Тикунов В. С. Геоинформатика. Статическое позиционирование. Кинематическое позиционирование.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Статическое позиционирование. Этот способ используется при наиболее точных определениях разностей координат между двумя пунктами, на которых установлены антенны фазово-кодовых приемников. Одна из этих станций рассматривается как базовая. В этих измерениях фазовый метод является основным, а кодовый — вспомогательным. При этом устраняется сложнейшая проблема разрешения неоднозначности фазовых измерений и компенсации искажений в аппаратуре и на трассе распространения радиоволн. Решить эту проблему удается, формируя разности фазовых измерений.
Вначале формируют разность фаз сигналов от двух спутников на одном приемнике, или от одного спутника на двух приемниках. Какой из этих подходов имеет место, зависит от конструктивных решений и математического обеспечения приемников. Полученные разности называют первыми или одинарными. Затем формируют вторые или двойные разности из измерений в одну эпоху двух спутников двумя приемниками. Вторая разность — это разность двух первых разностей. Одновременно с этим образуются разности чисел N уложений длины волны в измеряемых расстояниях на начальный момент наблюдений.
Во вторых разностях исключены или в большой степени компенсированы основные задержки сигналов в аппаратуре и на трассе измерений. Вторые разности — основной материал для обработки с целью получения высокоточных значений разностей координат между станциями приемников. Уравнение каждой второй разности содержит четыре неизвестные — разности координат по осям X, Y, Z и соответствующую разность чисел N. Естественно, наблюдают не два спутника, а все видимые в данную эпоху на допустимых высотах над горизонтом. Каждая новая пара спутников добавляет еще одну неизвестную разность чисел N. Поэтому нужно одни и те же спутники наблюдать продолжительное время, чтобы найти все неизвестные величины.
Наблюдениями в одну эпоху не ограничиваются. Для каждой эпохи могут быть сформированы вторые разности. Из вторых разностей, отнесенных к разным эпохам, формируют третьи разности. Уравнения третьих разностей не содержат разностей чисел N. Задача решается однозначно. Три таких уравнения позволят вычислить по каждой координатной оси разность координат антенн приемников.
В третьих разностях проблема неоднозначности не решается, а лишь снимается ценой значительной потери точности: с сантиметров до 1-3 м. Обычно задача решается последовательными приближениями. Вначале кодовым методом автономного позиционирования определяют приближенные координаты определяемых пунктов. Затем их уточняют по третьим разностям. Заканчивают процесс точной обработкой по вторым разностям.
Известно несколько разновидностей статических способов позиционирования: статика, быстрая статика, способ реокупации. В сущности, выше был описан способ статики. Точность статики зависит от продолжительности измерений. Измерения в течение 10 мин обеспечивают дециметровую точность. Обычно в статике продолжительность наблюдений на паре станций составляет около 1 ч. За это время происходит накопление измерений, фиксируемых через интервалы от 1 с до 5 мин. Благодаря этому точность определения плановых координат повышается до нескольких сантиметров. Точность определений по высоте примерно в два раза ниже. При дальнейшем увеличении длительности наблюдений точность продолжает расти. При увеличении продолжительности наблюдений с 1 до 6 ч СКП уменьшается примерно в полтора раза.
Быстрая статика разновидность статики, когда применяют ускоренные стратегии поиска чисел неоднозначности Nm вторых разностях, а продолжительность измерений уменьшают с увеличением числа наблюдаемых спутников. В способе реокупации непрерывность измерений сохраняется только на базовой станции, а на мобильной станции измерения выполняют лишь в начале и в конце часового интервала.
Нетрудно представить сеть пунктов, между которыми определены пространственные векторы. Зная точные координаты хотя бы одного пункта-этой сети, можно вычислить координаты всех остальных пунктов. Статические способы применяют главным образом для построения геодезических сетей.

Кинематическое позиционирование. Способ представляет собой определение пространственного вектора от антенны приемника опорной станции до антенны мобильного приемника. Мобильный приемник либо переносится по определяемым точкам, либо перемещается на подвижной платформе: катере, автомобиле, самолете Поэтому такой способ позиционирования иногда называют динамическим. Измерения складываются из двух этапов — инициализации и собственно измерений.

Инициализация разрешение неоднозначности фазовых измерений на известном пространственном векторе. С этой целью на известном пространственном векторе (базисе) наблюдают не менее четырех спутников, формируют по крайней мере три вторые разности и вычисляют содержащиеся в них разности чисел N. Разработано несколько способов инициализации:
• положение пространственного вектора известно точнее 5 см; приемники устанавливают на его концах и в течение нескольких минут ведут измерения;
• опорный приемник устанавливают на пункте с известными координатами, а мобильный — на первом из определяемых пунктов; неизвестный базовый вектор определяют статическим позиционированием;
• применяют специальные стратегии поиска чисел N, и неоднозначность разрешают за короткое время способом, получившим название «на лету» (OTF OnTheFly).

После инициализации приемник перемещают на следующий определяемый пункт и находят разности координат между ним и опорным пунктом. Зная координаты опорного пункта, вычисляют координаты этого пункта и т.д. Измерения ведут непрерывно и обязательно по тем же спутникам, по которым выполнена инициализация. Желательно, чтобы число наблюдаемых спутников было не менее пяти. Точность определения координат составляет 3-5 см.
Различают несколько разновидностей кинематики. Способ «непрерывной кинематики» позволяет «цифровать» контуры на местности путем перемещения приемника, который через заданные интервалы времени фиксирует свои координаты. Способ «стой-иди» предусматривает возможность остановиться на точке, выполнить более длительные измерения, а затем продолжить движение. В упомянутых способах полевые наблюдения и обработка разделены во времени — применяется режим постобработки. Когда имеется цифровой радиоканал и данные с базового приемника можно передать на мобильный, тогда применяют так называемый способ «кинематики реального времени» (RTK RealTimeKinematics). В этом режиме опорный приемник передает сформированные им первые разности фазовых измерений на мобильный приемник, который формирует вторые и третьи разности, а затем, зная координаты опорной станции, вычисляет собственные координаты.
Кинематическое позиционирование в режиме RTK используется во многих работах, например в целях построения профилей местности, для выполнения тематических и топографических съемок, для привязки материалов дистанционного зондирования, когда спутниковые приемники, обязательно двухчастотные, устанавливают на самолетах.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу