GPS-НАВИГАЦИЯ И ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЪЕМКА - РЕЗУЛЬТАТЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ВЕРИФИКАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ OMNISTAR

 

А. А. Жалило, В. М. Кондратюк, В. В. Конин, В. Г. Сушко,
В. П. Харченко, Д. А. Шелковенков, В. М. Шокало, А. В. Куценко

Представлены результаты экспериментальной оценки точности и надежности
координатных определений в статическом и кинематическом режимах c
использованием зональных (WADGPS) дифференциальных VBS/HP-коррекций
компании OmniSTAR. Кратко описаны основные принципы и характеристики
VBS/HP-технологий, обеспечивающих высокоточную дифференциальную DGPS навигацию и геодезическую съемку с уровнем точности ~1 м (VBS) и ~10 см (HP) в реальном времени. Такие экспериментальные исследования проведены в Украине впервые, а их результаты, могут представлять интерес для ряда групп GPS-пользователей.

 

Краткая характеристика технологий точного позиционирования.

Рост требований к точности и надежности определения местоположения обусловил
появление широкозонных дифференциальных WADGPS подсистем и соответствующих
информационных услуг.

При традиционном методе дифференциальной навигации [1, 2] референцная станция
автономно формирует и распространяет потребителям DGPS-коррекции. При нормальных условиях остаточные после коррекции погрешности позиционирования обусловлены атмосферными эффектами, многолучевостью и орбитальными ошибками. Для погрешностей с сильной пространственно-временной корреляцией эффективность
коррекций уменьшается с увеличением расстояния между базовой станцией и
потребителем. На больших расстояниях 500–2000 км точность DGPS-позиционирования
практически сравнима с точностью автономного режима.

При широкозонном подходе наблюдения разреженной сети GPS-станций совместно обрабатываются, чтобы максимально использовать свойства сильной пространственно- временной корреляции атмосферных и орбитальных погрешностей путем их моделирования в зоне покрытия сети референцных станций.

Можно выделить две группы алгоритмов для формирования WADGPS-коррекций.
Первая группа формирует коррекции в пространстве измерений, вторая – в пространстве состояний отдельных моделируемых составляющих погрешностей наблюдений [3- 5].

При реализации первого подхода, который в литературе название Multi-Reference
Differential (MRD), на каждой станции сети одновременно формируются кодовые DGPS-
коррекции. Эти коррекции подвергаются обработке таким образом, чтобы сформировать оптимальные для потребителя поправки, получившие название коррекций виртуальной референцной станции (Virtual Reference (Base) Station – VRS(VBS)). Для MRD/VRS метода необходимо относительно небольшое количество референцных станций. Так, компания OmniSTAR/FUGRO обеспечивает VBS-коррекциями Северную Америку с использованием только 10 станций.

Во втором подход, получившим название Wide Area Differential (WAD), по
двухчастотным наблюдениям сети референцных станций вычисляются параметры
моделей каждого источника погрешностей в отдельности. Обычно это – уходы
спутниковых часов, эфемериды и ионосферная задержка. Параметры, описывающие
поведение этих погрешностей, передаются потребителям в зоне обслуживания сети
(GPS/GNSS-подсистемы).

У потребителей вектор параметров коррекций преобразуется в
вектор коррекций наблюдений для каждого спутника в отдельности с учетом текущего
местоположения. В широком смысле этот метод также можно отнести к классу VRSметодов.

Метод положен в основу подсистем WAAS, EGNOS и др. Он значительно
сложнее MRD-метода и требует адекватного количества референцных станций для его
реализации. Считается, что WAD-метод потенциально обладает бóльшими
возможностями по ряду характеристик по сравнению с методом MRD, Хотя, как
показывает практика, оба метода в эквивалентных условиях дают практически
одинаковые результаты.

В современных коммерческих двухчастотных сетевых системах
(High Performance (HP) OmniSTAR/FUGRO и StarFire NavCom Technologies/John
Deere) высокой (дециметровой и сантиметровой) точности с использованием фазовых
наблюдений применяют комбинированные методы.

Технологии HP, в статическом и кинематическом режимах съемки, по заявлениям
OmniSTAR, имеет точность ~10 см (95%) по плановым координатам и ~20 см (95%) по
вертикали в реальном времени при зонах покрытия разреженных сетей станций на
удалениях от референцных станций до 1000 км.
Принципиальные отличия и необычные возможности таких технологий и систем по
отношению к традиционным DGPS-технологиям обусловлены следующим:
-применением сетевого принципа совместной обработки наблюдений сети
референцных двухчастотных GPS станций, что позволяет оценить эфемеридные,
ионосферные, тропосферные и частотно-временные погрешности;
-использованием фазовых наблюдений позволяеющих достичь на один-два порядка
более высокие точности, чем при кодовом DGPS-методе; компании OmniSTAR удалось
решить задачу разрешения неоднозначности фазовых наблюдений на измерительных
базах до 1000 км в реальном времени;
- применением двухчастотных приемников у потребителей, что исключает наиболее
значимую и изменчивую ионосферную составляющую погрешностей наблюдений.
Необходимо также отметить, что сеть двухчастотных референцных станций
OmniSTAR позволяет генерировать информацию о точных спутниковых орбитах и
уходах спутниковых часов. Выполняя коррекции наблюдений за влиянием твердых и
океанических приливов, движением полюсов, можно, в принципе, определять точные
координаты в любой точке земной поверхности даже вне зоны действия базовых станций.

Такому режиму работы присвоено условное название XP. Комбинированное
использование технологий XP и HP, увеличивает надежность точного определения
местоположения. Вне зоны действия HP обеспечивается только XP-решение. При этом
также заявляется дециметровая точность определений.

Наиболее характерные результаты тестирования технологий HP представлены в
работах [6-10]. В [6] представлены погрешности (в плане и по вертикали) координатных
определений движущегося морского катера в ходе тестирования с использованием
стандартного режима RTK в качестве эталона.

Результаты тестирования режима HP 19 июля 2001 г. в Мексиканском заливе показали достижение дециметровой точности местоопределения в кинематическом режиме (скорость движения объекта – 10 узлов) на удалении от базовых станций от 400 до 1000 км; эталонная траектория объекта получена с сантиметровой точностью в стандартном режиме RTK с использованием отдельной референцной станции на удалениях от объекта 10 – 35 км. Результаты из публикаций [2, 3] описывают многосуточные тесты в ходе статической и динамической ре-инициализации.

Из результатов, полученных в [6-8], следует, что в приемлемых для измерений условий
радиовидимости наблюдаемый период сходимости при инициализации составляет ~30
мин для оценки с заявленной точностью широты и высоты. Оценка долготы с заявленной точностью из-за особенностей конфигурации орбит спутников GPS требует значительно большего времени сходимости – примерно 120 мин.

 

 

Полный текст статьи может быть загружен по ссылке :

http://ans.nau.edu.ua/main/article/01.pdf