Содержание к диссертации
Введение
1. Ионосфера и ее влияние на эффективность позиционирования системы GPS Navstar 11
1.1. Ионосфера 11
1.1.1. Магнитное поле Земли 11
1.1.2. Вертикальный профиль концентрации электронов в ионосфере 12
1.1.3. Основные географические регионы ионосферы 13
1.1.4. Ионосферные возмущения 15
1.1.5. Влияние ионосферы на распространение электромагнитных волн 17
1.2. Влияние ионосферны на измерение псевдодальностей по сигналам GPS Navstar 24
1.2.1. Способы измерения псевдодальностей по сигналам GPS Navstar 24
1.2.2. Погрешности измерения псевдодальностей 26
1.2.3. Влияние ионосферы на фазовую и групповую задержку сигналов GPS 28
1.2.4. Влияние ионосферы на эффективность относительного метода 34
1.3. Выводы 37
2. Использование GPS для исследования ионосферы 39
2.1. Расчет ТЕС по данным GPS Navstar 39
2.2. Модель для расчета ионосферной задержки 44
2.3. Расчет угла места и азимута навигационного космического аппарата
2.4. Расчет координат ионосферной и подионосферной точек 50
2.5. Восстановление ТЕС карт 50
2.6. Оценка эффективности применения существующих моделей ионосферы для коррекции ионосферной задержки 51
2.6.1. Глобальная модель ионосферы Клобушар 51
2.6.2. Глобальные карты ТЕС 54
2.6.3. Оценка возможности применения существующих моделей для коррекции ионосферной задержки на территории Вьетнама...
2.7. Выводы 67
3. Разработка методики повышения эффективности относительного позиционирования системой GPS за счет учета влияния ионосферы на основе использования измерений двухчастотными приемниками на территории Вьетнама 69
3.1. Оценка возможности применения приближенных формул 71 для расчета ТЕС
3.2. Оценка многолучевой составляющей погрешности 82
3.3. Выбор модели для восстановления локальной карты ионосферы 85
3.4. Проблема коррекции ионосферной задержки при относительном позиционировании
3.5. Влияние межчастотного отклонения в навигационной аппаратуре потребителя GPS на коррекцию ионосферной задержки 106
3.6. Блок схема алгоритма коррекции ионосферной задержки ПО
3.7. Выводы 113
4. Экспериментальные исследования 116
4.1. Цели и задачи 116
4.2. Подготовка и проведение экспериментов 116
4.2.1. Аппаратура 116
4.2.2. Программное обеспечение 116
4.2.3. Условия и ход проведения экспериментов 118
4.3. Экспериментальные исследования разработанной методики . 118
4.4. Выводы 126
Заключение 128
Список сокращений 131
Список обозначений 133
Список использованных источников 136
- Вертикальный профиль концентрации электронов в ионосфере
- Расчет координат ионосферной и подионосферной точек
- Оценка многолучевой составляющей погрешности
- Подготовка и проведение экспериментов
Введение к работе
Обоснование актуальности темы диссертации
Распространяясь сквозь атмосферную оболочку Земли, спутниковые сигналы подвергаются присущему радиоволнам воздействию со стороны ионосферных частиц, наиболее заметно проявленному в ионосферной задержке. Для ограничения такого рода негативного влияния внешних факторов с целью повышения точности и эффективности спутникового позиционирования были предложены различные мероприятия и способы, такие как использование двухчастотных приёмников, создание станций ионосферного наблюдения и т. д. В действительности же не все выпускаемые приёмники являются двухчастотными и не все потребители нуждаются в них. До сих пор не во всех частях земного шара имеется достаточно густая сеть станций слежения за ионосферой, тем более не в любой момент времени получают от неё требуемые данные, и не в каждом государстве есть подобная служба или хотя бы одна - две такие специфические станции. В этом отношении Вьетнам не является исключением.
Таким образом, возникла объективная необходимость в разработке методики автономного учёта влияния ионосферы для повышения эффективности спутникового относительного позиционирования как одночастотными, так и двухчастотными приёмниками во Вьетнаме.
