Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Преимущества использования ГНСС в геодезии:
•Широкий диапазон точностей - от первых метров до первых миллиметров практически на любых расстояниях.
•Отсутствует необходимость в обеспечении прямой видимости между пунктами.
•Повышение производительности по сравнению с обычными технологиями в 10-15 раз.
•Возможность выполнения измерений в движении.
•Возможность выполнения непрерывных наблюдений в режиме реального времени.
•Определение трех координат объекта.
•Высокий уровень автоматизации - быстрота обработки и уменьшение субъективных ошибок.
•Почти полная независимость от погоды.
Недостатки использования ГНСС в геодезии:
•Проблема согласования с результатами классических измерений (привязки к ГГС).
•Зависимость от препятствий и радиопомех.
•Точность определения высот в 2-5 раз уступает точности определения плановых координат.
•Высокая стоимость оборудования, сложное программное обеспечение.
Глобальная навигационная спутниковая система
•комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
•система радионавигационных искусственных спутников Земли, службы контроля и управления и приёмников спутниковых радиосигналов, обеспечивающая координатно-временные определения на земной поверхности и в околоземном пространстве.
Структура ГНСС
•Подсистема космических аппаратов;
•Подсистемы контроля и управления;
•Подсистема пользователей.
Подсистема космических аппаратов
–высокоорбитальные спутники, снабженные бортовым навигационным передатчиком, высокоточными атомными часами, бортовым управляющим комплексом, системой ориентации и стабилизации и так далее
•прием и хранение данных, передаваемых контрольным сегментом,
•поддержание точного времени посредством нескольких бортовых атомных стандартов частоты,
•передача информации и сигналов пользователю.
Подсистемы контроля и управления
–часть ГНСС, состоящая из расположенной на поверхности Земли сети наземных станций, выполняющих непрерывные наблюдения всех спутников созвездия, передающая им обновленную информацию и управляющая их полетом
•отслеживание орбит спутников,
•контроль рабочего состояния спутников,
•формирование системного времени,
•расчет эфемерид спутников и параметров часов,
•обновление спутниковых навигационных сообщений,
•осуществление небольших маневров спутников для поддержания орбит (по мере необходимости).
Подсистема пользователей
–Спутниковый приемник – радиоприёмное устройство для определения координат текущего местоположения антенны, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками ГНСС;
–Информационно-технические службы.
3.Глобальные навигационные спутниковые системы: структура сигнала, навигационное сообщение, альманах.
Классификация спутниковых приемников
•Вид сигнала:
–кодовые – приемник, требующий знания, по крайней мере, одного системного кода для измерения псевдодальностей и декодировании навигационных данных.
–фазовые – приемники определяют положение путем обработки измерений фазы несущей волны, наблюдаемой в течение некоторого времени.
• По количеству частот можно выделить:
–одночастотный – приемник, принимающий сигналы лишь на одной из нескольких частот, излучаемых спутниками ГНСС;
–многочастотные – приемник, принимающий сигналы нескольких частот, излучаемых спутниками ГНСС;
По количеству используемых систем:
–односистемные – поддерживают только одну ГНСС;
–многосистемные – принимают сигналы двух и более ГНСС;
•По виду работ или достигаемой точности:
–навигационные – порядка 10-15 м в лучшем случае, а обычно 50-100 м и грубее;
–навигационно-топографические – от 10 м до 1 дм при расстояниях до 50 - 500 км;
–геодезические – 3-5 мм + 1мм/км;
–приемники для определения и хранения времени –5-10 нс.
Структурная схема спутникового приемника
Навигационное сообщение представляет собой поток данных,
передаваемых каждым спутником на частотах L1 и L2 со скоростью 50 бит в
секунду, то есть один бит на каждые 20 повторений С/А кода.
Код C/A (C/A-code) – основной код GPS, доступный пользователям и излучаемый на частоте L1. Частота модуляции C/A-кода равна 1.023 МГц. C/A- код повторяется каждую миллисекунду.
Чтобы обеспечить оценку времени UTC, передаваемое каждым спутником GPS навигационное сообщение включает временные разности между GPST и UTC(USNO) по модулю одна секунда и скорость их изменения. Навигационное сообщение включает также разность в целых секундах между двумя шкалами из-за скачков секунд. Эти параметры позволяют приемнику вычислять точное значение UTC.
