Комплекс подготовительных работ при создании локальной геодезической сети на аэродроме шереметьево расчет требуемой точности геодезической сети (стр. 6 из 13)

С учетом вышеизложенного, повышенного внимания заслуживают меры по ослаблению влияния многопутности, прежде всего, на результаты кодовых измерений. При этом следует заметить, что за счет использования дифференциальных методов измерений не удается ослабить рассматриваемое влияние, так как обстановка, порождающая возникновение многопутности, характерна для каждого конкретного пункта наблюдений.

Для уменьшения влияния многопутности необходимо придерживаться следующих правил:

- места расположения пунктов наблюдения следует выбирать с таким расчетом, чтобы исключить наличие отражающих объектов вблизи от антенной системы спутникового приемника;

- при разработке антенных систем для спутниковых приемников следует обращать внимание на необходимость установки дополнительных экранирующих приспособлений, препятствующих попаданию отраженных радиосигналов на вход антенны (например, установка экранов под антенной, позволяющих устранить влияние сигналов, отраженных от подстилающей поверхности);

- на пунктах, подверженных влиянию отражений, следует предусматривать сеансы наблюдений повышенной протяженности с тем, чтобы получить циклическую кривую изменения ошибок из-за отражений; ее последующее усреднение позволяет существенно ослабить рассматриваемое влияние;

- при обработке результатов наблюдений можно ограничиться принятием в расчет только тех, которые соответствуют положениям спутников, когда отражающие поверхности оказывают наименьшее влияние.

Совокупность перечисленных выше мер позволяет минимизировать влияние многопутности до уровня, при котором этот источник ошибок не препятствует выполнению высокоточных спутниковых измерений.

2.2.3. Инструментальные источники ошибок

При оценке результирующей точности спутниковых измерений приходится учитывать также и инструментальные источники ошибок, связанные с несовершенством работы тех или иных узлов, входящих в состав пользовательской и расположенной на спутнике аппаратуры. Проведенные к настоящему времени исследования в этой области свидетельствуют о том, что основные источники инструментальных ошибок связаны с неточностью знания фазового центра антенны приемника, а также с погрешностью хода часов спутника и приемника.

Рассмотрим характерные особенности каждого из перечисленных выше инструментальных источников ошибок, его влияние на результирующую точность спутниковых измерений и методы минимизации такого влияния.

2.2.3.1. Вариации фазового центра антенны приемника

При измерении расстояний от спутников до расположенных на земной поверхности приемников с высокой степенью точности весьма важным фактором является знание положения той точки относимоети, от которой отсчитываются интересующие нас расстояния. Применительно к системе GPS такими точками принято считать фазовые центры антенн как на спутнике, так и в приемнике. Положения упомянутых центров с высокой степенью точности не удается установить на основе каких-либо геометрических измерений, а поэтому эти параметры стремятся определять в процессе специальных измерений в заводских условиях с применением соответствующих приспособлений.

Следует при этом отметить, что требования к точности определения фазовых центров на спутнике и в приемнике существенно различны. Ошибка определения центра для установленной на спутнике антенной системы воспринимается как неточность знания эфемерид, которые определяются на метровом уровне точности. Что касается фазового центра антенны приемника, то с этим параметром непосредственно связано определение разности координат между пунктами.

Значительное внимание уделяют проблеме установления положения фазового центра находящегося в их распоряжении спутникового приемника. Поскольку в современных GPS приемниках преимущественное распространение получили азимутально-симметричные антенны, то местоположение фазового центра в горизонтальной плоскости, как правило, совмещают с осью вращения. Что касается фиксации фазового центра в направлении вертикальной оси, то эта величина, определяемая, в большинстве случаев, фирмой-изготовителем приемной аппаратуры и вносится в паспорт приемника. Фирмы-изготовители геодезических GPS приемников гарантируют при этом точность нахождения и стабильность положения фазового центра на уровне единиц миллиметров.