Цель и основные задачи исследований
Основной целью данной диссертационной работы является разработка методики автономного учета влияния ионосферы на основе использования измерений отдельным двухчастотным приемником для повышения эффективности относительного позиционирования системой GPS на территории Вьетнама.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
1. Анализ и оценка возможности применения существующих моделей ТЕС
(Total Electron Content) для учёта ионосферной задержки спутниковых
сигналов в условиях Вьетнама.
2. Анализ и оценка существующих приближённых формул для расчёта
ТЕС.
3. Устранение влияния межчастотного отклонения в аппаратуре
приёмника на оценку ионосферных задержек.
-
Оценка и учёт влияния многолучевой составляющей погрешности кодовых псевдодальностей на вторую разность ионосферных задержек .
-
Разработка методики и создание соответствующего математического обеспечения автономного учета влияния ионосферы на основе использования измерений отдельными двухчастотными приемниками.
6. Проведение экспериментов по практической реализации
разработанной методики.
Научная новизна работы
1. Обоснована правомерность и достаточность применения существующих
приближённых формул для расчёта ТЕС.
-
Предложен способ исключения влияния межчастотных отклонений в приемнике на задержку сигнала в ионосфере.
-
Разработана методика автономного учета влияния ионосферы на основе использования измерений отдельным двухчастотным приемником как рациональное решение для повышения эффективности относительного позиционирования системой GPS в условиях отсутствия сети ионосферных станций.
Практическая значимость работы
Из результатов исследования диссертации следует, что спутниковое относительное позиционирование может быть осуществлено одночастотными приёмниками с точностью порядка сантиметров при длине базовых линий до 50 км, а в случае использования двухчастотных приёмников для базовых линий от 20 км до 80 км при точности не хуже 5 см время записи данных может быть сокращено до 60 минут.
На защиту выносятся:
-
Обоснование неприменимости существующих моделей ТЕС для обеспечения требуемой для целей геодезии точности при спутниковых измерениях на территории Вьетнама.
-
Точные формулы для расчета ТЕС, на основе которых доказывается правомерность и достаточность применения существующих приближенных формул.
-
Методика практически автономного восстановления карты ионосферы по измерениям отдельным двухчастотным приемником в условиях отсутствия сети ионосферных станций.
-
Методика определения ТЕС по двухчастотным измерениям с коррекцией многолучевой составляющей погрешности.
-
Экспериментальные результаты, подтверждающие эффективность предложенной методики учета влияния ионосферы.
Вклад автора в проведенное исследование
Все результаты диссертационной работы получены её автором самостоятельно с учетом международного опыта подобных работ.
Структура и объем диссертации
Вертикальный профиль концентрации электронов в ионосфере
Согласно существующим представлениям ионосферу принято разделять на несколько областей (слоев), связанных с соответствующими максимумами электронной концентрации. За ними закрепилось название слоев D, Е, F1 и F2. Они различаются спецификой процессов ионизации, возбуждения, диссоциации, рекомбинации, переноса в атмосферных газах. Часто (а ночью почти всегда) слой F1 отсутствует, в таком случае слой F2 называют просто слоем F. Основной источник электронов в слое F - процесс ионизации О и N2 солнечным излучением с длиной волны от 14 до 80 нм. Это основной максимум электронной концентрации в ионосфере. Он располагается на высоте примерно 250-300 км (максимум слоя F1 - 160-180 км). Слой Е (90-130 км.) ионизируется излучением меньше 14 нм и от 80 до 102.7 нм. (102.7 - порог ионизации для 02). Излучение с длиной волны более 102.7 нм не может ионизировать основные газы, и не играет большой роли в ионообразовании, за одним исключением. Интенсивная линия L , с длиной волны 121.6 нм вследствие слабого поглощения верхними слоями глубоко проникает в атмосферу и играет определенную роль в образовании слоя D (ниже 90 км.). Другими источниками излучения для слоя D являются коротковолновое излучение с 1 1 нм, ионизирующее оксид азота, а также излучение с X от 102.7 до 111.8 нм, ионизирующее возбужденные молекулы кислорода, находящиеся в метастабильном состоянии 02 (!Ag) [9].
