- •Предисловие ко 2-му изданию
- •Введение
- •Раздел 1. Основные принципы действия спутниковых систем определения местоположения
- •1.1. Особенности геодезических измерений спутниковыми методами
- •1.2. Двусторонний и односторонний методы дальномерных измерений
- •1.4. Общие принципы построения глобальных спутниковых систем позиционирования
- •1.5. Космический сектор
- •1.5.1. Краткие сведения о спутниках, входящих в состав систем позиционирования
- •1.5.2. Назначение и схемная реализация устанавливаемой на спутниках аппаратуры
- •1.5.3. Высокостабильные спутниковые опорные генераторы
- •1.5.4. Принципы формирования кодовых последовательностей
- •1.5.5. Содержание и формирование на спутнике навигационного сообщения
- •1.5.6. Методы объединения и формы передачи радиосигналов со спутника в аппаратуру потребителя
- •1.6. Сектор управления и контроля
- •1.6.1. Основные функции сектора
- •1.7. Сектор потребителя (приемно-вычислительный комплекс)
- •1.7.1. Функции геодезического приемно-вычислительного комплекса
- •1.7.2. Обобщенная структурная схема геодезического спутникового приемника
- •1.7.4. Селекция сигналов, поступающих от различных спутников
- •1.7.6. Принципы демодуляции принимаемых сигналов
- •1.7.7. Краткие сведения о работе системы управления GPS-приемника
- •Раздел 2. Методы измерений и вычислений, используемые в спутниковых системах определения местоположения
- •2.1. Абсолютные и относительные методы спутниковых измерений
- •2.2. Основные разновидности дифференциальных методов
- •2.4. Принцип измерения псевдодальностей и практическое использование данного метода
- •2.5. Упрощенный анализ фазовых соотношений при спутниковых дальномерных измерениях
- •2.6. Первые, вторые и третьи разности, базирующиеся на фазовых измерениях несущих колебаний
- •2.6.1. Первые разности
- •2.6.2. Вторые разности
- •2.7. Интегральный доплеровский счет
- •2.8. Принципы разрешения неоднозначностей при фазовых измерениях
- •2.8.1. Геометрический метод
- •2.8.3. Метод поиска наиболее вероятных значений целого числа циклов
- •2.8.4. Нетривиальные методы разрешения неоднозначности
- •2.9. Выявление пропусков фазовых циклов
- •2.10. Общая схема обработки наблюдаемых данных
- •Раздел 3. Системы координат и времени, используемые в спутниковых измерениях
- •3.1. Роль и значение координатно-временного обеспечения для спутниковых методов определения местоположения
- •3.1.2. Краткие сведения о системах отсчета времени, используемых в GPS и ГЛОНАСС
- •3.2. Координатные системы, характерные для GPS и ГЛОНАСС
- •3.2.1. Звездные системы координат
- •3.2.2. Геодезические системы координат и их преобразования
- •3.2.3. Переход к общеземной системе координат
- •3.2.4. Геоцентрическая координатная система ПЗ-90
- •3.2.5. Геоцентрическая координатная система WGS-84
- •3.3. Методы преобразования координатных систем для спутниковой GPS-технологии и параметры перехода
- •3.4. Особенности определения высот с помощью спутниковых систем
- •Раздел 4. Основные источники ошибок спутниковых измерений и методы ослабления их влияния
- •4.1. Классификация источников ошибок, характерных для спутниковых измерений
- •4.3. Учет влияния внешней среды на результаты спутниковых измерений
- •4.3.1. Влияние ионосферы
- •4.3.2. Влияние тропосферы
- •4.3.3. Многопутность
- •4.4. Инструментальные источники ошибок
- •4.4.1. Ошибки, обусловленные нестабильностью хода часов на спутнике и в приемнике
- •4.4.2. Ошибки, обусловленные неточностью знания точки относимости
- •4.5. Геометрический фактор
- •4.6. Причины и методы искусственного занижения точности GPS-измерений
- •Раздел 5. Проектирование, организация и предварительная обработка спутниковых измерений
- •5.1. Специфика проектирования и организации спутниковых измерений
- •5.2. Предполевое планирование в камеральных условиях
- •5.2.1. Составление технического проекта