4.Подсистема аппаратуры пользователей: типы спутниковой аппаратуры, архитектура спутникового приемника, его основные блоки.
5.Виды измерений в технологиях ГНСС: псевдодальность и принцип ее измерения, уравнение псевдодальности.
Псевдодальность ((code) pseudorange) – измеренное расстояние между
спутником (на момент излучения сигнала) и приемником (на момент приема
сигнала), получаемое путем сравнения показаний часов. Основная
составляющая разности между псевдодальностью и реальной дальностью
обусловлена ошибкой часов приемника
Результат измерений приемником (псевдодальность или фаза несущей):
– геометрическая дальность от спутника i в момент выхода сигнала до станции A в момент прихода сигнала;
bi – поправки, зависящие от спутника;
bA – поправки, зависящие от станции;
biA – поправки, зависящие от наблюдений;
– ошибка измерений.
6.Виды измерений в технологиях ГНСС: фаза и принцип ее измерения, уравнение фазы.
ФАЗА НЕСУЩИХ КОЛЕБАНИЙ - равна разности между фазой сигнала, созданного в приемнике в момент приема сигнала, и фазой сигнала, созданного на спутнике в момент передачи сигнала
Фаза несущей частоты iA
φ (в циклах) равна разности между фазой φ A φ сигнала, созданного в приемнике в момент приема сигнала, и фазой
сигнала, созданного на спутнике в момент передачи сигнала. Когда сигнал
спутника принимается, может измеряться только дробная часть фазы, то есть
целое число волн N неизвестно. Величина N называется целой неоднозначностью фазы.
7.Источники погрешностей при спутниковых измерениях: ошибки эфемерид, модель поправки часов. Способы ослабления их влияния.
Погрешности ГНСС:
В ГЛОНАСС/GPS технологиях можно выделить четыре основных источника ошибок:
–ошибки аппаратуры;
–влияние внешних условий по трассе распространения сигнала;
–ошибки наблюдателя;
–ошибки математической обработки.
Погрешности ГНСС: ошибки аппаратуры
•Шум сигнала:
–3 м для С/А-кода
–0.3 м для P-кода
–2 мм для фазы несущей;
Шумы приемника-тепловой шум в аппаратуре создает шум в данных, эти шумы теоретически могут быть вычислены по коэффициенту усиления антенны, мощности сигналов и температурным шумовым характеристикам приемника и окружающей среды.
•Положение фазового центра антенны
–несколько сантиметров для разнотипных антенн;
•Ошибки часов приемника и спутника;
ti-показания часов приемника
t-показания идеальной шкалы
а0 смещение часов
а1-ход часов
а2 скорочть дрейфа (хода)
-случайная дробная ошибка частоты
Ошибки часов спутника. Ошибка моделирования часов сравнительно небольшая ( ~ 7 нс и даже менее) и изменяется медленно за часы, зависимость от расстояния между базовым и мобильным приемниками почти отсутствует.
Ошибка эфемерид спутника δ – это другая малая ошибка ( 2 м и менее
для спутников GPS), которая медленно изменяется в течение минут. При этом
опасен только компонент вектора ошибки, лежащий вдоль топоцентрического радиус-вектора. Поэтому остаточная ошибка после дифференциальной
коррекции зависит от угла между линиями визирования на спутник от
пользователя и опорной станции. Спутники находятся на высоте более 20 000
км от поверхности Земли, и угловое расстояние при спутнике между линиями
визирования на две точки на Земле, отстоящих, например, на 100 км, будет 0.3 .
где - расстояние до спутника; D - расстояние между приемниками.
Ослабления влияния данного источника ошибок можно достичь, наблюдая как можно большее число спутников. Радикальным подходом является организация службы слежения за орбитами спутников в данной стране или соседствующих стран.
Способы ослабления:
а)если антенны идентичны:ориентирование антенн на концах базовой линии в одних направлениях
б)если антенны разные: необходимо знать диаграмму распределения направления антенны
8.Источники погрешностей при спутниковых измерениях: ионосферная задержка, тропосферная задержка, многопутность. Способы ослабления их влияния.