Свойства и поведение ионосферы меняются в зависимости от геомагнитной широты, поэтому и степень влияния ионосферы на погрешность измерения псевдодальностей тоже меняется в зависимости от геомагнитной широты. Можно выделить несколько областей, где поведение ионосферы имеет свои особенности: полярная область; авроральная область; среднеширотная область;
экваториальная область.
Горизонтальные градиенты вертикальной задержки сигнала в ионосфере определяется широтными и долготными градиентами. Наибольшие горизонтальные градиенты вертикальной задержки сигнала в ионосфере наблюдаются в экваториальных и высоких широтах. Среднеширотная область характеризуется небольшими возмущениями, поведение ионосферы наиболее предсказуемо. Авроральные и полярные области характеризуются частыми возмущениями ионосферы, вызванные проникновением заряженных частиц вдоль линий магнитного поля. Большие широтные градиенты возникают вдоль границы «аврорального овала». Поведение ионосферы в полярной области наименее предсказуемо. Иногда наблюдается проникновение возмущений из полярных областей в среднеширотную область. В экваториальных широтах ионосфера в наибольшей степени оказывает свое влияние на погрешность измерения псевдодальности. Именно там интегральная электронная концентрация достигает своего максимального значения, в течение суток (см. на рис. 2).
Территория Вьетнама расположена в экваториальной области, которая может быть охарактеризована наиболее высокими значениями пика электронной плотности. Совокупный эффект высокого уровня излучения от Солнца и электрического и магнитного полей Земли приводит к росту и движению электронов вдоль горизонтальных линий магнитного поля. В экваториальной области ионосферы днем по обе стороны от геомагнитного экватора на широтах 100-200 образуются максимумы ионизации. Это явление известно как экваториальная аномалия. Механизм образования этой аномалии обусловлен так называемым «фонтан-эффектом». Рис.2. Основые географические регионы ионосферы
К настоящему времени накоплен большой материал о структуре ионосферы - глобальном распределении ионизации, ее суточных, сезонных и климатических вариациях. В то же время многочисленные наземные и космические исследования убедительно показали, что характерной особенностью ионосферы является ее изменчивость и неоднородность. Возмущения проявляются в вариациях различных параметров среды: локальной электронной концентрации (Ne), температуры ионов и электронов, полного электронного содержания (ТЕС - количество электронов в столбе единичного сечения).
Ионосферные неоднородности классифицируются на основе их пространственно-временных масштабов, степени изменения электронной концентрации и скорости перемещения. Пространственно-временные масштабы ионосферных возмущений зависят от параметров инициирующего воздействия.
Авроральные процессы, сопровождающие мощные магнитные бури, генерируют крупномасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (КМ ПИВ). КМ ПИВ являются ионосферным проявлением внутренних атмосферных акустико-гравитационных волн (АГВ), имеют временные периоды порядка 1 часа и длины волн свыше 1000 км. Эти возмущения перемещаются в основном в экваториальном направлении со скоростью порядка 300-1000 м/с.
Среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ), возникающие при различных возмущениях нейтральной атмосферы на низких и средних высотах (погодные явления, движение солнечного терминатора, сверхзвуковое движение лунной тени при солнечном затмении и т.д.), создают в ионосфере своеобразное интерференционное поле возмущений с характерными периодами 20-60 мин, длинами волн от 50 до 300 км и всевозможными направлениями перемещения. Считается, что нейтральный ветер при некоторых условиях фильтрует СМ ПИВ по направлениям перемещения, так что можно выделить определенное преобладающее направление. Как правило, среднемасштабные ПИВ имеют наклон фронта около 45 вниз относительно плоскости горизонта, а их интенсивность составляет 5-30%. К классу СМ ПИВ относятся и некоторые особые типы перемещающихся возмущений - перемещающиеся волновые пакеты, изолированные ионосферные неоднородности, имеющие форму импульсов длительностью 10-20 мин. СМ ПИВ вызывают рефракционные искажения радиосигналов.
Мелкомасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (ММПИВ) обычно ассоциируются с погодной активностью. Период таких возмущений лежит в пределах 1-10 мин, а характерный пространственный масштаб составляет 100-1000 м. К ММ ПИВ близки неоднородности промежуточного масштаба (ПМ ПИВ), имеющие тот же временной период 1-10 мин и пространственные размеры 1-30 км. ММ и ПМ неоднородности вызывают явление F-рассеяния и мерцания радиосигналов. a
Расчет координат ионосферной и подионосферной точек
Глобальная модель ионосферы GPS, разработанная J. A. Klobuchar в 1975-81 гг., на основе которой одночастотный потребитель системы GPS может осуществлять ионосферную коррекцию. Применение модели ионосферы GPS для устранения ионосферных погрешностей в одночастотной НАЛ GPS рекомендовано ИКД GPS. Параметры модели ионосферы GPS, передаются в навигационном сообщении GPS [9]. Модель ионосферы GPS описывает глобальное распределение вертикальной ионосферной задержки в системе координат «местное время — геомагнитная широта» в виде постоянной в течение суток и по всем широтам «подставки », равной 5 не, на которую накладывается дневная составляющая в виде косинусоидальной полуволны [8]
(2.22) Зависимости амплитуды и периода от геомагнитной широты задаются полиномами третьей степени, а максимум зафиксирован на момент местного времени, равном 14 часов (50400 с ) для всех широт
(2.23) где E - угол места HKA; A - азимут HKA; фи - широта потребителя; Xu -долгота потребителя; GPS time - системное время GPS; х - фаза; F - фактор накло- I на; t - местное время; фт - геомагнитная широта подионосферной точки; Ягдолгота подионосферной точки; фг широта подионосферной точки; - центральный угол между положением НАЛ и проекцией ионосферной точки на поверхность Земли (подионосферная точка).
Параметры, передаваемые с навигационном сообіщении GPS: ап -коэффициенты кубического полинома, представляющего амплитуду вертикальной задержки сигнала в ионосфере; /?п- коэффициенты кубического полинома,представляющего период модели; п = 0,1,2,3. Коэффициенты полиномов ап, /?п передаются в навигационном сообщении системы GPS и обновляются, как минимум, каждые 6 дней [9]. Исходными данными для расчета ионосферных поправок на основе модели ионосферы GPS являются: фи, Аи- приближенные значения координат НАЛ ГНСС; Е - угол места НКА; А - азимут HKA; GPS time - системное время GPS; ап, (Зп - коэффициенты полиномов.
Недостатками модели ионосферы GPS являются [9]:
недостаточно частое обновление коэффициентов модели приводит к существенному расхождению текущего состояния ионосферы от предсказанного;
постоянство ночных значений ионосферной задержки не соответствует ре- альному поведению ионосферы, поскольку известно, что после захода Солнца интегральная концентрация электронов в ионосфере плавно уменьшается в течении ночи, достигая перед восходом Солнца минимального значения; максимум ионосферной погрешности не всегда приходится на 14 часов местного времени, а может передвигаться в диапазоне от одного до двух часов в окрестности местного полудня.
Согласно ИКД GPS, применение модели ионосферы GPS позволяет уменьшить, как минимум, на 50% влияние ионосферы на среднеквадратическую погрешность определения координат НАЛ. Погрешность модели ионосферы GPS составляет 9.8 м 19,6 м (95%) [21], по другим оценкам 1.3 л -г 14.4 л (СКО) [21]. Согласно исследованиям, проведенным Overlook Systems Technologies, Inc. (США) СКО модели ионосферы GPS над континентальной частью США составила 2.8 м, при этом СКО модели ионосферы GPS в дни спокойной солнечной активности достигает 3 м, в дни с повышенной солнечной активностью ошибка может достигнуть 5 м. Эти значения характеризуют точность модели ионосферы GPS для средних широт. Для авроральных и экваториааьных областей значение ошибки будет выше. Таким образом, модель ионосферы GPS не позволяет с высокой точностью устранить влияние ионосферы на сигналы НКА. 2.6.2. Глобальные карты TEC
В настоящее время в мире действуют глобальная и ряд региональных сетей двухчастотных многоканальных GPS-приемников. Основой глобальной сети приемников GPS служит мировая геодинамическая сеть IGS (International GPS Service for Geodynamics), предназначенная для мониторинга геодинамических процессов и функционирующая с 1990 г. Размещение GPS-приемников по земному шару в январе 2009 г. представлено на рис.16. Карта демонстрирует очень неравномерное распределение приемных пунктов GPS. Приемники довольно плотно расположены на территории Северной Америки, Европы, но их гораздо меньше в Азии. Мало станций на Тихом и Атлантическом океанах. Региональные сети GPS отличаются, как правило, высокой плотностью приемников GPS на территории сети и более высоким временным разрешением данных. Такие сети созданы в Германии, Италии- и других странах Евросоюза, США, Корее, Китае. Однако, данные не всех этих сетей доступны для свободного использования.
