Кинематический режим GPS/ГЛОНАСС: достижения и перспективы Текст научной статьи по специальности «Связь»

Научная статья на тему 'Кинематический режим GPS/ГЛОНАСС: достижения и перспективы' по специальности 'Связь' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии
Авторы
Журнал
Выпуск № -1 / том 1 /
Коды
  • ГРНТИ: 49 — Связь
  • ВАК РФ: 05.12.00
  • УДK: 621.39;654;656.8
  • Указанные автором: УДК: 629.783:551.24

Статистика по статье
  • 236
    читатели
  • 568
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Научная статья по специальности "Связь" из научного журнала "Интерэкспо Гео-Сибирь", Рассказов А. С.

 
close Похожие темы научных работ
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по связи , автор научной работы — Рассказов А. С.

Текст
научной работы
на тему "Кинематический режим GPS/ГЛОНАСС: достижения и перспективы". Научная статья по специальности "Связь"

УДК 629.783:551.24 А.С. Рассказов СГГ А, Новосибирск
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ GPS/ГЛОНАСС: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ
RTK технология - это измерения фазы несущей частоты, передаваемой спутниками GPS или ГЛОНАСС, принимаемой в движении и обрабатываемой в реальном времени. Этот режим обеспечивает геодезиста координатами определяемой точки с точностью в пределах нескольких сантиметров непосредственно в поле. В реальном времени можно сделать вынос в натуру точки, тут же измерить её фактические координаты, записать дополнительную информацию (код, атрибуты и т.д.), рассчитать азимуты и расстояния до ближайших пунктов и определить местонахождение исходных геодезических пунктов. Время одного измерения составляет несколько секунд. Помимо этого, в таком виде съемки отсутствует обработка векторов и редактирование спутниковой информации. Типичная номинальная точность для двухчастотной аппаратуры составляет 10мм +D-10-6 (в плане) и 20мм +2D-10-6 (по высоте). Данная работа посвящена краткому обзору тенденций развития метода RTK.
Линии передачи данных. Линия связи обычно представляет собой радио канал некоторого вида. Радиосвязь требует совместимого оборудования, как на мониторе, так и на удаленных пунктах. Для дифференциального метода GPS (DGPS), использующего кодовые дальности, необходимый темп передачи данных обычно составляет 200 бит в секунду (бод). Для RTK обычно необходим темп, по крайней мере, от 2400 до 19200 бод (что зависит от скорости обновления данных).
Разработано несколько систем связи (наземного и космического базирования), способных передавать поправки DGPS. Для передачи данных глобального масштаба необходимы линии космической радиосвязи. Одним из примеров спутников связи является система INMARSAT (спутники для международной морской навигации), состоящая из нескольких геостационарных спутников. Совсем недавно в методе DGPS начала использоваться спутниковая программа мировой телекоммуникационной связи. Эта программа применяет множество низкоорбитных спутников, которые обеспечивают мобильную телефонную службу по всему миру. Многие из предложенных методов DGPS полагаются на использование спутниковой связи для передачи дифференциальных данных, которые полезны, например, для пользователей в удалённых горных районах и помогают избежать трудности в приёме данных по наземной радиосвязи.
По сравнению с линиями спутниковой связи установка и работа линий наземной связи намного дешевле. Данные можно передавать через обычные линии радиосвязи, сотовый радиотелефон, или путём модуляции данных на боковой полосе диапазона существующих передач FM радиостанций, как, например, это делается в Radio Data System (RDS). Этот стандартизированный метод был определён Европейским Союзом по
Радиовещанию (European Broadcasting Union) и состоит из передачи цифровых данных на поднесущей волне, накладываемой на обычную радио (аудио) передачу. Улучшенным методом является метод Data Radio Channel (DARC), который разработан в Японии и поддерживает более высокий темп передачи данных, чем RDS. Интересна также будущая возможность использования псевдоспутников (псевдолитов) наземного базирования. Название представляет собой сочетание слов «псевдо» и «спутник -satellite» и относится к передатчику, который передаёт радиосигналы, похожие на сигналы спутника. Эти сигналы можно модулировать дифференциальными поправками. Для ведения передач поправок очень важным является не только мощность излучения, но также частота, на которой она выполняется. Чем выше частота, тем больше данных можно передавать за единицу времени. Для наземных линий связи чаще всего используется VHF (очень высокая частота) и UHF (сверхвысокая частота) радио связь. Их недостатком является то, что расстояние, на которое излучаются высокочастотные радио волны с наземных станций ограничено прямой видимостью между передатчиком и приёмником. Спутниковая связь допускает использование высоких частот в гигагерцовом диапазоне и допускает темп передачи данных до 19200 бит/с на больших расстояниях [2].
