Усі лекції
.pdf
JPL: Jet Propulsion Laboratory |
|
http://milhouse.jpl.nasa.gov/ |
|
|
|
|
|
|
NEDA: Northeast Eurasia |
|
http://gps.gsras.ru/ |
Deformation Array |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PANGA: Pacific Northwest |
|
http://www.geophys.washington.edu/GPS/gps.html |
Geodetic Array |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PGF: Pacific GPS Facility |
|
http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/dbShowArraySitesMap.cgi?array=PGF |
|
|
|
RGNA: Red Geodesica Nacional
Activa
SOI-TAU-RJGC: Survey of Israel /
Tel Aviv University / Royal
Jordanian Geographic Centre
UNAM: Universidad Nacional Autonoma de Mexico
WCDA: Western Canada
Deformation Array
UNKNOWN
http://sopac.ucsd.edu/cgibin/dbShowArraySitesMap.cgi?array=RGNA
http://sopac.ucsd.edu/cgi-bin/dbShowArraySitesMap.cgi?array=SOI- TAU-RJGC
http://tlacaelel.igeofcu.unam.mx/~vladimir/gpsred/gpsred.html
http://www.pgc.nrcan.gc.ca/geodyn/wcda.htm
http://sopac.ucsd.edu/cgibin/dbShowArraySitesMap.cgi?array=UNKNOWN
зокрема міжнародною GPS службою International GPS Service (IGS). Довжини векторів швидкостей зміщень у різних регіонах коливаються у межах 1-8 см/рік. Практично весь європейський континент рухається у північно-східному напрямку з швидкістю 2-2,5 см/рік. На (рис. 2.2.3) представлена карта векторів зміщень геодезичних обсерваторій викликаних рухом континентів і регіональними геодинамічними процесами. Вектори зміщень представлені за моделями кінематики тектонічних плит APKIM-2000 та NNR NUVEL-1A. Модель NNR NUVEL-1A побудована за результатами геодезичних (GPS, VLBI, SLR) та геофізичних вимірів, а APKIM-2000 за результатами тільки геодезичних вимірів. Однак розбіжності між векторами зміщень у більшості регіонів світу є незначні.
рис. 2.2.3 Карта векторів зміщень геодезичних обсерваторій викликаних рухом континентів і регіональними
геодинамічними процесами.[]
2.3 Міжнародна GPS служба
Міжнародна GPS служба була заснована у 1991 році Міжнародним геодезичним та геофізичним союзом IUGG (), як наукова організація для уніфікації міжнародних стандартів баз даних GPS вимірів і їх аналізу та опрацювання.
Першочергова мета IGS полягає в тому, щоб зробити ці результати загальнодоступними для всіх користувачів. IGS має глобальну мережу перманентних GPS-станцій, центрів баз даних і центрів їх аналізу та опрацювання (рис 2.3.1), особливо густою ця мережа є на території Європи (рис
2.3.2).
рис 2.3.1 Мережа перманентних GPS - станцій IGS []
Вся необхідна інформація розміщена на web - сторінці Центрального Бюро
IGS <http: // igscb.jpl.nasa.gov/>. Тут розміщено у заархівованому виді бази даних результатів вимірів систем GPS і GLONASS. Ці бази даних включають:
Результати спостережень на всіх перманентних станціях;
Ефемериди GPS і GLONASS супутників;
Параметри обертання Землі і руху полюса;
Координати та швидкості руху перманентних станцій;
Інформацію про поправки атомних годинників супутників і перманентних станцій;
Оцінку зенітної тропосферної затримки;
Глобальні іоносферні карти.
В таблицях 2.3.1 i 2.3.2 представлено характеристики баз даних.
рис 2.3.1 Мережа європейських перманентних GPS - станцій IGS []
Обчислення положення GPS супутників у топоцентричній системі координат.
Оскулюючі елементи орбіти супутників та їх зміни у часі містяться в навігаційному файлі, який передається із супутниковим сигналом. У навігаційному файлі оскулюючі елементи орбіти записані два рази, у виді альманаху (ефемериди низької точності) і робочих ефемерид (вищої точності). Альманах призначений для визначення видимості супутників при плануванні GPS-вимірів. Робочі ефемериди призначені для опрацювання результатів вимірів. У таблиці 2 представлено параметри, які містяться у альманаху навігаційному файлі.
Таблиця 2.
