Диссертация (Высокоточное местоопределение в глобальных навигационных спутниковых системах в абсолютном режиме за счет разрешения неоднозначности псевдофазовых измерений), страница 8

крежиму высокоточного местоопределения в абсолютном режиме.В Таблице 1 приводятся рассмотренные методы с разделением их на три различныхкласса.Таблица 1. Методы местоопределения в режиме Integer PPPНазвание классаАвтор\соавтор метода (место разработки), терминыметодовGe (GFZ), UPDМетоды коррекцийWang, Gao (Universty of Calgary), initial phase bias, phase biasнеоднозначностейGeng (University of Nottingham), UHDBertiger (JPL), phase biases and widelanesWubbena (Geo++), group delays for codes and phasesМетоды PPP-RTKMervart (GPS Solutions), MSCCOdijk, Teunissen (Delft University, Curtin University), phase biasМетодыCollins (NRCan), equipment delays, decoupled clocksцелочисленных часовMercier, Laurichesse (CNES), widelane delays, integer phase clocksСреди всех упомянутые ранее методов целочисленного разрешения неоднозначностипсевдофазы при высокоточном местоопределении можно выделить три наиболее известныхнаправления (в скобках указаны фамилии основных авторов, а также агентства, компании илиинституты, чей метод относится к данному направлению): методы, использующие первыемежспутниковые разности (Ge, GFZ; Geng, University of Nottingham); методы, использующиецелочисленные часы (Laurichesse, Mercier, CNES), методы, использующие разделѐнные часы(Collins, NRCan).При ещѐ более общем рассмотрении все указанные выше методы можно разделить на двегруппы:1.

Методы, в которых аппаратурные смещения оцениваются в сетевом решении отдельноот целочисленных неоднозначностей (FCB, fractional-cycle biases в [55]), а потребительзатемкорректируетоценѐнныенеоднозначностиFCB-поправкамиотсети,восстанавливая там самым целочисленное свойство неоднозначностей ([27], [30], [35],[37], [38] и др.). В [55] данные методы называются FCB-based methods.2. Методы, в которых используемые коррекции к показаниям спутниковых часов вмодели измерений таковы, что аппаратурные смещения отделены от целочисленных32неоднозначностей – [42], [49], [47], [56]. Для данной группы методов в [55] вводитсятермин IRC (Integer recovery clock) и IRC-based methods.В Таблице 2 приводится указанное разделение рассмотренных методов на два больших группы.Таблица 2. Классификация методов местоопределения в режиме Integer PPPНазвание классаАвтор\соавтор метода (место разработки), терминыметодовGe (GFZ), UPDМетодыкорректирующихпоправок (FCB-basedmethods)Wang, Gao (Universty of Calgary), initial phase bias, phase biasGeng (University of Nottingham), UHDBertiger (JPL), phase biases and widelanesMervart (GPS Solutions), MSCCWubbena (Geo++), group delays for codes and phasesOdijk, Teunissen (Delft University, Curtin University), phase biasМетодыCollins (NRCan), equipment delays, decoupled clocksкорректирующих часов Mercier, Laurichesse (CNES), widelane delays, integer phase clocks(IRC-based methods)В [55] показана эквивалентность методов из двух различных классов.Реализация целочисленного разрешения неоднозначностей псевдофазовых измеренийприменительно к ГНСС ГЛОНАСС осложняется использованием в системе частотногоразделения каналов [57].

С появлением модели разделѐнных часов и развитием еѐ примененияпри обработке измерений системы GPS появились подходы к реализации целочисленногоразрешения неоднозначностей псевдофазовых измерений системы ГЛОНАСС[58], [59].В [39], [60] и [61] отмечается, что при использовании различных методов реализациицелочисленного разрешения в PPP основной сложностью являются алгоритмы оценкидостоверности того или иного целочисленного решения (fixed solution). Широко используемыеи хорошо зарекомендовавшие себя в RTK методы оценки достоверности того или иногоцелочисленного набора неоднозначностей псевдофазы (например, использование контрастногоотношения, ratio test) не могут быть напрямую использованы в Integer PPP. В [61] описанаальтернативный метод оценки надѐжности целочисленного решения - fixed failure rate ratio test.Вопрос достоверности целочисленного решения при работе в режиме Integer PPP болееподробно рассмотрен далее в подразделе 4.2.3.331.2.5Использование атмосферных ограниченийДля методов PPP-RTK [40]-[42], [43] характерен меньший период сходимости посравнению с другими методами Integer PPP [49, 56].

Это достигается за счѐт использованияатмосферных данных, доступных внутри сети. В статье [62] автором модели разделѐнных часов[47] представлена расширенная модель разделѐнных часов (подробно описана в подразделе3.2.2), в рамках которой кодово-фазовая комбинация измерений Мельбурна-Вуббена (А.5)расщепляется на кодовую и фазовую составляющие с целью добавления к числу оцениваемыхпараметров смещѐнных наклонных ионосферных задержек. Стремление оценивать смещѐнныенаклонные ионосферные задержки связано с их высокой стабильностью во времени.