влияние среды распространения сигнала
Интегральная электронная концентрация по пути сигнала
Полная ионосферная поправка:
Величина зенитной ионосферной поправки:
Функция отображения ионосферы:
Ионосферная задержка. Ионосферная задержка зависит от полного
содержания электронов TEC по пути сигнала. Остаточная ошибка после
введения ионосферных поправок будет зависеть от пространственной
неоднородности TEC. Ионосфера может показывать значительные изменения
TEC и в пространстве, и во времени, вызванные солнечной активностью и
неоднородностями на пути сигнала, особенно при магнитных бурях. У
приемников, находящихся на расстоянии 25 км, разность ионосферных
вертикальных задержек может достигать 0.1 – 0.2 м. После выполнения
дифференциальной коррекции типичная остаточная погрешность для
спутников вблизи зенита будет около 0.1 – 0.2 м при расстоянии между пунктами
100 км, но при активной ионосфере может достигать 1 м и даже больше
Дополнительного ослабления влияния ионосферы удается достичь при выполнении работ в ночное время.
Эта задержка зависит от профиля плотности воздуха вдоль пути сигнала. Два приемника, разнесенных на несколько
километров, могут находиться в различных погодных условиях. Содержание
паров воды показывает значительную пространственную и временную
изменяемость. Остаточная ошибка после введения дифференциальной
поправки обычно больше для спутников на малых высотах над горизонтом.
При расстояниях между приемниками 10 км остаточная ошибка может быть
0.1 – 0.2 м. Для больших расстояний или при значительной разности высот
нужно отдавать предпочтение раздельному введению поправок за тропосферу
на опорном и пользовательском приемнике. Для низких спутников остаточная
ошибка может составлять 2 – 7 мм на каждый метр в разности высот.
Следует заметить, что влияние тропосферы на результаты спутниковых измерений существенно ослабляется за счет использования дифференциальных методов наблюдений, при которых на конечные результаты оказывают влияние не абсолютные значения тропосферных задержек, а их разности.
Полная тропосферная задержка
Гидростатическая и влажная составляющие зенитной тропосферной задержки (Модель Хопфилд)
Функция отображения (формула Айфадиса):
Для уменьшения влияния многопутности необходимо придерживаться следующих правил:
ошибки наблюдателя
Ослабления:
Месторасположения без отражательных поверхностей
9.Методы позиционирования по наблюдениям ГНСС: абсолютный, дифференциальный и относительный.
Позиционирование – определение пространственного положения объектов:
относительное – по отношению к другой точке, принимаемой за начало некоторой местной системы координат
Абсолютный режим
получение координат в общеземной геоцентрической системе по кодовым измерениям псевдодальностей до спутников с точностью не выше первых метров.
Положение приемника от известного положения спутника
Относительный режим
определение разности координат между пунктами из синхронных измерений (как кодовых, так и фазовых).
Определяется положение неизвестной точки через координаты известной. Одновременно наблюдения в двух пунктах.
Дифференциальный режим
измерения, основанные на введение дифференциальных поправок, определяемых базовой станцией, в результаты измерений, выполненных на перемещаемых приемниках.
Измеряют 2мя приемниками, 1 из приемников обязательно находится на точке с известными координатами.
Сети реализующие дифференциальный режим делятся на 3 подгруппы
1.локальные –одна станция обслуживает 30-40 мм.координаты в реальном времени и в постобработке.
2 среднезонные- обслуживают территории областей, штатов, объединяют несколько контрольно корректирующих станций в единую сеть, наблюдения которой передаются в вычислительный центр,обрабатываются , возвращаются на станции для передачи пользователю.
3 глобальные.
Позиционирование динамическое (dynamic positioning) –
позиционирование с использованием информации о силах, воздействующих на
объект во время его движения. Часто объединяет кинематическое
позиционирование по GPS с инерциальным методом. См. также
позиционирование кинематическое.
Позиционирование кинематическое (kinematic positioning) –
непрерывное позиционирование подвижного объекта, не требующее
информации о силах, действующих на этот объект. Это позиционирование
обычно выполняется в различные моменты времени для получения наиболее
точных результатов. См. также позиционирование динамическое,
позиционирование псевдокинематическое.
