В тех случаях, когда продолжительность наблюдений оказывается достаточно большой (например, несколько часов или даже несколько суток), появляется возможность выбора наиболее благоприятных интервалов времени, для которых неоднозначность разрешается наиболее надежно.

При обработке спутниковых измерений, ориентированных на получение максимальной точности, рекомендуется, чтобы такие работы выполнялись достаточно опытным и высококвалифицированным персоналом, который может в процессе обработки найти наиболее эффективные подходы к надежному разрешению неоднозначностей.

2.9. Выявление пропусков фазовых циклов

Используемые при спутниковых измерениях общие подходы к разрешению неоднозначностей, характерных для фазовых методов спутниковых наблюдений, ориентированы на определение неизвестной величины N только в начальной точке траектории отслеживаемого спутника, а все последующие изменения этой величины, обусловленные орбитальным движением спутника, оцениваются на основе показаний фазоизмерительного устройства приемника. При этом непременным условием является непрерывность приема радиосигналов от наблюдаемого спутника, так как нарушения такого приема, при которых теряется захват фазы, сопровождается потерей счета целого числа фазовых циклов, в результате чего реализация принятой стратегии разрешения неоднозначности сильно затрудняется и иногда вообще становится неприемлемой. В связи с этим перед выполнением процедуры разрешения неоднозначностей принимают все меры для того, чтобы выявить пропуски фазовых циклов и устранить их влияние.

При работе со спутниковыми приемниками отмечают следующие причины пропуска фазовых циклов:

1)экранировка принимаемых от спутника радиосигналов различного рода окружающими объектами (деревьями, строениями, конструкциями наружных геодезических сигналов, горным рельефом и др.);

2)недопустимое ослабление поступающих на вход антенны сигналов из-за влияния различного рода отражений, обусловливающих появление многопутности и последующую интерференцию таких попадающих в приемник сигналов;

3)сильные мерцания сигналов из-за влияния возбужденной ионосферы;

4)сильное затухание упомянутых сигналов при их прохождении через атмосферу от спутников, находящихся низко над горизонтом;

102

5)недостаточно качественная работа спутниковых приемников (в частности, неудовлетворительное разделение сигналов, поступающих от различных спутников, что может приводить к дополнительным ослаблениям принимаемых сигналов);

6)нарушения, возникающие в процессе обработки сигналов изза появления различного рода отклонений от штатной ситуации.

Если в процессе проведения сеанса наблюдений были допущены пропуски фазовых циклов, то они должны быть, прежде всего, выявлены и количественно оценены, после чего необходимо принять меры к их устранению. Желательно, чтобы все эти процедуры были выполнены на стадии предварительной обработки. В противном случае должны быть предприняты попытки разрешения неоднозначности после каждой неустраненной потери сигнала с применением той же методики, что и для нахождения начального значения N. Невозможность выполненияупомянутых условий может привести к необходимости исключения таких прерывающихся наблюдений отдельных спутников из процесса обработки результатов измерений.

В зависимости от особенностей выполняемых первичных измерений, наличия дополнительной исходной информации и стадии вычислений, на которой выявляются пропуски циклов, применяются следующие методы анализа полученного набора данных:

1)анализ закономерности изменений во времени результатов фазовых измерений;

2)анализ измерений на двух несущих частотах ( L1 и L2) и получаемых в результате вычислений остатков, обусловленных влиянием ионосферы;

3)анализ комбинации кодовых и фазовых измерений;

4)анализ результатов, полученных при формировании разностных отсчетов.

Первый метод базируется на предположении плавного изменения во времени регистрируемых значений фазы. При этом в используемом спутниковом приемнике осуществляется регистрация мо-

ментов потери сигнала (tn) и повторного его захвата (t3). Специфика применения такого метода проиллюстрирована в графической форме на рис. 2.8.