Оценка многолучевой составляющей погрешности
В работах [11, 16, 17] показано, что многолучевая составляющая погрешности кодовых псевдодальностей (составляет несколько TECU) не может быть устранена указанным сглаживанием . Поэтому для получения более точной оценки разностей ионосферных задержек необходимо оценить эту составляющую наряду с иными искомыми параметрами при моделировании локальной ионосферы.
В соответствии с этими, с учетом составляющей погрешности кодовых псевдодальностей формулу (2.6) можно переписать в следующем виде где t = 1, M - M: количество отсчетов в течение выборки данных; j = 1,S -S: количество наблюдаемых НКА в течение М; DCBj - межчастотное отклонение в j-ом НКА; DCBA - межчастотное отклонение в НАЛ в точке
А;тА - многолучевая составляющая погрешности кодовых псевдодальностей пары НКА j-oro и НАЛ в точке А.
Как выяснилось, компенсация влияния ионосферы в одночастотных НАЛ при относительном позиционировании не требует оценки абсолютного значения ионосферных задержек сигнала НКА, а только требует их разностей между НКА. Перепишем формулу (3.20) в виде Подставляя (3.21) в (1.33), получим TECABJ (t) = [ТЕСВ comb(t)ECBl(t)] іТЕСл comb(f) - ТЕСА\отЬЦ)] - [т]вр - тВр] - КР - Р] (3-22) Как видно из (3.22), чем точнее будут определены величины[mJB — тВр] и [mJA — т1Ар] , тем точнее будет оценена разность ТЕСАВ . Если использовать соотношение (3.21), то оценка значений vnB и mlBp , m]Ap и mAp не будет простой задачей, поскольку будет трудно определить значения этих параметров отдельно от значений DCB в НКА и в НАЛ. Постановленную задачу можно решить с помошью использования разностей значений TECcomb между НКА В формуле (3.24) межчастотные задержки в НКА DCB] и DCB1 считаются известными константами и могут быть взяты из услуги IGS через Интернет, потому что, как выяснилось, такие задержки стабильны во времени[]. В разделе 2 было выяснено, что влияние ионосферы на погрешность измерения псевдодальностей можно достоточно хорошо описать с помощью однослойной модели ионосферы. Перепишем формулу (2.7) (3.31) Очевидно, что если вышеуказанные разности ATEC l(t) использовать в качестве входных данных при решении задачи определения величин ТЕС, то погрешность полученных результатов будет больше в л/2 раз, чем при использовании линейных комбинаций измеренных псевдодальностей (Р2- Pi). Однако, линейные комбинации ( Р2- Pj), которые обычно используются для оценки ТЕС, получаются не из непосредственных результатов кодовых измерений, а являются сглаженными комбинациями путем использования фазовых данных. За счет этого уровень шума «geometry- free » комбинаций кодовых измерений может быть снижен до 0,1 - 0,2 TECU. Таким образом, погрешность значений ТЕС, оцененных на основе использования вышеуказанных разностей, составляет примерно 0,3 TECU ( 5 см в линейной мере на частоте Lj), и этот уровень является приемлемым, потому что, согласно имеющимся в литературе данным [14], точность оценки DCBs в приемнике, расположенном в экваториальной области, существующими методами достигает лишь 0,2 - 0,4 не (1нс 2.853 TECU). Уравнение (3.31) записывается для всех пар НКА, наблюдаемых НАП в точке А на выбранном интервале Т - в результате получается система уравнений. Если количество НКА, наблюдаемых НАП в точке А составляет N, то можно образовать С разностей Дга для каждого момента времени t. Однако чтобы избежать линейно зависимых уравнений при определении разностей Am(Af, используется метод базового (опорного) спутника. Как известно, такой метод также применяется для оформления вторых разностей при решении неоднозначностей фазовых измерений. Если наблюдались НКА то при выборе спутника 1 определяются разности по парам , и количество разностей Ат равно (N-1). Выбор опорного спутника (НКА) базируется на значении угла места и «состоянии здоровья» НКА. Как правило, чем больше величина угла места НКА, тем меньше влияние многолучевой погрешности на псевдодальности. Опираясь на решение системы уравнений (3.31), можно оценить значения АгПдр наряду с значениями коэффициентов Епт. Для этого, с начала необходимо выбрать подходящую модель для описания пространственного распределения VTEC с помощью соотношения (2.21). 