Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений

В 1982;84 гг. группой учёных из Массачусетского института технологий (США), под руководством Ч. Кунселмана, были получены первые результаты координатных определений при помощи спутникового приёмника Macrometer, работавшего по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС) GPS NAVSTAR [1]. С его помощью линия длиной почти 10 км была измерена с относительной ошибкой около (1-н2)-10*6 всего после нескольких часов наблюдений. Этот результат был неоднократно подтверждён созданными группой сетями сгущения в Германии и США [2]. Таким образом, появление глобальных систем спутникового позиционирования в корне изменило технологию построения геодезических сетей.

Очевидны преимущества новой технологии над классическими методами геодезии, предопределившие её бурное развитие:

— относительная свобода в выборе места размещения пункта наблюдений (отсутствие обязательной прямой видимости между ними);

— возможность наблюдать в любую погоду и независимо от времени суток;

— одновременное получение всех трёх координат пунктов;

— автоматизация процесса наблюдений и обработки (минимализация личных ошибок операторов).

Самым же существенным недостатком спутникового позиционирования стала проблема согласования спутниковых геодезических сетей и сетей, построенных традиционными методами.

В первое же десятилетие развития новой технологии появились новые способы наблюдения: быстрая статика, две разновидности кинематики (непрерывная и «стой-иди»), три режима инициализации измерений (разрешения неоднозначности фазовых отсчётов) для кинематики. В дальнейшем был разработан дифференциальный метод (DGPS) и технология наблюдений в реальном времени. Последующее развитие спутниковых методов позиционирования было связано с использованием активных геодезических сетей типа американской сети CORS (Continuous Operating Reference Stations — непрерывно действующие опорные станции). Наличие таких сетей во многих странах позволило реализовать широкозонные дифференциальные методы, как по кодовым измерениям (системы WADGPS, такие как американская WAAS, европейская EGNOS и японская MSAS), так и по фазовым измерениям (метод множественных опорных станций или сетевая RTK). Дальнейшее развитие привело к появлению глобального дифференциального метода (GDGPS) и сетевого метода RTK, одним из вариантов которого является концепция виртуальной базовой станции.

Большое значение в развитии спутниковых технологий имело опубликование интерфейсного контрольного документа Российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС [3]. Оно положило начало появлению приёмников, работающих по сигналам двух систем.

Подводя итог, отметим, что технологии СРНС активно развиваются по нескольким направлениям [4]:

— совершенствование работы непосредственно самих навигационных систем (космического, наземного и пользовательского сегментов);

— разработка теории методов спутникового позиционирования (общая теория методов относительных, абсолютных и дифференциальных определений, методы инициализации кинематических съемок на земле и в движении, методы разрешения неоднозначностей фазы несущей и т. п.);

— совершенствование спутниковых приёмников, игнорирующих режим шифрования точного Р-кода (режим «Anti-Spoofing»), сопутствующего оборудования и программного обеспечения;

— повышение точности как апостериорных, так и априорных (прогнозных) эфемерид спутников GPS и ГЛОНАСС;

— разработка форматов для точных эфемерид, для передачи дифференциальных поправок, в том числе для сетевых методов и методов с использованием Интернетастандартизация моделей геодинамических явлений, появление координатных систем с временной эволюцией;

— расширение областей применения спутниковых методов (определение параметров вращения Земли (ПВЗ), геодинамика, метеорология, мониторинг ионосферы, разнообразные службы мониторинга);

— создание специальных служб и сетей (Международная ГНСС служба — МГС (International GNSS Service — IGS), активные сети, множественные опорные станции).

На фоне последних разработок, опубликованных в открытой печати, особенно ярко видно отставание отечественной геодезической науки, вызванное сложной финансовой и политической обстановкой в стране в течение последних 10−15 лет. Утверждённая постановлением Правительства РФ от 20 августа 2001 года № 587 Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» [5], направлена на ликвидацию этого отставания. Одной из основных целей программы являются дальнейшее развитие и эффективное использование ГЛОНАСС, внедрение передовых технологий спутниковой навигации в интересах решения социально-экономических и оборонных задач.

