Разработка технологии навигационно-геодезического обеспечения морских геофизических исследований на основе дифференциальных методов GPS тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.24.01, кандидат технических наук Будранов, Александр Евгеньевич

• Будранов, Александр Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Будранов, Александр Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1.ПОЛОЖЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНОГО МОРСКОГО ПРАВА

1.1. Концепция федеральной целевой программы "Мировой океан"

1.2. Основные положения морского права

1.3 Конвенция ООН по морскому праву 1982 г.

Глава 2.СОВРЕМЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ШР5 В МОРСКОЙ НАВИГАЦИИ И геофизике .;.

2.1 Определение ОСРЗ и разработка стандартов точности для морских сейсмических работ .-.

2.2 Контроль качества навигационных данных (С'С) и его составляющие

2.3 Пост-обработка данных DGPS, их запись и хранение

2.4 DGPS и электронные карты

2.5 Передовые технологии DGPS (WADGPS, STARFIX ).

Глава 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЦЕЛОСТНОСТИ ПРИЁМНОЙ

АППАРАТУРЫ GPS И GL0NASS

3.1 Интегральность спутниковых радионавигационных систем;.

3.2 Модель GPS И GL0NASS и основные уравнения

3.3 Вектор паритетов и вектор резко выделяющихся наблюдений.

3.4 Проверка' статистических гипотез на основе хи-квадрат распределения

3.5 RAIM -алгоритм и его характеристики

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ DGPS в ходе сейсмических работ на

Каспийском море

4.1. Описание и состав аппаратуры DGPS . t>

4.2 Исследование статистических характеристик точности опор ; опорного приемника GPS DNS

4.3 Программно-аппаратурный комплекс навигационно-геоде-зического обеспечения НИС Т'еофизик-2"

4.4 Исследование надёжности приёма дифференциальных поправок по сигналам приёмо-передающей аппаратуры Delt&Fix LR

Глава 5. ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАВИГАЦИОННЫХ РАБОТ НА НИС ГЕ0ФИЗМН1

5.1 Структура программно-аппаратного комплекса

5.2 Расчёт основных навигационных характеристик судна на профиле

5.3 Алгоритм расчета навигационных характеристик судна на профиле DEVIAT

5.4 Алгоритмы решения прямой и обратной геодезических задач.

5.5 Алгоритмы преобразования координат

5.6 Фильтр Калмана навигационных параметров (НП) приемной аппаратуры GPS

5.6.1. Бюджет погрешностей современной приёмной аппаратуры GPS

5.6.2. Использование численно устойчивого фильтра Калмана с экспоненциальным затуханием в приёмниках GPS

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Будранов, Александр Евгеньевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе автор дает описание современной технологии навигационно-геодезического обеспечения морских геофизических работ. Приводятся основные положения морского права,а также вводится концепция федеральной целевой программы "Мировой океан". Автор отмечает большое значение Конвенции ООН по морскому праву для создания юридического обоснования геофизических работ на море на рубеже XXI века. Во второй главе автор делает обзор применения дифференциальных методов GPS, приводит международные стандарты точности и качества навигационных данных для морских сейсмических работ, обсуждает перспективы использования морских электронных карт, а также перспективных технологий DGPS.

Центральное место работы занимает исследование интегральности спутниковых радионавигационных систем. Показана возможность улучшения точности навигационных определений включением в обработку наблюдений МСЗ результатов, полученных высокоточными наземными методами. Предложен алгоритм контроля интегральной целостности приёмной аппаратуры GPS и ГЛОНАСС проверкой статистических гипотез с использованием хи-квадрат распределения. На основе избыточных измерений построен обнаружитель ошибочного сигнала определяющий спутник рабочего созвездия передающий ошибку. Изучены характеристики обнаружителя для различных значений вероятности ложной тревоги (PFA) и вероятности пропуска ошибки (PMD). Получена таблица значений хи-квадрат распределения для различных значений PFA и PMD.

