Методические указания по выполнению курсово работы Введение
|
Скачать 1.77 Mb.
|
|
3.2.3. Дифференциальный метод Снижение точности позиционирования точек при режиме SA привело к разработке дифференциального метода (Differential GPS, DGPS). Этот метод основан на использовании двух (или более) приемников, из которых один стационарный (опорный или базовый) приемник размещается на точке с известными координатами, а положение (большей частью движущегося) удаленного приемника (ровера) должно определяться. На обоих пунктах должно наблюдаться, по крайней мере, четыре общих спутника. Известное положение опорного приемника используется для вычисления поправок в выведенные через GPS координаты или в наблюденные псевдодальности и фазы. Эти поправки затем передаются посредством телеметрии (например, по радиосвязи) к подвижному приемнику и позволяют вычислять положение мобильного приемника с намного большей точностью, чем в режиме позиционирования отдельной точки. Альтернативой для режима навигации является метод надзора или инверсный дифференциальный метод (IDGPS), в котором удаленный приемник передает необработанные данные наблюдений базовой станции слежений, где вычисляется исправленное положение ровера. Режим надзора имеет то преимущество, что мобильному приемнику не нужно выполнять большой объем вычислений. Как упоминалось ранее, используются два метода дифференциальной коррекции. В первом методе опорный приемник с известным положением вычисляет свое собственное положение, используя тот же самый набор спутников, что и мобильный приемник. Разность (этим объясняется название «differential» – разностный) между известным и вычисленным положениями дает поправки в положение. Этот метод концептуально прост, но требует, чтобы у обоих приемников использовался для вычислений один и тот же набор спутников. Второй метод основан на поправках в псевдодальности, которые выводятся из разностей между вычисленными расстояниями и наблюденными (кодовыми или фазовыми) псевдодальностями на опорном пункте. Кроме поправок в расстояния, на опорном пункте также выводятся поправки в скорости изменения расстояний. Наблюденные мобильным приемником псевдодальности можно исправить, применив поправки в псевдодальности для опорной станции. Этот метод более гибок, дает более высокую точность и является наиболее общим в использовании. Недостатком является то, что алгоритм обработки требует больший объем вычислений. Более высокая точность основывается на том, что источники ошибок GPS очень подобны на расстояниях почти до 500 км, и поэтому фактически устраняются при вычитании. Различные алгоритмы дифференциального метода можно найти в «Красных книгах» Института навигации США, а также в работах [21, 22, 23, 24] и др. Требования пользователей к точности GPS самые различные и изменяются от нескольких сотен метров до сантиметрового уровня. Очень большая группа пользователей заинтересована в получении точности метрового уровня в реальном времени. Эту точность невозможно получить при позиционировании с SPS, но вполне можно достичь, используя DGPS. По C/A кодовым псевдодальностям можно достигать обычной точности на уровне 1 – 5 м. Чтобы получать сантиметровый уровень, можно использовать кодовые дальности, сглаженные фазой, или C/A кодовые приемники с узкими корреляторами. Еще более высокий уровень точности можно достичь по фазе несущей. Для расстояний вплоть до 20 км точности субдециметрового уровня можно получать в реальном времени. Чтобы достигать такой точности, неоднозначности должны быть разрешены в движении (on-the-fly), и поэтому, в общем случае, необходимы двухчастотные приемники. Широкозонные DGPS. Расширением DGPS (в смысле Локальных Local Area DGPS) является метод широкозонных Wide Area DGPS (WADGPS), который использует сеть опорных GPS станций. Как подразумевает название, WADGPS охватывает большие территории, что может обеспечивать единственная опорная станция. Одно из главных преимуществ WADGPS состоит в том, что здесь можно добиваться более согласованной точности в районе, поддерживаемом сетью. В случае DGPS с одной опорной станцией точность понижается как функция расстояния со скоростью примерно 1 см на 1 км. Другими преимуществами WADGPS является то, что можно охватить недоступные области, например, большие водные акватории, которые в случае неудачи с одной опорной станцией будут поддерживаться сетью на сравнительно высоком уровне целостности и надежности по сравнению с