Лекция 4 - Уравнения наблюдений

ГНСС ТЕХНОЛОГИИ
Проф. К.М. Антонович
Лекция 4.
Основы теории ГНСС наблюдений
Принципы работы СРНС
Разработанные спутниковые методы определения координат
базируются на следующих пяти принципах:
 Местоположение антенны приемника определяется по
расстояниям до спутников (линейная засечка или
трилатерация).
 Расстояния до спутников находится по времени
прохождения сигнала: = с или по фазе  =  (N+).
Однопутный метод измерения расстояний (беззапросная
спутниковая система) допускает одновременное
использование СРНС многими пользователями.
 Точная привязка часов к системам единого времени.
Поправки часов спутников определяются с высокой
точностью (единицы наносекунд). Поправки часов
приемников определяются при обработке наблюдений.
 Положение в пространстве спутник сообщает вместе с
информацией о своих часах. Навигационное сообщение неотъемлемый атрибут СРНС.
 Компенсация погрешностей путем их моделирования или
исключения при использовании свойств коррелированных
ошибок.
Двунаправленный и однонаправленный
способы измерения расстояний
Принципы измерений по дальномерному коду
и по фазе несущей
Уравнение псевдодальности
Уравнение фазы несущей
Компоненты уравнений
псевдодальности и фазы
Шум измерений. Уверенное разрешение измерений
возможно на уровне точности в 1% или меньше от
длины волны. Для двух основных видов GPS измерений
расстояний уровень точности следующий:
 «Шум» псевдодальности: «Длина волны» C/A кода
примерно 300 м, следовательно, разрешение
псевдодальности или шум измерения расстояния равен
3 м. Однако есть тенденция довести разрешение C/A
кода до величины менее метра. «Длина волны» P кода
примерно 30 м, следовательно, шум измерения
расстояния равен 0.3 м.
 «Шум» фазы несущей: Длина волны несущей L1
примерно 0.19 м, что подразумевает миллиметровое
разрешение измерений фазы. Длина волны несущей L2
примерно 0.24 м, что также подразумевает
миллиметровый уровень шума измерений фазы.
Модель геометрической дальности:
Компоненты уравнений
псевдодальности и фазы
 Влияние
атмосферы
раскладывается на
влияние
тропосферы и
ионосферы.
Тропосферная задержка
Ионосферная задержка
Многопутность
Принципы использования уравнений ГНСС
наблюдений
Выводы




По сигналам ГНСС измеряются псевдодальности, имеющие
метровый уровень точности, и фазы несущей, имеющие
миллиметровый уровень точности. Измерения псевдодальности
являются дискретными, измерения фазы - непрерывные.
Входящие в уравнения связи параметры линейно зависимы,
априорные значения параметров имеют низкую точность, их
очень сложно моделировать, они имеют разные виды
зависимости от времени и обладают пространственной и
временной корреляцией.
Фазовые измерения являются неоднозначными. Разрешение
неоднозначности при длине волны в 20 или 24 см, соизмеримой с
точностью определения параметров уравнения наблюдений,
является чрезвычайно трудной задачей, без решения которой
недостижима точность, соответствующая уровню шума
измерений.
Взаимное расположение пунктов наблюдений в процессе
измерений и между ними из-за геодинамических и геофизических
явлений может изменяться на величину, значительно
превышающую точность измерений. В спутниковых методах
должны применяться системы отсчета и системы времени,
соответствующие их потенциальной точности.
 При объединении наблюдений, выполненных по спутникам
разных систем, например, GPS и ГЛОНАСС, возникают
проблемы, связанные с применением в России и США
разных систем отсчета и шкал времени.
 Для обработки высокоточных измерений необходимо
иметь параметры приведения фазовых центров антенн
спутников к их центрам масс, а для приемников – элементы
приведения фазовых центров к опорным точкам на
антеннах.
 Спутниковые определения выполняются в общеземных
системах отсчета, точностные характеристики которых
значительно выше, чем в системах традиционной геодезии.
Высоты в спутниковых методах получают относительно
общего земного эллипсоида, в то время как для
практических целей необходимы нормальные высоты.
Некорректный перевод координат и высот из общеземной
системы в локальную систему координат и высот приводит
к серьёзным ошибкам.