- •5.4. Вхождение в рабочий режим и контроль за ходом измерений
- •5.5. Завершение сеанса наблюдений. Хранение собранной информации. Ведение полевого журнала
- •5.6. Специфика редуцирования результатов спутниковых измерений при внецентренной установке приемников
- •Раздел 6. Обработка спутниковых измерений, редуцирование и уравнивание геодезических сетей
- •6.1. Первичная обработка спутниковых измерений, производимая в приемнике
- •6.2. Предварительная обработка спутниковых измерений, производимая после окончания измерений
- •6.3. Окончательная обработка спутниковых измерений
- •6.3.1. Окончательная обработка спутниковых измерений по программе фирмы-изготовителя спутниковых приемников
- •6.3.2. Окончательная обработка спутниковых измерений по специально разработанной программе
- •6.4. Уравнивание геодезических сетей, созданных на основе использования спутниковой технологии
- •6.4.1. Уравнивание по программе фирмы-изготовителя спутниковых приемников
- •6.4.2. Уравнивание по специально разработанной программе
- •6.4.3. Уравнивание спутниковых измерений как сетей трилатерации
- •Раздел 7. Использование спутниковых технологий для построения геодезических сетей
- •7.1. Построение глобальной опорной геодезической сети
- •7.2. Построение континентальных опорных геодезических сетей
- •7.3. Построение государственной геодезической сети России на основе спутниковых технологий
- •7.3.1. Фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС)
- •7.3.2. Высокоточная геодезическая сеть (ВГС)
- •7.3.3. Спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1)
- •7.4.3. О необходимости координации работ по созданию государственной и городских геодезических сетей
- •7.4.4. Разработка проекта «Инструкции по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS»
- •Раздел 8. Специальные применения спутниковых геодезических измерений для решения различных геодезических задач
- •8.1. Решение геодинамических задач
- •8.2. Применение спутниковых технологий в прикладной геодезии
- •8.4. Выполнение аэросъемочных работ с использованием спутниковых координатных определений
- •8.5. Использование спутниковых технологий при выполнении топографических и различных специализированных съемок
- •8.6. Особенности решения навигационных задач с использованием спутниковых приемников
- •8.6.1. Персональные навигационные системы
- •8.6.2. Навигационные системы транспортных средств
- •Заключение
- •Словарь англоязычных терминов
- •Список литературы
- •Содержание
2.7. Интегральный доплеровский счет
Наряду с кодовыми и фазовыми измерениями в спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС находит также црименение метод, основанный на эффекте Доплера, который являлся основным методом измерений в предшествующих GPS и ГЛОНАСС системах «Транзит» (США) и «Цикада» (Советский Союз). Как известно, доплеровский эффект проявляется в тех случаях, когда излучатель и приемник тех или иных колебаний перемещаются относительно друг друга. Отмеченная ситуация характерна и для систем GPS и ГЛОНАСС, поскольку спутник, являющийся источником излучения радиосигналов, непрерывно изменяет свое местоположение относительно установленного на земной поверхности приемника.
Наблюдатель воспринимает эффект Доплера через изменение частоты принимаемых колебаний, которое обусловлено взаимным перемещением спутника и приемника. В общем случае применительно к спутниковым измерениям характерное для доплеровского эффекта расхождение между передаваемой и принимаемой частотами описыва-
ется следующим соотношением: |
v |
|
|
г |
1 |
C O S 0 |
|
J ПР |
|
С |
|
fnep |
|
( 1 2 |
2 ) |
г д е fnep ™fnp ~ ч а с т о т ы передаваемых и принимаемых колебаний; v |
- |
орбитальная скорость движения спутника; с - скорость распространения электромагнитных волн; 0 — угол между направлением движения спутника и радиальным направлением, ориентированным на точку стояния приемника.
