19) Методики спутникового позиционирования( Статическое абсолютное,кинематическое абсолютное, статистическое относительное, кинематическое относительное).

В настоящее время существуют несколько способов определения местоположения с мощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), рассмотрим три наиболее часто используемых: absolute point positioning (Абсолютное определение местоположения), relative positioning (Относительное определение местоположения) и precise point positioning (PPP, Высокоточное определение местоположения).

Абсолютное определение местоположения При абсолютном определении местоположения используются кодовые псевдодальности полученные одним приемником. Кодовая псевдодальность это мера расстояния между навигационным спутником и антенной спутникового приёмоиндикатора, отнесенная к двум моментам времени: времени излучения спутником сигнала и момента детектирования этого радиосигнала приёмоиндикатором. Для оценки времени распространения сигнала по линии спутник-приёмоиндикатор, в приёмоиндикаторе генерируется специальный сигнал. Методическую основу алгоритма определения координат при помощи кодовых измерений псевдодальностей объект-спутник составляет процедура линеаризации уравнений кодовых измерений в окрестности априорного решения 19 с последующим применением метода наименьших квадратов для возникающей линейной задачи оценивания. Алгоритм может состоять из двух итераций: основной и возможно дополнительной. Во время первой итерации определяются ошибки часов спутника и погрешности атмосферы, затем производится оценка координат приемника. Во время второй итерации так же производится оценка координат приёмника, однако с уже известными ошибками и погрешностями, что значительно улучшает точность. С математической составляющей алгоритма можно ознакомиться в следующих работах: [Вавилова Н.Б. и др., 2009],[Golovan A.A., Bogdanov O.N., 2008]. Спутниковые и атмосферные ошибки учитываются недостаточно, что приводит к низкой точности - уровень метров. Относительное определение местоположения Для более точного определение местоположения (сантиметровый уровень), широко используется относительный метод с использованием так называемых "базовых станций" или дифференциальный метод DGPS (differential global positioning system). Суть метода заключается в использовании двух и более GPS-приёмников, одного или нескольких в качестве неподвижной базовой станции, другого в качестве рабочего "ровера" - приёмника находящегося на борту интересующего объекта. У этого метода есть свои недостатки: во-первых, необходимо иметь дорогостоящий комплект оборудования, состоящий, как минимум, из двух двухчастотных приёмников, во-вторых, антенна одного из спутниковых приёмников должна быть установлена над точкой с известными координатами. Главным принципиальным недостатком данного метода является увеличение остаточных разностей пропорционально увеличению расстояния между приёмниками, а так же усиление шума в раз. Одной из особенностей метода является необходимость передачи дифференциальных поправок от базового приемника к определяемому. Передача 20 дифференциальных поправок по радиоканалу может выполняться по выделенным частотным линиям с использованием технологии передачи цифровых данных RDS (Radio data system) на частотах FM - радиостанций. Причём иногда даже нет необходимости иметь GPS - приемник на базовой станции, поскольку во многих странах уже действует развитая сеть станций, постоянно транслирующих поправки на определенную территорию. Примером подобной сети может служить шведская сеть станций DGPS, которая носит название SWEPOS. В её состав входят 21 станция (Reference Station) [Jonsson B, et al., 2006]. В геодезических приложениях нашли применение исключительно дифференциальные методы GPS - измерений, поскольку только с их использованием возможно определение координат точек местности с требуемой точностью [Тимофеев В.Ю. 2004]. Для решения различных задач: определения точных координат отдельных точек, последовательных измерений местоположения множества точек, непрерывных координатных определений в процессе движения автомобиля и др. - в рамках диф.режима разработан ряд методов выполнения измерений. Эти методы отличаются технологией выполнения работ и получаемой точностью вычисления вектора базы. Статический метод (Static Positioning) Название метода означает, что приёмники не перемещаются в течение всего наблюдательного интервала. Базовый приёмник и приёмник с неизвестными координатами одновременно выполняют наблюдения и записывают данные в течение 15 минут - 3 часов. Такая длительность сессии вызвана необходимостью определения целочисленной неоднозначности фаз в начале сессии. Этому способствует и заметное изменение со временем конфигурации спутниковой системы. Данный метод используют для решения задач контроля национальных и континентальных геодезических сетей, мониторинга тектонических движений 21 земной поверхности, наблюдения за состоянием дамб, фундаментов атомных электростанций и др. сооружений [Hoffmann-Wellenhof, B, 1994]. Кинематический метод “стой-иди” (Stop-and-Go Kinematic Positioning) Метод 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 22 определения целочисленных неоднозначностей фаз. После этого опорный приёмник продолжает непрерывно наблюдать на пункте с известными координатами, второй приёмник перевозится (во включенном состоянии) на первый определяемый пункт, где вновь наблюдает 1 минуту. Затем он посещает все остальные определяемые пункты (лишь по одному разу). Недостаток метода состоит в необходимости непрерывного (и даже во время движения) наблюдения не менее 4 спутников одновременно. Если число наблюдаемых спутников падает до трех хотя бы на миг, необходимо вернуться на последний успешно посещённый определяемый пункт или вновь провести процедуру инициализации. Во избежание этого лучше всего обеспечить возможность наблюдения одновременно пяти или более спутников. Метод эффективен при выполнении топографической съемки, когда за короткое время необходимо определить координаты большого числа точек. Например, при построении цифровых моделей рельефа, определении местоположения объектов местности, имеющих форму ломаной линии (трубопроводы, дороги и пр.) [Bădescu G, 2007].

