СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение…………………………………………………………………….…3
2. Общие сведения
1. Глобальная система позиционирования (GPS)……………………….…….4
2. Глобальная навигационная система(GLONASS)………………………..….6

2.3 Классификация  способов позиционирования…………………...……….....8

2.4 Разности фазовых измерений и обработка данных……………………..…10

2.5 Программный  пакет Pinnacle…………………………………………….….12

3.   Практическая  часть

3.1 Порядок выполнения  работы………………………………………………..14

3.2 Анализ полученных  результатов……………………………………………17

4. Заключение………………………………………………………………….…19

3. Список используемой литературы………………………………..…………20

Приложения

 

1. Приложение 1. Неоднозначности……………………………………………21
2. Приложение 2. Результаты уравнивания сетей…………………………..…22
3. Приложение 3. Координаты точек сети…………………………….…….…23
4. Приложение 4. Длины базовых линий…………………………………..…..24
5. Приложение 5. Среднеквадратические ошибки приращений координат…25
6. Приложение 6. Невязки полигонов…………………………………….….…26

 

1. ВВЕДЕНИЕ 

     Одним из важнейших направлений  совершенствования и развития  спутниковой радионавигации является совместное использование сигналов ГЛОНАСС и GPS. Основные цели этого процесса - повышение точности и надежности (доступности, непрерывности обслуживания и целостности) навигационных определений.

   Наиболее  важными предпосылками, облегчающими совместное использование и интегрирование, служат:

• общность принципов баллистического построения обеих систем (высота орбиты около 20000 км, наклонение орбит порядка 60°, период обращения КА=12 ч и др.);
• общность используемого частотного диапазона, а также общность сигнально-кодовых конструкций, использующих фазовую манипуляцию и псевдослучайные последовательности;
• общность принципов синхронизации и измерения навигационных параметров;
• близость используемых систем координат [7].

     В данной работе представлены результаты исследования влияния дополнительного использования GLONASS на точность измерения длин базовых линий и получения координат пунктов при обработке геодезических сетей. Главной целью работы является ответ на вопрос «имеет ли смысл использовать GLONASS совместно с GPS?». Для решения поставленной задачи были использованы данные наблюдений на геодезической сети и программный пакет Pinnacle для обработки измерений.

 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

    Глобальные системы спутникового  позиционирования предназначены для определения трехмерных координат и скорости различных объектов в любой точке на поверхности Земли, в воздушном околоземном и космическом пространстве. Помимо сведений о местоположении объекта, эти системы обеспечивают пользователя сигналами единой для данной системы высокостабильной шкалы времени (так называемое системное время), привязанной к международным временным шкалам. В настоящее время существует две глобальные системы спутникового позиционирования – GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) [3].  

2.2 ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ (GPS)

  Разработки  концепции начаты в 1973г. запуск спутников  первого блока начат в 1978г. В 1983г. заговорили о гражданском применении. Эксплуатационная готовность объявлена  в начале 1995г [2].

  Орбитальная группировка GPS состоит из 32 навигационных космических аппаратов. Все они находятся на круговых орбитах с периодом обращения вокруг Земли, равным 12 часам. Высота орбиты каждого спутника равна ~ 20000 км [7].

    На каждом спутнике имеется  опорный (эталонный) генератор электромагнитных волн основной или фундаментальной частоты f₀ =10.23 МГц, из колебаний которого формируются сигналы, передаваемые спутником. Эти сигналы, обозначаемые как L1 и L2, излучаются на частотах:

f_L1 =154  f₀ =1575.42 МГц, соответствующая длина волны l_L1 ≈19 см;

f_L2 =120 f₀ =1227.60 МГц, соответствующая длина волны l_L2 ≈24 см.

  Они являются несущими сигналами (частотами) так как служат для переноса к  приемной аппаратуре потребителя дальномерных кодов и навигационных сообщений. Для измерения псевдодальностей в несущую волну встраивают специальные  псевдошумовые последовательности или коды (так называемые PRN-последовательности). Они представляют собой последовательности, состоящие из нулей и единиц, очень похожие на случайные. Изменение определенных характеристик несущей волны по закону PRN-последовательности достигается при помощи одной из разновидностей фазовой модуляции несущего сигнала - фазовой манипуляции. Суть ее заключается в изменении на 180° фазы несущего колебания в момент смены 0 на 1 или 1 на 0 в дальномерном коде.

  В системе GPS существует два вида дальномерных кодов: C/A-code (Coarse Acquisition или Clear Access) – грубый или легко доступный код и P-code (Protected или Precision) – защищенный или точный код. Первый предназначен для открытого доступа всех заинтересованных пользователей, а второй может быть использован только военными. В настоящее время существуют гражданские приемники, использующие для позиционирования и P-code. Для исключения такой возможности в системе GPS может быть включен режим дополнительного шифрования  P-кода AS (Anti Spoofing) при помощи специального Y-кода. Кроме того, для дополнительного загрубления результатов позиционирования при помощи C/A-кода может быть использован режим селективного доступа SA (Selective Availability), который, впрочем, был официально отменен в мае 2000 года указом президента США. Несущий сигнал L1 модулирован C/A и P-кодами, а сигнал L2 только P-кодом. Частоты модулированных C/A и P-кодами сигналов равны 1.023 МГц и          10.23 МГц соответственно. Все спутники GPS излучают сигналы на одних и тех же несущих частотах, но каждый спутник имеет индивидуальный  C/A и P-код[3].

  В рамках десятилетней программы модернизации GPS планируется запуск нового спутника, транслирующего сигнал на частоте L5. Появление этого сигнала расширит возможности гражданского позиционирования. Новый сигнал будет передаваться на частоте 1176,45 МГц. Частота L5 будет широкополосной, с уменьшенной радиочастотной интерференцией и сниженными ионосферными задержками. Полностью обновление системы (транслирование сигнала L5 всеми спутниками созвездия) планируется к 2014г.[8] 
 
 

 

2.2 ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ  СИСТЕМА (GLONASS)

  Развитие GLONASS началось в 1976 году, с целью глобального  охвата навигационными спутниками Земли  к 1991 году. Начиная с 12 октября 1982 года, начались многочисленные запуски ракет, добавляющих спутники к системе. В 1995 году все спутники были выведены на орбиту. Первоначально GLONASS был развит для использования советскими вооруженными силами в планировании системы баллистических ракет и их наведения. С крахом экономики и развалом СССР для системы GLONASS наступил период ухудшения, главным образом, из-за относительно короткой «жизни» спутников GLONASS. Начиная с 2001 года, Россия стала работать над восстановлением системы. Планируется, что уровень работы GLONASS будет соответствовать американской Глобальной Системе Навигации к 2011 году[5]. На данном этапе развития система GLONASS  имеет 20 постоянно действующих спутников.     

  В системе GLONASS в качестве радионавигационной опорной станции используются навигационные  космические аппараты (НКА), вращающиеся  по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км Период обращения спутника вокруг Земли равен, в среднем, 11 часов 45 минут[7].

  Формирование  несущих сигналов, дальномерных кодов  и навигационного сообщения проводится, в общем, аналогично системе GPS, но с некоторыми существенными отличиями. Частота, вырабатываемая опорным генератором каждого спутника равна   f₀ = 5.11 МГц. Другим важным отличием GLONASS -а от системы GPS является иной принцип формирования фазоманипулированного спутникового радиосигнала. Вместо двух, фиксированных для всех спутников системы, частот L1, L2 каждый спутник GLONASS излучает свой (индивидуальный) набор частот L1, L2, определяемый выражениями: 

f_L1 = f₀₁ + kD f₁,        f_L2 = f₀₂ + kD f₂ ,

f₀₁ = 1602 МГц,                f₀₂ = 1246 МГц,

D f₁ = 0.5625 МГц,               D f₁ = 0.4375 МГц, 

где  k=1, 2, … , 24 – номер частотного канала (литер), соответствующий определенному спутнику. Спутники, находящиеся в противоположных полушариях имеют одинаковые номера. Для того, чтобы не мешать радиоастрономическим наблюдениям ряд литер запрещен для использования. Несущие частоты каждого спутника находятся в соотношении f_L1 / f_L2 =9/7 и имеют длины волн l₀₁ =18.7 см и l₀₂ =24.1 см соответственно. По аналогии с системой GPS сигналы GLONASS модулированы PRN-последовательностями, образующими СТ- (стандартной точности, гражданский) и ВТ- (высокой точности, военный) сигналы. Несущие частоты всех спутников ГЛОНАСС модулированы одинаковыми кодовыми последовательностями. Полоса частот L1 модулирована СТ- и ВТ-сигналами, а полоса L2 только ВТ-сигналом. В отличие от GPS, в ГЛОНАСС отсутствует режим искусственного загрубления СТ-сигнала[3]. 
 

 

2.3 КЛАССИФИКАЦИЯ  СПОСОБОВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ 

  Условно все способы позиционирования при  помощи глобальных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС можно разделить на[3]: 

 

  Дифференциальное  позиционирование – способ определения  координат спутникового приемника  путем их уточнения по данным, получаемым с другого приемника, установленного на станции с известными координатами.

  Под относительными следует понимать те способы, когда по измерениям можно вычислить лишь приращения координат – пространственные базовые векторы, соединяющие пункты наблюдений; под абсолютными – те, в которых по измеренным величинам можно вычислить полные значения геоцентрических координат[2].

  Точность  абсолютного позиционирования может  быть повышена на один – два порядка  за счет использования фазовых псевдодальностей и увеличения сеанса наблюдений на определяемом пункте. В этом случае используется так называемый режим постобработки, т.е. совместная обработка достаточно большого объема информации при помощи персонального компьютера и специальных пакетов программ.

  Статическое позиционирование позволяет передавать координаты от пункта с известными координатами к определяемым точкам путем вычисления базовой линии или базового вектора, состоящего из разностей координат между этими пунктами. В данном способе основные псевдодальномерные измерения выполняются фазовым методом, что позволяет путем формирования их разностей исключить влияние несинхронности хода часов спутника и приемника, значительно ослабить влияние других источников искажений, а так же в большинстве случаев успешно выполнить процедуру разрешения неоднозначности фазовых измерений. Статика требует одновременного выполнения измерений по одному и тому же созвездию спутников в двух пунктах – базовой станции и определяемой точке. Накопление информации производится в течение 8-120 минут и более в зависимости от количества наблюдаемых спутников и длины базовой линии. Такое время наблюдений позволяет получать приращения координат  с максимальной точностью.  Измеряемые линии между пунктами могут образовывать построение в виде хода  (подобно  теодолитному или полигонометрическому ходу) или сети.  Это позволит в процессе постобработки произвести уравнивание измерений. Точность вычисления компонент базовой линии (приращений координат между базовой и определяемой точкой) зависит от многих факторов – состояния внешней среды, наличия препятствий для прохождения спутникового сигнала, количества наблюдаемых спутников, длительности сеанса измерений на пункте и т.д.[3].