CC BY
66
УДК 528:629.783
Г.И. Мальцев, А.Х. Мелеск, А.П. Лапко СНИИГГиМС, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОТОЧНОЙ СПУТНИКОВОЙ АППАРАТУРЫ В ЛЕСНОЙ МЕСТНОСТИ
G.I. Maltsev, A.H. Melesk, A.P. Lapko
Siberian research institute of geology, geophysics and minerals 6 Potaninskaya Ul, Novosibirsk, 630099, Russian Federation
INVESTIGATION OF HIGH-PRECISION SATELLITE EQUIPMENT IN FOREST AREAS
Observation in forest areas by means of satellite receivers is difficult to carry out due to radio-signal attenuation and multipath effect. The authors offer the patented methods and devices for multipath effect weakening. The production technologies and measurements results are presented.
Наблюдения в лесных массивах посредством спутниковых приемников обычно затруднительны или невозможны, так как при использовании дециметровых волн, дальность действия которых ограничена пределами прямой видимости, радиосигналы затухают и, кроме того, приходят переотраженными из-за эффекта многолучевости (многопутности) [1, 2].
Оптимальная точность спутниковых радиогеодезических измерений достигается при наблюдениях на открытой местности, где имеется беспрепятственный обзор горизонта. Многопутность - явление, когда в антенну приемника поступают радиосигналы непосредственно от антенны передатчика спутника и отраженные от поверхности земли и окружающих предметов, т.е. прошедшие больший путь, чем прямые, и точность измерений может существенно снизится за счет интерференции (мультиинтерференции). В окружающем приемную антенну электромагнитном поле в результате интерференции прямого и множества переотраженных сигналов формируется результирующий сигнал, который можно представить как сигнал с дополнительным фазовым (или временным) сдвигом. При определенных условиях амплитуда этого сигнала может равняться нулю или достигать двойной величины. Теоретически для глобальной системы позиционирования GPS погрешность измеряемого расстояния фазовым методом с использованием несущей частоты может в условиях многолучевости достигать значения, равного А/2, где А - длина волны, и в диапазоне L1 составлять около 10 см.
Погрешность наблюдений кодовой аппаратуры определяется типом используемого кода, например С/А-кода или Р-кода, частота которого отличается на порядок. Погрешность измеряемого расстояния кодовым методом при многопутности может достигать около 73 м и 7 м, соответственно.
Группой сотрудников СНИИГГиМС разработана технология геодезической съемки с кодовой спутниковой аппаратурой в лесу [1, 4]. Задачей изобретения является уменьшение влияния многопутности на принимаемый спутниковым приемником радиосигнал и повышение точности определения положения. Проблема решается за счет изменения в ходе приема положения антенны приемника и обработки усредненного результата. Антенну приемника располагают на конце горизонтальной штанги с возможностью вращательного и одновременно возвратно-поступательного движения по спирали относительно вертикальной оси мачты, проходящий через точку наблюдения (рис. 1). При движении антенна описывает поверхность цилиндра с радиусом и высотой в несколько длин волн (около 2Х). Многочисленные испытания с различными типами аппаратуры показали, что точность измерений по предложенной методике может приближаться к результатам в открытой местности.
Конструкция дополнительного антенно-поворотного устройства и методика работы с ним в комплексе с кодовым спутниковым приемником, имеющим возможность подключения внешней антенны, представлены в работах [1, 4] (см. рис. 1, 2).
_______а^~ штанга горизонтальная
■
труба внешняя шток цилиндрический
штифт направляющий
штурвал штатив
Па
Рис. 1. Антенно-мачтовое подъемно-поворотное устройство
Рис. 2. Комплекс антенно-мачтового устройства и спутникового приемника
Наибольший интерес, в том числе для использования на геологогеофизических работах, представляют исследования фазовой спутниковой аппаратуры в условиях лесной местности.
Весьма полезные испытания были проведены сотрудниками СГГА в городских условиях [7]. Для уменьшения влияния многопутности на результаты GPS - измерений, было предложено изменять высоту антенны приемника через равные интервалы (как минимум через четыре) и выполнять измерения, например, через А/4. Средний результат будет в значительной степени свободен от влияния многопутности. Однако очевидно, что при
использовании изменения высоты антенны через интервал А/4 вариации направления хода радиолучей от спутников будут существенно ограничены в сравнении с предлагаемой нами способом вращения антенны в горизонтальной плоскости с обзором в 3600 и с дискретными с заданным шагом в 450 измерениями на каждой фиксированной точке.
Предлагаемый способ относится к радиогеодезическим спутниковым измерениям, преимущественно при работе в условиях сильного влияния отраженных сигналов, в частности при работах в залесенной местности, а также в городских стесненных условиях. Техническим результатом изобретения является уменьшение влияния на результаты фазовых измерений явления многопутности принимаемого сигнала в условиях большого уровня
Устройство и способ проведения фазовых спутниковых измерений с вращением антенны и заданным угловым шагом в горизонтальной плоскости
опубликованы в [3, 6] (рис. 3).
