CC BY
62
УДК 528.2: 629.78 Ю.В. Сурнин СГГ А, Новосибирск
ЛОКАЛЬНАЯ ПОВЕРОЧНАЯ СХЕМА ДЛЯ ЭТАЛОННОГО ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА СГГА И РАБОЧИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Рассматривается новый подход к схеме передачи единиц частоты, времени и длины от первичных эталонов Международной службы вращения Земли (МСВЗ) на Геодезический эталонной полигон СГГА (далее Полигон) и рабочим средствам измерений. Полигон является единичным средством измерениии предназначен для метрологических испытаний геодезической аппаратуры, как традиционных приборов, так и современных спутниковых приемников. Он хранит, в отличие геодезических полигонов Роскартографии [2], локальное внешнее гравитационное поле Земли (ГПЗ) в виде закрепленных на поверхности Земли пунктов и каталога числовых значений параметров некоторой математической модели ГПЗ [3]
W = W(x, y, Z, ÜJ, ..., üq). (1)
Модель ГПЗ включает геометрическую (x, y, z) и гравитационную (ü1,.,üq) части. Геометрическая часть ГПЗ содержит координатную основу -практическую реализацию системы отсчета в виде Специальной спутниковой геодезической сети (ССГС) пунктов Pi (i = 1,..., k), закрепленных на Земле, и каталога координат (хг, yi, z,}. Гравитационная часть ГПЗ содержит модель (1) и параметры [üj, ..., aq}, аппроксимирующие локальное ГПЗ. В связи с этим метрологические параметры Полигона можно разделить на геометрические и гравитационные. Геометрические параметры включают координаты точек и функции от них: расстояния, углы и т. п. Гравитационными параметрами Полигона являются, так называемые, трансформанты ГПЗ: нормальные высоты, астрономические долготы, широты, азимуты, ускорения силы тяжести и другие величины - функции параметров ГПЗ.
Размер единицы длины хранится на Полигоне в виде пространственных координат {xi, yi, zi} пунктов Pi ССГС, являющейся носителем геометрической части ГПЗ. Все другие геометрические метрологические параметры, такие как: длины линий, разности пространственных и плоских координат, дирекционные углы и другие величины, являющиеся функциями от множества координат {xi, yi, zi} ССГС, можно считать производными метрологическими параметрами.
Размер единицы длины, т.е., геометрическая часть метрологических параметров, передается на Полигон в виде трех пространственных координат {xi, yi, zi} пунктов ССГС от национальных первичных эталонов частоты, времени и длины (ПЭЧВД) Международной службы вращения Земли (рис. 1). Средством передачи эталонов служат GPS/ГЛОНАСС-измерения на опорных пунктах (ОП) Международной GNSS-службы (GNNS - Global Navigation Satellite System) для целей геодинамики (далее МГС). Метод передачи эталона - косвенный. Он основан на GPS/ГЛОНАСС-измерениях и математической обработке их в Международных центрах анализа орбитальных данных МГС. В результате деятельности МГС (измерений,
обработки и распространения данных) созданы и непрерывно поддерживаются две координатных основы: земная (МЗКО - международная земная координатная основа) и орбитальная (ОКВО - орбитальная координатно-временная основа). Опорные пункты МГС и каталог их координат, космические аппараты GPS/ГЛОНАСС, бортовые генераторы частоты и уточненные МГС спутниковые эфемериды являются носителями МЗКО и ОКВО и служат рабочими эталонами первого разряда для хранения и передачи единиц длины рабочим эталонам второго разряда, в качестве которого может выступать, например, ССГС Полигона.
Посредством синхронных GPS/ГЛОНАСС-измерений спутниковой приемной аппаратурой, установленной на пунктах МГС и Полигона, эталон длины передается от МЗКО через ОКВО на пункты Полигона. Метод передачи эталона косвенный, кратко описан в работе [4]. Таким образом, спутниковая приемная аппаратура в такой поверочной схеме (рис. 1) является вспомогательным измерительным средством передачи эталона длины на Полигон и может быть исключена из поверочной схемы [1], как рабочий эталоном 2 разряда.
