книги / Маркшейдерские приборы и технологии. Программное обеспечение и технологии

•Метод с использованием поправок к эфемеридной и временной информации, поправок для исключения атмосферных искажений сигнала, поправок к навигационным параметрам, измеряемым потребителем (кодовые измерения). Реализуется с использованием широкозонных систем дифференциальной коррекции функциональных дополнений ГНСС (Wideareadifferential GNSS), таких как СДКМ, WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN. Точность определения координат с помощью широкозонных систем дифференциальной коррекции около 0,5–2 м.

•Метод с использованием поправок к эфемеридной и временной информации, поправок для исключения атмосферных искажений сигналов ГНСС, поправок к навигационным параметрам, измеряемым потребителем (фазовые измерения) (PrecisePointPositioning, PPP). Реализуется с использованием глобальных систем дифференциальной коррекции функциональных дополнений ГНСС. Точность определения координат методом PPP может варьироваться от нескольких дециметров до одного сантиметра в зависимости от способа обработки и объема выборки исходных данных.

Рис. 9.1. Абсолютный метод спутниковых наблюдений

81

Методы определения относительных координат

Дифференциальные методы – методы спутниковых определений с использованием корректирующей информации к навигационным параметрам, измеряемым потребителем в режиме реального времени.

•Метод с вычислением псевдодальностей по измерениям кода сигналов ГНСС (DGPS, DGNSS). Реализуется с использованием региональных дифференциальных систем функциональных дополнений ГНСС. Точность определения относительных координат око-

ло 0,5 м.

•Метод с вычислением псевдодальностей по измерениям фазы несущей сигналов ГНСС (RealTimeKinematic; RTK). Реализуется с использованием локальных дифференциальных систем функциональных дополнений ГНСС в режиме реального времени. Точность определения относительных координат составляет 1–5 см.

Относительные методы – методы определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых наблюдений

•Метод определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых измерений кода

сигналов ГНСС. При этом точность определения относительных координат составляет несколько дециметров.

•Метод определения разности координат при постобработке данных синхронных сеансов спутниковых измерений фазы несущей сигналы ГНСС. При этом можно достичь наивысшую точность спутниковых определений, вплоть до миллиметрового порядка.

Метод PrecisePointPositioning

Метод точного позиционирования PPP (англ. PrecisePoint Positioning) – метод абсолютного определения местоположения, основанный на применении спутниковой корректирующей информации, содержащей поправки к эфемеридам и времени бортовых часов навигационных спутников и атмосферных поправок в пределах локальной области, позволяющий определять пространственные коор-

82

динаты объектов с точностью от нескольких дециметров до нескольких сантиметров на эпоху выполнения измерений.

Эфемеридно-временная информация (ЭВИ) вычисляется по результатам спутниковых наблюдений, выполняемых наземными постоянно действующими станциями приема сигналов ГНСС с точно известными координатами. Эти станции рассредоточены по всему миру и непрерывно передают результаты измерений в центры обработки спутниковой информации, которые в свою очередь формируют корректирующую информацию для потребителя. Одним из таких центров является международная служба ГНГСС (International GNSS Service или IGS).

Для реализации метода РРР необходимы измерения фаз несущих частот сигналов ГНСС на определяемой точке.

В настоящее время известно о реализации метода PPP без разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений (Float PPP), с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений (PPP-AR или Interger PPP) и с использованием дополнительных атмосферных коррекций в пределах локальной области (PPP-RTK). При этом точность спутниковых определений местоположения методом РРР варьируется от нескольких дециметров до сантиметров в зависимости от качества и объема ЭВИ. Время получения решения обусловлено временем его сходимости в процессе приема и обработки поступающей ЭВИ и может длиться от 10 мин до десятков минут.

•PPP (Float PPP) – стандартный метод высокоточного абсолютного определения местоположения.

•PPP-AR (Integer PPP) – метод высокоточного абсолютного определения местоположения с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений.

•PPP-RTK – метод высокоточного абсолютного определения местоположения с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений и использованием атмосферных коррекций в пределах локальной области.

83

IGS – добровольное объединение более чем 200 агентств, занимающихся сбором ГНСС данных с постоянно работающих базовых станций, расположенных по всему миру. В настоящее время насчитывается более 500 станций сети IGS (22 из них находятся на территории РФ). Этот сервис предоставляет точные эфемериды пользователям на безвозмездной основе.