В четвёртой главе дается описание технологии навигатдионно-геодезического обеспечения морских сейсморазведочных работ которую автор использовал на геофизическом судне Геофизик-2 на Каспийском море. Подробно описан состав аппаратуры опорной дифференциальной станции GTS а также параметры и методика её настройки. Параметры передатчика дифференциальных поправок DeltaFix LP подбирались с учётом проведенных исследований надежности и качества прохождения сигнала на расстояниях до 140 км.

В пятой главе автор представляет описание программно-аппаратного комплекса геофизического судна Геофизик-2. Дается описание алгоритмов и программ для решения навигационных задач управления судном на профиле и на маршруте, проводится сравнение эффективности работы различных алгоритмов решения прямой и обратной геодезических задач.

В заключение автор исследует работу алгоритма фильтра Калмана 3-го порядка с экспоненциальным затуханием с учётом общей концепции надёжности и устойчивости вычислительных процедур на основе метода ортогональных отражений Хаусхолдера. Проверка работы алгоритма на численной модели и полевых данных показало его достаточную эффективность и устойчивость.

Актуальность результатов исследований выполненных автором в диссертационной работе обосновывается

- необходимостью обеспечения устойчивого и сбалансированного развития экономики России, в том числе, за счет активного включения в её экономический потенциал углеводородных ресурсов континентального шельфа ;

- важностью проблемы выявления и освоения таких ресурсов опережающими темпами на основе использования совершенных геофизических, навигационно-геодезических и других технологий;

- ростом потребности многочисленных отраслей народного хозяйства России в прогрессивных спутниковых технологиях, обеспечивающих эффективное и оптимальное решение задач геодезического цикла, являющегося составной частью, в том числе комплексных исследований Мировго океана.

Актуальность работы объясняется также тем, что ее отдельные фрагменты обеспечивают решение важной в настоящее время задачи совместного использования в работах навигационного и геодезического направлений спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Будранов, Александр Евгеньевич, 1998 год

1. Будранов А.Е., Мельников C.B. Проблемы использования дифференциальных GPS в морской геофизике. Изв. высших учебн. заведений, Геодезия и аэрофотосъёмка, № 5, 1997 г.

2. Будранов А.Е., Интегральность спутниковых радионавигационных систем. 53-я Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. М. МШГАиК, 1998 г.

3. Будранов А.Е., Современное применение DGPS в морской навигации и геодезии. 52-я Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. М. МИИГАиК, 1997 г.

4. Будранов А.Е.,Глумов В.П., Шестопалов В.Л., Алгоритм мониторинга интегральности аппара турного комплекса GPS и ГЛОНАСС. Изв. высших учебн. заведений, Геодезия и аэрофотосъёмка, М* 6, 1998 г.

5. Глумов В.П. , Основы морской геодезии, М. : Недра, 1983 г.

6. Глумов й.Ф. , Автоматизированные геофизические комплексы для изучения геологии и минеральных ресурсов Мирового океана.-М.: Недра, 1986.-344 с.

7. Глумов В.П. , Морская геодезия, Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Геод. и аэросъёмка, 1983, 21, 3-65 (1984, 1.52.144К).

8. Инструкция по топографо-геодезическому обеспечению геологоразведочных работ ЙНГГ0-86.-М. : Недра,1986.-104.

9. Конвенция ООН по морскому праву 1982 года.

10. Морозов В.П., Курс сфероидической геодезии, М., Недра,1979

11. Справочник по специальным функциям под ред. М.Абрамовича к И. Стигана, М., Наука 1979.

12. Лоусон Ч., Хенсон Р. Численное решение задач метода наименьших квадратов. М., Наука, 1986 г.

13. А.Я. Хкнчин, Цепные дроби. М. Наука, 1978 г. 111 с.

14. Дж.Форсайт, М.Малькольм, К. Моулер Машинные методы математических вычислений. М., МИР, 1980 стр.172.

