Разработка методики оценки эффективности широкозонных спутниковых систем при решении геодезических задач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Суницкий, Евгений Иванович

• Суницкий, Евгений Иванович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Суницкий, Евгений Иванович

Введение.

1. Широкозонные системы геостационарного дополнения.

7.7. Общие принципы работы.

7.2. Расчёт зоны радиовидимости геостационарного спутника.

1.3. Ошибки, которые можно уменьшить при помощи коррекций от геостационарных спутников.

1.3.1. Факторы, влияющие на точность.

1.3.2. Ошибки положения навигационных спутников.

1.3.3. Влияние ионосферы на результаты спутниковых определений

2. Теоретическая оценка эффективности применения коррекций от геостационарных спутников.

2.7. Общие положения по оценке эффективности.

2.2. Теоретическая оценка с помощью моделирования.

2.3. Основные принципы практических методик оценки эффективности.

2.4. Этапы оценки с использованием одного приёмника.

2.5. Этапы оценки с использованием двух приёмников.

3. Экспериментальная оценка эффективности применения коррекций от геостационарных спутников.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Программа и результаты выполнения эксперимента.

3.2.1. Программа эксперимента.

3.2.2. Определение точных координат фазового центра антенны в Москве фазовым методом.

3.2.3. Сравнение результатов для двух спутниковых приёмников в Москве.

3.2.4. Сравнение результатов для одного спутникового приемника в городе Сайта Клара (США).

3.3. Анализ полученных экспериментальных данных.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оценки эффективности широкозонных спутниковых систем при решении геодезических задач»

В последнее время спутниковые навигационные системы претерпевают ряд изменений по части улучшения. К таким изменениям относится добавление общедоступного С/А кода на частоте L2, а также третьего гражданского сигнала в диапазоне L5 для системы GPS, и ввод в 2008 году европейской СНС.

В настоящее время создание навигационной и геодезической аппаратуры идет по пути её совершенствования и модернизации. Фирмами-изготовителями осуществляется внедрение новых высоких технологий и методик обработки данных в спутниковую аппаратуру потребителя и программные средства. Такие технологии позволяют производить геодезические работы в реальном времени по точности на уровне сантиметров, это RTK (Real Time Kinematics - кинематика в реальном времени), концепция виртуальных базовых станций VRS (Virtual Reference Station) и т.д.

В настоящее время идёт развитие систем геостационарного дополнения (SBAS-Satellite Based Augmentation System) для навигационных систем, таких как GPS. Указанные системы дополнения в литературе часто называют также широкозонными подсистемами спутниковой дифференциальной навигации, поскольку геостационарные спутники позволяют расширить зону, которую можно обеспечить дифференциальными поправками, а следовательно, существенно повысить точность определения местоположения на значительно больших территориях. При этом появляется возможность использования простых, компактных и относительно недорогих спутниковых приёмников, позволяющих решать навигационно-геодезические задачи. Широкозонные подсистемы могут найти применение при решении задач морской геодезии, геодезии, точной навигации, ГИС и т.д.

Работа широкозонных систем основана на формировании корректирующей информации в виде поправок к эфемеридным данным и параметрам ионосферной модели и передаче такой информации всем 1 пользователям через геостационарный спутник. При этом не требуется какого-либо дополнительного оборудования к спутниковому приёмнику (например, радиомодема). Задача решается с помощью обычной спутниковой антенны и спутникового приёмника, правда, для этого необходимо изменить программный код приёмника.

Хотя широкозонные подсистемы с использованием геостационарных спутников применяются уже несколько лет, до сих пор не решена задача установления количественных критериев для оценки эффективности применения геостационарных спутников в зависимости от расположения спутникового приёмника по отношению к станциям слежения, входящих в эту систему. В диссертации предпринята попыткарешения этой задачи, которая представляется актуальной и практически значимой.

Цель диссертации и ее научная новизна заключается в разработке методики оценки эффективности широкозонных систем, использующих сочетание глобальной спутниковой системы позиционирования и системы геостационарных спутников. Для достижения поставленной цели автором выполнены исследования теоретического и экспериментального характера:

1. теоретически оценена эффективность применения широкозонной системы в зависимости от числа навигационных спутников, получающих поправки от геостационарных спутников;

2. установлены основные критерии для практической оценки эффективности применения систем геостационарных спутников. Разработаны две методики для практической оценки эффективности;

3. проведены экспериментальные исследования по разработанным и предложенным методикам как внутри области, образованной станциями слежения, так и за её пределами (на примере приёмника DG-14/16 компании Thaies Navigation);

4. практически оценена эффективность использования широкозонных систем (со спутниками GPS) в различных условиях. \ /

Данная работа является одним из немногих исследований в области использования систем геостационарных спутников при решении навигационно-геодезических задач и первой попыткой разработки общей концепции оценки эффективности таких систем.