Решению этой задачи посвящен комплекс мероприятий, объединённых в подпрограмму IV «Использование спутниковых навигационных систем для геодезического обеспечения территории России». Запланированы и выполняются, среди множества других, следующие задачи: создание спутниковой геодезической сети 1 класса (СГС-1) на основе наблюдений ГНССсоздание спутниковых геодезических сетей на геодинамических полигонах (ГДП) с использованием ГНСС;

— создание высокоточной геодезической сети (ВГС) на основе наблюдений ГНССуравнивание государственной геодезической сети на основе фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), ВГС и СГС-1.

Как видно из этого списка, правительство уделяет значительное внимание построению новой структуры геодезических сетей, реализующих на территории РФ высокоточную единую геоцентрическую систему координат, и поддержание её на уровне современных и перспективных требований при максимальном использовании потенциала существующих геодезических сетей. На этом этапе особенно важно выбрать верное направление приложения сил и средств, чтобы в полной мере воспользоваться наработками зарубежных учёных и двигаться дальше уже наравне с мировым сообществом.

Первые опыты спутникового позиционирования поставили вопрос о достоверности получаемых наблюдений. Сравнение результатов спутниковых наблюдений с данными интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) не показало значительных систематических отличий между ними [6]. По мере развития спутниковых технологий рос уровень достигаемой ими точности. Приведём составленную И. Боком таблицу из книги [7], в которой дана динамика точности и меры, благодаря которым она оказалась достигнутой.

Таблица 1 — Исторические этапы достижения точности спутниковых координатных определениях.

Год Точность Основные источники ошибок Причины повышения точности до 1983 10~6 Атмосферная рефракция, орбиты спутников Появление геодезических приёмников, измеряющих фазу несущей волны.

1986 10″ 7 Тропосферная рефракция, орбиты спутников Появление двухчастот-ных фазовых измерений.

1989 1СГ8 Тропосферная рефракция, орбиты спутников Создание сети глобального слежения за спутниками (CIGNET).

1992 5-Ю'9 Тропосфера, орбиты спутников, ошибки фазового центра Модернизация сети глобального слеженияпоявление международной геодинамической службы.

1997 1СГ9 Глобальная система относи-мости, специфические ошибки пунктов, атмосферные градиенты Улучшение вычисления эфемерид, моделирования тропосферы и антенн.

Как видно из этой таблицы аппаратурные источники повышения точности играли значительную роль лишь на начальном этапе, дальнейшее развитие происходило благодаря разработке нового математического аппарата. У исследователей сложилось мнение, подтвердившееся в дальнейшем, о возможности повышения точности измерений за счёт уточнения эфемерид спутников и модели среды, в которой распространяются сигналы СРНС.

Для уточнения эфемерид была создана специальная служба наблюдения, которая со временем трансформировалась в МГС. Максимальная точность доступных сейчас эфемерид спутников GPS находится на субдециметровом уровне. Для учёта влияния среды распространения сигнала (ионосферы и нейтральной атмосферы) различными исследовательскими коллективами создано множество моделей. На данный период времени, ионосферная рефракция почти полностью исключается при измерениях на двух частотах (благодаря использованию комбинации фаз, свободной от влияния ионосферы) или моделируется для одночастотных наблюдений.

