Разработка технологии дифференциальных фазовых GPS-измерений применительно к территории Сирии

Существующая на территории Сирии государственная геодезическая сеть, созданная в результате работ, проведенных в разные годы французскими, советскими и сирийскими специалистами, не отвечает современным требованиям, поскольку при ее построении были допущены существенные ошибки, приведшие к ее деформации (подробно об этом сказано в главе 1). Поэтому возникает необходимость обновления сети, которое должно выполняться с применением современных методов спутникового позиционирования. Это весьма масштабная задача, при решении которой следует не только использовать известные методы, открываемые применением глобальных спутниковых систем, но и исследовать новые возможности усовершенствования этих методов.

Одной из таких возможностей является разработка новой технологии получения дифференциальных поправок при фазовых измерениях глобальными спутниковыми системами с целью повышения точности определения вектора базы (ОР8-дальнометрии) для построения векторных геодезических сетей на территории Сирии.

ОРБ-дальнометрия, т. е. измерение расстояний между двумя пунктами без знания их координат, хорошо известна и обеспечивается при фазовом режиме измерений, когда определяются три разности одноименных координат двух пунктов. В диссертации предложена и исследована возможность повышения точности ОРБ-дальнометрии на основе введения дифференциальных поправок непосредственно в разности координат, получаемые из: фазовых! измеренийВ какой-то степени это распространение на фазовые измерения? способа, используемого при кодовых измерениях. .

Как известнопридифференциальномметоде* кодовых измерений на) референцной станции, установленной в точке с известными координатамивычисляются «эталонные» расстояния и сравниваются с измеренными псевдодальностями, в результате чего получают дифференциальные поправки, передаваемые на роверный приемник. На референцной станциимогут также вычисляться не расстоянияа разностт между известными координатами этой станции и координатами, определенными, но измерениям в автономном режиме, и этими разностями исправляются координаты роверного приемника. Такой дифференциальный метод, как уже было сказано, применяется прикодовых измерениях.

Если использовать фазовые измерения, то открывается новая возможность получения дифференциальных поправок. Опуская некоторые детали, суть метода, с принципиальной точки зренияможно пояснитьследующим образом.

Два приемника, А и В устанавливаются в пунктах с известными координатами. По этим координатам вычисляются три «эталонных» разности одноименных координат пунктов: (ХАХв), (УАУв), — Ъъ). В результате фазовых измерений получают три те же разности, которые будут отличаться от вычисленных. Расхождения между вычисленными (эталонными) и измеренными разностями будут представлять собой поправки, которые вводятся в измеренные разности на других трассах, когда приемники устанавливаются в точках с неизвестными координатами. Поскольку по разностям координат можно вычислить длину трассы: = у1(хА — ХвУ + (УА — УвУ + - гву, (1) то введение поправок в измеренные разности координат на других трассах позволяет получить исправленные значения их длин (а если на этих трассах один из приемников находится в точке с известными координатами, то можно, как обычно, получить и исправленные значения координат второго приемника).

Отличие метода от существующих состоит в том, что в начале работ оба приемника устанавливаются в пунктах с известными координатами (точнее, на концах известного базового вектора), в то время как при фазовых измерениях во всех кинематических режимах, в том числе и КГК, на твердом пункте устанавливается только один из двух приемников (базовая станция). В режиме статики иногда устанавливаются и оба приемника в твердых пунктах, но это осуществляется только для инициализации (разрешения неоднозначности) и при этом не определяются дифференциальные поправки. Другое отличие метода заключается в том, что поправки вводятся сразу в конечный продукт фазовых измерений — в разности координат, в то время как в известном способе получения дифференциальных поправок при фазовых измерениях они вводятся в фазовые дальности [4, 24]. Таким образом, предлагаемый метод разностно-координатных поправок обладает существенной новизной. В настоящей работе выполнено его подробное исследование и экспериментальная проверка на геодезических сетях, подтвердившая его достоверность и эффективность.

Преимуществом предлагаемого метода является возможность создания уточненной ОР8-дальнометрии, которая может использоваться для построения пространственной векторной геодезической сети и в работах метрологического назначения.

