Точность GPS измерений

Подготовлено по материалам "Mapping Systems: General Reference, Trimble Navigation Limited, 1996"

• 4.1 Оборудование.

• 4.2 Планирование проведения работ.

• 4.3 Параметры сбора данных.

• 4.4 Процедуры сбора данных.

• 4.5 Обработка измерений.

Точность GPS измерений различается от 1 сантиметра до более чем 15 метров, в зависимости от используемой аппаратуры, методики обработки данных и других факторов. Кроме того, на точность получаемых данных влияет ваш опыт и знание основ работы c GPS системами.

Помните, что точность определения плановых координат при использовании GPS обычно в 2-5 выше, чем высоты, независимо от местоположения на поверхности Земли. Если Вы используете оборудование и программное обеспечение (ПО), дающее точность плановых координат около 1 см, то точность по высоте составит 2-5 см. Это может стать решающим фактором, когда Вы используете оборудование с точностью плановых координат порядка 2-5 метров. В этом случае, точность определения высоты может быть хуже десятков метров.

В этом разделе Вы найдTте информацию о том, как добиться от вашего GPS оборудования максимально возможной точности.

4.1 Оборудование

Выбор оборудования напрямую зависит от точности, которую вам необходимо получить.

4.1.1 ПриTмники

Все GPS приTмники компании Trimble можно подразделить на две категории основываясь на том, как они обрабатывают GPS сигнал:

• C/A (гражданского применения) кодовые приTмники, использующие информацию, которая содержится в спутниковом сигнале для вычисления местоположения объекта;

• фазовые приTмники, которые используют сам радиосигнал для вычисления местоположения объекта.

Эти два метода обработки не являются взаимно исключающими. Некоторые C/A кодовые приTмники могут выполнять ограниченную обработку фазы, и все фазовые приTмники могут вычислять положения, основанные на кодовых измерениях. Без дифференциальной обработки, оба типа приTмников могут вычислять только положения, основанные на кодовых измерениях. Если Министерство Обороны США не запускает в действие программу избирательного доступа (Selective Availability или S/A), то точность определения местоположения составляет от 2-x до 5 метров. Более подробно о режиме избирательного доступа можно узнать здесь.

C/a кодовые приTмники

GPS приTмники компании Trimble применяемые для картографирования и ГИС приложений используют метод измерения сигнала основанного на C/A (Coarse/Acquisition) коде. Точность этих приTмников находиться в диапазоне от дециметровой до 5 метров (с дифференциальной коррекцией).

Кодовым приTмникам не нужно осуществлять непрерывный захват сигнала со спутников для вычисления местоположения. Это позволяет оборудованию работать на территориях с сильной застройкой и в местах с ограниченной видимостью, например, под деревьями.

Фазовые приTмники

Оборудование компании Trimble использующееся для съTмки территории и развития геодезических сетей работает с фазой несущей сигнала. Методы обработки фазы несущей сигнала требуют, чтобы несколько приTмников работало одновременно. Обычно, эти приTмники имеют точность до 1 см + 1 мм на 1 км расстояния между ними. Это расстояние обычно называют длиной базовой линии. Фазовые приTмники отличаются более строгими требованиями к постобработке и сбору данных. Если работа производиться в кинематическом режиме, то приTмники должны осуществлять непрерывный захват сигнала, по крайней мере от 4-х спутников для вычисления местоположения объекта. Фазовые приTмники требуют прямого прохождения сигнала со спутника.

Количество каналов

Для определения точных пространственных координат необходимо, по крайней мере четыре GPS спутника.

Внимание: GPS координаты могут быть получены по измерениям с 3-х спутников, если Вы знаете точное значение высоты. Однако, если высота (над эллипсоидом WGS-84) известна неточно, то ошибки в определяемых плановых координатах будут иметь тот же порядок, что и для высоты. Данный метод известен как вычисление плановых (2D) GPS координат. Плановые (2D) GPS координаты обычно имеют большие ошибки из-за проблем в определении точной высоты.

Одноканальным GPS приTмникам приходиться осуществлять последовательно захват каждого GPS спутника. По этому каналу осуществляется как слежение за спутниками, так и передача технической информации о состоянии спутника и системы в целом. Многоканальные GPS приTмники используют несколько каналов для слежения за несколькими спутниками одновременно.

Многоканальные GPS приTмники работают более эффективно, чем одноканальные приTмники. В идеальных условиях, со стационарно расположенным C/A кодовым приTмником, когда нет никаких препятствий закрывающих видимость спутников, многолучTвого переотражения или других факторов снижающих точность, разница практически будет незаметна. Однако в реальных условиях, когда приTмник передвигается или сигнал от спутников может прерываться, приTмники с большим числом каналов будут работать лучше. Вам необходимо иметь, по крайней мере, 4-х канальный GPS приTмник для выполнения высокоточных работ с использованием фазовых измерений. Это связанно с тем, что фазовому приTмнику требуется один канал на каждый спутник для выполнения измерений.

Если GPS приTмник используется в качестве базовой станции, крайне желательно, чтобы отслеживался каждый видимый спутник. Поэтому, в настоящее время компания Trimble предлагает для таких задач приTмники с 9 или 12 каналами. При использовании рекомендуемой маски по углу возвышения, редко можно встретить место, где одновременно наблюдается более 9 спутников и никогда, если более 12 спутников.

ПриTмники Trimble использующиеся в качестве передвижных могут отслеживать по крайней мере 8 спутников одновременно. Это более чем достаточно для большинства приложений. Во время передвижения или при определении координат неподвижных объектов на местности для вычисления местоположения требуется минимум 4 спутника.

В настоящее время Trimble выпускает для задач геодезии и картографии приTмники 9 v 12 каналов, которые могут отслеживать непрерывно и одновременно максимальное число спутников.

C/A и P-кодовые приTмники

GPS спутники передают два кода на одной и той же несущей. ПриTмники для ГИС-приложений и картографирования, подобно большинству гражданских GPS приTмников, используют грубый C/A код. GPS спутники также передают точный код (P - код). Большинство военных приTмников армии США и их союзников используют P - код. Некоторые гражданские приTмники для топографической съTмки и создания опорных сетей могут использовать P - код в дополнении к C/A коду.

P - код немного более точен, но используется обычно военными потребителями. Когда Р-код зашифрован (так называемый Y - код) армейские приTмники имеют возможность расшифровки сигнала. Такое шифрование сигнала, также называется Anti-Spoofing (A/S) и применяется, когда Министерство Обороны США, считает это необходимым для обеспечения безопасности США.