С учётом влияния тропосферы (изменения скорости и траектории распространения сигнала в слое нейтральной атмосферы) дело обстоит значительно сложнее, так как состояние этого слоя в приземной его части (дающей основную долю ошибки) практически не моделируется. Многие ведущие учёные считают влияние тропосферы основным источником ошибок при проведении геодезических измерений, например, И. Бок [7], П. Мишра и П. Энг [8], швейцарская группа учёных из Астрономического института Берна [9]. Мировым сообществом был проведен колоссальный объём исследований влияния тропосферы на измерения в микроволновом диапазоне радиоволн. На эти исследования, начатые ещё в 60-е годы прошлого столетия и не законченные до сих пор, были затрачены огромные усилия. В них принимали участия такие научные центры как Университет Дж. Хопкинса, Годдардовский центр космических полетов, Лаборатория реактивного движения, Хайстекская обсерватория (все США), Университет Нью-Брунсвика (Канада), обсерватория Онсала (Швеция) и многие др. Исследованиями в данной области занимались множество известных зарубежных учёных. Приведем список тех из них, с трудами которых ознакомились в процессе работы:

Ю. Саастамойнен, X. Хопфилд, Дж. Марини, К. Муррей, X. Блэк, А. Найелл, Ж. Дэвис, Т. Херринг, Г. Чен, Ё. Бар-Север, М. Маршалл, К. Чао, К. Гарднер, К. Гоад, Л. Гудман, С. Лихтен, Дж. Блюитт, Г. Ланьи, Р. Трюхафт, Д. Тралли (США) — И. Айфадис (Греция),.

П. Коллинз, Р. Лэнгли, В. Мендес, X. Джейнс, С. Ньюби (Канада), Ж. Аскне, X. Нордиус, Т. Эмардсон, П. Ярлемарк, Г. Элгеред (Швеция),.

X. Тибериус, Ф. Клейхер (Голландия), В. Гюртнер, Дж. Бютлер (Швейцария);

— Ф. Брюннер, У. Фелыпе, Г. Кирхенгаст (Австрия);

— Р. Ичикава, М. Касахара, И. Найто (Япония);

Ж. Хаас, М. Ге, Е. Калайс, О. Бок, Э. Доэрфлингер (Франция);

— В. Ашкенази, Е. Альтшулер, П. Калаган, К. Мано (Англия) — X. Ведель (Дания);

Я.М. Костецкая, И. М. Торопа (Украина);

В.И. Куштин, Ю. С. Галкин, Т. А. Ахундов, А. А. Стоцкий, И.М. Стоц-кая, К. М. Антонович (Россия).

Пик исследований влияния среды на распространение сигнала приходится на 1985;1995 гг., и, к сожалению, многие зарубежные публикации этого периода неизвестны в нашей стране.

Таким образом, достоверный учёт влияния тропосферы на спутниковые координатные определения на данном этапе, является одной из важных задач при большинстве высокоточных работ, проводимых по Федеральной целевой программе «Глобальная навигационная система» [5]. Эти задачи (реконструкция и расширение государственной геодезической сети России, создание геодинамических полигонов) выполняются производственными предприятиями, при сотрудничестве с научными учреждениями. Достигнуть максимальнй точности геодезических спутниковых координатных определений можно, лишь используя высокоточную спутниковую аппаратуру и научно обоснованную методику наблюдений. Зачастую соблюдения этих требований недостаточно, так как поставляемые производителями спутниковой аппаратуры программы для обработки наблюдений несовершенны.

По большей части, коммерческое ПО уже может использовать точные эфемериды спутников, но коррекция тропосферы производится в них по упрощенным моделям. Научные же программы недоступны производственным организациям из-за крайней дороговизны (от 30 ООО долларов США и более) и сложности в обучении операторов (как правило, программное обеспечение работает в операционной системе Lynux, не имеет единой концепции и сложно в настройке). Аппаратное обеспечение измерения параметров атмосферы также очень дорого: автоматическая метеостанция — около 10 ООО долларов, радиометр водяных паров (РВП) — более 100 ООО долларов, а лидары — ещё более дорогие. Причём, все эти устройства, как правило, стационарны.

Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) является одним из учреждений, активно участвующих в программе реорганизации геодезических сетей — создании городских сетей первого класса, геодинамических полигонов, геодезического эталонного полигона (ПГЭ СГГА). Спутниковые приёмники, использующиеся для этих работ, отвечают требованиям точности, предъявляемым к аппаратуре. Для привязки опорных пунктов, обработки наблюдений на метрологическом полигоне и других высокоточных производственных работах уже около 10 лет используются продукты деятельности МГС. Поэтому вопрос об адекватном учёте тропосферных задержек при проведении высокоточных геодезических работ стоит достаточно остро.

Во-первых, неясно, насколько глобальные модели стандартной тропосферы отвечают климатическим условиям Западной Сибири. Это связано, в основном, с закрытостью алгоритмов, реализованных в коммерческих программах обработки — производители считают эту информацию коммерческой тайной и не видят необходимости давать её рядовым пользователям.

Во-вторых, использующиеся при производстве работ нормативные документы при создании сетей СГС-1 (например, [10]) требуют проводить на станциях наблюдений метеорологические измерения, что существенно осложняет не только процесс измерений, но и их обработки, если используются неавтоматические метеоприборы. Это связано с большим количеством поправок, вводимых в наблюдения метеоприборов, и приведением результатов измерений к виду, удобному для ввода в программу.

Целью данной работы является поиск возможности привлечения дополнительной метеорологической информации, а так же разработка методики её использования в комплексе с коммерческим программным обеспечением, позволяющей максимально повысить точность учёта влияния тропосферы на спутниковые координатные определения.

Задачи, решение которых требуется для достижения целей, поставленных в этой работе:

1. Оценка величины ошибок (особенно систематического характера), возникающих из-за тропосферной рефракции при выполнении спутниковых наблюдений в условиях Западной Сибири.

2. Сравнение существующих в коммерческом программном обеспечении алгоритмов вычисления тропосферной задержки, и выбор из них оптимально соответствующего использованию при высокоточных спутниковых координатных определениях.

3. Разработка способа учёта тропосферной рефракции, основанного на современном уровне программно-аппаратного обеспечения и развития инфраструктуры СРНС, и обеспечивающего миллиметровый уровень точности определения тропосферной зенитной задержки.

4. Разработка рекомендаций по учёту тропосферной рефракции в равнинной местности.

Новизна проводимых исследований подтверждается почти полным отсутствием работ по указанной тематике в России и наличием подобных исследований за рубежом.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Оценка величины влияния тропосферы на точность параметров геодезических сетей в условиях Западной Сибири;

2. Методика оценивания тропосферной задержки и её влияния на координаты, заключающаяся в разработке алгоритма программы, позволяющей проводить вычисления тропосферной задержки по любым моделям и корректировке данных наблюдений;

3. Низкозатратная методика учёта тропосферной задержки при построении высокоточных геодезических сетей, сопоставимая по точности с дорогими методами моделирования или измерений с дорогими приборами.

Выводы по главе 4.

Как показали проведённые эксперименты, комбинированная методика учёта влияния тропосферной рефракции вполне применима при обработке спутниковых координатных определений. Возможность использования широкого набора алгоритмов коррекции и дополнительных исходных данных для них делает её перспективным средством повышения точности геодезических сетей.

Применение данных аэрологического зондирования атмосферы с использованием комбинированной методики для учёта ТЗ не дало ожидаемого улучшения точности спутниковых координатных определений. Причины этого очевидны: чрезвычайная разреженность сети аэрологических станций, непродолжительный интервал фиксирования метеорологических элементов (время полета зонда около 2-х часов), сложность получения и предварительной обработки данных зондирования.

Таким образом, нельзя рекомендовать непосредственное применение аэрологической информации для корректирования тропосферной рефракции в спутниковых координатных определениях. Однако, эти данные могут успешно использоваться для построения, исследования и уточнения моделей локальной тропосферы над станциями спутниковых наблюдений и даже районами, охватываемыми этим видом метеонаблюдений.

Использование комбинированной методики учёта ТЗ, вычисленной по файлам ЗТЗ для станций МГС, при обработке спутниковых наблюдений позволяют ощутимо улучшить результаты вычисления пространственных векторов.

Около 70% базовых линий, вычисленных с использованием ЗТЗ, проходят критерий Фишера увереннее (то есть получают значение Ratio выше), чем векторы, полученные по обычной методике обработки. В некоторых случаях комбинированная методика позволяет получить фиксированное решение тогда, когда стандартная коррекция даёт плавающее.

На основании проведенных вычислений можно сказать, что не менее чем для 50% решений, полученных по скорректированным данным, имеют улучшение определения высоты из спутниковых наблюдений. Это относится к линиям разной длины — от малых (до 5 км), средних (13−15 км) и длинных (35−40 км), до сверхдлинных (около 1,5 тысяч км).

Разработанный в рамках комбинированной методики обработки спутниковых координатных определений комплекс программ весьма чувствителен к составу исходных данных и требует существенных трудозатрат при их подготовке, в силу ограниченного опыта программирования автора. В случае подключения к работе готовых модулей чтения файлов сырых спутниковых данных и интерполирования орбит спутников на эпохи измерений, или оптимизации разработанных программ, время вычислений значительно уменьшится. Но даже в теперешнем виде пакет программ коррекции тропосферной задержки с использование продуктов МГС существенно легче в использовании, нежели наземные метеорологические измерения на пункте и привлечение данных аэрологического зондирования.

Заключение

.

Для решения поставленных в работе задач были рассмотрены теоретические основы спутниковых наблюдений, основные методики позиционирования и факторы, влияющие на точность определения местоположения. Из всех существующих методов, наиболее подходящим для выполнения высокоточных спутниковых определений является относительный фазовый метод. В режиме статических наблюдений этот метод позволяет добиться относительной точности порядка 10″ 7.

Среди случайных и систематических ошибок (шумов и смещений) фазового относительного метода позиционирования наибольший вклад дают ошибки от ионосферы, тропосферы и многопутности. Именно поэтому влияниям внешней среды, существенно ограничивающим достижимую точность геодезических измерений, уделяется сейчас в мировой геодезической практике особое внимание.

При решении поставленных во введении задач были получены следующие результаты:

1) Выполнена оценка величины ошибок, возникающих из-за тропосферной рефракции, при выполнении спутниковых наблюдений в Западной Сибири.

Влияние нейтральной атмосферы на спутниковые определения зависит от метода позиционирования и, в основном, отражается на точности вычисления высоты станции. Совокупное влияние среды распространения и геометрии созвездия спутников на определения высоты получается в 1,5−2 раза больше, чем на плановые координаты.

В настоящее время тропосферную задержку принято разделять на две составляющих: гидростатическую (примерно 90% величины ТЗ, то есть около 2,3 м) и влажную (обычно величина менее 0,3 м). Гидростатическая составляющая, описывающая влияние на микроволновые сигналы газов, находящихся в состоянии гидростатического равновесия, пропорциональна поверхностному атмосферному давлению. Её величина хорошо прогнозируется эмпирическими алгоритмами на основании стандартной модели распределения давления с высотой. Влажный компонент ТЗ примерно пропорционален количеству паров воды. Проблема вычисления влажной задержки состоит в том, что распределение паров воды в приземном слое атмосферы зависит от скорости ветра, рельефа местности, локальной температуры и множества других факторов. Её моделирование ограничено пока точностью 10 мм. Эту задачу гораздо лучше решают градиентные и стохастические модели, опирающиеся на дистанционные методы определения параметров атмосферы.

Среднее значение тропосферной зенитной задержки для Новосибирска по результатам полугодовых наблюдений, проведенных в 2004 году, составляет 2,351 м. Максимальное и минимальное значения составили, соответственно, 2,446 м и 2,260 м.

