РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДИЧНИХ ОСНОВ СУПУТНИКОВИХ ГЕОДЕЗИЧНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ТА ЇХ ОПРАЦЮВАННЯ НА ДОВГИХ ТА НАДДОВГИХ БАЗАХ
2.1. Основи опрацювання GPS-спостережень.
Для високоточних геодезичних визначень за допомогою GPS-спостережень використовуються різниці фаз несучої частоти, як результат роботи одного каналу приймаючої апаратури, тобто різниці фази несучої частоти сигналу, переданого від супутника та фази осцилятора окремого приймача. Різниця фаз несучої частоти може бути виміряна з високою точністю, оскільки роздільна здатність приймача знаходиться в межах одного міліметру або навіть менше в еквівалентній довжині. Для отримання найвищої точності визначення місцеположення, різниця фаз несучої повинна бути отримана одночасно для кожної епохи із декількох станцій (мінімум двох), для декількох супутників (мінімум двох), та для обох несучих частот: L1 (1575,42 МГц) і L2 (1227,60 МГц). Основне джерело похибок у фазових вимірах між супутником та наземною станцією виникає внаслідок нестабільності відхилення часових та частотних стандартів, що слугують як референцні для передавача та приймача. Навіть для встановлених на супутниках атомних стандартів частоти, їх нестабільність обмежувала би точність визначення місцеположення до рівня декількох метрів, як би не було можливості виключити цей ефект шляхом утворення різниць сигналів.
Другим типом вимірюваних величин у GPS-технології є псевдовідстані. Їх отримують за рахунок використання C/A коду з довжиною хвилі 293 м та P коду з довжиною хвилі 29,3 м, які генеруються супутниками. Псевдовідстані дають первинні величини спостережень, придатні для навігації, але не досить точні для використання у геодезичних цілях. Однак не дивлячись на відносно низьку точність визначення псевдовідстаней їх використовують під час опрацювання супутникових спостережень для синхронізації годинників приймачів, розв'язання невизначеностей, при відновленні стрибків фаз у фазових спостереженнях, а також в якості додаткових величин під час оцінення орбітального положення супутника з фазових спостережень.
Основні характеристики кодових та фазових вимірів, які виражено в лінійній мірі, наведено в табл. 2.1[53].
Таблиця 2.1
Основні характеристики кодових та фазових вимірів
КодовіФазовідовжина хвиліP-код 29,3 мL1 19,0 смC/A-код 293 мL2 24,4 смпохибки спостереженьP-код 0,3-1м1-3 ммC/A-код 3-10мнові розробкиP-код см-дм<0,2 ммC/A-код дм-мефект розповсюдженняіоносферна затримкаіоносфера виключаєтьсяневизначеністьневизначеність відсутняневизначеність розв'язується
Для одного супутника різниці фаз (або псевдовідстаней) сигналів отриманих одночасно на кожній з двох наземних станцій виключають ефект відхилень чи нестабільності годиннику супутника. Цю величину називають міжстанційною різницею, або першою різницею. Якщо станції супутникових спостережень розташовані досить близько одна від одної, то перші різниці також дозволяють значно зменшувати ефекти тропосферної та іоносферної затримок. Згадані ефекти значно впливають на розповсюдження радіосигналів від супутника, а отже і на точність супутникових визначень. Якщо на наземних станціях встановлені воднево-мазерні осцилятори (із стабільністю приблизно 1/1015 протягом декількох годин), то перші різниці можна було б використовувати для виключення варіацій годинника приймача. Але, на практиці з економічних причин дуже рідко використовують воднево-мазерні осцилятори. Замість цього використовують подвійні різниці (double-difference). Вони формуються між супутниками шляхом віднімання міжстанційних різниць для повного знищення ефектів варіацій годинників приймачів. В такому випадку спостереження стають такими ж точними із значно дешевшими кварцовими осциляторами, як і з атомними стандартами частоти.
2.2 Основні джерела похибок при супутникових геодезичних спостереженнях
2.2.1 Типи похибок
Кодові та фазові псевдовідстані піддаються впливу як систематичних похибок, так і випадкових. Джерела виникнення похибок можна умовно розділити на три групи [3]:
* похибки обумовлені визначенням супутникових орбіт;
* похибки обумовлені впливом навколишнього середовища під час поширення сигналу;
* інструментальні похибки, обумовлені конструкцією GPS-приймача.
У табл. 2.2 наведені основні типи похибок.
Таблиця 2.2
Систематичні похибки визначення псевдовідстаней
ДжерелоЕфектСупутникпохибки у визначенні орбіт,
похибки годинника супутника,
зміщення антени відносно центру мас супутника,
зміни положення фазового центра антени супутникаСередовище поширеннятропосферна рефракція,
іоносферна рефракціяПриймачзміни положення фазового центра антени приймача,
похибки годинника приймача,
додаткове відбиття сигналу
Вплив деяких систематичних похибок можливо усунути за рахунок використання відповідної програми супутникових спостережень. Виконання відносних спостережень дозволяє усувати похибки спричинені як конкретним супутником так і конкретним приймачем за рахунок формування послідовних різниць "супутник-станція". До перерахованих похибок слід додати вплив релятивістських ефектів, які спричиняються впливом гравітацій на годинники як у приймачі так і на супутнику.
2.2.2 Похибки обумовлені неточностями інформації про орбіти супутників
Зміщення супутникових орбіт виникають за рахунок впливу різних сил, а саме:
* гравітаційного поля Землі;
* гравітаційного поля Сонця і Місяця;
* гравітаційних аномалій;
* припливних явищ з перерозподілу мас Землі;
* сонячної радіації;
* атмосферного гальмування супутників.
Оцінити вплив похибок орбіт супутників на точність визначення координат GPS-станцій можна за допомогою простого співвідношення [75]:
, (2.1)
де - геоцентричне положення GPS-супутника; - похибка орбіти; - вектор-бази між двома GPS-станціями; - похибка вектора-бази.
У такий спосіб орбітальна похибка =1 м приводить до відносної п