На защиту выносятся:

1. теоретическая оценка эффективности применения систем геостационарных спутников (модельный расчёт);

2. методики для практической оценки эффективности применения систем геостационарных спутников;

3. экспериментальные результаты и выводы, полученные из сравнительных измерений по предложенным методикам.

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Суницкий, Евгений Иванович

Заключение

Полученные в настоящей работе результаты можно сформулировать следующим образом.

1. Выполнена теоретическая оценка эффективности использования системы геостационарных спутников путём расчета средней квадратической ошибки пространственного положения пункта наблюдений в зависимости от числа навигационных спутников, принимающих коррекции от геостационарных ретрансляторов. Установлено, что средняя квадратическая ошибка пространственного положения наземного пункта изменяется практически линейно при изменении числа навигационных спутников, имеющих коррекции, и не зависит от направления, в котором спутниковый приёмник удаляется от станций слежения системы. Эффективность использования системы геостационарных спутников, вычисленная по модели, оценивается на уровне 51.4 % (что равносильно увеличению точности в два раза) при благоприятных условиях, то есть в случае, когда все навигационные спутники получают коррекции от геостационарных спутников.

2. Предложены две методики для оценки эффективности с помощью навигационных приёмников при работе в автономном и скорректированном режимах. Выполнена экспериментальная проверка по предложенным методикам приёмника DG-14/16 компании Thaies Navigation.

3. Выполнены экспериментальные исследования по определению эффективности применения геостационарных систем дифференциальной навигации. В результате исследований установлено, что увеличение точности при использовании корректирующей информации составляет 55.4 % в случае полностью развёрнутой системы и благоприятных условий (измерения проводились в Санта Кларе) и 23.6 % при не очень благоприятных условиях работы приёмника (измерения проводились в Москве).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Суницкий, Евгений Иванович, 2005 год

1. Баранов В.Н., Бойко Е.Г. и др. Космическая геодезия. Москва. «Недра». 1986. -407 с.

2. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев А.Н., Васильев В.П. Радиогеодезические и электрооптические измерения. Москва, «Недра», 1985. -303 с.

3. Бугаевский JT.M. Математическая картография. Москва, «Златоуст», 1998. -400 с.

4. Генике A.A., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и её применение в геодезии. Москва, «Картгеоцентр» «Геодезиздат», 1999, -272 с.

5. Глумов В.П. Основы морской геодезии: Учебное пособие для ВУЗов. Москва, 1983.-183 с.

6. Голубев А.Н. Глобальные спутниковые навигационно-геодезические системы. Москва, 2003, -66 с.

7. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. Москва, «Высшая школа», 1975.-280 с.

8. Олянок П.В., Астафьев Г.П., Грачев В.В. Радионавигационные устройства и системы гражданской авиации. Москва, «Транспорт», 1983. -320 с.

9. Ю.Пеллинен Л.П. Высшая геодезия. Москва, «Недра», 1978.

10. П.Поваляев Е., Хуторной С. Дифференциальные системы спутниковой навигации. Обзор современного состояния. Статья в Интренет: Ф http://www.chip-news.ru/archive/chipnews/200206/2.html

11. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. Москва, издательство «Наука», 1973. -496 с.

12. Ресурсы Интернет по радионавигации (Кафедра судовождения МГУ им. адмирала Г.И. Невельского). «Современное состояние радионавигации»:http://sv.msun.ru/div/kaf/sv/rubin2.html

13. Ресурсы Интернет по системам SBAS: http://www.oosa.unvienna.org/SAP/act2001/gnss2/presentations/session05/spe акег02/

14. Ресурсы Интернет по системе WAAS: http://www.landfallnavigation.com/waas.html http://www.odelco.com/ articles faq/waas.htm

15. Ресурсы Интернет по спутниковой системе Galileo.http://www.galileosworld.com/galileosworld/

16. Ресурсы Интернет по GPS, Глонасс, SBAS системам, геодезии и ГИС. http://www.agp.ru

17. Салманова В.Н., Колосова JI.H. и др. Малый атлас мира. Москва, Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 1971. -143 с.

18. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования. Москва, 2002. -106 с.

19. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и её приложения. Москва, 2003. -400 с.

