Анализ результатов совместной обработки GPS – GLONASS данных программным модулем Pinnacle

  Меньшую продолжительность наблюдений имеет  способ ускоренной статики, где имеет  место активный поиск чисел неоднозначности. Главная цель – как можно быстрее  разрешить неоднозначность. Время этих измерений согласованно с количеством наблюдаемых спутников. Так, при 5 спутниках наблюдения длятся до 20, а при 6 – до 10минут.

Еще менее  трудоемки наблюдения в разновидности  статики – в методе реокупации. Подвижный приемник на станции принимает сигналы примерно в течение 10 мин. Затем его переносят на другие пункты. По истечении часа приемник возвращают на прежние пункты и продолжают сбор данных. Таким образом, непрерывность измерений на базовой станции сохраняется, а на подвижной станции они зафиксированы только в начале и в конце часового интервала.

  Для съемочных и других работ, требующих  значительных передвижений на местности  и сравнительно кратковременных  наблюдений на точке, предложен ряд  разновидностей способов кинематического позиционирования.

  Способ  непрерывной кинематики позволяет  «цифровать» контуры на местности: не останавливаясь, перемещаются с  приемником по контуру, который через  заданные интервалы времени фиксируют  координаты.

  Способ  «стой - иди» предусматривает возможность остановится на точке, выполнить более длительные измерения, а затем продолжить движение.

  Способ  кинематики реального времени (RTK) применяется тогда, когда имеется телеметрический канал и данные или соответствующие поправки с базового приемника передаются на подвижный[2].

 

2.4 РАЗНОСТИ ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ

   

  Для вычисления расстояний определяемая точка - спутник в системах GPS и GLONASS измеряется время распространения дальномерного сигнала от спутника до приемной аппаратуры пользователя, установленной на определяемом пункте. Такой способ измерения расстояний получил название одностороннего метода дальномерных измерений. В нем используется однократное прохождение сигналом измеряемого расстояния. Не смотря на принципиальную простоту одностороннего метода дальномерных измерений, на практике всегда измеряются не истинные (геометрические), а искаженные, в силу воздействия разного рода факторов, дистанции. Они получили название – псевдодальностей.

  Существует  два основных способа определения псевдодальностей – кодовый и фазовый[3].

Предположим, имеются идеальные условия –  спутник относительно приемника  неподвижен, электромагнитные колебания  генераторов АП и КА¹ строго синхронны, их частоты и начальные фазы одинаковы. Тогда в АП фаза φ_ка пришедших волн будет отставать от фазы φ_ап местных колебаний на величину, пропорциональную времени τ пробега волной расстояния R от спутника до наземной станции, где τ = R/c. Разность фаз будет

Δφ = φ_ап – φ_ка = 2πfR/c =2πR/λ.

  В формуле с, f и λ соответственно скорость электромагнитных колебаний в вакууме, частота и длина несущей волны. Выражая из предыдущей формулы R получаем:

R = Δφ λ/2π = (N + Ф) λ,

где Ф  доля, а N целое число волн λ в  расстоянии R. Важной особенностью является то, что измеряется только величина Ф. Число N непосредственно измерить нельзя. Если длина волны 19 см, то фиксируется расстояние только в пределах этих 19см. Учитывая высоту полета спутников, нетрудно подсчитать, что число N > 100 000 000. Но сколько точно – неизвестно.

    Решение находят путем формирования  так называемых разностей фазовых  и/или кодовых измерений в следующем  порядке: 1) разность между приемниками; 2) разность между спутниками; 3) разность  между различными моментами времени.

  В первых разностях исключаются ошибки часов спутника. Измерения, базирующиеся на первой разности (т.е. между приемниками), представляют собой разность текущих фаз принимаемого сигнала, измеряемых одновременно двумя приемниками при наблюдении одного и того же спутника.

P_(A-B)1=(R_A1-R_B1)-(N_A1-N_B1)λ+(D_AПA-D_АПВ)+e_(А-В)1, где

Р –  определяемая дальность, D – искажения дальности в пункте наблюдений, е – влияние остальных источников погрешностей; индекс А1 указывает на измерения со станции А до спутника КА1, а индекс В1 – на измерения со станции В до КА1.

  Во  вторых разностях исключаются ошибки часов приемника. Измерения, базирующиеся на второй разности (т.е. между приемниками  и между спутниками), представляют собой разность между первой разностью, полученной для одного спутника, и  соответствующей первой разностью, полученной для выбранного опорного спутника. 

P_(A-B)1=[(R_A1-R_B1)- (R_A2-R_B2)]- N_AB12 λ+ e_(А-В)12 , где 

N_AВ12=[( N_A1-N_B1)- (N_A2-N_B2)].

  Третьи  разности позволяют исключить пропуск  циклов. Измерения, базирующиеся на третьей  разности (т.е. между приемниками и между различными моментами времени), представляют собой разность между второй разностью, относящейся к другому моменту времени.  

P(t₂-t₁)₁₂=[(R_A1-R_B1)- (R_A2-R_B2)]_t2-[(R_A1-R_B1)- (R_A2-R_B2)]_t1+e_t12 , где

t_i – эпоха измерений.