Позиционирование в режиме быстрой статики (rapid static positioning,
fast static positioning) – статическое позиционирование, реализованное в
течение нескольких минут с использованием специального алгоритма,
позволяющего быстро разрешать неоднозначность, то есть число фазовых
циклов.
Позиционирование в режиме «стой – иди» (stop-and-go) –
кинематическое позиционирование, при котором приемник после проведения
инициализации перемещается от одной точки к другой с использованием
наблюдений короткой продолжительности на каждой из точек.
Позиционирование в режиме «стой –иди» не требует возвращения на точки.__
Позиционирование статическое (static positioning) – позиционирование
при неподвижном (покоящемся) приемнике. Это самый точный метод
позиционирования. Данный метод, в общем случае, требует продолжительных
наблюдений: от десятков минут до нескольких суток.
10.Методы позиционирования по наблюдениям ГНСС: использование постоянно действующих станций, метод множественных опорных станций, концепция виртуальной опорной станции.
Постоянно действующая базовая станция представляет собой спутниковый приемник,
антенна которого жестко закреплена на здании или железобетонном пилоне. При этом, приемник измеряет пространственные координаты центра антенны в непрерывном режиме. Несколько одновременно работающих базовых станций, непрерывно определяющих свое пространственное положение относительно друг друга, образуют сеть постоянно действующих базовых станций. Такая сеть являться наилучшим хранителем координатной основы, которой являются центры спутниковых антенн, поскольку имеется возможность непрерывно проверять неизменность их взаимного пространственного положения.
Множественные опорные станции
Использование нескольких станций в широкозонном дифференциальном
методе для улучшения положений, определяемых по кодовым данным, было с большим успехом использовано и в пост-обработке, и в режиме реального времени.
Естественное расширение этой концепции – использование более точных
измерений фазы несущей в подобном сетевом методе. Применение сети опорных станций для выполнения DGPS по фазе
несущей дает несколько преимуществ над обычным методом одиночных
базовых линий. Одно из самых важных преимуществ – это расширение
надежности и доступности обслуживания. В сетевом методе, если одна или
две станции неисправны одновременно, их вклад можно исключить из
решения, а остальные опорные станции могут взять его на себя, чтобы
обеспечить пользователя поправками, таким образом сохраняя работу службы.
Концепция виртуальной базовой станции
VRS (Virtual Reference Station)
Разработан конце 90-х годов компанией Terrasat (Германия).
Программное обеспечение центра управления сетью, на основании полученных от ровера предварительных координат, вычисляет дифференциальные поправки относительно произвольной точки, симулируемой вблизи ровера.
Эти поправки могут быть посланы в сообщениях 20, 21 формата RTCM, либо в собственных форматах производителя спутникового оборудования.
Каждый ровер получает индивидуальные поправки вычисляет уточточненные координаты своего местоположения по технологии одиночной базовой станции.
11.Проектирование геодезических сетей: составления проекта геодезической спутниковой сети.
Геодезическое использование ГНСС
12.Проектирование геодезических сетей: методы создания сетей (лучевой, сетевой и смешанный), их преимущества и недостатки.
При выборе технологии выполнения работ необходимо руководствоваться следующими требованиями:
- Для достижения однородной высокой точности необходимо проектировать минимальное количество классов и разрядов при совмещении старой и новой геодезических сетей.
- При построении спутниковой городской геодезической сети необходимо использовать максимальное количество одновременно работающих спутниковых приемников, что позволяет за счет избыточных измерений повысить точность и надежность результатов наблюдений.
При проектировании сети с использованием лучевого метода предусмотреть выполнение спутниковых наблюдений на каждом определяемом пункте дважды с контролем сходимости получаемых результатов.
При создании и реконструкции геодезических сетей с использованием спутниковых приемников в большинстве публикаций рекомендованы следующие методы измерений:
лучевой метод — определяемые пункты сети координируются с одного из опорных пунктов;
сетевой метод — измерения производится на каждой линии или на каждом пункте сети.
К недостаткам лучевого метода построения сети следует отнести недостаточную надежность критериев оценки точности определяемых координат.
13.Методика полевых спутниковых геодезических измерений: режимы статики и быстрой статики.
Позиционирование статическое (static positioning) – позиционирование
при неподвижном (покоящемся) приемнике. Это самый точный метод
позиционирования. Данный метод, в общем случае, требует продолжительных
наблюдений: от десятков минут до нескольких суток.