3.3. Выбор модели для восстановления локальной карты ионосферы С целью выбора модели, на которой можно достаточно хорошо описать пространственное распределение VTEC было выполнено восстановление локальной карты ионосферы с помощью соотношения (2.21) в трех вариантах: Вариант (1) Для этого использовались значения VTEC, интерполированные из GIM карты IGS, из которых были восстановлены локальные карты ионосферы двумя подходами: 1) по значениям VTEC интерполированным в узлах локальной карты ионосферы по формуле (2.24); 2) по соотношению (2.7) и значениям VTEC, интерполированным в ионосферных точках по формуле (2.24). Локальная карта ионосферы, полученная походом (1) рассматривается как эталонная. Выбор подходящей модели базируется на сравнении результатов, полученных из подхода (2), с результатом, полученным подходом (1). При экспериментальном исследовании определение зоны локальных карт ионосферы базируется на максимальных удалениях подионосферных точек (см. рис.32) от НАЛ в точке А с широтой 21 (N) и долготой 105 (Е). Следовательно пространственный диапазон локальных карт ионосферы простирается от 101 до 110 (Е) по долготе и от 16 до 24 (N) по широте. Пространственное разрешение карт задается шагом (0.05) по долготе и по широте. С помощью формулы (2.24) была выполнена интерполяция значений VTEC в интересуемых точках из известных значений VTEC в узлах GIM карты. В случае подхода (1) необходимо выполнить интерполяцию для 24321 значений VTEC в узлах локальной карты ионосферы и изображение полученной карты показано на рис.33. Географическая долгота Рис.32. Зона локальной карты ионосферы и изображение подионосферных точек В случае подхода (2) в каждом варианте выбора модели для описания пространственного распределения VTEC было осуществлено восстановление локальной карты из решения системы уравнений, полученных с помощью соотношений (3.32 - 3.34) и значений VTEC, интерполированных в ионосферных точках (см. рис.32). Если 9 НКА наблюдаются на промежутке времени в 1 час и интервал взятия отсчетов составляет 15 секунд, то количество значений VTEC, для которых необходимо выполнить интерполяцию, в этом случае будет равно 2160 и полученная система состоит из 2160 уравнений. Решением такой системы являются значения коэффициентов выбранной модели, на основе которых и с помощью соотношения выбранной модели были оценены значения VTEC именно в 24321 точках, как в случае подхода (1).
Подготовка и проведение экспериментов
Подтверждением коррекности и адекватности результатов исследований, полученных в третьем разделе, являются результаты обработки экспериментальных измерений. Результаты экспериментов были оценены на решениях базовых линий с помощью разработанной методики коррекции ионосферной задержки. В ходе экспериментов была решена следующая задача -проверка полученных результатов коррекции ионосферной задержки разработанной методикой и их влияние на эффективность относителтного позиционирования системой GPS при решении базовых линий с длиной от 20 км до 80 км.
Экспериментальные исследования разработанной методики проводились с помощью НАП двухчастотных - TOPCON GB1000 и SouthGPS.