В рамках федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» реализуется система передачи поправок через РТПЦ. Учитывая, что теле-, радиовещательные сети Российской Федерации охватывают практически всю территорию страны, переходят на цифровые технологии, и передающие центры находятся в каждом регионе, корректирующая информация до потребителей доводится с использованием каналов теле-, радиовещания. В сегменте реализована технология доведения навигационной информации от контрольно-корректирующей станции (ККС) до потребителя в реальном масштабе времени посредством ее «подмешивания» в теле-, радиовещательный канал (без ухудшения качества теле-радио передач) и передачи ее через региональные теле-, радиопередающие центры. Канал доставки информации потребителям может функционировать на любом частотном канале вещательного телевидения и радио метровых и дециметровых длин волн [1].
В зоне действия цифровой сотовой телефонии (например, GSM, CDMA) сотовые модемы могут передавать данные в реальном времени от базовой станции к подвижному приемнику. Даже аналоговые сотовые инфраструктуры могут быть использованы, в том случае, если сотовый оператор обеспечивает услуги CDPD (Пересылка Данных по Сотовой Сети). Технология CDPD использует запасную полосу частот в аналоговых сотовых сетях связи для передачи пакетов цифровых данных. Работая от одной RTK станции, подвижный радиомодем дозванивается до сотового телефона расположенного на базовой станции, которая начинает непрерывно посылать данные подвижному приёмнику. После этого подвижный RTK приёмник может выполнять RTK определения от одной базы на площади более 1000 кв. км. Рекомендуемая зона покрытия при работе от одной опорной станции
составляет приблизительно 1250 кв. км, в зависимости от используемых средств связи и местных условий распространения радиосигнала. При этом, радиус удаления от базовой станции составляет приблизительно 20 км. На таком удалении обеспечиваются оптимальные точностные характеристики, паспортное время инициализации и высокая надежность.
Использования GPRS канала для работы в режиме RTK. Ограниченная эффективная дальность радиоканала и обязательное требование к наличию прямой радиовидимости между модемами базовой станции и подвижного приемника приводят к затруднениям в работе, которые можно решить использованием, например, GPRS. Большинство этих ограничений отсутствует при передаче данных по GSM каналу. Помимо этого, использование GSM телефонов не требует специального разрешения, и они обладают рядом других преимуществ - меньшими размерами, весом, энергопотреблением и доступной стоимостью. В прошлом году все крупнейшие российские операторы связи объявили о запуске новой услуги GPRS - системе пакетной передачи данных в GSM сетях. При использовании GPRS технологии данные разбиваются на информационные пакеты и передаются в эфир, заполняя не используемые в данный момент голосовые каналы, которые всегда есть в промежутках между разговорами абонентов. Недостаток в том, что услуга GPRS доступна не по всей территории, где существует область покрытия GSM в масштабе РФ. Но в планах операторов сотовой связи - расширение GPRS услуг на всю территорию действия сети сотовой связи. В этом случае уже в ближайшем будущем можно будет рассчитывать на работу в режиме RTK на всех плотно заселенных территориях [http: //www.navgeocom.ru].
Таблица 1. Развитие беспроводных систем передачи данных
Система GSM 900/1800 (2G) Эволюция GSM (2.5G) CDMA (3G)
Коммутация каналов Пакетная передача
CSD HSCSD GPRS EDGE CDMA-1X W-CDMA
Тарификация врем. врем. За объем За объем объем объем
Сред. скорость (кбит/с) 9.6 9.6 20 - 40 75 - 150 70 - 90 800
Теоретический максимум 14.4 43.2 171.2 385.2 153 2000
Спутниковый дифференциальный сервис OmniSTAR компании Fugro базируется на передаче дифференциальных поправок через геостационарные спутники, формирующие направленные пучки ("пятна") над определенными районами земной поверхности. Точность определения координат с использованием VBS сервиса составляет 50 см - 2 м (при вероятности 95%) при удалении от сети наземных дифференциальных станций до 1000 км. Спутниковый сервис OmiSTAR предназначен для использования только на территории суши, на внутренних водных путях, портах и гаванях. При
выходе за зону действия дифференциальный сервис автоматически выключается, при возвращении в зону вновь автоматически включается.
Форматы передачи поправок. Хотя некоторые изготовители приемников разработали свои собственные соответствующие форматы, передача поправок между опорным и удаленным приемником были стандартизованы с 1985 года в соответствии с предложениями Специального комитета 104 Радиотехнической комиссии по морскому судоходству. Этот стандарт кратко называется RTCM, и его текущей версией является 2.2 fhttp: // www.rtcm.org/]. Имеется 64 типа сообщений, но некоторые из них до сих пор не определены. Заметим, что сообщения касаются и GPS, и ГЛОНАСС. В настоящее время повсеместно используются RTCM SC-104 и ITU-R М.823.