Транскрипція альманаху навігаційного файлу
Тиждень 175, альманах для супутника № 01
Ідентифікаційний номер ID: 01 супутника
Справність |
|
|
|
|
Health: |
000 |
|
|
|
||||
Ексцентриситет орбіти e |
Eccentricity: |
0.5404472351E-002 |
||||
|
|
|
||||
Епоха утворення альманаху від |
Time of Applicability (s): |
589824.0000 |
||||
початку GPS тижня |
t |
oe |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(секунди) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Кут нахилу орбіти i |
(радіани) |
Orbital Inclination (rad): |
0.9723724451 |
|||
|
|
|
||||
Зміна довготи висхідного вузла |
Rate of Right Ascen |
-0.7931758961E-008 |
||||
(радіани на секунду) |
(r/s): |
|
||||
|
|
|
||||
Квадратний корінь з великої |
SQRT(a) (m 1/2): |
5153.727539 |
||||
півосі орбіти |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Довгота висхідного вузла |
Right Ascen at Week |
-0.4069756641E+000 |
||||
(радіани) |
|
|
|
|
(rad): |
|
|
|
|
||||
Аргумент пери центру |
Argument of Perigee |
-1.719371504 |
||||
(радіани) |
|
|
|
|
(rad): |
|
|
|
|
||||
Середня аномалія на час |
Mean Anom (rad): |
0.6687658141E+000 |
||||
надання ефемерид M0 |
(радіани) |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
Похибка годинника mt |
(секунди) |
Af0 (s): |
0.2651214600E-003 |
|||
|
|
|
||||
Зміна похибки годинника mt |
Af1 (s/s): |
0.0000000000E+000 |
||||
(секунди на секунду) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
GPS тиждень |
|
|
|
|
week: |
175 |
Для розрахунку умов видимості супутників спочатку обчислюється середній рух i - го супутника
ni |
|
|
|
|
|
|
, |
(5) |
|||
3 |
|||||
|
|
ai |
|
||
Обчислюємо різницю епох спостережень і епохи утворення альманаху від початку GPS тижня
T ( t |
i |
t |
oe |
) 1 m |
t |
( t |
i |
t |
oe |
i |
|
|
|
|
) m |
t |
|
,
(6)
де
від
с.
ti
t |
i |
|
- час спостережень. При цьому,
треба відняти 604800 с, а якщо
як що час спостережень |
t |
i |
302400 c |
, то |
|||||
|
|
||||||||
t |
i |
302400 c |
, то до |
t |
i треба додати 604800 |
||||
|
|
|
|||||||
Обчислюємо середню аномалію в момент
M |
M |
i |
|
t |
i |
|
|
|
|
0 |
n |
T |
i |
i |
(7)
|
За реккурентною залежністю (2.3) визначаємо ексцентричну аномалію |
||||||||
E |
k 1 |
M |
i |
e |
i |
sin E |
k |
i |
. Послідовні іттерації визначення ексцентричної аномалії |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
виконують до тих пір, поки різниця значень ексцентричної аномалії в останній та передостанній ітерації не буде менша від 10-6 рад.
Далі знаходимо справжню аномалію
v |
i |
|
|
e 1 |
|
E |
|
|
|
tg |
|
ki |
2arctg |
|
|
|
|
|
1 e |
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
,
аргумент широти ui |
i |
vi , радіус-вектор супутника |
прямокутні координати супутника в площині орбіти
r
a( 1 e cos
E
)
,
x r |
|
i |
i |
y r |
|
i |
i |
і редукована довготу висхідного вузла орбіти,
cosui , sinui ,
(8)
(9)
де
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
7 ,2921151467 10 |
5 |
|
e |
|
|
||
|
|
|
|
|
i |
|
|
рад |
|
|
с |
( i |
e |
) Ti |
e toe |
, |
(10) |
- кутова швидкість обертання Землі.
Прямокутні просторові геоцентричні координати супутників в системі WGS84 знаходимо за наступними залежностями
|
cos i |
|
|
cos ii |
sin , |
(11) |
xi xi |
yi |
|||||
|
sin i |
|
|
cosii |
cos i , |
(12) |
yi xi |
yi |
|||||
|
|
|
sinii . |
|
(13) |
|
|
zi yi |
|
||||
Прямокутні геодезичні координати пункта спостережень обчислюються за
формулами: |
|
X N H cos B cos L |
(14) |
, |
|
Y N H cos B sin L |
(15) |
, |
b |
N |
|
Z |
wgs 84 |
|
|
|
|
awgs 84 |
|
|
H
sin B
,
(16)
де
N |
|
a |
wgs 84 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 e |
|
2 |
sin |
2 |
B |
|
wgs 84 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
- радіус кривини першого вертикала,
a |
wgs 84 |
|
,b |
wgs 84 |
|
,
e |
wgs 84 |
|
- велика і мала півосі та перший ексцентриситет еліпсоїда WGS-84.
