CC BY
657
УДК 528.2:528.79
К.М. Антонович, Л.Г. Куликова
СГГ А, Новосибирск
ИЗМЕНЕНИЯ В МЕТОДИКЕ ПОВЕРКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ КОСМИЧЕСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рассматриваются изменения в методике поверки спутниковых приемников, связанные с расширением возможностей Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
K.M. Antonovich, L.G. Kulikova Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
THE CHANGES IN GEODETIC HARDWARE VERIFICATION PROCEDURE FOR USERS OF SPACE NAVIGATION SYSTEM
The changes in verification procedure of the satellite receivers due to the possibility extension of Global navigation satellite systems (GNSS) are considered.
Первая методика метрологической поверки спутниковой аппаратуры была разработана в 1997 г. Госстандартом России (исполнители Юношев Л.С., доктор технических наук, академик РМА (руководитель разработки), Генике А.А., кандидат технических наук, Зубинский В.И., кандидат технических наук). За прошедшее время произошли изменения в самих навигационных системах, аппаратуре, методах измерений. Кроме того, был накоплен опыт работы в области практической метрологии службой СГГА. Это привело к необходимости провести корректировку методики поверки. Ранние работы по отработке методик выполнения измерений спутниковыми приёмниками отражены в публикациях [1, 2].
Методика Госстандарта 1997 г. разрабатывалась в то время, когда существовало только две спутниковых радионавигационных системы (СРНС) -GPS или NAVSTAR (США) и ГЛОНАСС (Россия). Однако уже тогда появился термин ГНСС (GNSS) - Глобальная навигационная спутниковая система. Первоначально под этим термином понималось объединенное созвездие спутников GPS и ГЛОНАСС. В настоящее время развернуты три глобальные спутниковые навигационные системы, а именно, GPS, ГЛОНАСС и Бейдоу (Китай), которая по размерам области покрытия является региональной. Запущены экспериментальные спутники европейской системы Галилео, действуют подсистемы функционального дополнения спутникового базирования (Satellite Based Augmentation System, SBAS) и наземного базирования (Ground Based Augmentation System, GBAS). Они позволяют производить высокоточные определения положений одним приемником. Разрабатываются новые глобальные и региональные навигационные системы и подсистемы функционального дополнения. К 2015 г. ожидается
функционирование примерно 80 спутников ГНСС, а общее количество сигналов достигнет 20 [3].
Эти изменения в СРНС нашли отражение в регламенте на области применения методики, которая рассчитана на обеспечение пользователей спутниковых радионавигационных систем типа ГЛОНАСС, GPS (NAVSTAR), Галилео и их подсистем функционального дополнения космического и наземного базирования.
Методика не предназначена для поверки аппаратуры, используемой в кинематическом режиме работы на сухопутных, водных и воздушных транспортных средствах, а также абсолютным методом по фазе несущей.
Поверке может подвергаться средство измерений из отдельного приемника, работающего абсолютным методом или сетевым (локальным, широкозонным или глобальным) дифференциальным методом, или комплект спутниковой аппаратуры (СПА), состоящий не менее чем из двух приемников сигналов СРНС и штатного программного обеспечения.
Последний пункт является актуальным, поскольку достаточно часто заказчики требуют подтверждения метрологических характеристик при работе со спутниками ГЛОНАСС. В то же время, не все программы обеспечивают обработку спутников ГЛОНАСС, а заказчик не заинтересован привозить на поверку программное обеспечение или даже электронный ключ к нему.
Ограничение, касающееся кинематического позиционирования, объясняется большими материальными затратами на создание соответствующего полигона и на выполнение метрологической поверки. Ограничение на определение координат абсолютным методом по фазовым измерениям объясняется тем, что этот метод на производстве практически не применяется из-за отсутствия дорогого и сложного программного обеспечения (научные программы типа Bernese, GAMIT, GIPSY и др.) [3].
Другое изменение в операциях поверки касается тестирования кодовой аппаратуры в абсолютном режиме позиционирования. Дело в том, что некоторым пользователям требуется подтверждение возможностей кодовой аппаратуры получать координаты в условиях SPS (Standard Positioning Service, услуга стандартного позиционирования).
Кроме того, мы исключили определение погрешности измерений в зависимости от продолжительности сеанса наблюдений. Обычно компания-изготовитель аппаратуры указывает продолжительность сеанса, при которой гарантированно подтверждается паспортная точность. Уменьшение продолжительности иногда может привести к хорошим данным, но далеко не всегда. Это объясняется тем, что точность измерений зависит от множества причин, таких как солнечная активность, наличие интерференции, препятствия в окружении антенны приемника и т.п. Предусмотреть все это практически невозможно. Поэтому результаты этого теста не имеют особой ценности, хотя некоторые исследователи описывают соответствующие эксперименты и дают практические рекомендации. В ряде применений точность аппаратуры оказывается избыточной, но даже небольшое сокращение продолжительности
наблюдений может приводить к многократному понижению точности координат.