индивидуальной опорной станцией DGPS. Кроме станций мониторинга, сеть WADGPS включает, по крайней мере, одну главную станцию управления. Эта станция собирает поправки в дальности от станций наблюдений (мониторинга) и обрабатывает эти данные, чтобы образовывать поправки, которые передаются сообществу пользователей, а также станциям наблюдений. Сети могут вызывать небольшую дополнительную задержку, по сравнению с обычными DGPS, из-за дополнительных связей, возникающих между станциями слежения и главной станцией [19]. Поправки WADGPS генерируются с использованием двух основных способов (подходов), а именно, подхода в пространстве измерений и подхода с пространственным состоянием. В методе пространства измерений поправки индивидуальных станций наблюдений взвешиваются, чтобы образовать один набор поправок. Эта простая концепция имеет тот недостаток, что точность зависит от расстояния пользователя до ближайшей станции наблюдений. Подход с пространственным состоянием представляет более сложную методику, по которой отдельные ошибки (орбитальные, тропосферные, ионосферные) моделируются и оцениваются в сетевом решении. Основываясь на этих ошибках, вычисляют поправки в псевдодальности для каждой опорной станции. Таким образом, точность согласуется по всей сети. Поскольку опорные станции сети WADGPS могут быть очень удаленными от положения пользователя, была разработана концепция Виртуальной базовой станции (Virtual Reference Station, VRS) (Wanninger L. The performance of virtual reference stations in active geodetic GPS-networks under solar maximum conditions // Proc. of ION GPS-99, 12-th Int. Tech. Meet. of the Satellite Division of the Inst. of Navigation, Nashville, Tennessee, Sept. 14-17. – 1999. – P. 1419 – 1427. – Англ.). Здесь пользователь получает поправки или даже параметры наблюдений для несуществующей (т. е. виртуальной) опорной станции в указанном пользователем положении. Эта концепция является необходимым условием для применений с RTK, которые требуют коротких расстояний до опорных станций, чтобы облегчить разрешение неоднозначностей. Характеристики точности дифференциальных методов позиционирования по кодам и по фазе несущей приведены в табл. 3.3. Таблица 3.3 Характеристики точности дифференциальных методов позиционирования по кодам и по фазе несущей
3.2.4. Относительный метод Целью относительного позиционирования является определение координат неизвестной точки по отношению к известной точке, которая во многих случаях является стационарной. Другими словами, относительное позиционирование нацелено на определение вектора между двумя точками, которые часто называют вектором базовой линии или просто базовой линией. Пусть А – опорная (известная) точка, В – неизвестная точка, а DAB – вектор базовой линии. Вводя соответствующие геоцентрические векторы положения RA и RB, можно составить соотношение ,  (3.12)а компоненты вектора базовой линии есть .  (3.13)Координаты опорной точки должны даваться в системе WGS-84, и для их определения часто используют решение по кодовым дальностям. Относительное позиционирование может выполняться по кодовым или фазовым дальностям. В дальнейшем мы будем рассматривать только решения по фазам. Относительное позиционирование требует одновременных наблюдений и на опорной, и на неизвестной точке. Это значит, что метки времени наблюдений должны быть одинаковыми для этих двух точек. Предполагая, что такие одновременные наблюдения имеются на двух пунктах А и В на спутники i и j, можно образовать линейные комбинации, которые приводят к одинарным, двойным и тройным разностям. Вычитание можно выполнять тремя различными путями: по приемникам, по спутникам и по времени. Вместо «по» часто говорят «между». Чтобы избежать слишком обременительных выражений, в тексте будут использоваться краткие обозначения со следующими значениями: одинарные разности соответствуют разностям между приемниками, двойные разности соответствуют разностям между приемниками и между спутниками, а тройные разности соответствуют разностям между приемником, между спутником и по времени. Большинство программ для постобработки использует эти три способа, поэтому далее будут показаны их основные математические модели. Из уравнения вида (3.9) образуются выражения следующих разностей:  (3.14) (3.15) (3.16) (3.17)Уравнения (3.14) и (3.15) являются уравнениями одинарных разностей фаз, полученных с пунктов А и В соответственно на спутники i и j, уравнение (3.16) – двойная разность фаз, уравнение (3.17) – тройная разность фаз. В этих уравнениях комбинации двойных нижних или верхних символов, относящихся к пунктам или спутникам, расшифровываются как соответствующие разности, например,  или  . Подобным образом образуются разности наблюдений, относящиеся к разным эпохам:  . Из уравнений (3.14) – (3.16) выводятся основные свойства разностей фаз:- в одинарных разностях фаз отсутствуют ошибки часов спутников; - в двойных разностях фаз отсутствуют ошибки часов спутников и приемников; - в тройных разностях фаз отсутствуют ошибки часов спутников и приемников, а также целочисленные начальные неоднозначности фаз. В то же время видно, что чем выше порядок разностей фаз, тем больше в них становится шумовая компонента, то есть параметры наблюдений становятся более грубыми, и, кроме того, в двойных и тройных разностях фаз возникают коррелированные ошибки, вносимые опорным спутником (в формулах (3.16) и (3.17) это спутник i). Для определения компонент базовой линии чаще всего используется уравнение двойной разности (3.16). Если пункт А опорный, то есть dRА = 0, то получаем следующее уравнение поправок:  (3.18)где .  (3.19)Эти уравнения обычно используются для обработки наблюдений, выполненных одночастотными приемниками в режимах и статики, и кинематики. Как видно, для определения четырех неизвестных в уравнении (3.18) необходимо одновременно наблюдать не менее четырех спутников в течение не менее чем двух эпох. Уравнения тройных разностей фаз также могут быть использованы для определения компонент вектора базовой линии, но обычно они используются для восстановления потерь счета циклов непрерывной фазы. Если приемник двухчастотный, то имеется возможность образовать комбинации фаз. Если Ф1 и Ф2 – наблюдения фазы на частотах L1 и L2, то комбинированная фаза Фс получается как ,  (3.20)где n1 и n2 – некоторые вещественные числа. Полученной фазовой комбинации соответствует другая частота fC и длина волны лC: ; .  ;  (3.21)Наиболее употребительными являются: - разностная комбинация (n1 = 1, n2 = -1, л= 86.2 см); - суммарная комбинация (n1 = 1, n2 = 1, л= 10.7 см); - ионосферно-свободная комбинация (n1 = 1, n2 = -a, л= 5.4 мм). Первые две комбинации часто используются в алгоритмах быстрой статики и кинематики реального времени. Название третьей комбинации становится ясным, если учесть, что член ионосферной рефракции в уравнении (3.9) с точностью до членов второго порядка обратно пропорционален квадрату частоты: ,  (3.22)где TEC – полное содержание электронов в ионосфере (Total Electron Content), а z – зенитное расстояние спутника. Величина I в формуле (3.22) получается в линейной мере. Переходя к циклам частоты, получаем, что ионосферные задержки для фаз, выраженных в циклах, на разных частотах обратно пропорциональны первой степени частоты:  (3.23)Для того, чтобы исключать ошибки часов спутника и приемника и при этом добиваться исключения влияния ионосферы, ионосферно свободная комбинация фаз образуется по двойным разностям фаз. Возможность почти полностью исключать влияние ионосферы дает двухчастотной аппаратуре большое преимущество перед одночастотной аппаратурой. С помощью двухчастотных приемников можно измерять базовые линии в тысячи километров, в то время как для одночастотных приемников обычно пределом являются базовые линии в 10 – 15 километров. Решение уравнений наблюдений для фазового метода GPS представляет собой нетривиальную задачу. Сюда относят и проблему восстановления потерь счета циклов. Пока нет надежных алгоритмов, которые делали бы это достаточно уверенно. Другая, не менее важная проблема, – это решение систем уравнений поправок вида (3.18). Получающиеся системы являются плохо обусловленными и с коррелированными ошибками наблюдений, что приводит к смещенным решениям. Надежность решения системы линейных уравнений пытаются улучшить, привлекая аппарат целочисленного метода наименьших квадратов, поскольку известно, что неоднозначности фаз в силу их природы должны быть целыми числами. В этом методе после вычисления вещественных значений неоднозначностей производится их округление до целых величин, после чего производится статистическое тестирование с целью найти такую комбинацию значений неоднозначностей, которая давала бы минимальную дисперсию. Разработано большое количество методов разрешения начальных целочисленных неоднозначностей фазы GPS, отличающихся функциональными и стохастическими