20. Суницкий Е.И. Автоматизация процесса тестирования навигационно-геодезического оборудования и программно-аппаратных средств с помощью тестовых драйверов (скриптов). «Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка», 2004, № 4. С. 131-136.

21. Суницкий Е.И. О тестировании спутниковых приёмников и программно-аппаратных средств. «Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка», 2003, № 4. С.26-30.

22. Суницкий Е.И. Оценка эффективности использования широкозонных систем дифференциальной навигации WADGPS. «Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка», 2004, № 6. С. 35-42.

23. Суницкий Е.И. Широкозонные системы спутниковой дифференциальной навигации. «Геопрофи», 2005, № 3, С. 12-14.

24. Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П. Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Москва, «Радио и связь», 1993. -408 с.

25. Яковлев Н.В. Высшая геодезия. Москва, «Недра», 1991. -321 с.

26. Dana Н. Peter. GPS is a satellite navigation system. Department of Geography, University of Texas at Austin.

27. Jeff Hum. Differential GPS Explained. Trimble Navigation, Sunnyvale, CA, 1993. -55 p.

28. Interface Control Document (ICD) for WAAS. Federal Aviation Administration, 21 September 1999. -150 p.

29. Gerhard Wubbena, Andreas Bagee. RTCM Message Type 59-FKP for transmition of FKP. Geo++ White Paper Nr. 2002.01., Garbsen, Germany, 2002.

30. GPS Surveying Concepts. 4800 Operation Manual by Trimble Inc. 1997. 80.

31. Mehaffey Joe. GPS WAAS Operation. 2002. Internet article: http://www.gpsinformation.net/waasgps.htm

32. Nathan Sammer. Software Testing. Article. 2001.

33. NMEA 0183 Version 3.01 Protocol Description. October 2001. 101.

34. Norfolk David. Partners in testing. Article in The Computer Bulletin magazine, March 2002.

35. Parkinson B.W., Spilker J.J. Global Positioning System: Theory and Applications. Published by the American Institute of Aeronautics and Astronomies Inc. 1996.

36. Pettichord Bret. Testers and Developers Think Differently. Software Testers & Quality Engineering magazine (source: www.stqemagazine.com), Jan/Feb• 2000.

37. Richard B. Langley. Basic Navigation with a GPS Receiver. GPS World, October 2000.

38. Richard B. Langley. RTK GPS. GPS World. January 1999.

39. RTCM Recommended Standards For Differential GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service Version 2.3. RTCM Special Committee No. 104, 20 August 2001.-90 p.

40. Shewale Ranjit. Scripting techniques in Automation. Article. 28 April 2003.

41. SC-159. Minimum operational performance standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System airborne equipment. Washington, DC, RTCA Inc., 2001.-586 p.

42. Thomas Schildkhecht and Gregor Dudle. Time and Frequency Transfer. High precision using GPS phase measurements. GPS World, February 2000.

43. User Manual for DG-14/16 GPS receiver. Thales Navigation, 2003. -394 p.

44. Xiaoli Ding, Yongqi Chen, Dingfa Huang, Jianjun Zhu, Maria Tsakiry and Mike Stewart. Slope Monitoring Using GPS. A multi-antenna approach. GPS World, March 2000.

45. Wells David, Guide to GPS positioning, Canadian GPS association, 1986.

46. Wide Area DGPS technologies come of age. GPS World, September 2001.

47. WinRunner Testing Software Manual, 2002. -193 p.

48. Примеры последовательных команд, полученных с помощью спутникового двухчастотного геодезического GPS приемника Z-Maxкомпании Thaies Navigation

49. Запросная команда, показывающая версию встроенной программы (firmware), а также прогруженные опции:1. Запрос: $PASHQ,WD

50. Ответ: $PASHR,RID,ZA,30,V347,BUE-MFT3JKIGHN,0A01* 13 Запросная команда, показывающая статус спутников: Запрос: $PASHQ,SAT

51. OTBeT:$PASHR,S AT,09,17,062,41,50.4,U,21,217,51,55.0,U, 10,062,37,50.2,U,02,31 8,12,39.9,U,06,117,73,56.0,U,30,168,25,47.1,U,24,055,07,37.8,-,16,304,34,50.0,U,25,253,13,42.3,U*37

52. Команда настройки угла возвышения спутников (корректно и некорректно заданная):

53. Запрос: $PASHS,ELM,10 Ответ: $PASHR,ACK*3D

54. Запрос: $PASHS,elm, 15 Ответ: $PASHR,NAK*30

55. Команда на непрерывный вывод данных о местоположении приемника (В, L, Н) и других параметров