Задача разрешение неоднозначности

Измерения по фазе несущей – наиболее точный метод измерения псевдодальностей. Фаза несущей между спутником и фазовым центром антенны приемника будет состоять из целого числа фазовых циклов и дробной части. К сожалению GPS приёмник по непосредственным данным не имеет возможности различать между собой циклы несущей. Он может измерить дробную часть фазы, а затем отслеживать её изменение: начальная фаза является неопределенной. Для того, чтобы использовать текущую фазу для измерения псевдодальностей, это неизвестное число циклов или неоднозначность должно быть вычислено наряду с координатами приёмника.

Если будет известна дробная часть фазы сигнала, то в сумме с целым числом она позволяет по длине волны определить точное расстояние от спутника до приемника.

Существует множество методов решения данной задачи. В частности существует геометрический метод, метод, основанный на комбинировании частот и метод, основанный на совместном использовании кодовых и фазовых измерений. Рассмотрим их основу на простых примерах.

Геометрический метод основывается на использовании геометрической дальности. При этом составляется множество уравнений, соответствующих наблюдениям спутников в определенный период. Число неоднозначности N, соответствующее началу этого периода, вводится в них как неизвестное. Помимо этого в них приводятся суммарные нарастания этого числа , отсчитываемые фазометром. Упрощенное представление уравнения:

Однако в системе таких уравнений будет дефицит ранга. Поэтому она решается совместно с уравнениями первых и вторых разностей.

Нагляднее данная задача представляется на комбинированном использовании фазовых измерений и псевдодальности. Пусть фаза (ее остаточная дробная часть) в линейном выражении будет:

псевдодальность по кодовым измерениям:

Вычтем первое выражение из второго:

Здесь геометрическая дальность; - поправки в кодовые и фазовые измерения в силу их погрешностей за часы, ионосферу и тропосферу.

Данный метод требует знания псевдодальности с точностью не менее длины полуволны. Поэтому в практике он также используется в комбинациях с другими средствами решения неоднозначности. Тем не менее принципиальное представление задачи дает наглядно.

Системы дифференциального определения местоположения

DGPS

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

DGPS (англ. Differential Global Positioning System) — дифференциальная система GPS. DGPS используется для исключения атмосферных искажений сигнала на приёмниках. Сигналы DGPS коррекции посылают пользователям по радио. Основные источники сигналов DGPS — это радионавигационные маяки и спутники на геостационарной орбите. Сигналы дифференциальной коррекции от радиомаяков передаются на средних частотах (283,5-325 кГц). Радиосигналы на этих частотах подвержены отражению от земной поверхности. Поэтому холмистая и горная местность обычно не влияет на приём сигнала. Однако в глубоких каньонах далеко от радиомаяка, где радиосигналы традиционно слабы, сигналы коррекции могут быть и не приняты.

WAAS

WAAS (англ. Wide Area Augmentation System) — глобальная американская система распространения дифференциальных поправок. Разработана в США для повышения точности позиционирования и достоверности данных навигационных GPS систем. В первую очередь предназначена для применения в авиации. Международная организация гражданской авиации именует системы такого типа Satellite Based Augmentation System (SBAS). В Европе и Азии на основе WAAS созданы и функционируют аналогичные системы.

Сигналы WAAS транслируются с нескольких геостационарных спутников над территорией США, и принимаются GPS-навигаторами с помощью одного или нескольких из каналов. Сигнал WAAS содержит коррекции(поправки) к GPS сигналам, используя которые GPS-приемник значительно улучшает точность позиции.

Назначение и состав системы

Система WAAS создана для достижения возможности использования GPS во всех стадиях полета воздушного судна, включая точный выход на полосу приземления. Худшие заявленные характеристики при проектировании были - 7 метров по горизонтали и 10 метров по вертикали. Реально система обеспечивает ошибку не более 3 метра по горизонтали и 4 метров по вертикали в 95% времени. Система состоит из космического и наземного сегментов. Поправки для спутников системы WAAS формируются с помощью развитой сети базовых станций (наземный сегмент WAAS). Спутники, покрывающие своими сигналами территорию США, составляют космический сегмент системы. Сигнал WAAS имеет ту же частоту и схожую структуру с GPS, что облегчает его реализацию в GPS приемниках.