Координати супутників в топоцентричній системі координат:
x |
' |
0 |
||
i |
||||
y |
D S 0 |
|||
' |
||||
|
|
|
||
|
|
i |
|
|
z |
' |
R |
||
i |
||||
|
|
|||
(17)
де:
cos L |
sin L |
D sin L |
cos L |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
x |
i |
|
|
|
|
|
|
y |
i |
|
|
|
|
z |
i |
|
|
|
|
|
|
,
cos |
|
B |
0 |
|
2 |
||||
S |
|
|
||
0 |
|
1 |
||
sin |
|
B |
0 |
|
2 |
||||
|
|
|
sin |
|
B |
||
2 |
||||
|
|
|
||
|
0 |
|
||
cos |
|
B |
||
2 |
||||
|
|
|||
- матриці
розвороту
X 2
топоцентричної
Y 2 tgB Z ,
систем координат відносно системи WGS-84; а
|
X |
2 |
Y |
2 |
|
|
|
||
R |
cos B |
(рис. 1). |
||
|
||||
|
|
|||
|
|
z’ |
|
топоцентрична |
|
|
|
система |
|
o’ |
Z |
координат |
|
||
|
|
||
|
|
y’ |
|
|
|
|
|
|
x’ |
|
еліпсоїд |
|
|
|
|
|
|
|
WGS-84 |
нормаль до |
|
|
|
еліпсоїда WGS-84 |
|
|
|
|
|
|
R |
|
o |
|
B |
|
Y |
|
|
L
X
Рис.1. Перетворення координат WGS-84 у топоцентричну систему координат.
Опрацювання GNSS бази, або вектора між двома пунктами.
АВТОМАТИЧНИЙ РЕЖИМ ОПРАЦЮВАННЯ
Установки в Auto. Processing застосовуються тільки для режиму опрацювання
Automatic.
Програма в режимі автоматичного опрацювання буде сама «розумно» призначати референсні і роверні станції і опрацьовувати всі можливі комбінації базових ліній, які узгоджуються з наступними параметрами:
Min. time for common data (мінімальний час для спільних даних) - цей параметр встановлює мінімальну тривалість одночасних спостережень на двох станціях яке буде прийматися для обчислення базових ліній між станціями. За замовчуванням встановлюється 300 секунд, це означає що інтервали одночасних спостережень менше 5 хвилин в опрацювання прийматися не будуть.
Max.baseline length (максимальна довжина базової лінії) - встановлює максимальну довжину базової лінії яку LGO буде приймати в обробку.
Processing Mode (режим опрацюваня) - цей параметр включає два підпараметри ( All baselines, Independent set).
Якщо вибрати All baselines, то LGO буде обробляти всі можливі комбінації базових ліній які відповідають двом вище заданим параметрам.
Якщо вибрати Independent set , то програма буде обробляти тільки набір незалежних базових ліній.
Поняття «незалежних » базових ліній має важливе значення в теорії і практиці обробки супутникових вимірів. Пояснимо це поняття на прикладі. Нехай в трикутнику на всіх трьох пунктах одночасно (в одному сеансі) виконані вимірювання супутниковими приймачами і таким чином в процесі обробки обчислені всі три базових лінії. Будь-яка з трьох базових ліній може бути обчислена і іншим шляхом - за двома іншими, використовуючи формули з тригонометрії. Таким чином дві будь-яких базових лінії можна вважати незалежними, а третій залежним. Однак якщо одну з базових ліній в трикутнику визначити в інший, неперекриваючий, інтервал часу, то всі три базові лінії будуть незалежними.
Таким чином набір складається з незалежних базових ліній якщо жодну з них не можна обчислити використовуючи іншу виміряну в даній сесії (сеансі), що входить в даний набір. Незалежні базові лінії в наборі не утворюють замкнутих фігур.
Включаючи в зрівноваження мережі все виміряні базові лінії, в тому числі і залежні, тим самим завищуємо оцінку точності значень координат і висот пунктів. Щоб отримати більш об'єктивну оцінку вдаються до прийому конструювання набору незалежних базових ліній і подальшого його зрівнювання. Однак в цьому випадку належним чином повинна бути побудована і програма польових вимірювань.
