CC BY
28
УДК 528.389:629.783
ЭТАЛОННОМУ ПРОСТРАНСТВЕННОМУ ПОЛИГОНУ СГУГИТ - 20 ЛЕТ
Константин Михайлович Антонович
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: [email protected]
Любовь Георгиевна Куликова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, зав. отделом метрологии и стандартизации, тел. (383)344-44-71, e-mail: [email protected]
Дается описание работ по созданию уникального Эталонного пространственного полигона, предназначенного для метрологических поверок разнообразной геодезической аппаратуры, в том числе спутниковых приемников. Отмечаются проблемы, связанные с ослаблением действия погрешностей, методикой измерений, поддержанием точности геодезической сети. Указывается, что прогресс в точности ГНСС аппаратуры приводит к повышению требований к геодезической сети и методике поверки.
Ключевые слова: ГНСС, приёмник, метрология, эталон, методика измерений, прогресс, точность, требования к метрологическому обеспечению.
SSUGAT GAUGE SPATIAL GROUND IS 20 YEARS OLD
Konstantin M. Antonovich
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk,10 Plakhotnogo St., D. Sc., professor at the Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)361-01-59, e-mail: [email protected]
Lyubov G. Kulikova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk,10 Plakhotnogo St., Head of the Metrology and Standardization Service, tel. (383)344-44-71, e-mail: [email protected]
A description of the works to create a unique gauge spatial ground designed for metrological verification varied geodetic equipment, including satellite receivers is given. The problems with the weakening of the validity of the methodology of measurement uncertainties, maintaining accuracy of geodetic network are indicated. It is noted that progress in accuracy GNSS equipment leads to increased requirements for geodetic network and verification methodology.
Key words: GNSS, receiver, metrology, gauge, methodologies of measurement, progress, accuracy, requirements to metrological support.
В начале 1990-х годов все чаще стали применяться методы геодезических измерений, выполняемые с использованием приемников, работающих по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Это привело к появлению проблемы стандартизации спутниковых технологий, которая проявлялась в необходимости разработки нормативной и методической документа-
ции. Одним из решений возникших проблем было, в частности, создание служб метрологической поверки спутниковой аппаратуры. Такая служба для обеспечения пользователей ГНСС в Сибирском и Дальневосточном регионах, была создана в Новосибирске при участии Сибирского НИИ метрологии Госстандарта России (СНИИМ), ПО "Инжгеодезия" и Сибирского государственного университета геосистем и технологий (СГУГиТ, но тогда еще СГГА). Сотрудничество этих трех организаций обеспечивалось наличием квалифицированных научных кадров и достаточно большим парком различной спутниковой аппаратуры [5].
Основной упор в организации метрологической службы был сделан на создание геодезической сети, которая, во-первых, превосходила бы точность существовавшей ГНСС аппаратуры, и, во-вторых, позволяла бы выполнять спутниковые измерения во всех возможных режимах. Почти сразу возникло еще одно требование, касающееся возможности проведения широкого круга геодезических исследований. В соответствии с этим геодезическая сеть была дополнена пунктами государственной геодезической сети (ГГС), включая базисы, астропункты, нивелирные реперы. Кроме того, был заложен фундаментальный гравиметрический пункт и создан миниполигон магнитных азимутов. Так был создан Эталонный пространственный полигон (ЭПП) СГУГиТ [1].
В процессе создания ЭПП была выполнена работа по изучению геодинамической активности, чтобы обеспечивалась стабильность положений пунктов. Проведена тщательная рекогносцировка мест закладки новых пунктов и существующих пунктов ГГС для возможного исключения различных помех. Большое внимание было уделено разработке методики измерений, поскольку главная проблема состояла в том, чтобы построить геодезическую сеть для метрологических поверок спутниковой аппаратуры с помощью самой спутниковой аппаратуры. Основные принципы этой методики состояли в тщательном учете, ослаблении или исключении возможных источников погрешностей (табл. 1), многократных наблюдениях базовых линий продолжительными сеансами разнообразной аппаратурой. Для этого были проведены многочисленные исследования, эксперименты, изучение отечественного и международного опыта [3, 4, 10, 11]. Большое значение для повышения точности и удобства выполнения наблюдений имела закладка центров с принудительным центрированием (рисунок). Уравнивание сети показало, что базовые линии, у которых на обоих концах находятся пункты с принудительным центрированием, имеют средние квадратические погрешности (СКП) в расстоянии порядка 2-4 мм при относительной погрешности 10-7, в то время как базовые линии, опирающиеся на грунтовые центры (пункты ГГС), имеют СКП 6-10 мм при относительной погрешности около 10-6. Цепочка базовых линий из центров с принудительным центрированием проходит через всю сеть, ее длина 63 км.