Метод PPP реализуется в двух режимах (рис. 9.2):

•апостериорном (постобработка);

•режиме реального времени.

Рис. 9.2. Схема реализации метода PPP

В первом случае результат можно получить в процессе камеральной обработки данных спутниковых наблюдений в специализи-

рованном ПО (LeicaGeoOffice, BerneseGNSSSoftware, GNSS Solutions и др.) с использованием точных эфемерид или с помощью специальных сервисов в сети Интернет (APPS, CSRS-PPP,

провайдерами услуг глобального высокоточного спутникового позиционирования по спутниковым каналам связи (от геостационарных спутников) или по сети Интернет в режиме онлайн.

Точность данного метода зависит:

•от частоты приема спутникового сигнала (L1 или L1/L2);

•способа определения псевдодальности (по коду или фазе);

•точности корректирующей информации;

•длительности наблюдений;

•количества наблюдаемых спутников и др.

Метод PPP в настоящее время активно развивается и уже сейчас позволяет получать показатели точности порядка нескольких сантиметров при съёмке в статическом режиме и на уровне дециметрового уровня в кинематическом режиме. Однако при использовании двухчастотного приёмника можно достичь точности порядка нескольких десятков миллиметров в статическом режиме.

Данный метод имеет несколько терминов, которые можно встретить в литературе: аббревиатура PPP, точное абсолютное решение, метод высокоточных координатных определений или позиционирование высокой точности.

Эфемериды – это параметры орбиты и ухода часов конкретного спутника, позволяющие определить его местоположение в зависимости от времени.

Раз в сутки на каждый спутник загружается эфемеридная информация для коррекции параметров его орбиты с наземной станции контроля. Эти данные являются предрассчитанными, т.е. прогнозируемыми на текущие сутки по данным предыдущих наблюдений. Затем уже со спутника эти эфемериды транслируются в режиме реального времени на пользовательский приемник в составе навигационного сообщения. Такие эфемериды называются бортовыми, их точность составляет порядка 1–3 м.

Точные эфемериды основаны на результатах реальных наблюдений за спутником и последующей постобработки данных, в связи с чем их точность гораздо выше – 0,05–0,2 м, но получить их можно только спустя некоторое время.

85

Существует несколько видов точных эфемерид:

•Ultra-rapid – ультрабыстрые доступны через 3–9 ч;

•Rapid – быстрые через 17–41 ч;

•Final – окончательные доступны через 12–18 дней.

Точные эфемериды имеют формат *.sp3 и их используют при постобработке.

Пример состава эфемерид по спутниковой системе GPS с расшифровкой данных можно просмотреть по ссылке: https://www.glonass-iac.ru/GPS/ephemeris.php.

Существует несколько сервисов, предоставляющих точные эфемериды пользователям на безвозмездной основе, например: NASA, IGS, IAC и др. По структуре этих FTP-серверов все эфемериды хранятся в папках с соответствующим ГНСС-днем. Чтобы найти эфемериды на необходимую дату измерений нужно знать GPS-неде- лю и день измерений. Для этого используют GNSS-календарь или конвертер дат, предоставляемый различными сервисами в сети Интернет (один из таких конвертеров доступен по ссылке http://sopacold.ucsd.edu/convertDate.shtml#Date%20converter).

Онлайн-сервисы постобработки GNSS-измерений

На сегодняшний день в мире на основе метода PPP создано множество научных и коммерческих сервисов, таких как MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-WizardProject, VERIPOS Apex, NavComStarFire, Trimble RTX, OPUS APPS, CSRS-PPP, GAPS, AUSPOS и др.

Все эти онлайн-приложения основаны на независимой обработке ГНСС-измерений с использованием точных эфемерид, коррекций часов спутников и прочей дополнительной информации. Однако каждый сервис использует свой алгоритм и математическую модель при обработке и предъявляет собственные требования к входным данным ГНСС-измерений, что в итоге влияет на конечный результат определения местоположения.

В табл. 9.1 представлены основные характеристики двух бесплатных онлайн-сервисов, которые имеют простой и удобный интерфейс для использования, а по результатам различных исследований являются одними из точных.

86

такие «сырые» данные работают только с фирменным ПО для постобработки. Однако существует также и общий формат данных –

RINEX.

