В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК

Методы спутниковых дальномерных измерений


Басова И.А., ТулГУ, профессор, г. Тула

Рассматриваются некоторые теоретические аспекты дальномерных измерений для спутникового позиционирования

Для измерения длин линий на местности наземными свето- и радиодальномерами широкое распространение получил двухсторонний метод измерения расстояний. Используемые при измерениях сигналы проходят искомое расстояние дважды (в прямом и обратном направлении).
Основной измеряемой величиной в этих системах является время прохождения информационным сигналом двойного расстояния между земной поверхностью и спутником. Без учета релятивистских эффектов расстояние r может быть подсчитано по формуле:

r=0,5vt, (1)


где v- скорость распространения информационного сигнала (применительно к спутниковым измерениям эту скорость очень часто отождествляют со скоростью света в вакууме, а влияние атмосферы учитывают посредством введения соответствующей поправки); t - регистрируемое время прохождения сигналом удвоенного расстояния между земной поверхностью и спутником.

При регистрации времени излучения и приема сигналов существенной проблемой является синхронизация часов на спутнике и наземных пунктах.
Наряду с двусторонними методами измерения расстояния в спутниковых методах местоопределения находят применение также и односторонние методы дальномерных измерений (рис.1).

Блок-схема дальномера, работающего на одностороннем принципе

Рис.1 Блок-схема дальномера, работающего на одностороннем принципе


В этом случае информационный сигнал проходит измеряемое расстояние только в одном направлении, а именно, от спутника до приемника.
Современные дальномеры бывают двух видов - импульсные, в которых время t измеряется прямым путем и фазовые, в которых время определяется косвенным путем по сравнению фаз поданного и принятого сигналов.

Сигналы представляют собой последовательность посылок единичного и нулевого уровня, что в конечном виде формирует сигнал прямоугольной формы. В процессе выполнения измерений на спутнике формируется кодированный сигнал, а на приемной аппаратуре потребителя формируется опорный кодированный сигнал отклика.

Применительно к геодезическому использованию спутниковых систем наибольший интерес представляют фазовые методы, основанные на применении в качестве информационных сигналов несущих гармонических колебаний дециметрового диапазона радиоволн. Фазовые методы используют в качестве информационных сигналов несущие гармонические колебания дециметрового диапазона радиоволн:

y=Asin(ωt+φ), (2)


где А - амплитуда колебаний, ωt -угловая частота.

При выполнении фазовых измерений определяемой величиной является фаза принимаемых от спутника несущих колебаний, которая сравнивается с фазой соответствующих колебаний, генерируемых в приемнике. Текущая фаза несущих колебаний, поступающих от спутника на вход приемника потребителя, зависит от частоты несущих колебаний, возбуждаемых в спутниковой аппаратуре, и за время прохождения информационным сигналом искомого расстояния происходит N полных периодов изменения начальной фазы сигнала φ.

Для нахождения величины N (этот процесс называют разрешением неоднозначности) в наземных фазовых дальномерных системах используют измерения на нескольких масштабных различных частотах или метод плавного изменения масштабной частоты. В спутниковых системах расстояния между установленными на земной поверхности приемниками и наблюдаемыми спутниками непрерывно изменяются, в результате чего изменяется и определяемая величина N.
Как известно, для определения искомого расстояния на основе фазовых методов, так как для надежного разрешения неоднозначности, расстояние должно быть определено с погрешностью не хуже 0,5λ , что для основной несущей частоты спутника составляет величину около 10 см.

Наиболее эффективным способом разрешения неоднозначности оказались дифференциальные методы, базирующиеся на определении разности снимаемых отсчетов, а не их абсолютных значений (рис.2). В дифференциальных методах образуют разности измерений, соответствующих нахождению наблюдаемого спутника в двух различных (достаточно близких) точках на орбите. Это существенно облегчает решение проблемы разрешения неоднозначности при выполнении фазовых измерений, так как в данном случае при образовании разности удается исключить в начальной точке наблюдений величину N , соответствующую полному количеству целых длин волн, укладывающихся в измеряемом расстоянии между спутником и приемником.