а) б)
Рис. Пункт Издревая с принудительным центрированием: а) внешний вид; б) схема устройства
Таблица 1
Источники погрешностей спутниковых измерений и способы их ослабления
№№ п/п Источник ошибок Способ исключения или ослабления
1 Ошибки априорных координат начала сети Привязка к станциям Международной ГНСС службы, погрешность привязки не более 3 см.
2 Ошибки эфемерид Использование точных эфемерид МГС (погрешность не более 5 см).
3 Ионосферная задержка Применение двухчастотной аппаратуры, решение по безионосферной комбинации фазы несущей.
4 Тропосферная задержка Проект сети с малой разностью высот пунктов, измерение метеопараметров при наблюдениях.
5 Многолучевость Использование аппаратуры устойчивой к мно-голу-чевости, продолжительные сеансы наблюдений, удаление на время измерений наружных знаков.
6 Нестабильность фазовых центров антенн Использование приемников с однотипными антеннами.
Окончание табл. 1
№№ п/п Источник ошибок Способ исключения или ослабления
7 Набег фазы из-за изменения взаимной ориентировки антенн приемника и спутника Исключение в двойных разностях фаз.
8 Геометрия спутников Выбор сеансов с величинами PDOP меньше 2 и числом спутников больше 10.
9 Ошибки центрирования и измерения высоты антенны Принудительное центрирование, специальные пере-ходники для точных измерений высоты антенны.
10 Ошибки часов приемников Использование малогабаритных атомных часов.
11 Геометрия сети Избыточные связи между пунктами.
12 Шумы измерений и смещения Измерения комплектами эталонной аппаратуры несколькими продолжительными сеансами.
Особая задача в начале работ по созданию ЭПП, - это определение координат его пунктов в различных земных координатных системах отсчета, в частности относительно отсчетных основ ITRF и WGS-84. Абсолютное позиционирование в условиях режима Selective Availability (выборочной доступности GPS) могло обеспечивать точность на уровне нескольких десятков метров. Поэтому был сделан суточный сеанс наблюдений для передачи координат от пункта Иркутск IRKT, который уже входил в состав сети Международной ГНСС службы. В результате были получены координаты ITRF-93 с погрешностью около 3 см. Передача координат от пунктов ГГС в системе СК-42 с последующим трансформированием по параметрам связи, опубликованным в [7], показала расхождения с данными, полученными от пункта IRKT, равные 8.2 м по широте, 9.3 м по долготе и 1.1 м в высоте над эллипсоидом. Впоследствии ITRF координаты были определены многократно, выведена скорость движения станции [2]. С 2006 г. на пункте NSKW стала функционировать постоянная базовая станция, которая в дальнейшем была включена в сеть постоянно действующих станций Новосибирской области [8].
Контроль масштаба сети был выполнен по трем базисам длиной 1104 м, 8432 м и 26892 м. В результате этого исследования заметные искажения масштаба в спутниковой сети не были обнаружены [6].
На ЭПП стали проводиться поверки спутниковой аппаратуры, гравиметров, буссолей. Первое свидетельство на спутниковый приемник Wild GPS System 200 было выдано 29.04.1997. За прошедшие 20 лет были поверены 4614 приемников, а сама сеть ЭПП прошла несколько аттестаций. При этом полигон использовался не только для метрологических исследований ГНСС аппаратуры. На нем проводилась учебные занятия, учебные практики. На его базе написано более 30 квалификационных работ специалистов, магистров, бакалавров. Защищены 6 кандидатских диссертаций и одна докторская [9].
Прогресс в изготовлении ГНСС аппаратуры, в ее программном обеспечении, в увеличении числа наблюдаемых спутников привел к значительному повышению точности измерений (табл. 2). Повысилась точность координатно-временного обеспечения ГНСС, что также положительно сказалось на геодезических определениях. Это отразилось на Поверочной схеме, на требованиях к методике построения эталонных полигонов, в частности на обязательном использовании для измерений эталонной аппаратуры. Это потребует разработки улучшенной методики измерений и их обработки, в частности для уравнивания сети потребуется более тщательное стохастическое моделирование.