Наземный сегмент WAAS

Сеть базовых станций (WRS), расположенных на всей территории Соединенных Штатов Америки, формирует поправки. Каждая из станций оборудована GPS аппаратурой и специальным программным обеспечением, предназначенным для приема GPS сигналов, анализа полученных измерений, вычисления ошибок ионосферы, отклонений траекторий и часов спутников. Эти данные передаются на центральную станцию управления (Master Station — WMS), где повторно обрабатываются и анализируются с учетом измерений, полученных со всех базовых станций сети. Затем корректирующая информация передается на геостационарные спутники и уже оттуда ретранслируются пользователям.

Космический сегмент WAAS

Космический сегмент представляет собой 6 геостационарных спутников, выполняющих прием и ретрансляцию корректирующей информации по зоне своей видимости (в нее входит вся территория США и ее окрестностей). Сигнал WAAS передается на той же частоте, что и сигнал C/A L1 системы GPS, и имеет схожую структуру кодирования. Формат сигнала определяет внутри сообщения различного типа. Каждый тип несет свою часть информации.

EGNOS

EGNOS (англ. European Geostationary Navigation Overlay Service) — европейская геостационарная служба навигационного покрытия. EGNOS предназначена для улучшения работы системы GPS, ГЛОНАСС и Galileo на территории Европы и является аналогом американской системы WAAS. Зона действия EGNOS охватывает всю Европу, север Африки и небольшую европейскую часть России. Также как и WAAS, система состоит из сети наземных станций, главной станции, которая аккумулирует информацию от спутников GPS, ГЛОНАСС и Galileo, и геостационарных спутников EGNOS, через который эта информация транслируется на GPS-приёмники, поддерживающие приём дифференцированных поправок.

RTK GPS

Измерения по фазе несущей

Относительно недавно, была разработана новая технология определения местоположения, позволяющая специалистам работающим в геодезии и навигации получать более высокую точность в режиме реального времени (РРВ в русской аббревиатре или RTK в английской). Метод RTK использует дифференциальные GPS измерения по фазе несущей, обеспечивая сантиметровый уровень точности в реальном времени.

Измерения в реальном времени

Первоначально, во всех методиках съёмки данные записывались в приёмник для последующей постобработки. Координаты, полученные передвижным приёмником не имели достаточной точности для проведения совместной обработки с данными базовой станции. Однако многие приложения требовали получения точных координат непосредственно во время проведения полевых измерений. Для этого необходима радиосвязь между базовым и передвижным приёмниками. Несмотря на то, что метод DGPS широко применялся с середины 80-х годов, этот способ не мог обеспечить требуемую точность. Главным образом - это было связано с тем, что в технологии DGPS использовались измерения псевдодальностей, а не измерения по фазе несущей. Наивысшая плановая точность при использовании этого метода не превышала 1 м. В DGPS методе осуществлялась передача поправок псевдодальностей от базовой станции пользователям передвижных приёмников для получения уточненных значений псевдодальностей.

В настоящее время измерения в режиме реального времени имеют точность сантиметрового диапазона и принципиально зависит и может варьировать большей частью в зависимости от условий наблюдений в виде влияния атмосферы, расположения созвездия спутников, солнечного ветра, подстилающей и экранирующих поверхностей.

Схема обработки данных

Приводится последовательность практической обработки данных.

1. Сбор и систематизация данных к составлению проекта работ.

   1. Лист карты и соответствующий ему каталог координат.

   2. Выписка координат в лицевой счет.

2. Составление рабочего проекта для спутниковых наблюдений.

3. Отыскание исходных геодезич. Пунктов на местности.

4. Установка прибора на исходном пункте и на определяемых п-тах

5. Синхронные наблюдения спутников на всех пунктах. При ограниченном числе приемников синхронно-последовательно с использованием связующих пунктов. Не менее 20 минут. Для точных наблюдений не менее 2-х часов, для СГС ВГС сутки и более.

6. Для рядовых наблюдений время можно контролировать по индикации приемника.

7. В камеральных условиях составляется проект обработки наблюдений с екущим альманахом. Для высокоточных наблюдений использовать прецезионные эфемериды, скопированные с сайта производителя аппаратуры.

8. Составление необходимой системы координат по необходимости. Например система координат 1942 года 9-й зоны "СК зона 9 (Пулково 1942)\9", 8, 1001, 7, 51, 0, 1, 9500000, 0

9. Предварительная обработка. Векторы. Анализ на замыкание фигур.

10. Окончательная обработка с уравниванием и получением каталога координат и высот.

11. Составление техотчета.