На практиці часто поступають наступним чином. Зрівнюють всю мережу з усіма базовими лініями. Потім отримані середньоквадратичні похибки визначення координат коректують використовуючи поправочний коефіцієнт, який вираховується за формулою:
C = T / N,
де Т - загальна кількість векторів в мережі, а N - число незалежних базових ліній. Далі, множачи отримані середньоквадратичні похибки на обчислений коефіцієнт,
отримаємо більш реалістичну оцінку точності значень координат і висот. Однак при високоточних визначеннях цей прийом не слід застосовувати, слід
опрацьовувати набір незалежних базових ліній окремо.
Coordinate seeding strategy - цей параметр включає підпараметри (distance, time). Встановлення підпараметра distance означає, що першою буде обчислюватися базова лінія найкоротша від першої референсної точки (яку програма вибере сама). Потім програма визначає яка з наступних ліній є найкоротша. Це може бути лінія з першої точки або з точки
яка була обчислена другою (в цьому випадку вона призначається референцною). Ця лінія обробляється наступною і потім процес вибору і обробки триває аналогічним чином.
Установка підпараметра time означає що базова лінія з найбільшим часом спостережень буде обчислюватися першою.
Подібно до методу distance програма визначає яка наступна лінія має найбільш довгий період спостережень і обробляє таку лінію. Далі процес триває подібним чином.
Отимальний вибір параметра вимагає досить тривалих досліджень, при звичайній обробці вибирають distance.
Session by session (сесія за сесією) - дещо видозмінений порядок обробки базових ліній в порівнянні з обраним попереднім підпараметром. При звичайній обробці цей параметер не включатиють.
Use float solution as reference (використовувати плаваюче рішення як референцне). При включенні ця опція дозволяє використовувати точки для яких отримано плаваюче рішення як референцні точки для подальшої обробки. При звичайній обробці не вмикають цю опцію. Нею користуються, в основному, при обробці довгих базових ліній (для даної програми для ліній понад 80 км).
Re-compute already computed baselines (переобчислення вже обчислених базових ліній) -
ця опція обов'язково активізується при повторних обробках базових ліній.
Compute baselines between control triplets (обчислення базових ліній між контрольними точками). Є сенс активізувати цю опцію якщо подальше зрівнювання мережі виконується як вільне або напіввільне і тверді точки отримують нові координати . У звичайній практиці не включають цю опцію .
Далі необхідно ввімкнути опцію Show advanced parameters (показ розширених параметрів ) поставивши галочку в самій нижній графі поточного вікна.
Уверхньому меню поточного вікна з'являться ще дві кнопки - Strategy, Extended Output.
Уцих закладках при звичайній обробці залишають все як встановлено за замовчуванням.
Проте пояснимо, що ж означають поміщені там опції. Розгорнемо Strategy.
У графі Frequency можна встановити параметри Automatic, L1, L2, L1 + L2, Iono free (L3).
Режим Automatic (встановлюється програмою за замовчуванням) дозволяє програмі самій визначати який з інших 4 режимів використовувати для обробки базових ліній. Програма буде автоматично підбирати найкращу частоту або комбінацію частот для остаточної обробки.
При режимі L1 для обчислення базових ліній будуть використовуватися виміри виконані тільки на частоті L1. Оскільки вимірювання на частоті L1 більш стійкі ніж на частоті L2, базові лінії довжиною до 5 км (коли вплив іоносфери практично не позначається на кінцевих результатах) автоматично будуть оброблятися в цьому режимі.
Режим L2 використовується для обробки вимірювань тільки на частоті L2 (використовується в основному для дослідницьких завдань).
Режим L1 + L2 автоматично буде використовуватися при опрацюванні двочастотних вимірювань базових ліній (5 - 15 км), при цьому базові лінії не опрацьовуються як "іоносферновільні".
Режим Iono free (L3) автоматично буде використовуватися для обробки базових ліній довжиною більше 15 км, як іоносферновільні.
При цьому треба мати на увазі, що для довгих базових ліній (близько 80 км і вище) при досить тривалому періоді спостережень (більше 1 години) не є критичним мати при L3 - вирішенні плаваюче рішення. Тобто в цьому випадку плаваюче рішення не означає неточне і в разі хороших інших якісних характеристик такі рішення можна приймати в якості остаточних.