Принцип дифференциальных фазовых измерений на вторых разностях

Рис.2 Принцип дифференциальных фазовых измерений на вторых разностях


Принцип дальномерных измерений, базирующийся на использовании кодированных сигналов, сочетает в себе отдельные характерные особенности, свойственные как импульсному, так и фазовому принципу определения дальностей, однако существенно уступает по точности фазовому. При его применении удается избежать необходимости разрешения неоднозначности, т. е. по данному показателю кодовый метод подобен импульсному методу. В то же время при анализе особенностей определения моментов совпадения опорного и принимаемого сигнала часто вводят понятие смещения по фазе одного кодированного сигнала относительно другого, что характерно для фазовых методов измерения расстояний.
По своим точностным показателям кодовый принцип существенно уступает фазовому методу, и поэтому он используется для приближенного определения координат точки стояния.

Наряду с перечисленными выше кодовыми и фазовыми принципами измерения расстояний между спутником и приемником в современных спутниковых системах позиционирования типа GPS находят также вспомогательные методы, базирующиеся на эффекте Доплера. В случае применения фазовых принципов измерения расстояния реализация упомянутого доплеровского метода не нуждается в привлечении специализированных аппаратных средств, так как данный метод представляет собой одну из разновидностей фазового метода. Некоторые свойственные доплеровскому методу особенности связаны с методами обработки получаемых результатов.

При реализации спутниковых систем позиционирования на основе использования односторонних методов измерения расстояний спутниковая радиодальномерная система распадается на две основные составные части: устанавливаемое на спутнике передающее устройство и находящийся в распоряжении наземного потребителя приемно-вычислительный комплекс. Для поддержания постоянной работоспособности такой спутниковой системы без ухудшения основных ее технических показателей возникает необходимость в использовании служебной подсистемы управления и контроля. Поэтому современные спутниковые системы GPS включают в себя основные части, получившие название секторов:

  • Сектор управления и контроля состоит из центральной (ведущей) станции и нескольких разбросанных по всему земному шару станций слежения; причем некоторые из них выполняют роль и загружающих станций.
  • Сектор потребителя, объединяющий совокупность распространенной аппаратуры пользователей. Аппаратура потребителя осуществляет прием радиосигналов от спутников и вычисление местоположение пункта наблюдений и характерное для той или иной эпохи точное время, а при установке приемной аппаратуры на движущемся объекте - его скорость перемещения и направление движения. Она позволяет также определить и целый ряд других вспомогательных параметров (рис.3).


Схема совместной работы станций, входящих в состав управления и контроля

Рис.3 Схема совместной работы станций, входящих в состав управления и контроля


Для повышения надежности и стабильности работы на GPS спутниках устанавливают несколько одновременно работающих опорных генераторов (часы).
Ведущая станция непрерывно оперирует с большим количеством параметров системы, важнейшими из которых являются текущие координаты спутников и сигналы точного времени. Входящие в состав ведущей станции высокоточные часы выполняют роль опорных часов для всей системы GPS. Эти часы устанавливают временной масштаб GPS, и они непосредственно связаны с национальным стандартом времени США. Все другие часы оцениваются посредством сравнения с опорными часами, в результате чего осуществляется синхронизация всех часов GPS.

Гражданские пользователи GPS подразделяются на две основные подгруппы. Первая из них ориентирована на использование GPS в навигации, а вторая - на геодезическое использование, в частности на вопросы оперативного географического местоопределения объектов, что находит широкое применение в кадастровых работах.

Библиографический список

  1. Басова И.А., Разумов О.С. Спутниковые методы в кадастровых и землеустроительных работах.- Тула.:Изд-во ТулГУ, 2007. - 155 с.
  2. Э.М.Соколов, Н.М.Качурин, И.А.Басова, В.Г.Павпертов "Геоэкологические аспекты загрязнения почвенного покрова", Москва-Тула, 2001.
  3. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии. М.:
  4. Картоиздат-Геоиздат,1999.-С. 320.
  5. Разумов О.С. Пространственная геодезическая векторная сеть. - Москва: Недра, 1974. - 85 с.



 

Разделы конференции

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.