Статьи

ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ГНСС КОМПАНИИ JAVAD GNSS  23.12.2014 05:02

   Использование в народном хозяйстве GNSS технологий в 21 веке стало вполне обыденным явлением. Геодезия как отрасль науки и прикладных дисциплин не стала исключением.

   В связи с повсеместным распространением двух и более системных приемников у геодезистов возник ряд вопросов об эффективности работы той или иной навигационной спутниковой системы.

   В данном материале будет произведен анализ работы, так называемого, автономного ГЛОНАСС.

   Вследствие малого наклона плоскостей орбит (53-55°) спутников системы GPS по сравнению с наклоном плоскостей орбит (64-65°) спутников системы ГЛОНАСС  над плоскостью экватора при работе в полярных и приполярных районах Российской Федерации возникают трудности с инициализацией приемников [1]. Кроме того МО РФ в местах дислокации объектов ПВО, РВСН, ВВС «заглушает» несущие частоты GPS.

   В таких условиях единственно возможным является использование ГЛОНАСС как основной спутниковой системы для производства работ. У многих производителей GNSS приемников GPS система является основной, а ГЛОНАСС уточняющей системой, необходимой для корректировки позиции приемника. Инициализация приемника по ГЛОНАСС в таком случае либо невозможна, либо затруднительна.

   На сегодняшний день группировка КНС ГЛОНАСС полностью развернута (в системе задействовано 28 космических аппаратов, 24 из которых используются по целевому назначению) [1]. Основная отличительная особенность ГЛОНАСС от спутниковой группировки NAVSTAR (GPS) – это передача непрерывных навигационных сигналов каждым спутниковым аппаратом на собственной несущей частоте в поддиапазонах L1 и L2 (1600 и 1250 МГц). Поэтому приёмная аппаратура ГЛОНАСС должна различать сигналы отдельных спутников в общем входящем сигнале от всех видимых спутников посредством назначения различных частот каналам слежения [2]. Кроме того, в ГНСС-приёмнике должен быть предусмотрен алгоритм, позволяющий уменьшать задержку сигнала в электрических цепях приёмника, которая зависит от частоты сигнала, передаваемого спутником, т.к. каждый спутник ГЛОНАСС вносит свою, отличную от других, задержку сигнала внутри приемника.

   Одна из немногих компаний-производителей, которая официально заявила о поддержке автономного ГЛОНАСС -  Javad GNSS. В спутниковых приёмниках применена методика калибровки задержек (межканальных сдвигов), возникающих в аппаратной части приёмника в режиме реального времени.

   Специалистами нашей компании были проведены сравнительные тесты точностных характеристик приемника «Triumph-2» при работе с двумя системами, при работе только с GPS и при работе только с ГЛОНАСС (автономный ГЛОНАСС). Тесты проводились на линейном метрологическом базисе в режимах работы статика и кинематика в реальном времени (RTK). Измерения производились в разное время суток и с различными интервалами записи (схема проведения эксперимента приведена на рис. 1).

Рис. 1 Схема проведения сравнительных тестов характеристик приёмника «Triumph-2»

   Перед началом полевых тестов была произведена калибровка метрологического базиса для приведения координат измерительных пилонов в единую систему с удаленной базовой станцией и последующим расчетом погрешностей измерений на пилонах. В качестве эталона были приняты значения в местной системе координат (МСК-66). Калибровочные значения координат и высот пилонов базиса были приняты за исходные данные (здесь и далее эталонные координаты и высоты).

   Полевые тесты были разбиты на два этапа. На первом этапе производились измерения на небольших расстояниях с последующим увеличением длины базовой линии. Необходимо было выяснить линейную зависимость приращения координат при использовании GPS и ГЛОНАСС вместе и по отдельности.  Привязка осуществлялась по нулевому (опорному) пилону метрологического базиса, на котором была установлена базовая станция, и передающая аппаратура для кинематики в реальном времени (рис. 2). Во время наблюдений измерялось расстояние между определяемыми пилонами метрологического базиса, записывалось время инициализации на каждом из пилонов и среднее количество наблюдаемых спутников. Перед каждым сеансом измерений проводился программный сброс альманаха спутников, поэтому интервал между сеансами измерений составлял не менее 5 минут. Измерения производились последовательно в режиме статики и кинематики в реальном времени.