Вторая часть поверочной схемы (рис. 2) - поверка внешнего гравитационного поля Земли (ГПЗ ПГЭ) - производится косвенными методами от исходного эталона ПЭЧВД посредством рабочих эталонов 1 разряда (МНКО - международной небесной координатной основы, ОАП -основных астрономических пунктов, ГГП - главных гравиметрических пунктов) и рабочих эталонов 2 разряда (ГВО - государственной высотной основы, АГС - астрономических пунктов астрономо-геодезической сети, ВГГС - высокоточной государственной гравиметрической сети, ССГС ПГЭ -специальной спутниковой геодезической сети Полигона). В качестве косвенных методов передачи эталонов используются, как традиционные геодезические способы - геометрическое нивелирование I и II классов, астрономические и гравиметрические определения 1 класса, так и GPS/ГЛОНАСС-измерения (с целью определения положения нивелирных, астрономических и гравиметрических пунктов), кратко описанные в работе
[5].
Третья часть поверочной схемы - поверка рабочих средств измерений (рисунок 3) производится методом прямых измерений на Полигоне в полевых условиях от рабочих эталонов 2 разряда (ССГС ПГЭ, ГПЗ ПГЭ и БПЭ ПГЭ -эталонного пространственного базиса Полигона) и рабочих эталонов 3 разряда (МПА - азимутального миниполигона, МПУ - углового миниполигона, МПК - кинематического миниполигона, МПЭ -экстремального миниполигона, МПГП - миниполигона для испытаний гироскопических платформ на подвижных транспортных средствах, МПГР -гравиметрического миниполигона, ВП - высотного полигона, МПМА -миниполигона магнитных азимутов). В качестве рабочих средств измерений могут быть использованы: навигационная и геодезическая спутниковая аппаратура, астрономические и гироскопические теодолиты, тахеометры и
нивелиры, светодальномеры и радиодальномеры, лазерные сканеры, гравиметры, буссоли и магнитные компасы.
Рис. 1. Локальная поверочная схема специальной спутниковой геодезической сети (ССГС) эталонного геодезического полигона СГГА.
Обозначения, принятые на рис. 1: L, LX, LZ, LдX, LАY, LАZ - диапазоны измерения линейных параметров с размерностью длины, 5с, - средняя квадратическая погрешность (СКП) метода передачи размера единицы, Б0 -СКП результата измерения, А - СКП геоцентрического положения носителей координат (по произвольному направлению), Ах, Ау, АZ - СКП геоцентрического положения носителей координат по направлениям осей X, У, 2, Аах, Аау, АА2 - СКП разностей координат АХ, АУ, А2. Все числовые значения СКП
даны для доверительной вероятности 0,95.
Рис. 2. Локальная поверочная схема внешнего гравитационного поля Земли на территорию эталонного геодезического полигона (ГПЗ ПГЭ).
Обозначения, принятые на рис. 2: So - средняя квадратическая погрешность (СКП) результата измерения, 50 - СКП метода передачи размера единицы; Lz, LX, Ьф, La, Lg, LHY, La, L5, - диапазоны измерения параметров, соответственно: высоты квазигеоида Z, астрономической долготы X, широты ф, азимута a, ускорения силы тяжести g, нормальной высоты HY, прямого восхождения a и склонения 5; Д^, Ax, Аф, Aa, Ag, AHy, Aa, As -предельные СКП параметров Z, X, ф, a, g, HY, a, 5; AX, AY, Az - предельные СКП геоцентрического положения пунктов ССГС ПГЭ по направлениям осей X, Y, Z; AAX, AAY, AAZ - предельные СКП разностей координат AX, AY, AZ пунктов ССГС ПГЭ, ICRF -International Celestial Reference Frame. Числовые значения предельных СКП даны для
доверительной вероятности 0,95.
І
ш
СР
ш
§
т
то
Ой
І—
и
Ч
ш
СР
и
ш
т
о
ю
то
О.