2) Проведено сравнение существующих методик учёта тропосферной рефракции и выбор из них оптимальной.

Одним из наиболее простых методов ослабления этого влияния является математическое моделирование величины тропосферной задержки, основанное на стандартных представлениях о строении и свойствах атмосферы. На данном этапе развития аппаратуры и технологии спутниковых координатных определений, а так же появление всё более высоких требований к точности выполняемых геодезических работ (задачи мониторинга деформаций и построение геодинамических полигонов) заставляют разработывать методики повышения точности учёта влияния тропосферы. Из обзора публикаций следует, что эти исследования развиваются по следующим направлениям: эмпирическое моделирование, основанное на осреднении накопленных статистических данных о распределении параметров нейтральной атмосферы и выявленных в результате закономерностях;

— привлечение по дополнительной информации о строении атмосферы — данных аэрологического зондирования, радиометров паров воды, лидаров;

— стохастическое моделирование, в котором основную часть влияния исключается при помощи эмпирической модели, немоделируемый остаток описывают при помощи статистических законов — свободного блуждания и процесса Гаусса-Маркова первого порядка.

В работе было выполнено исследование указанных методик.

Эмпирические алгоритмы являются наиболее разработанным направлением вычисления ТЗ. Но, в связи со все возрастающими требованиями к точности учёта тропосферной рефракции, следует очень внимательно отнестись к использованным в моделях значениям констант и коэффициентов. Зачастую, эти величины не соответствуют современным представлениям о происходящих процессах или требованиям к точности их значений. Эмпирические модели ограничены точностью использованных метеорологических приборов.

Сравнение существующих эмпирических алгоритмов вычисления ТЗ, реализованных в программном комплексе TGO. Эти алгоритмы могут использовать глобальную или локальную стандартную модель атмосферы. По результатам проведенных экспериментов сделаны следующие выводы:

— Использование глобальной модели распределения атмосферных параметров для вычисления ТЗ по любому из пяти алгоритмов программного пакета TGO незначительно влияет на результаты определения высотной составляющей координат. Однако несколько лучшие результаты дают алгоритмы Блэка и Найелла, особенно для наблюдений спутников с малыми угловыми высотами над горизонтом;

— Горизонтальные векторы базовых линий менее подвержены влиянию погрешностей моделирования атмосферы глобальными стандартными моделями, чем векторы, имеющие значительную (около 100 м и больше) разность высот станций. Наклонные векторы более подвержены влиянию различия характеристик тропосферных слоев на станциях и изменениям метеорологических параметров [103]. Ошибка измерения температуры на 0,3° С, давления — 0,5 мбар, или влажности на 1,5%, приведет при вычислении высоты станции из обработки спутниковых наблюдений к смещению в 1 см. Такой точности практически невозможно добиться при измерении параметров атмосферы без использования автоматических метеосенсоров. Плановые и высотные невязки и ошибки вычисленных высот станций, полученные из обработки реальных наблюдений пространственных векторов средней протяженности, не показывают преимущества от использования локальной модели атмосферы по сравнению с глобальной. Это связано, вероятно, с использованием механических метеоприборов, которые не отвечают современным требованиям к точности определения метеорологических параметров.

Трудности, связанные с организацией метеорологических наблюдений на станциях и обработкой полученных материалов, гораздо больше чем эффект от использования локальных моделей атмосферы, построенных по этим данным, при коррекции влияния тропосферы на спутниковые наблюдения.

Несмотря на недостоверность отражения состояния атмосферы над станцией наблюдений, результаты наземной метеорологии позволяют с достаточной точностью вычислять гидростатическую составляющую тропосферной задержки. Если для определения влажной составляющей будет привлечен другой метод, например аэрологическое или радиометрическое зондирование, то построение локальных моделей атмосферы можно рекомендовать для применения при построении точных геодезических сетей.