В случаесрыва слежения за фазой несущей в приѐмнике или кратковременного отсутствия измеренийвследствие затенения приѐмника фильтрационный процесс не требуется начинать с начала –использованиепрогнозныхзначенийионосферныхпараметров,вычисленныхпутѐминтерполирования полученных ранее оценок, позволяет существенно сократить периодсходимости после срыва слежения (re-initialization).

Априорная информация о состоянииионосферы, доступная в фильтре в виде прогнозных значений смещѐнных наклонныхионосферных задержек, в работе [62] называется ионосферными ограничениями (ionosphericconstraints). В работах [62], [63] показано, что применение ионосферных ограничений прииспользованииразрешенияцелочисленнойнеоднозначностивмоделиизмеренийсразделѐнными часами существенно сокращает период повторной сходимости.В работе [64] рассматривается режим местоопределения потребителя в некоторойлокальной сети с другими потребителями, при котором ему доступны оценки наклоннойионосферы от этих потребителей, расположенных на удалении нескольких километров. Такимобразом, между потребителями сети предполагается возможность обмена ионосфернымиоценками, которые используются как внешняя дополнительная информация (ионосферныеограничения) для ускорения периода сходимости решения при использовании разрешениянеоднозначности псевдофазовых измерений.

Данный вариант работы имеет много общего свариантом местоопределения PPP-RTK, описанным, например, в статье [42].В [65] автором данной диссертации было проведено тестирование алгоритмовиспользования ионосферных ограничений. Также было предложено использовать в качествеограничений дополнительноинформацию о тропосферной задержке и вместо термина―ионосферные ограничения‖ использовать более общий термин ―атмосферные ограничения‖.341.2.6Критика известных методов Integer PPPСледует отметить отсутствие единой терминологии в описанных ранее методахвысокоточногоместоопределениясиспользованиемразрешенияцелочисленнойнеоднозначности псевдофазовых измерений.

Так или иначе, во всех указанных выше работахавторами отмечается, что основной причиной, препятствующей оценке псевдофазовыхнеоднозначностей целым числом, являются аппаратурные задержки/смещения на спутнике и вприѐмнике потребителя, называемые различными терминами: initial fractional phase bias [23],initial phase bias [27], phase bias [28], un-calibrated phase delays (UPD) [29, 30], wide-lane fractionalparts [31], uncalibrated hardware delays (UHD) [35, 36], modified satellite clock corrections (MSCC)[37], phase biases and wide-lanes [38], phase bias [42], fractional widelane delays [46], widelanedelays [49], code and phase hardware biases [47], hardware biases [56], hardware delays [62],equipment delays [63, 64].В публикациях [46] и [49] можно отметить отсутствие какого-либо теоретическогообоснования вычислительных процедур и эмпирический характер описанного алгоритма.

Такжеследует отметить, что в [46] и [49] принимаются допущения о стабильности (постоянстве)задержек разностной шкалы на интервалах времени одного дня. Авторами в [46] и [48] вводитсяпонятие целочисленных часов (integer clocks), а в [49] – понятие целочисленных фазовых часов(integer phase clocks) без какого бы то ни было объяснения их физической природы и причинвыделения таких часов.Для устранения сингулярности в исходных системах уравнений в [42] и [63] используетсяподход, называемый в англоязычной литературе S-basis [44, 45], основанный на использованиикомбинаций исходных оцениваемых параметров (более подробно алгебраические методырешения систем линейных уравнений в ГНСС, лежащие в основе S-basis описаны в разделе 3.3).Однако в работе [44] подход S-basis описан лишь применительно к геодезическим сетям, тогдакак ГНСС сетях необходимо учитывать особые свойства систем уравнений ГНСС,отсутствующие в геодезии. В работе [45] указанные свойства систем уравнений ГНСС косвенноиспользуются при разделении оцениваемых параметров на геометрические и негеометрические,но никакого анализа или пояснения причин такого разделения не приводится (указанныесвойства систем уравнений ГНСС подробно разобраны в разделе 3.3).Детали алгебраических методов преодоления дефицита ранга в модели разделѐнных часовв [47], [51], [56], [62], [63], а также какое бы то ни было их теоретическое пояснение такжепрактически отсутствуют.В [62, 63] описана расширенная модель разделѐнных часов, в которой комбинацияМельбурна-Вуббена (А.5) расщепляется на отдельные фазовое и кодовое измерения, которые35содержат в своѐм составе смещѐнную ионосферную задержку.

