Спутниковые системы

Для объекта работ или его части, где препятствия прохождению радиосигналов, передаваемых спутниками, отсутствуют, прогнозирование выполняют сразу для всех пунктов и снимаемых участков объекта.

В случае, если на объекте работ препятствия имеются, прогнозирование должно быть выполнено с учётом этого обстоятельства. Оно должно быть осуществлено в отдельности для каждого пункта, если выполняют подготовку к производству работ по развитию ОГС, или в отдельности для каждого участка съёмки, в пределах  которого  условия  прохождения радиосигналов можно принять одинаковыми, если производят подготовку к выполнению съёмки. При этом используют высоту и азимут объектов, препятствующих прохождению радиосигналов от спутников, определённые в ходе рекогносцировки.

Прогнозирование спутникового созвездия выполняют на ЭВМ с помощью программного пакета, входящего в комплект спутниковой аппаратуры, как описано в прилагаемой эксплуатационной документации.

При прогнозировании для каждого пункта геодезической основы или ОГС или участка съёмки в функции времени суток получают график числа доступных для наблюдения спутников и график значений PDOP (GDOP), на каждую дату предстоящих работ. Данная информация выводится на дисплей ЭВМ или может быть напечатана как в графической форме, так и в форме таблиц. Кроме того, может быть составлена диаграмма видимых положений спутников на небесной сфере в некоторый задаваемый интервал времени.

По полученным графикам и таблицам находят периоды, оптимальные для наблюдения спутников на пунктах геодезической основы или ОГС или участках съёмки, которые используются для планирования сеансов наблюдений.

 

1.2.4.  Источники ошибок.

 

На точность определения координат существенное влияние оказывают ошибки, возникающие при выполнении процедуры измерений. Природа этих ошибок различна.

• Неточное определение времени. При всей точности временных эталонов ИСЗ существует некоторая погрешность шкалы времени аппаратуры спутника. Она приводит к возникновению систематической ошибки определения координат около 0.6 м.
• Ошибки вычисления орбит. Появляются вследствие неточностей прогноза и расчета эфемерид спутников, выполняемых в аппаратуре приемника. Эта погрешность также носит систематический характер и приводит к ошибке измерения координат около 0.6 м.
• Инструментальная ошибка приемника. Обусловлена, прежде всего, наличием шумов в электронном тракте приемника. Отношение сигнал/шум приемника определяет точность процедуры сравнения принятого от ИСЗ и опорного сигналов, т.е. погрешность вычисления псевдодальности. Наличие данной погрешности приводит к возникновению координатной ошибки порядка 1.2 м.

• Многопутность распространения сигнала. Появляется в результате вторичных отражений сигнала спутника от крупных препятствий, расположенных в непосредственной близости от приемника. При этом возникает явление интерференции, и измеренное расстояние оказывается больше действительного. Аналитически данную погрешность оценить достаточно трудно, а наилучшим способом борьбы с нею считается рациональное размещение антенны приемника относительно препятствий. В результате воздействия этого фактора ошибка определения псевдодальности может увеличиться на 2.0 м.
• Ионосферные задержки сигнала. Ионосфера – это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50 – 500 километров, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала. Для компенсации возникающей при этом ошибки определения псевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1 и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотных измерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка. Кроме того, для частичной компенсации этой погрешности может быть использована модель коррекции, которая аналитически рассчитывается с использованием информации, содержащейся в навигационном сообщении. При этом величина остаточной немоделируемой ионосферной задержки может вызывать погрешность определения псевдодальности около 10 м.

 

рис. 9 Свой негативный вклад, приводящий к ошибкам в измерении  дальности, вносят ионосфера и тропосфера Земли

Тропосферные задержки сигнала. Тропосфера – самый нижний от земной поверхности слой атмосферы (до высоты 8 – 13 километров). Она также обуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Величина задержки зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом. Компенсация тропосферных задержек производится путем расчета математической модели этого слоя атмосферы. Необходимые для этого коэффициенты содержатся в навигационном сообщении. Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения псевдодальностей в 1 м.

• Геометрическое расположение спутников. При вычислении суммарной ошибки необходимо еще учесть взаимное положение потребителя и спутников рабочего созвездия. Для этого вводится специальный коэффициент геометрического ухудшения точности PDOP (Position Dilution Of Precision), на который необходимо умножить все перечисленные выше ошибки, чтобы получить результирующую ошибку. Величина коэффициента PDOP зависит от взаимного расположения спутников и приемника. Она обратно пропорциональна объему фигуры, которая будет образована, если провести единичные векторы от приемника к спутникам. Большое значение PDOP говорит о неудачном расположении ИСЗ и большой величине ошибки. Типичное среднее значение PDOP колеблется от 4 до 6.

К факторам, влияющим на прохождение радиосигнала,  относятся  механические  препятствия,  отражающие объекты, радиопомехи.

Препятствия, такие как здания и сооружения, густая растительность и крупные предметы, при их нахождении на прямой, соединяющей спутник и приёмник (независимо  от продолжительности нахождения), исключают возможность наблюдения этого спутника. Линии электропередач, провода и кабели диаметром до 2 - 3 см. не являются препятствиями для прохождения радиосигнала.

Объекты, отражающие радиосигнал, находящиеся вблизи приёмника (на расстояниях менее 50 м.), в большей или меньшей степени, в зависимости от расстояния и площади поверхности объекта, создают эффект многопутности, понижающий точность спутниковых определений. К таким объектам относятся искусственные сооружения и крупные предметы, особенно металлические. Во избежание появления эффекта многопутности в процессе работ необходимо следить, чтобы точки ОГС не попадали в зоны, близкие к крупным металлическим объектам (опорам высоковольтных линий электропередач, нефтеналивным бакам и т. п.). Влияние многопутности на точность спутниковых определений обычно незначительно для точностей, реализуемых при развитии ОГС и съёмке ситуации и рельефа, и, таким образом, не исключает возможности проведения этих работ.

Радиопомехи, создаваемые источниками радиосигналов (мощными радиостанциями), находящимися на расстоянии менее 1 километра от приёмника, а также подвесными высоковольтными линиями электропередач, находящимися на расстоянии менее 50 м от приёмника, понижают точность спутниковых определений. Необходимо избегать размещения спутниковых приёмников вблизи этих объектов

При выполнении спутниковых определений не рекомендуется наблюдать спутники, возвышение которых над горизонтом составляет менее 15°, т.к. в противном случае полученные данные будут значительно искажаться влиянием атмосферной рефракции.

 

1.3. Основные технические требования, предъявляемые к приёмникам, используемым для развития ОГС и съёмки ситуации и рельефа

 

Приёмники, предназначаемые для производства работ по развитию ОГС и съёмке ситуации и рельефа, должны быть сертифицированы для геодезического применения в Российской Федерации и иметь свидетельства о поверке. Поверку необходимо выполнять ежегодно перед выездом на полевые работы. Ответственными за проведение сертификации и получение свидетельства о поверке являются метрологические службы предприятий и организаций, выполняющих съёмочные работы.

Приёмники должны соответствовать следующим техническим требованиям:

1)   Должно иметься не менее 6 каналов приёма радиосигналов.

2) Должна быть обеспечена возможность измерения фазы несущего радиосигнала.

3) Встроенное    программное    обеспечение должно поддерживать  необходимые для работы методы  спутниковых определений.

4)  Во время наблюдения спутников  должна обеспечиваться возможность получения и вывода на дисплей следующей основной информации:

- числа наблюдаемых спутников;

- числа эпох наблюдений;

- значения фактора PDOP (или GDOP);

- сообщения о потере связи.

5) Должна быть обеспечена возможность ввода, хранения и вывода в ЭВМ семантической информации.

6) В комплект приёмника должен  входить программный пакет для ЭВМ, обеспечивающий вычислительную обработку,

7) Входящий в комплект приёмника  программный пакет для ЭВМ должен обеспечивать прогнозирование спутникового созвездия.

 

1.3.1. Порядок проверки готовности аппаратуры и исполнителей к проведению работ на объекте

 

Перед выездом на пункты наблюдений необходимо проверить комплектность каждой станции, работоспособность отдельных компонентов. Механические узлы станций должны работать исправно, устройства принудительного центрирования не должны иметь механических дефектов, ведущих к срыву наблюдений. Загрузочный тест блока управления должен проходить без сбоев. Регистрирующие устройства (карточки памяти, полевые компьютеры)

должны иметь достаточный объем памяти для регистрации наблюдений требуемой продолжительности. Аккумуляторы должны быть в исправном состоянии и подготовлены к проведению наблюдений требуемой продолжительности с учетом температуры окружающей среды.

Создаются (формируются) и записываются в память блока управления единые для всех станций рабочие установки (параметры наблюдений):

- режим наблюдений;

- маска по углу возвышения;

- параметры сбора данных;

- частота регистрации данных.

 К производству полевых работ, как правило, допускаются лица, прошедшие курс обучения работе с приёмниками того типа, который предполагается применять для спутниковых определений.

Перед выездом на полевые работы с целью освоения технологии и обеспечения надёжности проведения работ рекомендуется выполнять пробные спутниковые определения в следующих случаях:

1) если приёмник данного типа  или метод спутниковых определений  используется исполнителем работ впервые;

2) если техническим проектом предусмотрено выполнение спутниковых определений при таких расстояниях между базовой и подвижной станциями, которые ранее не реализовывались спутниковой аппаратурой данного типа или данным исполнителем;

3) если приёмник данного типа  применяется впервые при данном характере местности или если исполнитель впервые производит спутниковые наблюдения в окружении препятствий, характерных для данной местности;

4) если приёмник данного типа  применяется впервые или если  исполнитель впервые производит спутниковые наблюдения в реализуемой по техническому проекту организационной структуре.

Пробные спутниковые определения необходимо выполнять теми же методам и, по возможности, в тех же условиях, что и на предполагаемом объекте работ.

По окончании пробных спутниковых определений составляется акт о готовности аппаратуры и исполнителей к производству работ.

 

1.3.2. Общие указания по выполнению спутниковых определений

 

В продолжение приёма необходимо непрерывно наблюдать как базовой, так и подвижной станциями не менее 4 спутников одновременно; при применении динамических методов и особенно кинематического метода, рекомендуется наблюдать не менее чем 5 спутников. Состав спутников в продолжение приёма может меняться.

При выборе значения интервала регистрации необходимо руководствоваться эксплуатационной документацией используемого типа приёмника с учётом применяемого метода спутниковых определений. Значение интервала регистрации должно быть одинаковым для всех приёмников, используемых в сеансе.

Высоту антенны необходимо определять на каждом пункте и пикете. При этом следует руководствоваться эксплуатационной документацией комплекта приёмника. Во избежание ошибок, рекомендуется производить измерения в метрической мере и в дюймах.

При работе со спутниковой аппаратурой необходимо соблюдать следующие правила:

1.  Следить за индицируемым  на дисплее значением свободного объёма запоминающего устройства приёмника и вовремя принимать меры по передаче накопившейся информации в ЭВМ.

2.   Во избежание утраты  данных спутниковых определений, по окончании каждого рабочего дня копировать полученные данные на дискету (PC-карту).

3.  Всегда отражать в полевом  журнале (или его электронном  аналоге) ход выполнения работ: время начала и конца приёма, инициализации, потери связи и т. п.

4.  Не допускать образования  толстого снежного покрова на  поверхности антенны приёмника и её обледенения.

5.  Беречь антенну от попадания  разряда молнии.

6. По окончании рабочего дня  упаковывать комплект спутниковой  аппаратуры в транспортировочные  ящики во избежание механических  повреждений или воздействия метеофакторов.