На приведенном графике через tQ и Ф0(0 обозначены время начала сеанса наблюдений и соответствующая ему фаза несущих колебаний. Если в момент времени tn произошла потеря сигнала, а в момент времени t3 - его повторный захват, то на основе знания скорости изменения регистрируемых значений фазы на участке tQ-tn и времени t3-tn может быть вычислена ориентировочная величина изменения фазы

103

ДФз л за время отсутствия сигнала, а также незарегистрированное количество целых фазовых циклов N3_n за отмеченное время.

Данный метод подразумевает возможность точной регистрации интервала времени, для которого определяется пропуск фазовых циклов. Используемая при этом экстраполяция скорости изменения фазы оказывается эффективной при сравнительно коротких пропаданиях сигналов.

Рис. 2.8. График, иллюстрирующий принцип коррекции результатов измерений, связанной с проспуском циклов

Второй метод выявления пропуска циклов характерен для использования двухчастотных спутниковых приемников. Он основан на анализе разности регистрируемых фазовых сдвигов на частотах L1 и L2. В качестве тестовой величины применяется параметр <5Ф(0, определяемый на основе совместного решения уравнений (2.36) и описываемый следующим соотношением:

Этот параметр часто называют ионосферным остатком. Если пропуски фазовых циклов отсутствуют, то параметр 5Ф(7) при измерении базисных линий небольшой протяженности характеризуется сравнительно малой величиной, а его временные вариации, связанные с изменениями состояния ионосферы, оказываются медленно меняющимися. При наличии пропусков циклов на одной из несущих частот наблюдаются внезапные скачки во временной последовательности определяемых величин N, которые рассматриваются как своеобразный индикатор.

Такой метод может быть применен при наблюдении отдельного спутника одним приемником. Его основной недостаток состоит в том, что он перестает работать в тех случаях, когда пропуски циклов наблюдаются одновременно на обеих несущих частотах (L1 и L2).

104

Третий метод, предусматривающий анализ комбинаций кодовых и фазовых измерений, ориентирован на использование высококачественных малошумящих приемников, имеющих доступ к Р-коду. Он базируется на анализе разности определяемых расстояний до спутника на основе фазовых и кодовых измерений. Поскольку последние не подвержены влиянию неоднозначности, то любые непредвиденные уклонения целочисленных значений N могут быть выявлены и устранены немедленно. К основному недостатку метода следует отнести чрезмерно жесткие требования к точности выполнения кодовых измерений (на Дециметровом уровне). Его преимуществами является простота моделирования и возможность использования как при статических, так и при кинематических применениях спутниковых наблюдений.

Четвертый метод основан на анализе первых, вторых и третьих разностей дифференциальных методов измерений. Он требует знания приближенных координат как спутника, так и точки стояния приемника. Значения дальностей, вычисляемых на основе упомянутых приближенных координат, сравниваются с полученными в результате применения разностных отсчетов. При этом чаще всего используются вторые разности. Данный метод подвержен остаточному влиянию ионосферы, которое должно быть смоделировано. Другим недостатком метода является необходимость знания приближенных координат и использования двух одновременно работающих приемников. К его позитивным показателям может быть отнесен тот факт, что он применим при работе с одночастотными приемниками.

В современных наиболее совершенных спутниковых приемниках принимают все меры к тому, чтобы за счет использования вводимых в

приемник пакетов программ выявление и устранение пропуска фазовых циклов осуществлялось автоматически в процессе проведения сеанса наблюдений.

2.10. Общая схема обработки наблюдаемых данных

На основе изложенных выше различных методов измерений и последующих вычислений представляется возможным составить упрощенную обобщенную схему обработки спутниковых данных.

Как уже отмечалось ранее, при геодезическом использовании спутниковой системы позиционирования весь процесс обработки разбивают на две основные части:

1)предварительная, производимая в приемнике обработка;

2)заключительная стадия обработки («пост-обработка»), производимая в камеральных условиях (на базе полевой партии или в вычислительных центрах).

