Обработка данных в сети референсных станций для режима реального времени состоит из трех основных шагов. На первом этапе обработки производится фиксация фазовых неоднозначностей в сети референцных станций. Только наблюдение с установленными неоднозначности могут использоваться для точного моделирования разниц координат, зависящих от расстояний. Сравнительно большие расстояния между референцными станциями (50 ... 100 + км) и требование установления неоднозначностей в реальном времени (доли сек) делают данный шаг обработки серьезным испытанием для сети RTK. Это сетевое решение неоднозначностей довольно существенно отличается от известного решения неоднозначностей при статических наблюдениях, поскольку координаты станции заранее должны быть точно известны. При этом должна использоваться также вся априорная информация, способная уменьшить погрешности наблюдений: ультрабыстрые прогнозируемые ефемериды спутников от IGS, ионосферные и тропосферные поправки, основанные на недавних результатах обработки сети, корректировки фазы несущей волны через множество путей прохождения сигналов путем оценки предыдущих сетевых данных, исправления фазового центра антенны через ее калибровку и т.д.
На втором шаге обработки определяются и оцениваются коэффициенты модели поправок, которые зависят от расстояния между референцными станциями и приемником пользователя, а на третьем вычисляется оптимальный набор референцных наблюдений (виртуальная референцная станция), основанный на моделях поправок, которые передаются на участок передвижного приемника. В вычислительном центре сети можно выполнять и больше шагов обработки в зависимости от выбранных возможностей программного обеспечения.
Из приведенного отметим, что главным при обработке данных наблюдений является развязки сетевых фазовых неоднозначностей в режиме реального времени при известных координатах референсных станций. При этом для правильного функционирования сети активных референсных станций необходимо знать их координаты настолько точно, насколько это возможно. Другим важным критерием, определяющим дееспособность сети, есть однозначное определение фазовых центров антенн в процессе обработки. Оно может выполняться либо по результатам специальной индивидуальной калибровки GNSS-антенн, или по данным калибровки на тестовых полигонах конкретных моделей антенн и их дальнейшего использования для тех же моделей «своих» антенн.
Важным вопросом при определении координат референцных станций стал выбор системы отсчета, т.е. референсной системы. Исходя из обязательного критерия - разницы принятых координат референцной станции и «измеренных» или навигационные ее координаты в некоторый момент времени должны быть небольшими (до 10 м), то понятно, что использование национальных систем отсчета координат является не приемлемым. Для этого мы воспользовались опытом европейских стран, подкомиссии Международной Ассоциации Геодезии (IAG) для Европейской референцной системы (EUREF) и такой структуры как EUPOS (European Position Determination System) - Европейская инициативная оргацизация по развитию активных сетей референцных станций в Центральной и Восточной Европе. Так еще в 1990 г. была принята резолюция EUREF об установлении для территории Европы такой земной референцной системы, которая бы совпадала с Международной референцной системой ITRS, а скорость движения устойчивой части евразийской плиты зафиксировать на эпоху 1989.0 и считать ее неизменной. Такую систему назвали Европейской земной референцной системы 1989 (ETRS89). В 2003 г. Европейская Комиссия приняла ETRS89 как обязательно референцных систему для всех прикладных применений в Европе. Ассоциация EuroGeographics, представляющая топографо-картографические и кадастровые агентства большинстве европейских сторон, также рекомендует проводить разработку основных проектов, связанных с инфраструктурой пространственных данных, на основе ETRS89. Эта система считается основной и в рекомендациях EUPOS.
Референсной системы ETRS89 поддерживается EUREF через сеть перманентных GNSS референсных станций (EPN), координаты которых регулярно определяются в ETRS89 и представляют собой ее реализацию первого уровня в континентальном плане. На национальном уровне ETRS89 реализуется пошаговым сгущением и усовершенствованием «оригинала» референсной системы EUREF, через существующие станции EPN.
Подобно международной земной референсной системе ITRS, ETRS89 развивается стадиями, а каждая стадия развития представляется соответствующей реализацией. Самая последняя реализация всегда есть более совершенная за предыдущую. Для референсной системы ITRS такой последней реализацией является ITRF2005 с эпохой 2000.0, а ETRS89 соответствии ETRF2000 и эпохой 2000.0. Надежность координат сети EPN зависит от общей продолжительности наблюдений и возможности использования других космических методов наблюдений.
Координаты EPN-станций доступны в двух референсных системах - ITRS и ETRS89. В зависимости от длительности наблюдений и обработки для станций сети EPN можно выделить три типа координат:
(А) еженедельные координаты вычислены путем комбинирования локальных решений из отдельных частей сети EPN,
(Б) сетевые координаты и скорости их изменения, вычисленные в рамках проекта EPN "Time series monitoring",
(В) официальные координаты и скорости, издаваемых Международной службой вращения Земли и референцных систем - IERS по результатам комбинирования многолетних координатных решений,полученных несколькими космическими геодезическими методами.
Как показали наши исследования, координаты (А) не вполне подходят для определения референцной системы, а могут быть использованы лишь для грубого координатного контроля. Координаты (Б) являются более точными решениями относительно станций EPN. Они являются пригодными для использования в том случае, когда перманентная станция работает уже много лет, но еще не включена в список IERS. Важно, чтобы координаты станции были заданы минимум в двух последних последовательных ITRF решениях. Даже если станция имеет период наблюдения 1.5-2 года, то ее координаты уже эквивалентны ITRF решениям, однако скорость их изменения требует более длительного временного ряда. (скорость нуждается в более длинном наблюдении набора). Координаты (В) - официальные координаты / скорости станций EPN, выдаваемые IERS.