моделями, приемами регуляризации и декомпозиции, стратегиями поиска наилучшего решения и т. п. Достаточно полное описание современных моделей приводится в книгах [24, 25]. Точность определения координат вектора базовой линии зависит от способа наблюдений (статика, быстрая статика, кинематика), характеристик аппаратуры (одно- или двухчастотная), применяемых алгоритмов, способов учета и моделирования внешних условий, длины базовых линий и продолжительности сеансов. Особо следует отметить такие факторы, как влияние многопутности и интерференции сигналов, а, следовательно, и опытности наблюдателя, который должен правильно выбирать место установки антенны. Обычно фирмы изготовители спутниковой аппаратуры приводят паспортные данные в виде априорных средних квадратических погрешностей в длине базовой линии (погрешность в плоскости горизонта или погрешность положения в плане)  и по высоте : .  (3.24)Здесь D – длина базовой линии. Параметры a' и b' обычно в два-три раза больше, чем, соответственно, a, b. В табл. 3.4 приводятся значения параметров a, b для некоторых современных приемников. Как правило, эти параметры даются для некоторых средних условий. Таблица 3.4 Характеристики точности некоторых спутниковых приемников
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 |
Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной... Организация аварийно-спасательных и противопожарных работ: Методические указания по выполнению контрольной работы / Университет га.... |
|
Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы... Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы для специальности 08. 02. 08 Монтаж и эксплуатация оборудования... |
|
Методические указания по выполнению самостоятельной внеаудиторной... Методические указания по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы по учебной дисциплине иностранный язык предназначены для... |
 |
Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы Санкт-Петербург Аэродромы и аэропорты: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы / Университет га. С. Петербург,... |
|
Методические указания по выполнению курсовой работы Самара, 2012 Технические средства охраны: метод указания по выполнению курсовой работы / Сост. В. Н. Ворожейкин; Самар гос техн ун-т. Самара,... |
|
Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине аудит При разработке методических указаний по выполнению курсовой работы в основу положены |
|
Методические указания по выполнению лабораторной работы №13 для студентов... Установка web-интерфейса к серверу Mysql в Linux. Методические указания по выполнению лабораторной работы №13 для студентов специальности... |
|
Методические указания и задания по выполнению домашней контрольной... Методические указания и задания по выполнению домашней контрольной работы для студентов-заочников |
|
Методические указания для студентов по выполнению курсовой работы... Методические указания составлены в соответствии с Федеральными государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки... |
|
Методические указания по выполнению внеаудиторной самостоятельной... Методические указания предназначены для студентов техникума, обучающихся по специальности |
|
Методические указания по выполнению практических работ адресованы... Автомеханик, входящей в состав укрупненной группы профессий 23. 00. 00 Техника и технологии наземного транспорта в соответствии с... |
|
Методические указания к выполнению курсовой и дипломной работ по... Методические указания составлены применительно к выполнению курсовой работы по дисциплине: Экономика и организация производства на... |
|
Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы... Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы бакалаврами по направлению подготовки 260200. 62 «Продукты питания... |
|
Методические указания к выполнению kjrcobou и дипломной работ по курсу Методические указания к выполнению курсовой и дипломной работ по курсу «Экономика и организация производства на предприятия приборостроения»:... |
|
Методические указания предназначены для разработки выпускной квалификационной... Методические указания предназначены для разработки выпускной квалификационной работы по специальности 26. 02. 03 «Судовождение» на... |
|
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине... Методические указания по выполнению лабораторных работ рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Безопасность труда и инженерная... |