105

Особенности обработки, производимой непосредственно в спутниковых приемниках, были описаны в подразделе 1.7.8. Рассмотрим схему обработки спутниковых данных на заключительной стадии, т. е. в процессе «пост-обработки».

Следует заметить, что характерная для спутниковых измерений завершающая стадия обработки является многовариантной и зависит, прежде всего, от конечной цели поставленной задачи. В частности, на практике весьма часто используются следующие стратегии вычислительных процессов:

1)определение отдельных базисных линий и последующее их объединение в сети;

2)вычисление односеансных результатов, полученных одновременно для многих станций;

3)совместная обработка данных, характерных для нескольких сеансов наблюдений.

Специфика подходов к решению поставленных задач будет показана в разделе 6, посвященном окончательной обработке спутниковых измерений. В настоящем разделе изложены лишь общие представления, касающиеся принципов составления схемы обработки.

Анализ прилагаемых к конкретным типам спутниковых приемников пакетов программ свидетельствует о том, что содержание и форма представления разрабатываемых различными фирмами-изготовителя- ми так называемых коммерческих вычислительных программ могут существенно различаться. В результате этого возникла необходимость создания унифицированного формата представления данных, который не зависит от типа применяемого приемника. Такой формат получил условное обозначение RINEX. Наряду с этим, коммерческим программам свойственен и тот недостаток, что они, как правило, не позволяют получить максимально возможную точность, характерную для спутниковых систем, и производить обработку обширных геодезических сетей. Это обусловлено тем, что они ориентированы на массовое их использование персоналом средней квалификации и на упрощение процедуры вычислений. Для устранения отмеченного недостатка разработаны универсальные профессиональные программы, позволяющие производить поэтапную обработку данных с промежуточным анализом получаемых результатов. Такие программы базируются на более строгом модельном представлении и рассчитаны на то, что работа с ними осуществляется высококвалифицированным персоналом.

Такие программы позволяют решать разнообразные задачи, включая и нетривиальные, имеющие научно-производственный характер и содержащие требования получения максимальной точности.

106

Рис. 2.9. Обобщенная блок-схема программы обработки GPS-данных для каждой из двух станций

Общие принципы построения профессиональных программ освещаются в специализированной литературе. Для иллюстрации на рис. 2.9 приведена упрощенная, обобщенная схема, характерная для дифференциальных методов обработки данных фазовых измерений, которые получили преимущественное применение при решении геодезических задач.

В качестве исходной информации при выполнении обработки используются поступающие с выходов спутниковых приемников «сырые» данные, относящиеся, как правило, к одному сеансу наблюдений.

После сбора «сырых» данных они переводятся в удобно читаемый формат, например, в формат RINEX, и проверяются на наличие грубых ошибок. Информация, содержащаяся в передаваемых со спутника на-

107

вигационных сообщениях, обычно отделяется от результатов наблюдений. В случае необходимости, в нее может быть введена внешняя информация, содержащая уточненные данные об орбитах спутников.

После выполнения подготовительных операций производятся решения, характерные для каждой станции. В результате такого решения в получаемую информацию вводятся поправки за влияние перечисленных на схеме источников погрешностей (см. рис. 2.9).

Рис. 2.10. Обобщенная блок-схема программы обработки спутниковых данных на завершающей стадии

На следующем этапе вводится в действие основная программа обработки (рис. 2.10), базирующаяся на совместном использовании откорректированных результатов отдельных станций. При этом, как правило, применяется метод вторых разностей. При этом выявляются и устраняются необнаруженные ранее пропуски фазовых циклов, а также разрешаются неоднозначности.

Главная задача основной программы обработки состоит в вычислении искомых значений координат точек стояния, длин базисных линий и других, интересующих потребителя, геодезических данных с оценкой точности их определения. Такая обработка может быть осуществлена как для одного, так и для нескольких сеансов наблюдений.

На заключительной стадии может быть произведено уравнивание полученных результатов и осуществлен (в случае необходимости) переход к местной системе координат.

108