Разработка технологии дифференциальных фазовых GPS-измерений применительно к территории Сирии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Мусбах Асаад Али

• Мусбах Асаад Али
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мусбах Асаад Али

Введение.

Глава 1. Современное состояние геодезической сети на территории Сирии.

1.1. Средства построения геодезической сети.

1.2. Геодезические проекции, применяемые в Сирийской Арабской Республике.

Глава 2. Режимы работы глобальных спутниковых систем.

2.1. Абсолютные и относительные определения.

2.2. Кодовые и фазовые измерения.

2.2.1 Кодовые измерения.

2.2.2. Фазовые измерения.

2.3. Дифференциальный метод кодовых измерений.

Глава 3. Получение дифференциальных поправок из фазовых измерений.

3.1. Идея метода разностно-координатных диффер енциальных поправок.

3.2. Аналитические выражения для дифференциальных поправок.

3.3. Экспериментальная проверка метода разностно-координатных поправок на геодезических сетях.

3.4. Уточненная вР8-дали,нометрия и ее возможное применение.

Глава 4. Особенности спутниковых измерений на территории Сирии.

4.1. Геометрический фактор при спутниковых наблюдениях в

Сирии.

4.1.1. Общие сведения о геометрическом факторе.

4.1.2. Исследование геометрии наблюдений на территории Сирии.

4.2. О связи существующей национальной системы координат Сирии с результатами спутниковых измерений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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! измерений; В какой-то степени это распространение на фазовые измерения? способа, используемого при кодовых измерениях. .

Как известно; при; дифференциальном; методе* кодовых измерений на) референцной станции, установленной в точке с известными координатами; вычисляются «эталонные» расстояния и сравниваются с измеренными псевдодальностями, в результате чего получают дифференциальные поправки, передаваемые на роверный приемник. На референцной станции; могут также вычисляться не расстояния; а 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 при; кодовых измерениях.

Если использовать фазовые измерения, то открывается новая возможность получения дифференциальных поправок. Опуская некоторые детали, суть метода, с принципиальной точки зрения; можно пояснить; следующим образом.

Два приемника А и В устанавливаются в пунктах с известными координатами. По этим координатам вычисляются три «эталонных» разности одноименных координат пунктов: (ХА- Хв), (УА- Ув), - 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 диссертации по теме «Геодезия», Мусбах Асаад Али

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 GPS- дальнометрии, 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мусбах Асаад Али, 2011 год

1. Абдул Разак Аед Аджадж. Разработка и исследования методов построения наземных пространственных геодезических сетей на территории САР. Дисс. на соиск уч. степ. канд. техн. наук, М., 1992.

2. Аль Ашраф Набшъ. Положение и перспективы геодезических работ в Сирии (пер. с арабского). Premier Congress Scientifique International., Liban, Beirut, Septembre 2001, p. 151 -158.

3. Антонович KM. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Часть 1. —Новосибирск, 2005.

4. Антонович КМ. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Часть 2. -Новосибирск, 2006.

5. Ачкасов С.Н. Метрологическая аттестация геодезической КНС аппаратуры. «Геодезия и картография». 1993, № 12 с. 16 19.

6. Бшани X. О системе карт Сирии и их математическом обоснова-нии.//Изв. .вузов, "Геодезия и аэрофотосъемка", 1991, №2,с.149-153.

7. Болдин В.А., Зубинскай В.Е., Зурабов ЮТ. и др. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. -М., ИПРЖР,1999.

8. Большаков В.Д., Деймлих ФГолубев А.Н., Васильев В.П. Радиогеодезические и электрооптические измерения. -М., Недра, 1985.

9. Виноградов A.B., Войтенко A.B., Жигулин А.Ю. Оценка точности метода Precise Point Positioning и возможности его применения при кадастровых работах. Геопрофи, 2010, № 2. С.27-30.

10. Генике A.A., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии.-М., «Картгео-центр»,2004.

11. Голубев А.Н. Глобальные спутниковые навигационно-геодезические системы. -М., изд. МИИГАик, 2003.

12. ГОСТР 51794 — 2001. Аппаратура радионавигационной глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек.

13. ГОСТ 8.503 — 84. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 24 — 75 000 м.

14. Жуков A.B., Серапинас Б.Б. Практикум по спутниковому позиционированию. —М., изд. МГУ, 2002.

15. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах космических и наземных радиолиний. -М., «Связь», 1979.

16. Кауфман М. Навигационная система GPS — генератор координатно-временного поля. -В кн.: Одуан К, Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. -М.,«Техносфера», 2002.

17. Колосов М.А., Арманд H.A., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. -М.,«Связь», 1969.

18. Пушкарев ГЛ., Купко В. С., Соболь В.В., Мазаев Г.А. К созданию эталона единицы длины для дальнометрии. « Геодезия и картография». — 1996. № 6.-С. 11-15.

19. Пушкарев Г .П., Лукин И.В., Соболь В.В., Тесленко В.В. К единству линейных измерений. « Геодезия и картография». — 1988. № 9. - С. 16—18.

20. Саастпамойнен Ю. Тропосферная и стратосферная поправки радиослежения ИСЗ. Использование искусственных спутников для геодезии. М., 1975.

21. Салим Асад Али. Исследование вопросов практического применения общей теории описания геодезических проекций. Дисс.на соиск уч. степ, канд.техн.наук, Новополоцк, 2003.

22. Салищев В.А. Космическая радионавигация. М., 1995.

23. Серапинас Б.Б. Геодезические основы карт. Учеб. пособие . — М.: Изд-во Моск. ун-та ,2001.с 112 113.

24. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. М., 2002.

25. Серапинас Б.Б. Основы спутникового позиционирования. —М., изд. МГУ, 1998.

26. Шануров Г.А., Мельников С.Р. Геотроника. —М., изд. МИИГАиК,2001.

27. Шануров Г.А., Мельников С.Р. (Россия), Лопес-Кьерво С., МескваХ., Роблес X. (Испания). Геометрия спутниковых наблюдений при создании метрологического полигона. //Геодезия и картография, № 7,2001.

28. Шануров Г.А., Остроумов В.З. Влияние геометрии спутниковых наблюдений на точность определения геодезических высот уровенных постов.// Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2004 №1. С.3-12.

29. Dawod Gomaa М., An introduction to the global positioning system: GPS (in Arabic), Holly Mekkah, Saudi Arabia, 2010,242 pp.

30. Dilution of precision(GPS), http://en.wikipedia.org/wiki/Dilution of precision (GPSVfcite note-0.

31. Habib M., Abu Rabah R., An Alternative Approach for Making Maps Compatible with GPS. Damascus University Journal. 2006 Vol. 22, № 1. pp. 13-29.

32. Hofmann-Wellenhof В., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. -Springer-Varlag, Wien/New York, 2001.

33. Hopfield H. Improvements in the tropospheric refraction correction for range measurements. -Phil. Trans. Roy. Soc. 1979, A 294.

34. Hopfield H. Two-quadratic refractivity profile for correcting satellite data. -JGR, 1969, v.74, No.18.

35. Marini J.W. Correction of satellite tracking data for arbitrary tropospheric profile. -Radio Sci., 1972, V.7 ,p 223.

36. Mikhail E. Anderson J. Surveying Theory and Practice. McGraw-Hill 1988.

37. Saastamoinen J.J. Contributions to the theory of atmospheric refraction. — Bull. Geod.l07(l), 1973.

38. Seeber G. Satellite geodesy: foundations, methods, and application. — Berlin /New York, 1993.