Содержание к диссертации
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ 1
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
РАЗДЕЛ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ТРОПОСФЕРЫ НА ИЗМЕРЕНИЯ ГЛОБАЛЬНЫМИ СПУТНИКОВЫМИ СИСТЕМАМИ 7
1.1. Стратификация атмосферы. Задержка сигнала и рефракция радиоволн 7
1.1.1 Состав атмосферы 7
1.1.2 Задержка сигнала в атмосфере 10
1.2. Модели нейтральной атмосферы, используемые при спутниковых измерениях 14
1.2.1 Биквадратная модель Хопфилд 16
1.2.2 Модифицированная модель Хопфилд 19
1.2.3 Модель Саастамойнена 20
1.3. Сравнительный анализ точности моделей нейтральной атмосферы 21
РАЗДЕЛ 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГЛОБАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 30
2.1. Суть дифференциального метода работы 30
2.2. Кинематика в реальном времени - RTK 31
2.3. Методы передачи дифференциальной поправки
2.3.1. Формат RTCM 35
2.3.2. Ntrip - протокол передачи дифференциальных поправок через Интернет
2.4. Классификация современных дифференциальных систем спутниковой навигации 38
2.5. О высотном разносе приёмников при дифференциальном режиме работы глобальных спутниковых систем 41
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ТРОПОСФЕРЫ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ 46
3.1. Теоретическое обоснование 46
3.2. Определение задержки в нейтральной атмосфере с использованием дифференциальной поправки
3.2.1. Язык управления приёмниками GRIL 49
3.2.2. Установка приёмника на выдачу дифференциальной поправки 50
3.3. Определение задержки в нейтральной атмосфере с использованием бортовых эфемерид. 59
3.3.1. Система координат WGS-84 59
3.3.2. Программа-конвертер tps2rin 62
3.4. Определение задержки в нейтральной атмосфере с использованием точных эфемерид 64
3.4.1. Точные эфемериды 66
3.4.2. Системы отсчета ITRS и отсчетные основы ITRF 69
3.4.3. Общеземной эллипсоид GRS80 71
3.4.4. Учет вращения Земли 71
3.4.5. Демонстрационный расчёт 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
ЛИТЕРАТУРА 96
ПРИЛОЖЕНИЕ 101
Приложение 1 Пример файла точных эфемерид в формате sp3c 101
Приложение 2 Пример файла бортовых эфемерид в формате Rinex 2.10 103
Приложение 3 Пример файла измерений в формате Rinex 2.11 104
Приложение 4 Макрос, преобразующий файл Rinex в табличную форму
Введение к работе
Для учёта влияния тропосферы в настоящий момент применяют моделирование и зондирование атмосферы. Процесс зондирования трудоёмок и при производстве геодезических работ с использованием глобальных навигационных спутниковых систем (далее ГНСС), как правило, не применяется. В ГНСС используются различные модели. Любая модель является приближением и не позволяет полностью исключить влияние тропосферы или ионосферы на результаты измерений. Чаще всего при спутниковых измерениях для учёта влияния тропосферы применяются формулы (модели) Саастамойнена и Хопфилд.
Цель любой тропосферной модели - определение среднеинтегрального индекса преломления вдоль трассы, знание которого позволяет вычислить задержку сигнала в тропосфере и ввести соответствующую поправку.
Модельный учет задержки сигнала в тропосфере принципиально не может иметь высокую точность при использовании любых моделей, поскольку модель описывает лишь достаточно обобщенное и осредненное распределение индекса преломления вдоль трассы, которое может существенно отличаться от реальной стратификации на конкретной трассе. При моделировании не удается учесть реальное состояние атмосферы на момент выполнения измерений, в итоге возникают погрешности в результатах спутниковых определений, учёт которых весьма трудоёмок, а в ряде случаев и вовсе невозможен.
Большой интерес представляет проблема отыскания метода, который позволил бы определять или исключать тропосферную поправку (задержку сигнала в тропосфере) без всякого использования модельных представлений, подобно тому, как это осуществляется по отношению к ионосферной поправке, которую можно определить или исключить применением двухчастотного метода, основанного на использовании дисперсии радиоволн в ионосфере. Однако тропосфера является для радиоволн недиспергирующей средой, поэтому для нее двухчастотныи метод неприменим и нужно искать какие-то другие способы.
Теоретической основой для проведённого исследования явился метод, описанный в отчёте о НИР «Тропион» (МИИГАиК, 2006 г.) в разделе 3.2 «О возможности аппаратурного определения тропосферной поправки без привлечения моделей». При выполнении этой НИР был предложен метод, который позволил бы определять или исключать тропосферную поправку (задержку сигнала в нейтральной атмосфере) без использования модельных представлений. Указано, что решение этой задачи может быть основано на использовании метода передачи дифференциальных поправок, основная идея которого заключается в следующем.
Если же на референцной станции, как это обычно и бывает, наблюдаются четыре и более спутников, то наряду с тремя координатами станции определяется и поправка часов At.,, что позволяет исключить из разности (2) член (с-At,, ), и эта разность будет содержать только задержки в тропосфере и ионосфере. Используя двухчастотный приёмник, можно исключить ионосферный член ЛИо„ из разности (2). Следовательно, предусмотрев соответствующие алгоритмы обработки в программном обеспечении, можно реализовать случай, когда дифференциальная поправка 8, передаваемая на роверный приемник, например, в формате RTCM-104, будет содержать
В себе ТОЛЬКО Тропосферную Задержку Атроп •
Таким образом, мы получаем метод аппаратурного определения задержки сигнала в тропосфере, или, другими словами, аппаратурный метод учета влияния тропосферы без привлечения каких бы то ни было моделей (при условии, что приемники разнесены на не слишком большое расстояние).
Точность этого метода требует дополнительных исследований, однако ожидается, что она будет выше, чем при использовании моделей — хотя бы за счет того, что предлагаемый метод позволяет работать в реальном времени.
В диссертационной работе предполагалось выполнить теоретические и экспериментальные исследования приведённого выше метода. Изучение данного вопроса проходило параллельно с практической реализацией и проверкой теоретических выкладок. Было проведено большое количество экспериментов, что позволило доработать начальную теорию, внести необходимые корректировки и дополнения. В итоге, после внесения ряда правок, теоретическое обоснование предложенного метода подтверждено практической реализацией.