Непосредственная оценкасмещѐнных ионосферных задержек и применение ионосферных ограничений повышаюткачество разрешения целочисленной неоднозначности, а также снижают период сходимостипосле разрывов в измерениях псевдофазы либо их кратковременного отсутствия [62, 63]. Приэтом в такой расширенной модели с разделѐнными часами по-прежнему используютсяионосферосвободныекодоваяипсевдофазоваякомбинации.Однакообразованиеионосферосвободных линейных комбинаций измерений в модели разделѐнных часов и еѐрасширенной версии имеет ряд негативных последствий. Во-первых, длина волны λ 3 ,соответствующаяионосферосвободнойкомбинациипсевдофазовыхизмерений(А.2),составляет всего около 6 мм, что существенно меньше длин волн λ1 и λ 2 несущих колебанийна исходных частотах f1 и f 2 (около 19 и 24 см соответственно).

Процедура разрешенияцелочисленных неоднозначностей псевдофазы при этом не может быть реализована. По этойпричине в [47, 51, 56, 62, 63] осуществляются дополнительные целочисленные преобразования,позволяющие осуществить целочисленное разрешение). Во-вторых, можно отметить некоторуюнелогичность в расширенном варианте модели с разделѐнными часами: с одной стороны, вобработке используются ионосферосвободные комбинации измерений, с другой стороны производится непосредственное оценивание смещѐнных ионосферных задержек в комбинацияхс применением ионосферных ограничений.Более физически ясным и, по мнению автора данной работы, более перспективным извсех рассмотренных ранее, является метод, основанный на разделѐнной модели часов(decoupled clock model) [47, 63].361.3 Приложения технологии высокоточного местоопределения1.3.1Обзор сервисов высокоточного местоопределенияУпоминавшиеся выше системы широкозонной дифференциальной коррекции (WAAS,EGNOS, СДКМ) являются примерами сервиса SBAS, доступного на бесплатной основе.Известны также полностью коммерческие варианты систем SBAS, имеющих практическиглобальное покрытие – например, OmniSTAR, VERIPOS.

Указанные сервисы широкоиспользуются для повышения точности местоопределения в прибрежных областях и внефтегазовой отрасли. В сервисе OmniSTAR передаются дифференциальные коррекции в Lдиапазоне частот близком к частотам GPS, что позволяет использовать для приѐмаспутниковых сигналов в том числе и одночастотные антенны. Сервис доступен практическиглобально, за исключением полярных областей. Доступны следующие уровни точностиабсолютного местоопределения [66]:VBS (одночастотный режим GPS, коррекции доступны в реальном времени черезспутниковый канал, горизонтальная точность местоопределения около 1 метра),XP (двухчастотный режим GPS, горизонтальная точность местоопределения около 15 см,коррекции доступны в реальном времени через спутниковый канал),G2 (двухчастотный режим ГЛОНАСС и GPS, точность местоопределения около 10 см),HP (двухчастотный режим GPS, точность местоопределения 6-10 см, коррекции доступныв реальном времени).Компанией Trimble также предоставляется ряд коммерческих сервисов высокоточногоместоопределения, не требующих от потребителя использования измерений от дополнительныхстанций [67]:CenterPoint RTX – Standard Initialization: режим PPP (WADGNSS, GDNSS),горизонтальная точность местоопределения 3.8 см доступна после периода сходимости 30минут, коррекции доступны потребителю через спутниковый канал или канал сотовой связи,доступ к коррекциям практически в любой точке земного шара.CenterPoint RTX 1 Minute Initialization: режим WADGNSS, горизонтальная точностьместоопределения 3.8 см доступна после периода сходимости 1 минута, коррекции доступныпотребителю через спутник в диапазоне L-band, сервис доступен на территории США в штатахНебраска, Айова, Иллинойс.CenterPoint RTX-Post-Processing: режим PPP в постобработке, бесплатный сервис,горизонтальная точность около 2 см доступна глобально в режиме постобработки, файлизмерений для обработки загружается на сайт сервиса.37RangePoint RTX: режим PPP (WADGNSS, GDNSS), горизонтальная точность 15-50 смдоступна после периода сходимости 1-5 минут, коррекции доступны потребителю черезспутник, сервис доступен практически по всему миру.CenterPoint VRS (Trimble VRS Now): режим Network RTK, сантиметровый уровеньточности местоопределения, доступный по запросу в режиме реального времени внутри сетиопорных станций (сервис доступен в нескольких штатах США и на части территории Европы).Trimble VRS Now Extended Coverage (TEC): режим Network RTK, точностьместоопределения 5 см и выше после периода сходимости менее 1 минуты, сервис доступен вцентральной и восточной Европе внутри сети опорных станций.Ярким примером рынка предоставления услуг сервиса местоопределения в режимеNetwork RTK может служить южная часть провинции Онтарио в Канаде.