Рис. 2  Базовая станция с передающей аппаратурой для кинематики в реальном времени

Значения погрешности приращений координат в плане рассчитывались по формуле (1):

где ,  – погрешности приращений координат по оси X и Y,    – погрешности приращений координат в плане для определённого сеанса измерений.

Значения погрешностей приращений координат по высоте рассчитывались по формуле (2):

где , – эталонное и полученное значения высот в данном сеансе измерений,    – приращение по высоте.

Исходя из формул (1) и (2), значения погрешностей как в плане, так и по высоте – положительные числа. Допуски для значений абсолютной погрешности вычислялись по формуле (3):

где  – средняя квадратическая погрешность измерения приращений координат и расстояния,  – допуск в плане или по высоте для конкретной длины базовой линии (D). Постоянные a, b – указываются в документации на конкретный вид аппаратуры [3].

   Для приёмника «Triumph-2»  производителем заявлены следующие данные для режима реального времени [4]:

в плане: a = 0.010м, b = 1

по высоте: a = 0.015м, b = 1  

Результаты теста в режиме RTK представлены в таблицах 1.1-1.3.

Таблица 1.1 – Результаты теста автономного ГЛОНАСС в режиме RTK

Таблица 1.2 - Результаты теста автономного GPS в режиме RTK

Таблица 1.3 – Результаты теста GPS и ГЛОНАСС в режиме RTK

   На втором этапе теста измерения производились  от постоянно действующей базовой станции находящейся на значительном удалении от места производства работ (рис. 3). Методика проведения работ аналогична первому этапу, время измерения в режиме статики рассчитывалось по формуле (4):

где  – общее количество времени необходимое для записи файла в приемник для конкретной длины базовой линии,  - минимальное время записи файла в приемник, рассчитанное согласно количеству частот и использованных систем в приемнике,  – временной коэффициент, зависящий от частотной и системной конфигурации приемника,   – длина базовой линии для конкретного измерения [1].

Рис. 3  Антенна постоянно-действующей базовой станции

   В режиме кинематики в реальном времени временная величина была искусственно ограничена количеством приходящих с базовой станции эпох (30 эпох на одно измерение). Результаты теста по второму этапу  представлены в таблицах 2.1-2.3.

Таблица 2.1 – Результаты теста автономного ГЛОНАСС в режиме RTK

Таблица 2.2 - Результаты теста автономного GPS в режиме RTK

Таблица 2.3 – Результаты теста GPS и ГЛОНАСС в режиме RTK

   Погрешности координат в режиме статики не показали существенных отличий от эталонных значений и не представлены в данной статье. Отметим только то, что средние значения составили 1-3см.

   Из результатов теста видно, что при всех типах измерений среднее значение СКО в плане и высоте находится в пределах сантиметровой точности и удовлетворяет требованиям, установленным для обеспечения пригодности геодезической спутниковой аппаратуры [4].

Рис. 4 Приёмник «Triumph-2» установлен на пилоне № 11

   Можно сделать вывод, что значения невязок, полученные с использованием как автономного ГЛОНАСС, так и с использованием двух систем, отличаются друг от друга незначительно,  а увеличение длины базовой линии (в пределах 20 км) практически не влияет на результат. Единственное, что существенно влияет на производительность работ, это достаточно долгое время инициализации на пикете при использовании автономного ГЛОНАСС. Но если условия производства работ таковы, что работа GPS системы невозможна или затруднительна, то автономный ГЛОНАСС может стать реальным выходом из ситуации.

Авторы:  Максименко В.В., Любич М.О., Рычков Д.В. («УГТ-Холдинг», Екатеринбург).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. http://www.glonass-center.ru/ - 2014.

2. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Том 1. – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. 3.      МИКГ 43-05 Спутниковая геодезическая аппаратура. Методы и средства поверки. – М.: ФГУП «ЦНИИГАиК», 2005.  

4. TRIUMPH-2 cпецификация. – M: Javad GNSS, http://www.javad.com/downloads/javadgnss/sheets/TRIUMPH-2_Datasheet.pdf, ревизия 1.3 от 14.08.2014.