Для сетевой передачи RTCM-поправок посредством Интернет-протокола разработан формат Ntrip. Это новый формат, введенный Немецким Федеральным Агентством по Картографии и Геодезии (BKG) для передачи данных в формате RTCM посредством Интернета. Формат Ntrip был разработан совместно с компанией Trimble Terrasat и имеет хорошие перспективы стать международным стандартом передачи данных глобальных спутниковых навигационных систем GNSS [http://www.navgeocom.ru].
Передача поправок через геостационарные спутники. Передача данных через геостационарные спутники имеет существенные ограничения в районах с городской и сельской застройкой, а также на территориях расположенных в высоких широтах, где видимость геостационарных спутников EGNOS ограничивается из-за малых углов их возвышения. Так как данные спутников EGNOS содержат важную информацию для мобильных компонентов системы, возрастает необходимость использования дополнительных средств передачи спутниковой информации. Европейское Космическое Агентство (ESA) приступило к осуществлению проекта EGNOS System Test Bed (ESTB), используя в качестве канала связи Интернет [3]. Этот проект создал новую технологию, названную SISNeT (Signal in Space through the Internet) - «Сигнал в космосе через Интернет». Испанская фирма GMV по контракту с ESA начала работу над серьезным проектом, основанным на технологии SISNeT. Данный проект призван обеспечить значительное продвижение в использовании технологии SISNeT, в то же время, интегрируя результаты данной работы в глобальный проект фирм ESA-Telespazio, названный Terrestrial Regional Augmentation Network (TRAN) - Региональная земельная сеть сгущения. Недавно ESA усовершенствовало платформу SISNeT, что позволило извлекать данные EGNOS из Главной обрабатывающей станции ESTB, генерирующей дифференциальные поправки. Это позволило использовать сигнал ESTB даже при отсутствии связи с геостационарным спутником (например, из-за возможного сбоя на станции связи). Программное обеспечение пользователя может обрабатывать информацию EGNOS, полученную с помощью технологии SISNeT, в дополнение к информации о параметрах эфемерид GPS спутников или уже переданных данных с SBAS (Satellite-based augmentation system).
Во многих странах уже существует сеть базовых GPS станций, которая обеспечивает необходимыми данными конечных пользователей, но поскольку позиционирование в режиме RTK предполагает небольшие расстояния между мобильной и базовой станцией, то необходимо постоянно проводить сгущение уже существующих сетей. Новую технологию предоставляет концепция Виртуальных Базовых Станций (или VRS) [4]. Компьютер центра управления непрерывно накапливает данные, поступающие от всех приёмников, и формирует постоянно обновляющуюся базу данных «коррекций для локальных площадей» (Regional Area Correction). Это позволяет создать Виртуальную Базовую Станцию, расположенную как бы в нескольких метрах от передвижного приёмника и принимать от неё необработанные данные. При этом передвижной приёмник интерпретирует и использует эти данные так, как будто бы они получены от реально существующей базовой станции. В результате значительно увеличивается производительность RTK режима.
Методика Moving Base RTK, разработанная компанией Trimble, имеет ряд отличий от традиционной методики RTK позиционирования, в которой базовая станция устанавливается стационарно на точке с известными координатами. Методика Moving Base RTK предусматривает взаимное перемещение как базового, так и полевого приёмника и позволяет вычислять 3-D вектор взаимного положения база - ровер с сантиметровой точностью. Методика Moving Base RTK идеально подходит для тех задач, при которых необходимо определять относительное перемещение и скорость сближения двух или более судов. Усовершенствованная методика Moving Base RTK позволяет использовать в решении как DGPS RTCM поправки от спутникового сервиса или от береговой базовой DGPS станции, так и поправки от береговой станции, работающей в режиме RTK.
Заключение. В целом, можно говорить о том, что сейчас технология RTK для целей геодезии вышла на уровень производственных работ и широко используется по всему миру. Несмотря на то, что RTK имеет специфический уровень применения и может рассматриваться лишь как дополнение к традиционным методам GPS измерений, у технологии видится большое будущее и есть потенциал для дальнейшего развития.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Буров С.А. Опыт внедрения технологий высокоточного спутникового позиционирования [text] / С.А. Буров и др. // Геопрофи, № 4, 2004. - С. 6-9.
2. Langley R. B. RTK GPS [text] / R. B. Langley // GPS World, Vol. 9, No. 9. - 1998. -P. 70-76. - Англ.
3. Toran F. Position via Internet [text] / F. Toran, J. Ventura, E. Gonzales et al. // GPS World, Vol. 15, No. 4. - 2004. - P. 28-35. - Англ.
4. Wanninger L. Virtual reference station (VRS) [text] / L. Wanninger // GPS Solutions, Vol. 7, No. 2. - 2003. - P. 143 - 144. - Англ.
© А.С. Рассказов, 2005

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх