Диссертация (Высокоточное местоопределение в глобальных навигационных спутниковых системах в абсолютном режиме за счет разрешения неоднозначности псевдофазовых измерений), страница 5

Потребитель может находиться в сколь угодноудалѐнных и труднодоступных местах, единственным необходимым условием являетсявозможность доступа к высокоточной ЭВИ и ряду геофизических параметров. При реализациивысокоточного местоопределения в реальном времени в удалѐнных местах для доставкиуказанных необходимых внешних данных может использоваться канал спутниковой связи(например, с геостационарных спутников) или прогнозная высокоточная ЭВИ. При отсутствиивозможностиоперативнойместоопределениедоставкиреализуетсявнеобходимыхрежимевнешнихпостобработки.данныхпотребителюОсновнымнедостаткомвысокоточного местоопределения в абсолютном режиме является долгий период сходимости кточному решению.Рассмотренная классификация не является всеобъемлющей, т.к.

многообразие технологийместоопределения в ГНСС и терминов для их обозначения временами затрудняет однозначноеотнесение того или иного режима к конкретной группе методов. Например, в [12] описан режимместоопределения LADGNSS (Local-Area Differential GNSS), не вошедший ни в один изчетырѐх методов местоопределения, показанных в верхней части рис. 1.1 и рассмотренныхранее. Данный режим широко применяется в аэропортах в системах навигации и посадкилетательных аппаратов.

В [12] системы, использующие данный режим, называются LAAS(Local-Area Augmentation System) и включают в себя несколько опорных станций,расположенных в район взлѐтно-посадочной полосы. При этом используются как кодовыеизмерения, так и неоднозначные псевдофазовые измерения.Ещѐ одним примером режима, не отражѐнного в классификации на рис.

1.1, являетсяодночастотный режим высокоточного местоопределения Darts-SF, разработанный в компанииSeptentrio [13]. Для борьбы с ионосферными искажениями сигнала в нѐм используетсяионосферосвободная кодово-фазовая комбинация одночастотных измерений. При этомнеоднозначности псевдофазовых измерений моделируются динамическими величинами, т.е.

несчитаются константами. Это позволяет оптимизировать оценку систематических ошибок,включающих в себя в том числе ошибки орбит спутников и смещений показанийчасовспутников. Двухчастотный вариант данного алгоритма был реализован и описан ранее [14], атакже рассмотрен в [15] (в [15] также проведено сравнение абсолютных и относительныхметодов местоопределения по состоянию на 2005 год). При этом точность местоопределенияпотребителя снижается с примерно 1 м для двухчастотного режима до 1.5 м в одночастотном21режиме.Однаковозможностьиспользованиязначительным преимуществом данного режима.одночастотногоприѐмникаявляется221.2 Обзор литературы по методам высокоточного местоопределения в абсолютномрежиме1.2.1Постановка задачи высокоточного абсолютного местоопределения в ГНССАнглоязычная аббревиатура высокоточного местоопределения в абсолютном режиме PPP(Precise Point Positioning) известна всообществе ГНСС (Глобальные навигационныеспутниковые системы) довольно давно.

Одно из первых упоминаний данной аббревиатурыотносится к 1997 году и работе [16], в которой авторами лаборатории JPL (Jet PropulsionLaboratory, лаборатория реактивного движения) из NASA (National Aeronautics and SpaceAdministration, Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космическогопространства, США) уже была поставлена задача вычисления ЭВИ высокой точности пораспределѐннойсетистанцийспоследующимеѐиспользованиемдлявычислениявысокоточных координат потребителя, что практически полностью соответствует постановкезадачи высокоточного местоопределения сегодня.

Следует отметить также, что в работе [16]авторами описаны одни из первых в мире опытов по использованию неоднозначныхпсевдофазовых измерений для высокоточного местоопределения в ГНСС в абсолютномрежиме.Ранееиспользованииподавляющеебольшинстводифференциальныхисследователей(разностных)режимовбылисфокусированыместоопределения,анатакжеоднозначных измерений псевдодальности.

Авторы [16] продемонстрировали, что высокоточнаяЭВИ, включающая коррекции показаний часов спутников и спутниковые орбиты (координатыспутников), существенно повышает точность апостериорного местоопределения потребителя вабсолютном режиме. Для суточных файлов навигационных измерений и высокоточной ЭВИ отмеждународной службы IGS (International GPS Service) была достигнута горизонтальнаяточность местоопределения на уровне миллиметров и вертикальная – на уровне сантиметра.Однако сама идея повышения точности местоопределения в ГНСС за счѐт использованияЭВИ повышенной точности вместо ЭВИ, вещаемой с бортов спутников в режиме реальноговремени, появилась значительно раньше. Например, в работе [17] для преодоления деградацииточности дифференциального кодового режима местоопределения с ростом расстояния междустанциями описано использование распределѐнной сети станций (CACS, Canadian ActiveControl System), по которой также вычислялась и ЭВИ повышенной точности.

Использованиеуточнѐнной в режиме постобработки ЭВИ описано также в статье [18], где проводитсясравнение точности местоопределения в абсолютном и дифференциальном режимах прииспользовании измерений псевдодальностей для потребителя с высокой динамикой (самолѐт).Одно из самых ранних упоминаний самого принципа использования уточнѐнной ЭВИ дляместоопределения в абсолютном режиме описано в статье [19] 1976 года, когда ГНСС в мире23отсутствовали. Режим определения абсолютных координат потребителя при использованииуточнѐнной ЭВИ в статье [19] называется point positioning и реализуется в спутниковой системеместоопределения с использованием эффекта Доплера (система TRANSIT, предшественницаГНСС Navstar или GPS).Если к моменту публикации [16] важнейшая роль уточнѐнной ЭВИ в повышении точностиместоопределения в абсолютном режиме многими в ГНСС-сообществе подвергалась сомнению,то после выхода работы [20] использование уточнѐнной ЭВИ, вычисленной по сети станций, врежиме PPP при постобработке стало общепризнанным подходом.

В [20] были разработаны иописаны основные принципы уточнения ЭВИ по сети станций, а также методы компенсациипотребителем ряда систематических смещений, необходимых для реализации высокоточногоместоопределения.достиженияТакимвысокойобразом,точностибылисформулированыопределенияабсолютныхфундаментальныекоординатусловияпотребителя–использование высокоточной ЭВИ, компенсация ряда систематических смещений в измеренияхи использование псевдофазовых измерений. Режим высокоточного местоопределения вабсолютном режиме стал традиционным подходом, используемым повсеместно наряду сотносительными методами.1.2.2 Стандартный режим высокоточного абсолютного местоопределения (Float PPP)Метод высокоточного местоопределения в абсолютном режиме (PPP) [20] получилширокое распространение и начал использоваться наряду с относительными методамиместоопределения.

Преимуществами технологии PPP было отсутствие необходимостииспользовать два навигационных приѐмника и обеспечивать канал связи между ними. Споявлением высокоточной ЭВИ от службы IGS (IGS Precise Products) точность определенияабсолютных координат потребителя составляла дециметры и даже сантиметры, в зависимостиот уровня точности используемой ЭВИ и времени обработки измерений [21]. Впервыепредложенный в [16] метод использования ионосферосвободных комбинаций измеренийпсевдодальностейипсевдофазсталприменятьсяповсеместноиполучилназваниетрадиционной модели измерений (traditional PPP model). Ещѐ одной известной модельюизмерений для PPP стала разработанная в Университете Калгари модель P1-P2-CP (UofC model,University of Calgary model) [22], [23].Основным недостатком традиционной модели измерений и местоопределения на еѐоснове является длительный период сходимости - сантиметровый уровень точности достигаетсячерез несколько часов обработки измерений [24].

Известно, что высокая точностьодномоментных относительных местоопределений, достигаемая в методах RTK, связана с24фактом учѐта целочисленной природы неоднозначности псевдофазовых измерений [16, 25].Однако в традиционной модели измерений и в получившем широкое распространениеоснованном на ней методе Float PPP [26] псевдофазовые неоднозначности спутниковоцениваются как действительные величины, поскольку в традиционной математической моделиизмерений псевдофазы присутствуют немоделируемые аппаратурные смещения, которые впроцессе оценивания не удаѐтся отделить от целых значений неоднозначности.

Строгие методыучѐта немоделируемых смещений в безразностных измерениях (соответствующих абсолютномурежиму местоопределения) до некоторого момента отсутствовали.В исторической ретроспективе можно выделить следующие основные научные центры,которые внесли весомый вклад в появление, становление и развитие методов высокоточногоместоопределения в том их виде, в котором они существуют в настоящее время: GFZ (GermanResearch Centre for Geosciences, Германский центр исследования Земли), CNES (National Centrefor Space Studies, Национальный центр космических исследований, Франция), NRCan (NaturalResources Canada, Министерство природных ресурсов Канады), University of Calgary (Canada).1.2.3 Предпосылки появления методов разрешения целочисленной неоднозначности привысокоточном местоопределении в абсолютном режимеНесмотря на повышение точности и доступности ЭВИ период сходимости до достижениясантиметровой точности при местоопределении в режиме Float PPP оставался неприемлемобольшим [24, 26].