Величина vcos© в формуле (2.22) представляет собой скорость перемещения спутника в радиальном направлении, т. е. в направлении на приемник. Применительно к спутниковым дальномерным измере-
ниям vcos0 = dp/dt. Поскольку v « |
с, то формула (2.22) с достаточной |
|
степенью приближения может быть записана в следующем виде |
|
|
|
\dp |
(2.23) |
L p = f j l - 1 ^ 7 \ |
||
|
с dt |
|
или |
|
|
dp = xAf, |
(2.24) |
|
Tt~ |
l J' |
где Ac = c/f - длина волны излучаемых спутником колебаний; А/= =fnepпер -fnpJ пр - доплеровский сдвиг частоты.
90
При переходе к конечным приращениям Ар и At имеем: |
|
Ар = ЛсA/At. |
(2.25) |
Величина AfAt представляет собой фазовый сдвиг ДФа, относящийся к доплеровскому эффекту. С учетом этого формула (2.25) принимает следующий окончательный вид:
Ар = ЯсАФд. |
(2.26) |
Выполненный выше анализ свидетельствует о том, что эффект Доплера может быть использован для оценки скорости изменения измеряемого до спутника расстояния р. При такой оценке в приемном устройстве производится измерение доплеровского сдвига частоты Д/. Наряду с этим в спутниковых приемниках, приспособленных для выполнения фазовых измерений несущих колебаний, посредством фиксации обусловленного эффектом Доплера фазового сдвига АФд представляется возможным фиксировать последовательные изменения расстояния до спутника Др. Применительно к системе GPS такой дифференциальный метод получил название метода образования разности фазовых измерений между эпохами.
Существует несколько вариантов фиксации фазовых сдвигов несущих колебаний по мере орбитального движения спутника. При этом наибольшее распространение получил метод регистрации целого числа фазовых циклов ДФ = ANn при переходе спутника Sиз точки, соответствующей моменту времени tv в точку характерную для момента времени t2 (рис. 2.6). Обычно такие измерения выполняют на достаточно протяженном участке орбиты. При этом величину ANn называют интегральным доплеровским счетом (или сокращенно интегральным доплером).
При использовании фазовых измерений применительно к эффекту Доплера следует иметь в виду, что для оценки фазовых сдвигов ДФа наряду с принимаемыми от спутника сигналами в измерениях участвуют и местные опорные колебания, частота которых, как правило, несколько отличается от частоты излучаемых спутником колебаний.
Рассмотрим, как отражается это неравенство на результатах выполняемых доплеровских измерений.
Предположим, что за интересующий нас интервал времени At-t2- - tj по часам спутника зарегистрировано я-е число циклов, излучаемых
спутником несущих колебаний (см. рис. 2.6).
По истечении времени, необходимого для прохождения радиосигналом расстояния между спутником и приемником, это же количество циклов будет зарегистрировано и приемной аппаратурой, но по
91
часам последней, в результате чего упомянутый выше интервал времени будет соответствовать At'=f2- f г Различие во времени прохождения между началом данного цуга т7 и его окончанием г2 объясняется тем, что за время t2-tj расстояние между спутником и приемником изменилось.
Рис. 2.6. Графики, поясняющие особенности доплеровских измерений, характерных для системы GPS
Из рис. 2.6 следует: |
|
|
|
frtj+ Tjl f2=t2+ Т2, |
|
откуда |
t2-tj=(f2-f |
{)-(r2- Tj). |
Так как в общем случае частота представляет собой скорость из-
менения фазы, т. е.
с/Ф
или
Ф = \ / № ,
то для величины ANn в интегральной форме можно записать:
Щг = 7 ( / „ , о = f„J(t2-t,)-(T2 |
-Г,)]- 'J/ДО*. |
(127) |
гдtfnp0 — частота опорных колебаний, генерируемых в приемнике;/'с(/) — частота поступающих от спутника несущих колебаний, подверженная доплеровскому сдвигу.
Из равенства излучаемого и принимаемого количества циклов (см. рис. 2.6) имеем:
ymdt=)fcdt=fc{t2~tx\ |
(2-28> |
|
г,+ г, |
г, |
|
где/с — частота несущих колебаний, генерируемых на спутнике.
92