15. В.Л. Шестопалов, Котяшкин С.И. Сравнительная оценка эффективности прямого и итеративного алгоритмов определения местоположения в системах дальней радионавигации. Геленджик, 1988. -24 стр. Деп. в ВИНИТИ № 3126-В88.

16. McKendrick J.D., Satellites: Their use and potential for offshore communications, navigation and enviremental monitoring. J .Soc .underwater technol., 1978, 4, № 1, 27-29 (1978, 9.52.17)

17. Мое P .S., Phyne Y.T., Painter J ,H. The C/A code GPS receiver at sea. IEEE PLANS'80 Posit. Locat. AND Navig .Symp. Rec ., Atlantic Slty, N.Y., 1980. New York, N.Y., 1980, 48-50 <1981, 12.52.100)

18. Austin A. DGPS with NASA's ACTS GPS World, Juris, 1995, 42-50.

19. P.Loomis, L Sheibiat, and T.Mueller. "Differential GPS Network Design". Proc. of ION-91, September 11-13,1991, p.511-520.

20. C. Kee, B.W. Parkinson and P Axelrad "Wide Area Differential GPS". Navigation, v.32, N 2,p.123-146.

21. M.Stürza Navigation System integrity Monitoring using Redantant Measurement, Journal of the Institute of Navigation V.35,n 4 Winter 1988-89, p.483.

22. R.B.Langley The Orbits of GPS Satellitesn . GPS World, March 1991, p.50.

23. R.B.Langley The GPS Error Budget, . GPS World, March 1997, p.bl.

24. Report of the SO-159 Integrity Working Group, RT'CA paper N 220-87/SC 159-95, May 1987.

25. Klobuchar J.A. Ionospheric Effects on GPS. GPS World, April , 1991, 48-51.31. 1998 Reelever Survey . GPS World, January 1998, p.46-59.

26. Statman J.I. Simplified solution for a class of fading memory filter.- IEE Trans .Aerosp.Electr.Syst., AES-23, 1987, N 5, p. 315-319.

27. COMPUTER TASK AU T HOR: RE F" EI RE NCE INPUT DATA1.M PC AT

28. T R A N S F 0 R M A TI O N F R O M G E 0 G RAP HI C A L. T O S P A 1"IAL C 0 0 R DI N A T E:1. Budranov A-E"

29. V, P. MOROZOV i! KURS SFEROI DICHESKOY GEODEZ 11", < < N E D R A > > , 1 979, S1" R« 1 91

30. AO -- SEMI MAJOR AXIS OF SPHEROID

31. ALPHAI FLATTENING X , Y , Z - CARTE SI AN COORDIMATE S1. JTPUT DAT/1. B L H-- LATITUDE1. LONGITUDE-•■ SPHEROIDAL. HEIGHT1. RADIAN RADIAN [METER

32. SUBROUTINES AND FUNCTION USED! DOOS,DSIN,DSORT NOTE S s

33. PROGE DURE X YZ BL H < , y , , aO ? al ph ai : L GNGPL AL ;

34. Ekj T-1 (>:*>:. ■ry ii- y) 15 < z / >; 1 ) * b a;" D Ti e / S l; r t < O Ti E +1 y t ! t y t > 31. S^-- t g t ■>■■ c t ;

35. S =~ < Z +epSiUiO*£t«-bt*St > / < I -£■ 2 »aO* c t c t -$• c t } 51. ATan<tgb>5tgb«tgb;

36. S g r• t < u ti e / < o v i e t y h 2 > > 5t g ij 2. / < o ti e t g b 2: > 5j Tl fi S 2 "S'S b 2 ?3.0/ Eiqv t < arsq } 3n^ Ml/cb-Ti 51. END XYZBLH;1. END BLHXYZ;1. I DTANCTETÍ >

37. Z T'F I ■»< ONE -fS) ÏËT1 DATAN( Z > IF I DTAN< ТЕ T2>1. Z = TFI*<OME-FS>1. ТЕ T2 " DATAN ( Z >