Рекомендации европейских организаций сводятся к следующему. Если на расстоянии до 300 км от референсных станций является перманентные станции EPN с официальными координатами / скоростями (В), то их следует использовать в первую очередь для привязкы к земной референсной системе ITRS/ETRS89. При отсутствии таких станций нужно использовать станции типа (Б). Таких станций, как правило, достаточное количество, особенно возле Закарпатья. Координаты типа (А) можно использовать только в том случае, когда полностью отсутствуют типы (В) и (Б). Можно также заметить, что выбор исходных станций не должен быть механическим. Нужно проанализировать координаты и скорости на предмет их непредсказуемого изменения (особенность расположения, замена оборудования на станции, длительные перерывы в работе и т.п.).
Координаты референсных станций должны определяться согласно рекомендациям Технической рабочей группы EUREF и основ IGS (International GNSS Service). Эти рекомендации устанавливают порядок определения координат и направлены на то, чтобы координаты референсных станций были связанные исключительно с референсной системой, поддерживаемой через EPN и должны представлять национальную ETRS89 реализацию.
Основные рекомендации по определению координат референсных станций сводятся к следующему:
- для обработки наблюдений надо использовать высокоточное GNSS программное обеспечение типа Bernese, GAMIT, GIPSY-OASIS, Geodyn, Geonap, Trimble Total Control и т.п.;
- выбирать станции EPN таким образом, что бы они охватывали участок сети референсных станций со всех сторон;
- проводить наблюдательную кампанию не менее 3-4 недель, используя станции EPN;
- при обработке данных наблюдений генерировать свободное решение сети станций;определить изменения фазового центра антенны необходимо по результатам индивидуальной калибровки, если такие данные есть. В случае их отсутствия следует использовать IGS-модельные значения калибровки антенны определенного типа;
- получают регуляризованное решение путем установления координат исходной / исходящих станций EPN;
- трансформируют результаты уравнивания в ITRF2005/ETRF2000 на эпоху 2000.0.
Используя данные рекомендации в течение определенного периода наблюдений можно достичь точности координат референсных станций на уровне 1 мм в плане и 3 мм в высоте по сравнению с фактической EPN реализацией.
Следовательно, главной задачей для новой сети активных референсных станций ZAKPOS стало высокоточное определение пространственных координат всех установленных GNSS-антенн с включением их в украинскую сеть перманентных станций.
Сеть референсных станций ZAKPOS в Закарпатской обл. состоит из 5 GNSS станций, таких как: Рахов (RAKH), Межгорье (MIZG), Хуст (KHST), Мукачево (MUKA), Великий Березный (VBER). Схематически сеть ZAKPOS представлена на рис.1, (приблизительные расстояния между станциями, входящими в сеть приведены в км).
В таблице приведены характеристики оборудования референсных станций сети ZAKPOS (типы приемников и антенн, высота антенн).
Регулярные GNSS наблюдения на референсных станциях сети ZAKPOS начались 4 февраля 2009 г. (35 GPS день и 1517 GPS-неделю). Всего в обработку было включено 10 недель непрерывных наблюдений - от 1517 до 1526 GPS-недели. Продолжительность суточных наблюдений составляла 24h, а интервал между эпохами - 1-5s. Для дальнейшей обработки привлекались соответствующие данные из украинских перманентных станций EPN UZHL (Ужгород) и SULP (Львов). Отметим, что координаты станции UZHL относятся к типу (В), т.е. имеют официальный статус, а координаты станции SULP к типу (Б).
Обработка данных GNSS наблюдений выполнялась по использованию программного обеспечения Trimble Total Control версии 2.73 в режиме Double Difference, согласно конвенциям IERS и IGS для геофизических моделей и параметров. К особенностям процесса обработки можно также отнести использование:
Калибровочной модели антенн IGS высоты и азимута спутников (обновленная 5.03.2009 г.);
Глобальных параметров орбит, часов спутников, вращения Земли из финальных решений IGS;
Линейных комбинаций (L3) двойных разностей фаз "ionosphere-free";
Тропосферных коррекций путем определения для каждой станции зенитных задержек "Dry-Niell" для двухчасовых интервалов;
Ионосферних ежедневных карт TEC (IONEX-файлы);
Официальных координат перманентной станции UZHL (Ужгород) в референсной системе ITRF2005 в эпоху наблюдений (середина текущей недели).
Схема сети, которая подлежала обработке, приведенная на рис. Координаты станции UZHL использовались для образования регуляризованого решения (фиксировались на соответствующую эпоху наблюдений), а координаты станции SULP - как контрольные для независимого оценивания.
В недельном решении принимали участие 7 станций наблюдений, которые образовывали около 150 векторов. Сначала сеть уравнивалась как свободная, оценивалось качество обработки и уравнивания, а потом уже фиксировались координаты станции UZHL.
В таблице приведены статистические характеристики точности вычисления координат станций за весь период наблюдений.
Сравнительные данные вычисленных нами координат перманентной станции SULP с ее координатами типа (Б) из проекта EPN "Time series monitoring" приведены в следующей таблице.
Полученные характеристики точности вычисленных координат референсных станций ZAKPOS указывают на их высокое качество и полную пригодность для использования при RTK-режиме.