2.2.3.2. Ошибки хода часов на спутнике и в приемнике

Роль часов на спутнике и в приемнике выполняют высокостабильные опорные генераторы, которые служат базовой основой для времени и частоты при реализации шкалы, известной в литературе как время GPS. Из-за высоких требований к стабильности хода таких часов на спутниках используют наиболее стабильные атомные генераторы. В приемных устройствах, находящихся в распоряжении потребителей, ограничиваются применением более дешевых и экономичных кварцевых генераторов.

Несмотря на все меры, направленные на повышение стабильности работы генераторов, они не всегда отвечают предъявляемым требованиям. Поэтому во избежание существенного понижения точности выполняемых измерений приходится принимать меры, предусматривающие периодическую корректировку показаний часов, а также специальные методические приемы, позволяющие учесть или исключить ошибки, обусловленные неточностью показаний часов на спутниках и в приемниках.

Для обоснования мер представим показания часов на спутнике в виде следующего соотношения:

, (2.10)

где:

t_GPS - текущее точное время GPS, которое задается ведущей станцией сектора управления и контроля на основе использования национального стандарта времени и частоты;

δt_C - уход показаний часов на спутнике на момент выполнения их корректировки.

Величина δt_C моделируется полиномом второй степени на основе изучения закономерности наблюдающихся изменений показаний часов с течением времени:

, (2.11)

где:

, , и - экспериментально определяемые коэффициенты полинома, характерные для конкретных спутниковых часов,

t₀ - начальный опорный момент времени, который во многих случаях относят к среднему моменту времени в сеансе наблюдений.

Значения коэффициентов вводят в состав навигационного сообщения, которое формируют на ведущей станции сектора управления и контроля и которое передают на соответствующий спутник с помощью загружающих станций. В результате эта информация поступает по радиоканалу потребителю и используется для получения откорректированных показаний часов спутника.

Для учета погрешности показаний часов спутниковых приемников применяется принцип измерения псевдодальностей, базирующийся на наблюдениях четырех спутников. При наличии избыточного спутника появляется возможность определить поправку δt_пр, обусловленную неточностью хода часов приемника, на основе совместного решения уравнений.

Метод учета ухода показаний часов на спутнике и в приемнике получил наибольшее распространение при наблюдениях, выполняемых одной станцией, т.е. при определении абсолютных значений координат точки стояния приемника. При решении геодезических задач, предусматривающих использование дифференциальных методов, влияние рассматриваемого источника ошибок удается практически полностью исключить за счет применения метода вторых разностей.

2.2.4. Геометрический фактор расположения спутников

Одна из характерных для системы GPS особенностей определений местоположений точек на основе пространственной линейной засечки состоит в том, что результирующая точность координатных определений зависит не только от точности выполняемых дальномерных измерений, но и от геометрии наблюдаемых спутников. Для иллюстрации механизма понижения точности из-за плохой геометрии расположения участвующих в измерениях спутников рассмотрим приведенный на рисунке 2.6 пример двухмерного определения местоположения пункта Р при различных удалениях спутников друг от друга.

а) б)

Рис. 2.6. Двухмерное определение местоположения пункта Р при различных удалениях спутников друг от друга.

Если измеряемые до спутников S₁, и S₂, расстояния R₁, и R₂ измеряются с погрешностью m₁, и m₂, то при использовании метода линейной засечки местоположение определяемого пункта Р будет находиться в пределах показанной на рисунке 2.6.а области, получившей название эллипса ошибок. В случае взаимно перпендикулярных направлений на наблюдаемые спутники эллипс деформируется в окружность (рис. 2.6.б)

В этом случае достигается минимальное влияние расположения спутников на точность производимых определений. Если же угол между направлениями приближается к 0° или к 180°, то эллипс становится весьма вытянутым. Погрешность определения координат определяемого пункта существенно возрастает.