7. Принцип измерения псевдодальностей и
практическое использование данного метода
Основным показателем псевдодальномерных измерений является разность между моментом передачи кодовой посылки (при отсчете времени по часам, установленным на спутнике) и моментом приема упомянутой посылки (при отсчете времени по часам приемника). Применительно к введенному определению под псевдодальностью будем понимать измеряемое значение расстояния между спутником и приемником на момент передачи и приема радиосигналов с применением псевдослучайных кодовых посылок, генерируемых на спутнике и в приемнике. При этом первые из них формируются с помощью спутниковых часов, а вторые — на основе показаний часов приемника.
Показания часов на спутнике и в приемнике, как правило, расходятся, что приводит к возникновению соответствующих погрешностей в величине измеряемого расстояния. Кроме того, дополнительные отличия между определяемым и истинным значениями искомой длины линии обусловлены задержками на трассе прохождения радиосигналов через атмосферу (ионосферу и тропосферу).
С учетом сделанных замечаний основополагающее уравнение для
псевдодальномерных измерений имеет вид:
(10.2)
где
и
—
показания часов приемника и спутника,
регистрируемые в момент измерения
псевдодальностей;
и
—
уход показаний часов относительно
эталонного времени на момент взятия
отсчетов; с
- скорость
распространения электромагнитных волн
в вакууме; ρ
— топо-центрическое
(геометрическое) расстояние между
спутником и приемником на момент
измерения псевдодальности;
-
поправка к величине измеряемого
расстояния, обусловленная влиянием
атмосферы.
Непосредственно на основе уравнения (10.2) может быть получена рабочая формула для псевдодальномерных измерений:
(10.3)
Для
определения интересующего нас значения
геометрического расстояния
ρ измеренную
величину R
корректируют
за счет введения поправок
и
(поправка
при
этом заранее не определяется, а входит
в число неизвестных параметров).
Одна из особенностей определения времени прохождения радиосигналом расстояния между спутником и приемником на базе использования кодовых посылок состоит в том, что из-за периодичности повторения отмеченных посылок регистрирующее устройство приемника позволяет определить временное смещение между принимаемыми от спутника и формируемыми на месте кодовыми сигналами только в пределах периода их повторения. Для используемого в системе GPS общедоступного С/А-кода такая периодичность равна одной миллисекунде, что соответствует прохождению радиосигналом расстояния равного около 300 км. Поскольку расстояние до спутника составляет величину около 20 000 км, то без принятия соответствующих мер может возникнуть проблема разрешения неоднозначности применительно к кодовым сигналам.
Наиболее эффективно отмеченная проблема решается за счет использования информации о полном значении времени GPS и поправок к показаниям часов конкретного спутника, которая передается со спутника в составе навигационного сообщения. Информация позволяет отождествить соответствующую кодовую посылку, на основе которой определяется псевдодальность.
При практическом использовании псевдодальномерных измерений для определения координат точки стояния приемника абсолютным методом совместно решают следующую систему уравнений:
(10.4)
где
—
откорректированное значение,
псевдодальности до соответствующего
спутника;
-
текущие координаты четырех одновременно
наблюдаемых спутников;
— определяемые координаты точки
стояния;
—
определяемая поправка, обусловленная
неточностью хода часов приемника.
При решении системы уравнений (10.4) производится линеаризация этих уравнений. Точность таких координатных определений оценивается погрешностями на уровне нескольких метров. С учетом этого данный метод находит преимущественное использование при решении навигационных задач.
Применительно к геодезии псевдодальномерный метод определения координат выполняет в большинстве случаев вспомогательные функции. В частности, такой метод весьма часто применяют для определения абсолютных значений координат опорных (референцных) точек.
В тех случаях, когда требуемая точность определения координат оценивается на уровне около одного метра прибегают к применению дифференциальных псевдодальномерных методов.
Сущность практического использования таких дифференциальных методов состоит в том, что наряду с устанавливаемым на подвижном носителе мобильным спутниковым приемником, на опорной стационарной точке с известными координатами устанавливается другой (опорный) приемник, работающий одновременно с первым. Между двумя приемниками организуется канал радиосвязи для передачи информации с опорного приемника на мобильный. Отмеченная информация содержит в своем составе поправки, которые получают на опорном пункте за счет использования как измеряемых значений псевдодальностей, так и расстояний до спутников, вычисляемых на основе применения известных координат этого пункта. Учет упомянутых поправок в мобильном приемнике позволяет минимизировать влияние поправок, входящих в рабочую формулу (10.3).