RINEX – это стандартный формат, который позволяет хранить и передавать промежуточные измерения, произведенные приёмником, а также проводить постобработку полученных данных в различном программном обеспечении. Данный формат является текстовым, его содержимое возможно просмотреть и изменить в любом текстовом редакторе.

RINEX-формат спроектирован так, чтобы его можно было дополнять со временем, адаптировать под новые типы измеряемых данных и новые спутниковые навигационные системы. На данный момент используют версии начиная с 2.10 (2002г.) и заканчивая последней на текущей момент версией 3.04 (2018г.). Так, например, в версиях RINEX до 2.11 включительно могут присутствовать данные только по GPS и ГЛОНАСС, а в версии 3.04 все публично доступные сигналы систем навигации: GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo, QZSS, IRNSS и др.

Формат Rinex состоит из нескольких типов ASCII-файлов:

1.Файл данных наблюдений приемника (*.YYO).

2.Файлы эфемерид в зависимости от используемых систем:

•навигационные сообщения GPS (* .YYN);

•навигационные сообщения ГЛОНАСС (*.YYG);

•навигационные сообщения Galileo (*.YYL);

•навигационные сообщения QZSS (*.YYJ);

•навигационные сообщения IRNSS (*.YYI);

•смешанные эфемериды (*.nav).

3.Файл метеорологических данных (*.YYM).

4.Файл навигационных сообщений геостационарных спутников

(*.YYH).

5.Файл данных часов спутников и приемников (*.YYC).

6.Файл широкозонной корректирующей информации SBAS (*.YYB).

88

Все представленные типы Rinex-файлов состоят из двух частей: заголовка и блоков измерений. Например, файл измерений (*.YYO) состоит из «шапки» и блоков измерений на каждую эпоху.

В заголовке указывается версия RINEX, примерные координаты точки стояния, модель и номер антенны, модель и номер приемника, типы измерений в файле и пр.

Основная часть файла измерений является блочной. Каждый блок соответствует одному измерению (эпохе). Здесь указывается точное время и дата, приводится список спутников и значения измерений по каждому из них. При этом данные значения перечисляются в порядке, который указан в шапке файла.

Подробное описание параметров, указанных в заголовке и в основной части Rinex-файлов, представлено в работе (AUSPOS-Online GPS processing service. URL: https://gnss.ga.gov.au/auspos (приложениеА)).

Расшифровка данных, содержащихся в файле ГНСС-наблюде-

ний версии 2.11 (observation RINEX 2.11 Format), доступна по ссылке: http://gnss.4du.ru/RINEX/gAGE%20Learning%20Material3.html.

В настоящее время для унификации всех форматов Rinex-файлов существуютправила наименования, которыепредставлены нарис. 9.3.

Однако на практике эти правила часто не соблюдаются. Например, файл имеет вид: BD01R.15o. По названию этого файла можно определить:

•BD01R – пятисимвольное имя станции;

•*.15о – файл данных наблюдений приемника за 2015 год. Также на практике можно встретить сжатые Rinex-файлы

(CompactRINEX или Hatanka), которые в основном используют для обмена данными GNSS-наблюдений через сеть Интернет. Сжатый формат может иметь расширение *.YYd – Hatanka, *.zip, *.gzip, *.pkzip, *.gz, *.z. Для распаковки сжатых файлов Hatanka используется программное обеспечение RNXCMP, а для остальных архива-

торы: WinRAR, WinZip, 7-zip и др.

В общем случае формат Rinex необходим, если при измерениях используются приемники разных производителей, а обработка выполняется в одном ПО. Также этот формат используют при обработке результатов измерений на сервисах PPP.

89

Рис. 9.3. Наименование Rinex-файлов

Для конвертирования фирменного формата данных в универсальный Rinex используют специальные утилиты-конвертеры. Чаще всего производители оборудования предоставляют такой фирменный конвертер бесплатно, поэтому сложностей в получении Rinexфайлов нет.

Методические указания к выполнению лабораторной работы

Предобработка заключается в просмотре и анализе файла спутниковых наблюдений. Откройте файл измерений Rinex в текстовом редакторе и извлеките из заголовка следующие данные:

•тип и версию rinex файла;

•используемые спутниковые системы;

•название станции;

•номер, тип и версию приемника;

•номер и тип антенны;

•высота и эксцентриситет центра антенны;

90