Таблица 2
Априорные средние квадратические погрешности (СКП) двухчастотной ГНСС аппаратуры в режиме статики в разные годы
№№ п.п. Годы Фирма-изготовитель Марка приемника Число каналов СКП
В расстоянии Ad В разности высот Ah
1 19851995 Trimble 4000 SSE, 9 5MM+D10-6 2Ad
Leica Wild System-200 9 5MM+D10-6 2Ad
Ashtech Ashtech Z-I2 12 5MM+D10-6 2Ad
2 20002005 Trimble 5700 24 5MM+0.5D10-6 5MM+D10-6
Leica GX 1220 24 5MM+0.5D10-6 10MM+0.5D10-6
Javad Legacy 20 5MM+D10-6 15MM+1.5D10-6
3 20122017 Trimble R10 440 3MM+0.1D10-6 3.5MM+0.4D10-6
Leica GS10 555 3MM+0.5D10-6 5MM+0.5D10-6
Javad TRIUMPH-LS 864 3MM+0.5D10-6 5MM+0.5D10-6
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Метрологическому полигону СГГА - 10 лет / К. М. Антонович, В. А. Середович, Ю. В. Сурнин и др. // ГЕО-Сибирь-2005. Науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск : СГГА, 2005. Т. 1, ч. 1. - С. 122-126.
2. Антонович К. М., Клепиков А. Н. Определение скорости движения станции «Новосибирск» по GPS-измерениям // Современные проблемы геодезии и оптики. Межд. науч.-техн. конф., посвященная 65-летию СГГА-НИИГАиК. Материалы конф. - Новосибирск : СГГА, 1999. - С. 14-17.
3. Особенности метрологической аттестации геодезических пространственных эталонных базисов и полигонов / К. М. Антонович, Л. Г. Куликова, В. Д. Лизунов и др. // Законодательная метрология. - 1998. - № 4. - С. 21-23.
4. Отработка методик высокоточных измерений спутниковыми приемниками / К. М. Антонович, Л. Г. Куликова, Ю. В. Сурнин, В. Д. Лизунов / Законодат. и прикл. метрология. - 1998. - № 4. - С. 34 - 35.
5. Разработка и создание геодезического испытательного метрологического полигона для поверки GPS-приемников / К. М. Антонович, В. А. Середович, Ю. В. Сурнин и др. // Современные проблемы геодезии и оптики. Межд. науч.-техн. конф., посвященная 65-летию СГГА-НИИГАиК. Материалы конф. - Новосибирск : СГГА, 1999. - С. 103-110.
6. Антонович К. М., Струков А. А. Сравнение результатов линейных измерений, выполненных спутниковыми и традиционными методами геодезии // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 3. - С. 38-42.
7. Опыт создания геоцентрической системы координат ПЗ-90 / В. В. Бойков, В. Ф. Га-лазин, Б. Л. Каплан и др. // Геодезия и картография. - 1993. - № 11. - С. 17-21.
8. Проект сети активных станций для Новосибирской области / А. П. Карпик, К. М. Антонович, Ю. В. Сурнин и др. // ГЕ0-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск : СГГА, 2007. Т. 1, ч. 1. -С. 68-74.
9. Эталонный геодезический полигон СГГА - уникальный объект системы образования РФ / А. П. Карпик, В. А. Середович, К. М. Антонович и др. // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 5, ч. 2. - С. 180-184.
10. Проблемы обеспечения точности координатно-временных определений на основе применения ГЛ0НАСС технологий / А. С. Толстиков, Ю. В. Сурнин, К. М. Антонович, В. А. Ащеулов // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 3-11.
11. Antonovich K. M., Kosarev N. S. Future challenges of the small atomic oscillators used in GNSS monitoring systems for structures and natural objects // International Workshop «Integration of point and area-wise geodetic monitoring for structures and natural objects», April 14-15, 2014, SGGA, Novosibirsk, Russian Federation. - P. 220-222.
© К. М. Антонович, Л. Г. Куликова, 2017