ССГС ПГЭ ГПЗ ПГЭ БПЭ СГГА
(Специальная спутниковая (Гравитационное поле Земли (Базис
геодезическая сеть опорных пунктов на территорию пространственный
Эталонного геодезического полигона Эталонного геодезического эталонный СГГА)
СГГА) полигона СГГА) 24 м +1104 м,
30 км х60 км 30 км х60 км Д5<0,001 м,
Дх< 0,1 м, Д¥< 0,1 м, Д2< 0,2 м, Д? < 0,10 м, Д* < 1", Дф < 1", Дну<0,001 м,
Л ^ Г\ Г\Г\/1.. Л Г\ Г\Г\Г~ „ , Л ^ г\ г\ л ~ Л ^ -1" Л /~2 Л УГ\ ЛЛ-1
МПА (Миниполигон азимутальный для испытаний астрономических и гироскопических теодолитов)
МПГП (Миниполигон для испытания гироплатформ на подвижных транспортных средствах) Дп<1", Д^<1",Да<2"
МПУ (Миниполигон угломерный для испытаний теодолитов и тахеометров) Дп<1",
МПК (Миниполигон кинематики для испытаний СПА в кинематическом режиме) Ддх<0,04м, Дду<0,04м,
/Л -П.
МПЭ
(Миниполигон для испытаний СПА в экстремальных условиях) ДДХ<0,04м, Дду<0,04м,
/Л -П.
МПМА (Миниполигон магнитных азимутов для испытания буссолей)
Д. < 8'
Средства измерения Средства Средства Средства измерения
геоцентрических координат измерения измерения разностей плановых
и их разностей по сигналам горизонтальн астрономических координат и
КНС - навигационная и ых и координат и нормальных высот -
геодезическая спутниковая вертикальных азимутов - теодолиты,
аппаратура углов - астрономические и тахеометры,
Дх,у<0,1м, Д2<0,2м, теодолиты, гироскопические нивелиры
Ддх< 0,004м, Дду< 0,006м, тахеометры теодолиты Ддх< 0,012м, Дду< 0,008м,
Ддz< 0,012м Дп<1", Дм<2" ДЛ<1", ДЛ<1",Да<2" Ддн¥< 0,04м
Средства Сканеры Средства Средства измерения
измерения наземные измерения магнитного азимута -
расстояний - лазерные ускорения силы буссоли, магнитные
светодальномеры, трехмерные тяжести - компасы
радиодальномеры Дп< 0,014м, гравиметры Ддт< 8'
Дп< 0,014м, Дп<1", Дн<2" Д„<340"5м/с2
Л
Л
Рис. 3. Локальная поверочная схема рабочих средств измерений на эталонном геодезическом полигоне СГГА (ПГЭ СГГА).
Обозначения, принятые на рис.: 5с - средняя квадратическая погрешность (СКП) метода передачи размера единицы; А;, Ах, А^ А,*, Ав, ААg, АИУ, Аану - предельные СКП параметров модели ГПЗ: высот квазигеоида £, отклонений отвеса п, астрономических долгот X, широт ф, азимутов а, ускорений силы тяжести и их разностей §, А§, нормальных высот и их разностей И7, Ану ; АХ, АУ, А2, Аах, Аау, АА2 - предельные СКП геоцентрических координат и их разностей по направлениям осей X, У, 2; Ад, Аь Ас - предельные СКП горизонтальных и вертикальных углов д, Ь, расстояний Б; А„ - предельная СКП нестворностей базиса W; Адщ - предельная СКП магнитного азимута. Числовые значения предельных СКП даны для доверительной вероятности 0,95.
1. МИ 2292-94. Рекомендация. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений разностей координат по сигналам космических навигационных систем.
2. РТМ 68-8.20-93. Полигоны геодезические. Общие технические требования / Роскартография. - М.: ЦНИИГАиК, 1994.
3. Математическая модель внешнего гравитационного поля Земли на локальном участке земной поверхности по спутниковым и традиционным геодезическим данным / Сурнин, Ю.В. // ГЕО-СИБИРЬ-2006. Т. 1. Часть 2. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Сб. материалов науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2006», 24-28 апр. 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 79-90.
4. Оценивание геометрических параметров эталонного геодезического полигона СГГА по результатам спутниковых измерений / Сурнин, Ю. В. // В настоящем сборнике.
5. Оценивание гравитационных параметров эталонного полигона СГГА по результатам спутниковых и традиционных геодезических измерений / Сурнин, Ю.В. // В настоящем сборнике.
© Ю.В. Сурнин, 2007