20) Точность спутниковых определений (факторы влияющие на точность пространственных GNSS-определений). Погрешности, обусловленные структурой радиосигнала и характером окружающей среды. Точность различных видов эфемерид. Понятие о DOP и его геометрический смысл. Пояснить понятия HDOP, VDOP, TDOP, PDOP, GDOP. Максимальное значение PDOP, при котором можно проводить наблюдения.

-1 Тип спутникового оборудования( наиб. точность у многочастотного) -2 Рабочее состояние ГНС системы( полнофункциональной не менее 24 спутников, прием сигнала осуществляется не менее чем от 4 спутников, в обработку должны быть включены только сигналы здоровых спутников) -3 Конфигурация спутникового созвездия, характеризующаяся DOP (фактор потери точности). Величина ДОП зависит от конфигурации спутниковых созвездий, чем лучше конфигурация, тем меньше ДОП. Наилучшая тогда, когда один из спутников находится в зените над точкой наблюдения, остальные равномерно распределены в плоскости, близкой к плоскости математического горизонта -4 погрешности обусловлены структурой радиосигнала и характером окружающей среды- ионосферная рефракция - тропосферная рефракция - многолучевость( многопутность) сигнала.

--ионосферная рефракция- ионосфера- слой атмосферы простирающийся примерно от 50 км до 2000 км над землей. состоит из плазмы из положительно и отрицательно заряженных частиц. При прохождении этого слоя атмосферы скорость сигнала меняется. Для устранения ионосферной задержки при использовании одночастотных приемников длину базовой линии не берут более 20 км, при испоьзовании двухчастотных влияние ионосферной задержки стремится к нулю.

--Тропосферная рефракция- тропосфера- слой атмосферы от 0 до 50 км над землей, состоит из молекул воздуха, пыли и микрокапель жидкости (паров воды). при прохождении этого слоя сферы сигнал приломляется, возникает задержка распространения сигнала на этом участке. Методы борьбы: выполнять обработку измерений спутникового приемника с маской отсечки спутникового сигнала над горизонтом не менее 10 град. Сигналы низколетящих спутников более шумные, чем в зените из за тропосферы.

--Многолучевость- явление при котором на фазовый центр антенны одновременно от одного спутника приходит прямой и переотраженный сигнал. Переотражающими являются объекты дома заборы стены деревья и металлические предметы. Методы борьбы: 1) установка антенны приемника на расстоянии тройной высоты отражающего сигнал объекта. 2) выполнение продолжительных спутниковых наблюдений(более 15 мин) 3) использование специальных антенн.

DOP (dilution of precision с англ. — «снижение точности») — термин, использующийся в области систем глобального позиционирования для параметрического описания геометрического взаиморасположения спутников относительно антенны приёмника. Когда спутники в области видимости находятся слишком близко друг к другу, говорят о «слабой» геометрии расположения (высоком значении DOP), и, наоборот, при достаточной удалённости геометрию считают «сильной» (низкое значение DOP). Термин может применяться не только в спутниковом позиционировании, но и в других системах локации, включающих другие, географически разнесённые станции.

• HDOP (Horizontal Dilution of Precision) — снижение точности в горизонтальной плоскости

• VDOP (Vertical) — снижение точности в вертикальной плоскости

• PDOP (Position) — снижение точности по местоположению( не более 6)

• TDOP (Time) — снижение точности по времени

• GDOP (Geometric) — суммарное геометрическое снижение точности по местоположению и времени

Эти параметры являются функциями соответствующих матриц ковариации, состоящих из элементов в глобальной или локальной геодезической системе координат.

Они могут быть получены математически по положению доступных спутников (источников навигационного сигнала). Многие GPS-приёмники позволяют отображать текущее расположение всех спутников («созвездие спутников») вместе со значениями DOP.