В связи с увеличением числа режимов, в которых может проводиться поверка, мы расширили пункт о регламенте на состав комплекта. Теперь поверке подвергается кодовый навигационный приемник, фазовый (или кодофазовый) приемник или комплект фазовой (кодо-фазовой) аппаратуры, состоящий из нескольких приемников. Фазовая и кодо-фазовая аппаратуры должна иметь программное обеспечение для обработки результатов. Для поверки одиночного кодового, фазового (кодо-фазового) в локальном дифференциальном или в относительном методе используется постоянная базовая станция геодезической сети ПГЭ СГГА.
Как видно, допускается поверка комплекта из одного приемника. Это не удивительно, когда производится поверка кодового приемника в абсолютном режиме. Но в отношении фазовой аппаратуры это объясняется тремя причинами. Во-первых, появились организации с очень большим парком аппаратуры (десятки приемников), и формировать комплекты из небольшого количества приемников стало неудобно. Во-вторых, появились проекты, в которых одновременно работает большое количество приемников. Наконец, в-третьих, в России начали функционировать сети из активных базовых станций, в этом случае каждый мобильный приемник работает независимо от других мобильных приемников, а одну базовую станцию, в классическом понимании этого термина, заменяет целая сеть. Поэтому очень часто пользователи просят выдать свидетельство на каждый отдельный приемник.
Определение погрешности измерений координат при дифференциальном позиционировании, наверно, является самым неопределенным режимом измерений, потому что наблюдатель, как правило, не знает, в каком режиме работает аппаратура. Дело в том, что различие между дифференциальным и относительным режимом позиционирования незначительное. По определению (например, [3]) в дифференциальном режиме координаты получаются путем передачи корректирующих поправок от опорных станций, а в относительном -из совместной обработки измерений базового и мобильного приемника. Но какой процесс происходит в аппаратуре, например, при измерениях в реальном времени, наблюдатель не знает. Более того, в сетевых методах позиционирования, когда работают сети из активных базовых станций, возможна работа и в относительном режиме (метод виртуальной базовой станции), и в дифференциальном методе (метод площадных поправок) [4].
За 14 лет работы Метрологической службой СГГА было проверено более 3000 комплектов аппаратуры, выписано 1500 свидетельств о поверке. За все это время было лишь несколько случаев отказа аппаратуры по причине ее неисправности и несколько случаев невыполнения допусков из-за ошибок наблюдателя или обработчика наблюдений. В то же время к нам неоднократно обращались с просьбой разобраться в результатах обработки. Среди них на первом месте авторы бы поставил ошибки в проектировании геодезических сетей, которые приводят к нарушению масштаба, к искажению системы координат. На втором месте - методические ошибки наблюдателя (например,
продолжительность сеанса наблюдений, метод измерения высоты антенны, привязка к пунктам геодезических сетей и др.). В итоге получается, что исполнитель имеет исправную поверенную аппаратуру, а результат его работы находится в противоречии с концепцией системы единства измерений.
В Канаде на это обстоятельство обратили внимание еще в 1990-е годы. Одна из рекомендаций по этой проблеме состояла в том, чтобы лицензии на производство топографо-геодезических работ со спутниковой аппаратуры выдавалась после выполнения измерений на контрольной сети [5]. Если результат получался в пределах доверительного интервала, то лицензию можно было бы выдать, а иначе - отказ. Возможно, и в России этот метод следовало бы ввести.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Отработка методик высокоточных измерений спутниковыми приёмниками / К.М. Антонович, Ю.В. Сурнин, В.Д. Лизунов, Л.Г. Куликова // Законодательная метрология. -1998. - № 2. - С. 34-35.
2. Разработка согласованных методов и средств метрологического обеспечения GPS -приёмников спутниковой аппаратуры для геодезических и навигационных целей // отчёт о НИР (заключит.) / Сиб. гос. геодез. акад.; рук. В.А. Середович; отв. исполн. Л.Г. Куликова.-№ ГР 01.960.007156; Инв. № 02.9.80005339.- Новосибирск, 1998. - 33 с.
3. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии : в 2 т. - М. : Картоцентр, Новосибирск : Наука. - 2005. - 334 с. - 2006. - 360 с.
4. Евстафьев, О.В. Наземная инфраструктура ГНСС для точного позиционирования / О.В. Евстафьев. - М. : Проспект, 2009. - 48 с.
5. Craimer, M.R. Secifications for urban GPS surveys / M.R. Craimer, D.E. Wells, P. Vanicec, R.L. Devlin // Surveying and Land Information Systems. - 1990. - Vol. 50, No. 4. - P. 251-259. - Англ.
© К.М. Антонович, Л.Г. Куликова, 2010
