споживачів, обмежуються застосуванням дешевших й економічніших кварцових генераторів.

Незважаючи на всі заходи, спрямовані на підвищення стабільності роботи відзначених генераторів, вони за своїми показниками не відповідають необ­хідним вимогам, а тому, щоб уникнути істотного зниження точності вимірю­вання, виконують періодичне коректування показів годинників, а також засто­совують спеціальні прийоми, які дають змогу врахувати чи виключити похибки, викликані неточністю показів годинників на супутниках і в приймачах.

Для урахування похибок показів годинників супутникових приймачів застосовують принцип вимірювання псевдовіддалей, який грунтується на спостереженнях чотирьох супутників.

Розглянутий вище метод урахування впливу зміщення руху годинників на супутнику і приймачі набув найбільшого поширення під час спостережень, які виконані однією станцією, тобто під час абсолютних визначень.

Під час розв'язання геодезичних задач вплив розглянутого вище джерела похибок практично зводиться до нуля завдяки застосуванню уже відомого нам методу других різниць.

418

Просторові супутникові мережі (основи супутникової геодезйі)

Похибки, викликані неточною інформацією про точки відносності. Під час виконання високоточного вимірювання від супутників до розташованих на поверхні Землі приймачів дуже важливим фактором є інформація про положення точок, від яких вимірюються віддалі. Щодо супутникового GPS-вимірювання, то такими точками є фазові центри антен супутника та приймача.

Похибка визначення фазового центра та антени, встановленої на супут­нику, сприймається як неточність інформації про ефемериди, які визначаються на метровому рівні точності.

Тому споживачі основну увагу приділяють проблемі встановлення фазового центра супутникового приймача. Оскільки в сучасних GPS-приймачах переважно використовуються мікросмугові антени, які мають симетричну конструкцію щодо осі обертання антенного пристрою, то місцезнаходження фазового центра в горизонтальній площині, як правило, з'єднують зі згаданою віссю обертання. Що стосується фіксації фазового центра в напрямку верти­кальної осі, то цю величину, визначає зазвичай фірма-виробник приймальної апаратури і вносить в паспорт приймача. Виробники прагнуть, щоб згадана величина була однаковою для всіх приймачів того самого типу. Фірми-виробники GPS-приймачів гарантують точність визначення і стабільність положення фазового центра на рівні одиниць міліметрів.

Стосовно сучасних приймачів із мікросмуговими антенами зсув фазового центра, як правило, не перевищує декількох міліметрів [24].

Похибки, пов'язані із впливом нестабільності апаратурних часових запізнень і внутрішніх шумів приймача. Поряд із розглянутими вище джерелами похибок, виникає також необхідність урахування похибок вимірювання, викликаних змінами в часі проходження електричних сигналів в апаратурі споживача. Впливам такого роду піддаються, зокрема, багатоканальні GPS-приймачі, у яких для проходження сигналів від різних супутників відводиться окремий, реально існуючий канал. Часові запізнення в згаданих каналах можуть помітно відрізнятися, що може призводити до появи додаткових похибок у результатах вимірювання.

Для боротьби із зазначеним впливом фірми-виробники вживають заходів для калібрування і компенсації запізнень у трактах приймальної апаратури споживача. З цією метою в деяких типах приймачів вводиться спеціальний контрольний канал, що дає змогу оперативно оцінювати розбіжності у запізненнях, які виникають у різних робочих каналах.

Увесь комплекс заходів дає змогу звести викликані такого роду дже­релами похибки до величини, яка обчислюється декількома міліметрами.

419

Розділ III

Під час проходження сигналів по електричних ланках приймача спостерігається не тільки їхнє запізнення в часі, але і вплив на них внутрішніх шумів приймача. Останній фактор має важливе практичне значення, оскільки рівень внутрішніх шумів визначає роздільну здатність методів вимірювання. Зокрема, стосовно GPS-вимірювання через вплив зазначеного фактора по­тенційна точність обмежується величиною, що дорівнює близько 1% від дов­жини хвилі, що для СІ А -коду відповідає 3 м, для Р-коду - ЗО см, а для фазо­вого вимірювання, які стосуються передавального коливання - близько 2 мм. Найефективнішим засобом послаблення такого роду впливів є використання нової низькошумної елементної бази.