Привлечение дополнительной информации о состоянии атмосферы по оценкам исследователей способно обеспечивать миллиметровую точность учёта тропосферной рефракции. Однако на данном этапе практическая точность методик вычисления ТЗ по наблюдениям радиозондов, РВП или лидаров, требует дополнительных исследований. Кроме того, для всех перечисленных методов необходимы дорогостоящая аппаратура на станции, развитая инфраструктура и научное ПО для обработки спутниковых наблюдений. Такие капиталовложения возможны лишь в рамках федеральных научно-исследовательских проектов или научных центров. Поэтому пока эти методики можно рекомендовать для задач точной геодезии только потенциально. Кроме того, в качестве весьма вероятного метода определения метеорологических параметров в ближайшем будущем станет использование моделей числового анализа погоды.

Методика стохастического моделирования остаточных влияний тропосферной рефракции активно используется в научно-исследовательских программных комплексах обработки спутниковых наблюдений. Для высокоточных.

7 8 геодезических работ (10 -10″) оптимальным способом учёта влияния тропосферной рефракции является оценивание ЗТЗ из наблюдений GPS. Он не требует дополнительного оборудования при спутниковых координатных определениях, что является несомненным достоинством.

3) Разработан способ учёта тропосферной рефракции, основанный на современном уровне программно-аппаратного обеспечения и развития инфраструктуры СРНС, обеспечивающий миллиметровый уровень точности определения тропосферной зенитной задержки.

В рамках разработки способа учёта тропосферной рефракции, был предложен и реализован комплекс программ, позволяющий использовать внешние данные (наземные измерения метеопараметров, данные аэрологического зондирования и зенитные тропосферные задержки, оцененные из спутниковых наблюдений) в комплексе с коммерческим программным продуктом. Эта методика получила название комбинированной обработки спутниковых координатных определений.

Основой новой методики является возможность корректно оперировать псевдодальностями и фазами, вычисленными спутниковым приёмником по сигналам СРНС и представленными в формате RINEX. Вычислив каким-либо способом ТЗ, можно вводить её в наблюденные псевдодальности и фазы, а затем передавать корректированные файлы в ПО Trimble Geomatice Office в качестве «сырых» наблюдений. При этом, чтобы избежать повторной коррекции, встроенное в фирменном программном обеспечении исправление тропосферы следует отключать. Таким образом, появляется возможность комбинировать внешние (дополнительные) данные о параметрах реальной тропосферы, алгоритмы вычисления ТЗ и обработку спутниковых координатных определений.

Как показали проведённые эксперименты, комбинированная методика обработки спутниковых координатных определений вполне применима при обработке спутниковых координатных определений. Возможность использования широкого набора алгоритмов коррекции и дополнительных исходных данных для них делает её перспективным средством повышения точности геодезических сетей.

В качестве внешних данных были использованы три типа информации о тропосфере: профили аэрологического зондирования атмосферы и значения зенитной тропосферной задержки, полученные из стохастического оценивания из GPS-наблюдений станций МГС.

Применение данных аэрологического зондирования атмосферы для учёта ТЗ с использованием комбинированной методики не дало ожидаемого улучшения точности спутниковых координатных определений. Причины этого очевидны: чрезвычайная разреженность сети аэрологических станций, непродолжительный интервал фиксирования метеорологических элементов (время полета зонда около 2-х часов), сложность получения и предварительной обработки данных зондирования. Таким образом, нельзя рекомендовать непосредственное применение аэрологической информации для корректирования тропосферной рефракции в спутниковых координатных определениях. Однако, эти данные могут успешно использоваться для построения, исследования и уточнения моделей локальной тропосферы над станциями спутниковых наблюдений и даже районами, охватываемыми этим видом метеонаблюдений.

Гораздо больший интерес представляет использование продуктов МГСоцениваемых центрами анализа ЗТЗ для станций сети, доступных в Интернете.