В диссертации рассматриваются также вопросы оптимальной геометрии спутниковых наблюдений на территории Сирийской Арабской республики и приводятся соображения о связи существующей национальной системы координат Сирии с результатами спутниковых наблюдений. Исследована проблема трансформирования координат из системы ^^38−84 в локальную систему применительно к территории Сирии. Полученные результаты также являются новыми и имеют практическую значимость для выполнения геодезических работ в Сирии с использованием глобальных спутниковых систем. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Анализ и систематизация сведений о современном состоянии государственной геодезической сети Сирии.

2. Метод дифференциальных фазовых ОРБ-измерений с введением разностно-координатных поправок.

3. Аналитические выражения для разностно-координатных поправок при фазовых измерениях.

4. Результаты экспериментальной проверки метода на геодезических сетях.

5. Особенности геометрического фактора при спутниковых наблюдениях в Сирии.

6. Исследование связи существующей национальной системы координат Сирии с результатами спутниковых измерений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Полученные в данной работе результаты можно сформулировать следующим образом:

1. Освещена геодезическая изученность территории Сирии, систематизированы сведения о построении государственной геодезической сети и описана история ее создания в результате работ французских, советских и сирийских геодезистов. Указано на ошибки, допущенные при построении сети, которые привели к ее деформации, и сделан вывод о необходимости обновления ГГС Сирии с использованием глобального спутникового позиционирования.

2. При измерениях глобальными спутниковыми системами наиболее точными являются фазовые измерения, а дифференциальный метод еще более повышает их точность. В работе предложен вариант дифференциального метода, при котором дифференциальные поправки вводятся сразу в конечный результат фазовых измерений — в разности одноименных координат двух пунктов, в которых установлены спутниковые приемники. Преимуществом предлагаемого метода является возможность создания уточненной GPSдальнометрии, которая может использоваться для построения пространственной векторной геодезической сети и в работах метрологического назначения.

3. Получены аналитические выражения для дифференциальных поправок, вводимых в составляющие Эх, £>г, Ог вектора линии, соединяющей два приемника, т. е. в измеренные приращения (разности) координат.

4. Исследован вопрос об «эталонных» значениях разностей координат, с которыми должны сравниваться измеренные значения для получения дифференциальных поправок. Показано, что «эталонные» значения могут быть взяты из многосуточных ОРБ-наблюдений на двух пунктах, но при отсутствии такой возможности допустимо считать «эталонными» значения разностей координат, полученные из уравнивания векторного треугольника как замкнутой фигуры.

5. Выполнена экспериментальная проверка метода разностно-координатных поправок на реальных геодезических построениях. Проверка выполнялась для двух случаев: 1) на участке сети, построенной на территории Сирии- 2) на участке сети, данные о которой взяты из Интернета. В первом случае эталонные значения разностей координат брались из уравнивания, во втором — как разности твердых координат, полученных по результатам измерений в сети постоянно действующих базовых станций. В обоих случаях использование метода разностно-координатных дифференциальных поправок увеличило точность результатов фазовых измерений в среднем в 1,5−2 раза.

6. Показано, что на основе разработанной технологии дифференциальных фазовых ОРБ-измерений возможна реализация уточненной ОР8-дальнометрии, позволяющей более точно вычислить длину пространетвенного вектора. Она является подходящим средством для построения векторной геодезической сети и может быть использована при спутниковых измерениях на территории Сирии, а также может найти применение при создании метрологических полигонов и может быть включена в поверочную схему средств линейных измерений.

7. Рассмотрены особенности геометрического фактора на территории Сирии. С использованием программы Web Mission Planning выяснено, что на территории Сирии возможно наблюдать спутники в направлении точки севера или в близком к ней направлении, что позволяет реализовать геометрию наблюдений, близкую к оптимальной. Показано, что применение двухсистемных приемников, позволяющих наблюдать как спутники GPS, так и спутники ГЛОНАСС, дает возможность получать хорошие значения PDOP в значительно большем интервале времени.

8. Приведены некоторые соображения о связи существующей национальной системы координат Сирии с результатами спутниковых наблюдений. Освещены общие принципы трансформирования систем координат. Выполнено сравнительное исследование двух методов трансформирования из системы WGS-84 в локальную систему координат на территории Сирии и показано, что наиболее подходящим является полиномиальный метод трансформирования.