Позиционирование в режиме быстрой статики (rapid static positioning,
fast static positioning) – статическое позиционирование, реализованное в
течение нескольких минут с использованием специального алгоритма,
позволяющего быстро разрешать неоднозначность, то есть число фазовых
циклов.
Классическая статика
При статической съемке антенна устанавливается над точкой на штативе или другой неподвижной подставке. Используются не менее двух приемников: один на точке с известными координатами, а другой – на точке, координаты которой надо определить.
Наблюдения проводятся синхронно с одинаковыми интервалами записи наблюдений (30 секунд) и при наличии, по крайней мере, четырех «общих» спутниках.
Метод требует наибольшего времени наблюдений. Продолжительность сеанса наблюдений варьируется в зависимости от условий окружающей среды и длины базовой линии.
Быстрая статика
Вариация метода классической статики, разработанная для измерения коротких базовых линий (10-12 км).
Временя синхронных наблюдений составляет около 20 минут и периоде сбора данных 15 секунд. Продолжительность сеанса может варьироваться в зависимости от количества отслеживаемых спутников, значения DOP (геометрического фактора ухудшения точности), наличия или отсутствия пропусков циклов, влияния многолучевости и т.д.
Благодаря укороченному времени сеанса, эффективность работ возрастает, но объем полученных данных меньше и надежность результатов измерений может оказаться ниже.
Для увеличения точности получаемых данных используйте программное обеспечение для планирования работ, чтобы гарантировать достаточное количество спутников и хорошее значение DOP, а также другие оптимальные условия на период измерений.
14.Методика полевых спутниковых геодезических измерений: режимы кинематики «Стой-Иди» и непрерывной кинематики. Способы инициализации.
Непрерывная кинематика
Требует не менее двух приемников, один из которых работает в качестве базовой станции.
Другой приемник установлен на подвижном основании и проводит набор полевых данных при помощи антенны, закрепленной на вешке или другом подвижном носителе.
Представляет собой метод безостановочной геодезической
съемки и используется для достижения последовательного, высокоточного определения точек траектории движущегося тела и т.д. При этом методе аналитические результаты получаются для каждого интервала времени эпохи.
Кинематика «Стой – Иди»
Позиционирование в режиме «стой – иди» (stop-and-go) –
кинематическое позиционирование, при котором приемник после проведения
инициализации перемещается от одной точки к другой с использованием
наблюдений короткой продолжительности на каждой из точек.
Позиционирование в режиме «стой –иди» не требует возвращения на точки.
При этом методе подвижный приемник выполнят предельно короткие статические измерения (при остановке) и непрерывные кинематические измерения в процессе движения.
Как правило, время стояния на точке длится порядка одной минуты и содержит 12 эпох по пять секунд каждая. Чем больше время статического отрезка, тем выше будет точность полученных данных.
Метод требует непрерывного потока данных, поэтому необходимо контролировать непрерывное слежение за спутниками в процессе движения. Соответственно стремиться к наиболее благоприятным условиям наблюдений.
15.Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: общий порядок обработки и результаты промежуточных этапов
Общий порядок математической обработки
Включает обработку файлов спутниковых наблюдений, опреативный контроль и оценка качества построения, выявление пунктов на которых необходимо повторять наблюдения.
16.Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: процессор вычисления базовых линий, критерии оценки качества результатов вычислений.
Процессор вычисления базовых линий
Критерии оценки качества решения
17.Математическая обработка результатов спутниковых наблюдений: уравнивание геодезической сети, критерии состоятельности уравнивания.
Уравнивание геодезических сетей
Цель уравнивания – повышение точности и представление результатов в необходимой системе координат с оценкой точности.
Дополнительными исходными данными для уравнивания СГС являются:
Задачи уравнивания
Виды уравнивания
Анализ результатов уравнивания сети
В высокоточных спутниковых измерениях отношение апостериорной и априорной дисперсий должно быть меньше или равно 1. Когда отношение меньше 1, то это говорит о том, что предсказанные ошибки были преувеличены, и, что на самом деле точность выше, чем ожидалось. Когда отношение больше 1, то возможно, что одна или несколько предсказанных ошибок были недооценены, то есть реальные ошибки оказались больше предсказанных.