Использование ЗТЗ станций МГС в комбинированной методике обработки спутниковых наблюдений позволяют ощутимо улучшить результаты вычисления пространственных векторов.

Около 70% базовых линий, вычисленных с использованием ЗТЗ, проходят критерий Фишера увереннее (то есть получают значение Ratio выше), чем векторы, полученные по обычной методике обработки. В некоторых случаях комбинированная методика позволяет получить фиксированное решение тогда, когда стандартная коррекция даёт плавающее.

На основании проведенных вычислений можно сказать, что не менее чем для 50% решений, полученных по скорректированным данным, имеют улучшение определения высоты из спутниковых наблюдений. Это относится к линиям разной длины — от малых (до 5 км), средних (13−15 км) и длинных (35−40 км), до сверхдлинных (около 1,5 тысяч км).

Разработанный в рамках комбинированной методики обработки спутниковых координатных определений комплекс программ весьма чувствителен к составу исходных данных и требует существенных трудозатрат при их подготовке, в силу ограниченного опыта программирования автора. В случае подключения к работе готовых модулей чтения файлов сырых спутниковых данных и интерполирования орбит спутников на эпохи измерений, или оптимизации разработанных программ, время вычислений значительно уменьшится. Но даже в теперешнем виде пакет программ коррекции тропосферной задержки с использование продуктов МГС существенно легче в использовании, нежели наземные метеорологические измерения на пункте и привлечение данных аэрологического зондирования.

4) Разработаны рекомендации по оптимальному учёту тропосферной рефракции в условиях Западной Сибири, которые сводятся к следующему:

При обработке спутниковых координатных определений в программном комплексе Trimble Geomatice Office не следует использовать маски отсечки угловых высот ниже 10°-13°. Интервал оценивания зенитных тропосферных задержек следует устанавливать равным 1 часу. Несколько лучшие результаты по сравнению с остальными дают алгоритмы Блэка и Найелла.

— При обработке коротких базовых линий с малыми разностями высот лучше использовать измеренные метеоданные только базовой станции. Значения температуры, давления и влажности для мобильной станции лучше вычислять, используя градиенты из стандартных атмосферных моделей. Для разностей высот, меньше чем 100 м, ошибки такой модели обычно немного меньше, чем ошибки инструментов или влияние приземных инверсий.

— Вычисления тропосферной задержки рекомендуется производить по алгоритму Херринга с функцией отображения Айфадиса или Найелла. Функция Найелла предпочтительнее, так как она имеет коэффициенты для вычисления как смешанной тропосферной задержки, так и разделенной на гидростатический и влажный компоненты.

— При создании высокоточных геодезических сетей спутниковые координатные определения следует дополнять измерениями метеорологических параметров только при условии использования автоматических метеосенсоров. Эти данные следует использовать для определения гидростатического компонента тропосферной задержки. Для определения влажного компонента следует привлекать градиентные или стохастические модели и дополнительную информацию (например, аэрологическое или радиометрическое зондирование).

— Поскольку в настоящее время, учебне заведения не могут приобретать дорогостоящие приборы (радиометры водяных паров, лидаров) и научное программное обеспечение — разработанный алгоритм является оптимальным средством учёта влияния тропосферной рефракции на спутниковые наблюдения. В случае приобретения современных программно-аппаратных комплексов (автоматических метеостанций или ПО с доступными исходными кодами, типа GAMIT) данную разработку можно будет объединять с ними для выполнения дальнейших исследований в области учёта влияния внешней среды.

Результаты данной работы в дальнейшем могут быть использованы при создании цифровой модели погоды на территорию Новосибирской области, при условии получения доступа к архивам и текущим данным новосибирского Гид-рометеоцентра. Цифровые модели погоды в комплексе с постоянно действующей в СГГА базовой станцией спутниковых наблюдений позволят на более высоком уровне реализовать режим измерений в реальном времени на территории Новосибирска и ближайшего пригорода.