Методика спутниковых
фазовых геодезических измерений заключается в следующем. Предварительно, перед началом пошагового кругового
перемещения антенны, вращая «подвижную стойку» (см. рис. 3) находят направление на максимальное число
одновременно наблюдаемых на дисплее спутников, после чего вращение антенны прекращают. Это положение антенны считается исходным. Фиксируют
соответствующее положение Рис. 3. Антенно-мачтовое устройство «указателя направления» на для производства фазовых измерений «подвижном лимбе» и совмещают посредствам спутниковых приемников с ним нулевую отметку шкалы
лимба. Затем, контролируя по дисплею видимость спутников поворачивают «подвижную стойку» с закрепленной на ней «горизонтальной штангой», на которой установлена «антенна», по часовой стрелке на угол 450. В таком положении в течение одной минуты выполняют геодезические измерения, которые заносятся в память измерительной аппаратуры. Далее в том же направлении по часовой стрелке с использованием угловой шкалы лимба, вращая «подвижную стойку», поворачивают антенну на следующие 450 и производят измерения также в течение одной минуты. Этот процесс продолжают до завершения
мешающих (отраженных) сигналов.
полного оборота вращения антенны, то есть до возращения её в первоначальное исходное положение, в котором также выполняют измерения в течение одной минуты. Координаты измеряемой точки получают путем осреднения полученных осредненных результатов значений координат при каждом фиксированном положении антенны на данной измеренной точке. Таким образом, принципиальная суть способа проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, который включает в себя прием радиосигнала с помощью спутникового приемника, вращение в ходе приема расположенной на выносной штанге антенны приемника относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку, и обработку усредненного результата, заключается в том, что при проведении фазовых измерений вращение в ходе приема антенны спутникового приемника осуществляют в горизонтальной плоскости с радиусом вращения в пределах 0,5А,, где X - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала [3].
Сравнительные результаты точностных характеристик при статическом режиме измерений (продолжительность сеанса наблюдений составляла 1 час) и при работе по секторам (измерения в 9 секторах выполнялись по 1 мин.) представлены в таблице.
Таблица. Результаты сравнительных измерений спутниковой одночастотной аппаратурой Pro Mark -2 (местность полузакрытая, смешанный лес)
Дата Истинные СКП Количество ИСЗ Примечание
Мпл, м МН, м
05.02.07 0.206 -0.140 6-8 Режим измерений статика, угол і > 15° РБОР < 4, база В = 24 км
08.02.07 0.141 -0.068 6-8
08.02.07 0.116 -0.014 6-8
Среднее СКП 0.159 0.090
06.02.07 0.050 -0.072 6-8 Режим измерений по секторам, плечо Х/2 = 10 см угол і > 15° РБОР < 4, база В = 24 км
06.02.07 0.054 -0.099 6-8
08.02.07 0.110 -0.084 6-8
Среднее СКП 0.076 0.086
Применение антенно-мачтового устройства в полузакрытой лесной местности позволило повысить точностные характеристики планового положения примерно в два раза.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. [Текст] В 2 т. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО СГГА. - М.: ФГУП “Картгеоцентр”, 2006. - 694 с.
2. Генике, А.А. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и её применение в геодезии [Текст] / А.А. Генике, Г.Г. Побединский.- М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1999. - 272 с.
3. Пат. №68709 (Россия). Устройство для проведения спутниковых геодезических измерений / А.Г. Прихода, А.П. Лапко. - М., 2007.
4. Пат. №2116656 (Россия). Способ проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем и устройство для его осуществления (варианты) / А.Г. Прихода, А.П. Лапко, А.А. Пыстин, Г.И. Мальцев, И.И. Лемзяков. - М., 1998.
5. Геодезическое обеспечение геолого-геофизических работ с использованием глобальных спутниковых систем [Текст] / А.Г. Прихода, А.П. Лапко, Г.И. Мальцев, А.А. Пыстин, И.А. Бунцев: метод. рекомендации / Науч. ред. А.Г. Прихода. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2000. - 158 с.
6. Решение о выдачи патента на изобретение по заявке №2006112424/09(013511) Россия. Способ проведения спутниковых геодезических измерений / А.Г. Прихода, А.П. Лапко. - М., 2007.
7. Синякин, А.К. Принципы работы глобальных систем местоопределения (GPS): учеб. пособие [Текст] / А.К. Синякин. - Новосибирск: СГГА, 1996. - 57 с.
© Г.И. Мальцев, А.Х. Мелеск, А.П. Лапко, 2008
