Методы радиоуглометрии. Амплитудный, временной и фазовый методы радиоуглометрии

Рис.14.35

    Область  возможного положения приемника  СНС будет значительно меньше  при угле пересечения линий  положения близким к 90° (рис.), чем при угле пересечения близком  к 180°.

     Рис.14.36

     То  есть область, показывающая неоднозначность  в определении местоположения становится больше, если спутники расположены в одном участке неба.

Рис.14.37  

     Программное  обеспечение приемников и выводит  планосферы, на которых преображается  видимая геометрия созвездия  спутников. Планосферы выглядят как круг, на котором изображена проекция небесной сферы с маркерами, отображающими видимое положение спутников. Спутники, расположенные у горизонта, попадают на край планосферы.

Рис.14.38

     На  рисунке приведены примеры расчета  планосфер.

     Идеальная конфигурация из четырех спутников – это когда при спутнике расположены невысоко над горизонтом симметрично относительно четвертого спутника, находящегося в зените (пример 1). В этом случае получаем наиболее качественные пространственные координаты, т.к. любые ошибки плановых координат, полученные из одного направления, контролируются измерениями с противоположной стороны. Спутник, расположенный в зените, дает проверку по высоте для трех остальных.

     Плохая  геометрия, а значит и область.  Показывающая неоднозначность в определении местоположения становится больше, будет, когда все спутники расположены в одной и той же части неба (пример 2) или выстроились в прямую линию (пример 4).

     Определенная  геометрия может быть неудачна  для отдельного DОР параметра и выигрышна для других видов DОР (примеры 3,5). Например, если прежде всего нужна точность определения плановых координат (в отличии от высоты) выполняются измерения? когда спутниковая геометрия напоминает ту, что показана на примере 3. Несмотря на то, что значение Р DОР больше, плановая точность будет высокой.

Рис.14.40

     А  если нужна точность определения  высоты, выполняются измерения, когда  спутниковая геометрия напоминает  на примере 5.

Рис.14. 41    

     Различные GDOP могут быть вычислены из коварииционной матрицы навигации.

     PDOP = GDOP- трехмерное положение

     HDOP = GDOP- горизонтальное

     VDOP=GDOP-вертикальное 
     TDOP = GDOP- временное

     Но  несмотря на все «происки»  спутников, в приемниках заложена  специальная программа по автоматическому выбору более рациональных спутников и эта геометрическая ошибка сводится к минимуму. Так что чем больше спутников, тем лучше.

 

 

 

 

14.2.9.  Дифференциальная   коррекция

 

     Дифференциальная  коррекция – это метод, который  значительно увеличивает точность собираемых GPS данных. В этом случае используется приемник, расположенный в точке с известными координатами (базовая станция), а второй приемник собирает данные в точках с неизвестными координатами (передвижной приемник).

 

Рис.14.42

   

       Данные, полученные в точке с известными координатами, используются для определения ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале. Затем информация с базовой станции совместно обрабатывается с данными передвижного приемника, вместе с учетом ошибок, содержащихся в спутниковом сигнале, что позволяет устранить ошибки в координатах, полученных на передвижном приемнике. Вам необходимо знать координаты вашей базовой станции как можно точнее, так как точность, получаемая в результате дифференциальной коррекции, напрямую зависит от точности координат базовой станции.

     Существует  два метода выполнения дифференциальной  коррекции, в реальном времени  и в постобработке.

Дифференциальная  коррекция в реальном времени

 

     При  работе методом дифференциального GPS в реальном времени, базовая станция вычисляет и передает (посредством радиосвязи) ошибки для каждого спутника, в то время как он собирает данные. Эти коррекции, принимаемые передвижным приемником, используются для уточнения определяемого местоположения. В результате мы можем видеть на экране приемника дифференциально скорректированные координаты.

     Это  может быть полезно, когда вам  необходимо знать, где Вы находитесь  непосредственно в поле. Эти скорректированные  положения могут быть сохранены  в файл на накопителе. Поправки, передаваемые в реальном времени, обычно используют формат в соответствии с рекомендациями RTCM SC – 104.

Дифференциальная  коррекция в постобработке

 

       При работе методом дифференциального GPS в постобработке, базовая станция записывает ошибки для каждого спутника прямо в компьютерный файл. Передвижной приемник также записывает свои данные в компьютерный файл. После возвращения из поля, два файла обрабатываются вместе с помощью специального программного обеспечения, и на выходе получается дифференциально скорректированный файл данных передвижного приемника. Все GPS картографические системы включают в себя программу для выполнения дифференциальной коррекции в постобработке.

     Одной  из замечательных особенностей  является возможность использования дифференциальной коррекции, как в реальном времени, так и в постобработке. Если, во время работы в режиме реального времени, радиосвязь прервется (например, Вы удалитесь от базовой станции на слишком большое расстояние) то приемник продолжит записывать нескорректированные данные, которые могут быть в дальнейшем обработаны с помощью дифференциальной коррекции в постобработке.

     Дифференциальный  режим позволяет установить координаты  с точностью до 3 метров в динамической  навигационной обстановке и до 1 м в стационарных условиях.

     Результаты, полученные при помощи этого  метода, в значительной степени  зависят от расстояния между  объектом и опорной станцией.

  

Источник ошибки	Величина ошибки в обычном режиме	Величина ошибки в дифференциальном режиме < 100 км
Ошибки часов  спутника	1м
Ошибки в  эфемеридных данных	1м
SA	10м
Тропосферные  задержки	1м
Ионосферные задержки	10м
Шум	1м	1м
Шум приемника	1м	1м
Многоходовость  сигнала	0.5 м	0.5 м
RMS	15 м	1.6 м
RMS*PDOP (PDOP=4)	60 м	6.4 м

 

    Применение  этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются  систематические ошибки, обусловленные  внешними факторами (по отношению  к приемнику) причинами. 

    По  экспериментальным данным опорную  станцию рекомендуется располагать  не далее 500 км от объекта.

     В  настоящее время существует множество  широкозонных. Региональных и локальных  дифференциальных систем.

     В  качестве широкозонных стоит  отметить такие системы, как  американская WAAS, европейская EGNOS и японская MSAS. Эти системы используют геостационарные спутники для передачи поправок всем потребителям, находящимся в зоне их покрытия.

 

     Региональные  системы предназначены для навигационного  обеспечения отдельных участков  земной поверхности.

     Обычно  региональные системы используют в крупных городах, на транспортных магистралях и судоходных реках, в портах и по берегу морей и океанов. Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь в своем составе одну или несколько опорных станций.                                           

    Примером  подобной сети может служить шведская сеть станций DGPS, которая носит название SWEPOS. В ее состав входят 21 станция (Reference Station).

    Станции  равномерно разбросаны по всей  территории Швеции (Рис.12. 43). Координаты точек земной поверхности вычисляются в системе SWEREF 93, которая является шведским вариантом EUREF 89. Система SWEREF 93 с точностью до метра совпадает с WGS 84. Кроме того, точно известны параметры перехода  в национальную  плановую (RT 90) и  высотную (RH 70) системы координат. Система SWEPOS  может  использоваться как в реальном времени, так и в режиме постобработки. Для  определения координат в режиме реального времени (Рис.12. 44,а) могут использоваться сигналы только двенадцати станций. На этих станциях (SWEPOS reference station) непрерывно производятся GPS-измерения, а их результаты передаются в центр управления (Control Centre). Полученные дифференциальные GPS- поправки передаются пользователям системы на FM – частотах через систему Epos компании Teracom (Kaknä s tower) и ретранслятор (P3 transmitter).

Рис. 14.43

При этом достигается  точность определения плановых координат  на уровне метра. Кроме того, точность зависит от типа сервиса Epos: базовый (Basic) или улучшенный (Premium). Доступ к  системе SWEPOS осуществляется по подписке.

Для определения  координат точек местности в режиме постобработки (Рис.14. 44,б) необходимо иметь данные не менее, чем четырех станций SWEPOS. При этом может быть достигнута сантиметровая точность результатов в координатной системе SWEREF 93. При этом продолжительность измерений двухчастотным приемником должна быть не менее двух часов. Вообще, точность измерений зависит от длительности измерений, типа приемника и антенны, а также программного обеспечения, используемого для обработки данных. Например, при использовании одночастотного фазового приемника можно получить метровую точность результатов при продолжительности измерений порядка нескольких минут. Данные о дифференциальных GPS-поправках, полученные после обработки сигналов всех станций, доступны пользователям (User) спустя 4 часа после окончания измерений. Информация может быть передана с центра управления (Control Centre) через Internet или по каналам модемной связи.

а)

б)

Рис. 14.44.

Примером глобальной сети DGPS- поправок может служить система OmniSTAR (Рис. 45). Она использует сеть станций (1) для сбора информации об ошибках, вводимых в GPS- сигнал Министерством обороны США.

Рис. 14.45

Собранные данные распределяются одним из центров  управления сетью (4). Всего существует 3 центра управления сетью OmniSTAR по всему  миру. Оттуда данные передаются на борт к одному из семи геостационарных спутников (5), распределенных по всей земной поверхности. Далее каждый спутник передает данные о дифференциальных GPS- поправках в пределах своей области обслуживания (6). Сигналы поправок системы OmniSTAR могут быть получены через радиоканал GPS- приемником и доступны по подписке.

Сеть OmniSTAR обладает устойчивостью и избыточностью:

1. Все станции сбора информации имеют дублированные каналы связи с соответствующим центром управления сетью;
2. Европейский спутник использует два канала, переключение между которыми осуществляется автоматически;
3. Европейский континент имеет два уровня обслуживания дифференциальными GPS- поправками;
4. Формируемые системой OmniSTAR поправки не зависят от какой- либо конкретной станции;
5. Сигнал системы OmniSTAR сигнал не подвержен влиянию гроз или электрических полей.

Работа сети непрерывно контролируется центрами управления сетью. Имеются два различных  типа подписки на систему OmniSTAR: VBS (Virtual Base Station) и VRC (Virtual Reference Cell).

VBS - подписка. Внутри приемника рассчитывается оптимальная для данного положения приемника дифференциальная поправка. При этом используется информация от всех станций сбора данных. Такая методика называется технологией Виртуальной Базовой Станции (VBS). Использование VBS-подписки гарантирует суб-метровую точность в пределах большой области и обеспечивает избыточность системы. Величины поправок не зависят от сигналов какой-либо конкретной станции- выполняется интегрированная обработка сигналов от всех станций. В свою очередь, VBS- подписка подразделяется на такие типы:

• OmniSTAR VBS 2000 - может использоваться в любой точке европейской зоны действия системы;
• OmniSTAR VBS 200 - доступна в пределах круга радиусом 200 км. Локализация центра круга может быть определена пользователем.
• OmniSTAR VBS 20 - может использоваться в круге с радиусом 20 км. Локализация центра круга также определяется пользователем.