  Обработка фазовых измерений выполняется в три этапа:

• Решение по третьим разностям дает первую оценку компонентов базовой линии и позволяет зафиксировать срывы циклов; приращения координат, полученные на этом этапе, используются в дальнейших вычислениях;
• Плавающее решение (float) позволяет обрабатывать коррелированные вторые разности фаз. Срывы циклов, которые не были разрешены по третьим разностям, разрешаются по дополнительным дугам орбит спутников; это решение дает компоненты базовых линий и плавающие неоднозначности;
• Фиксированное решение (fixed) по вторым разностям позволяет с помощью алгоритма временной оптимизации разрешить оптимальную фазовую неоднозначность из плавающего решения по методу наименьших квадратов. Для проверки правильности разрешения неоднозначности используются статистические тесты χ – квадрат и Фишера с доверительной вероятностью 95 и 99% соответственно.

  В качестве критерия достоверности разрешения неоднозначности используют величину  

                                                 ≥ 1,5,                                                                                                                                         

где RMS – оценка величины среднеквадратической погрешности вторых разностей при  значениях неоднозначностей, рассматриваемых в качестве точно разрешенных до целого числа циклов; RMS (min/max) – наименьшее из значений  RMS, получаемых при изменении каждого из значений неоднозначности на  ±1 цикл.

  Если  Ratio<1.5, то фазовые неоднозначности считаются неразрешенными[1].  
 

 

2.5 ПРОГРАМНЫЙ ПАКЕТ PINNACLE 

  Программное обеспечение, которое используется в современном геодезическом  производстве, решает задачи математической обработки результатов измерений, например, при построении геодезических  сетей и решении других задач  геодезического производства. Может поставляться и использоваться совместно с геодезическим оборудованием той иной фирмы или отдельно. Решает задачи подготовки и выпуска отчетной текстовой, табличной и графической документации по геодезическим проектам[9].

  Пакет программ обработки результатов наблюдений спутниковой системой, как правило, состоит из трех модулей: обработки базовых линий, уравнивания сетей и вспомогательного модуля планирования наблюдений, результаты которого можно выводить на принтер[1].

  Программа Pinnacle представляет собой объектно-ориентированный программный продукт, структурно основанный на следующих объектах:

• Сессия (Session), создаваемый в панели Raw Data Session;

• Решение (Solution), создаваемый в панели Solution;

• Подсеть (Subnet), создаваемый в панели Subnets;

• Сеть (Network), создаваемый в панели Networks[4].

    Пакет позволяет производить  обработку одно- и двухчастотных  кодовых и фазовых измерений,  произведенных в совмещенном  режиме Glonass/GPS или по отдельности.

В том  числе выполняются:

• Импорт “сырых” данных из приемников, локальных и сетевых дисков, интернет –источников – в пользовательский проект.
• Анализ и предобработка “сырых” данных с использованием наглядных графических средств и оценок и указанием на периоде наблюдения большого количества оценочных параметров.

• количества наблюдаемых спутников,
• углов их возвышения,
• характеристик геометрии рабочего созвездия (PDOP),
• отношений сигнал/шум,
• погрешности измерения псевдодальности,
• фазы несущей и доплеровских измерений по каждому спутнику
• изменение навигационных координат.
• Существует возможность получения по различным измерениям алгебраических комбинаций для оценки помеховой ситуации в точке накопления спутниковой информации.

• Камеральная обработка данных static, kinematic, stop&go измерений в форматах ТРС, Ashtech, Rinex,

• Учет в графическом или текстовом виде внешней эфемеридной информации спутников Glonass/GPS.
• Импорт в проекты О -, С – и SNAP-файлов (station.dat, vector.dat).
• Выдача в процессе вычислений информации

• о типе решения,
• количестве вовлеченных спутников,
• количестве эпох для каждого спутника,
• количестве срывов слежения по каждому спутнику,
• неоднозначностях и качестве их разрешения,
• вторых разностях по коду и фазе несущей с оценкой погрешности,
• длине вектора с оценкой погрешности,
• количестве вычисленных точек,
• времени обработки.

• Анализ структуры сети.

• Уравнивание свободных и несвободных сетей и оценки точности.
• Применять большое количество текстовых и графических форматов.
• Получать данные обработки сетей в форматах: Blue book, SNAP, GEOLAB, AutoCAD, Corpscon, comma delimited ASCII format.
• Вычислять координаты центров проекций снимков[9].

 
 
 
 
 
 
 

 

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

  Целью данного исследования являлось сравнение  величин характеризующих точность вычислений при обработке геодезических сетей с использованием GPS и GPS-GLONASS данных.   

3.1 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ  РАБОТЫ 

  В программный модуль Pinnacle  были импортированы данные, содержащие информацию о GPS/GLONASS наблюдениях выполненных приемниками Leica GX 1220, Leica GX 1220 66, Tps E_GGD в статическом режиме геодезической сети состоящей из 12 пунктов.

 

 

Рис. 1. Общий  вид сети. 

  На  первом этапе было создано два  новых проекта: gps и gps-glonass с одинаковыми параметрами, т.е. одни и те же данные импортировались дважды. В каждом из проектов в окне Raw Data Session  была создана сессия, содержащая 107 оккупаций. Далее данные из этого окна были перемешены в окно Solution, тем самым было создано новое решение в обоих проектах. Для каждого из решений, используя модуль Process², произвели вычисление компонент векторов, предварительно были заданы необходимые опции, т.е. указано какие данные необходимо использовать при обработке. Некоторые данные, полученные в результате обработки, а именно общее количество неоднозначностей и количество фиксированных неоднозначностей, представлены в Приложении 1.