В ходе эксперимента, измеренные навигационные параметры -псевдодальности и навигационное сообщение системы GPS сохранялись в тектовых фйлах в формате Rinex. Практическая реализация разработанной методики осуществлялась на основе следующих программ
Editfile.exe - решение задач обнаружения, оценки и устанения возникающих в ходе измерений циклических фазовых скачков; входной файл в формате Rinex.O; Выходной файл в формате Rinex.O, в котором содержатся псевдодальности, исправленные за фазовые скачки;
STEC.m - оценка значений TECcomb по формуле (2.3); входной файл -Выходной файл программы Editfile.exe; Выходной файл в текстовом формате, в котором значения ТЕСсотЪ сохраняются.
CosZ.m - оценка значений функции пересчета значений наклонных ТЕС на вертикальные и долготы и широты подионосферных точек; входной файл в формате Rinex.N; выходной файл в текстовом формате, в котором значения М(у), (pt, А; сохраняются;
Kalman.m - определение значений коэффициентов модели ионосферы и разностей многолучевой составляющей погрешности подходом наименьших квадратов и фильтром Калмана; входные файлы - выходные файлы программ STEC.m и CosZ; выходной файл в текстовом формате, в котором значения а0, аг, а2, а3, х4, а5 и km 1 сохраняются.
Linearintm - оценка значений коэффициентов ait), bit), c(t) плоскоти линейной интерполяции и значений наклонного ТЕС для корректированной точки за ионосферную задержку; входные файлы выходные файлы программ Kalman.m и STEC.m; выходной файл в текстовом формате, в котором значения
ТЕСА it), ТЕСВ (t), ТЕСС (t) и TECD it) сохраняются; CreatorRinex.m - создание файлов в формате Rinex.O; входной файл -выходной файл программы Linearint.m; выходные файлы - файлы в формате Rinex.O, в которых содержат пседодальности, корректированные за ионосферные задержки, являющиеся входными файлами для программы пост-обработки GPS-данных, как GPsurvey 2.35.
Экспериментальные исследования проводились в северном регионе Вьетнама. В табл.4.1 приведены геодезические координаты экпериментальных точек и на рис. 19 показана схема разположения таких точек.
Запись данных производилась с 6ч 00 м до 8ч 30 м (UTC) 17-ого мая 2008 года . Запись данных производилась с помощью НАП GB1000 в точках HOABINH, GPS-03 и с помощью НАП SouthGps в точках НН11и ВНЗЗ. 4.3. Экспериментальные исследования разработанной методики
С целью проверки влияния многолучевой составляющей погрешности в псевдодальностях на качество решений базовых линий при помощи разработанной методики была выполнена оценка значений разностей многолучевой составляющей погрешности Amji для всех точек HOABINH, GPS-03, НН11 и ВНЗЗ. Затем были определены значения ионосферной задержки
Данные для экспериментального расчеста были выбраны в течение интервала времени с 6ч 00 м до 7ч 00м. Количество общих наблюдаемых НКА составляет 7, а именно НКА- 5, НКА-12, НКА-14, НКА-18, НКА-21, НКА-22, НКА-30, среди которых НКА-18 имеет наибольшее значение угла места ( 60) и он был выбран в качестве опорного спутника при образовании разностей
В табл.4.2 приведены средние значения угла места в градусах для каждого указанного НКА и в каждой точке наблюдания в течение времени с 6ч 00м до 7ч 00м.
В табл.4.6 приведены отклонения разности компонентов коордтнат (X,Y,Z) и наклонных длин (S) базовых линий HOABINH-HH11 (1), GPS-03-НН11 (2), ВНЗЗ-ННП (3), HOABINH-BH33 (4), HOABINH-GPS-03 (5) и GPS-03-ВНЗЗ (6), между точными решениями (ТС) (см. табл.2.2) и решениями, полученными следующими подходами коррекции ионосферной задержки:
С помощью разработанной методики без учета влияния многолучевой составляющей погрешности - (Mel); Решение базовой линии базируется на U псевдодальнотях;
С помощью разработанной методики с учетом влияния многолучевой составляющей погрешности - (Ме2) ; Решение базовой линии базируется на U псевдодальнотях;
Использованием дисперсионного метода - (МеЗ);
Пост-процессинговым онлайн-сервисом CSRS-PPP (Canadian Spatial Reference System-precise point positioning) - (PPP). http://www.geod.nrcan.gc.ca/index e.php
Приведенные в табл.4.6 результаты показывают, что с помощью разработанной методики исправления ионосферной задержки (Ме2) количество базовых линий, имеющих решение с отклонением разностей компонентов координат (X,Y,Z) и наклонных длин (S) базовых линий по сравнению с точным решением на уровне сантиметра, составляет - 5, а с помощью Mel - 4 и с помощью МеЗ - 3. С отклонением менее 5 см имеем - 4 базовые линии для Ме2 и 2 базовые линии для МеЗ и для Mel - нет базовой линии. При использовании пост-процессингового онлайн-сервиса CSRS-PPP для интервала времени с 6ч 00 до 8ч 30м отклонение разностей компонентов координат (X,Y,Z) и наклонных длин (S) базовых линий по сравнению с точным решением также составляет величину порядка сантиметров.
В соответствии с этими можно сделать вывод, что учитывать влияние многолучевой составляющей погрешности в псевдодальностях на оценку значений ионосферной задержки действительно необходимо для повышения эффективности относительного позиционирования при помощи одночастотных приеников НАП. Ослабление такого влияния на качество решений базовых линий вполне может быть выполнено разработанной методикой, то есть значения разностей Am» могут быть оценены с помощью разработанной методики восстановления локальной карты ионосферы на основе измерений отдельным двухчастотным спутниковым приемником НАП. Для базовых линий с длиной более 20 км и менее 80 км на основе разработанной методики коррекции ионосферной задержки с учетом влияния многолучевой составляющей погрешности можно получить решения баз с сантиметровой точностью в течение одного часового интервала записи данных, в то время как при использовании дисперсионного метода некоторые решения невозможно получить с такой точностью. Как известно, при спутниковых геодезических измерениях, выполняемых двухчастотными приемниками, влияние ионосферы практически полностью исключается дисперсионным методом. Однако при этом применение линейной комбинации «ionosphere - free» лишает целостности искомые неоднозначности фазовых измерений. Таким образом, при решении базовой линии с помощью дисперсионного метода необходимо использовать другие линейные комбинации, такие как «wide lane» или «Melbourne-Webbena» комбинации и оценить их неоднозначности, из которых можно определить искомые неоднозначности фазовых измерений. Поэтому эффективность дисперсионного метода для решения базовой линии зависит от оцениваемых неоднозначностей «wide lane», а их точности лимитируются уровнем шума линейных комбинаций «wide lane» или «Melbourne-Wiiebbena», зависящих от ионосферы и погрешности пседодальностей, измеряемых по дальномерному коду. Кроме того, применение линейной комбинации «ionosphre - free» увеличает уровень шума входных данных в 3 раза по сравнению с использованием U псевдодальнотей. Из-за этого качество решения базовой линии дисперсионным методом может быть ухудшено до дециметрового уровня при сокращении времени записи данных.
В табл.4.4 показаны отклонения разности компонентов координат (X,Y,Z) и наклонных длин (S) базовых линий HOABINH-HH11 (1), GPS-03-HH11 (2), ВНЗЗ-ННП (3), HOABINH-BH33 (4), HOABINH-GPS-03 (5) и GPS-03-BH33 (6), между решениями точными (ТС) (см. табл.2.2) и решениями, полученными дисперсионным методом с ошибкой порядка сантиметров. Как видно из табл.4.4, для того чтобы получить решения базовых линий дисперсионным методом с точностью, соответствующей точности решений, полученных при помощи разработанной методики (Ме2) в течение одно-часового интервала времени записи данных, необходим диапазон интервалов времени от 1ч 40м до 2ч 00м.
В соответствии с этим при помощи разработанной методики коррекции ионосферной задержки с учетом влияния многолучевой составляющей погрешности можно повысить эффективность относительного позиционирования сокращением времени записи данных по сравнению с дисперсионным методом при решении базовых линий с длиной от 20км до 80 км.
