Методика относительного определения высотных параметров фазового центра разнотипных спутниковых антенн Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 629.783:528.531

В.В. Яхман

СГГ А, Новосибирск

МЕТОДИКА ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФАЗОВОГО ЦЕНТРА РАЗНОТИПНЫХ СПУТНИКОВЫХ АНТЕНН

При выполнении высокоточных спутниковых измерений каждый исполнитель должен стремиться к тому, чтобы минимизировать погрешности измерения базовых линий. Однако, это не всегда удается по целому ряду причин, большинство из которых вызваны недостаточностью технологической проработки процесса выполнения и математической обработки спутниковых измерений. Так при проведении в 2002 спутниковых измерений на рабочих центрах пункта ФАГС Новосибирск исполнители ФГУП «Инжгеодезия» столкнулись

с проблемой определения высотных параметров фазового центра разнотипных спутниковых антенн, несовпадающих с паспортными и заданными в программном обеспечении (ПО) Pinnacle ver. 1.0.

В процессе обработки результатов спутниковых измерений базовых линий были получены превышения, которые явно не согласовались с результатами нивелирования II класса (табл. 1).

При этом невязки замкнутой фигуры (в виде прямоугольного треугольника со сторонами 6 и 18 м) в сети трех рабочих центров пункта ФАГС составили в плане 4 мм, а по высоте 14 мм и были недопустимы для высокоточных измерений. Более того, они по своим значениям превосходили невязки в замкнутых фигурах каркасной сети (шестиугольник с длинами базовых линий 19-28 км), которые не превышали в плане 3 мм и 5 мм. Для выяснения расхождений в полученных превышениях были выполнены контрольные спутниковые измерения базовых линий с помощью трех однотипных комплектов спутниковой аппаратуры Trimble Navigation 4000SST. При этом расхождения в превышениях между базовыми линиями и нивелированием II класса не превышали 2 мм, а невязка замкнутой фигуры была равна 0 мм (табл. 1). Указанные выше расхождения не могли быть вызваны условиями спутниковых измерений и ошибками исполнителей. Так появилось предположение, что полученные расхождения не связаны с качеством выполненных спутниковых наблюдений, а вызваны ошибочными параметрами спутниковых антенн, заданных в ПО. В соответствии с этой гипотезой нами были получены из различных источников параметры высот фазового центра антенн фирмы Javad Position Systems: LegAnt E, RegAnt DD,

RegAnt SD (табл. 2).

Таблица 1. Таблица превышений между рабочими центрами пункта

ФАГС Новосибирск

Результаты Значение превышений между рабочими центрами

измерений NSK1, NSK2, NSK3, м

NSK1- NSK2 NSK2-NSK3 NSK3-NSK1

Из нивелирования II класса +0,071 -0,009 -0,062

Из спутниковых измерений разнотипными антеннами +0,002 -0,038 +0,022

Из спутниковых измерений однотипными антеннами фирмы Trimble +0,073 -0,011 -0,062

Таблица 2. Значения параметра высоты фазового центра спутниковых антенн

Источник данных Значения параметра высоты фазового центра антенн, м

LegAnt E RegAnt DD RegAnt SD

http://www.ngs.noaa.gov/AN TCAL/ 0.04211 - 0.07300

Pinnacle ver.1.0 (от 04.04.01) 0.0210(L1) 0.0292(L2) 0.0546(L1) 0.060l(L2) 0.0145(L1) 0.028l(L2)

Pinnacle ver.1.0 (от 24.08.01) 0.0210(L1) 0.0292(L2) 0.0546(L1) 0.060l(L2) 0,0475(L1) 0.06ll(L2)

СГГ А, Кафедра астрономии и гравиметрии 0.0540(L1) 0.1130(L1) 0.1060(L1)

Из табл. 2 видно, что значения параметра высоты фазового центра антенн, полученные из разных источников различаются между собой порядка 60 мм.

В связи с этим ФГУП «Инжгеодезия» была выполнена работа по взаимной калибровке четырех типов антенн, участвующих в спутниковых наблюдениях на пунктах каркасной сети и привязки контрольных центров и реперов: Compact L1/L2 w/Ground Plane фирмы-изготовителя Trimble Navigation (далее по тексту идентификатор антенны “TRM”), JPSLegAnt w/Flat Ground Plane (LE)

и JPSRegAnt w/Dual Dept Choke, Ext. (DD), JPSRegAnt w/Single Dept Choke, Ext. (SD) фирмы Javad Position Systems.

Калибровка выполнялась по методике рекомендованной ЦНИИГАиК (Техническое предписание по выполнению спутниковых наблюдений при построении фрагментов ФАГС и ВГС. 2001 г.).

Данная методика относительной калибровки двух разных типов антенн состояла в том, чтобы в разные дни проводились два сеанса наблюдений с двумя сравниваемыми антеннами, устанавливаемыми на двух близких точках (расстояние между ними от нескольких единиц до нескольких десятков метров).

В каждый из двух дней проводится по одному 5 часовому сеансу непрерывных наблюдений. Начало времени наблюдений второго сеанса смещается по сравнению с началом первого сеанса на более раннее время из

расчета 4 минуты на каждый день перерыва между сеансами. При проведении второго сеанса наблюдений антенны меняются местами.

При взаимной калибровке двухчастотных антенн обработка наблюдений выполняется отдельно по каждой частоте. Для обработки наблюдения каждого сеанса разбиваются на не перекрывающиеся часовые интервалы с соответствующими взаимными временными сдвигами интервалов для разных сеансов.

Каждая группа из пяти значений векторов, полученных по каждому сеансу и по каждой частоте, уравнивается независимо. Полученные значения средних квадратических ошибок уравненных значений превышений между концами базовой линии не должны быть более 0,5 мм. При уравнивании допускается отбраковка значений векторов с максимальными абсолютными остаточными уклонениями по высоте. Если из уравнивания исключается вектор, полученный по какому-либо часовому интервалу одного сеанса, то и из уравнивания векторов второго сеанса исключается вектор, соответствующий обработке наблюдений в том же часовом интервале на той же частоте. Такое исключение выполняется и в том случае, когда другое исключаемое значение вектора само по себе не показывает наличия аномального уклонения в своей группе. Такая отбраковка допускается для каждой частоты не более, чем для результатов определения вектора по наблюдениям в одном часовом интервале.

Поправка в значение параметра высоты фазового центра калибруемой спутниковой антенны А определяется из полусуммы превышений, полученных из разных сеансов наблюдений II,,П2

Д=<Ъ + Н2_^

2

Для двух частотных антенн поправка (1) определяется для каждой из частот L1 и L2. Далее выполняется исправление параметра высоты фазового центра калибруемой спутниковой антенны в соответствующем ПО.

Для взаимной калибровки спутниковых антенн нами были выбраны три рабочих центра пункта ФАГС (с идентификаторами NSK1, NSK2, NSK3), оснащенные устройством. Высоты головок становых винтов были известны из нивелирования II класса. Для выполнения калибровки выполнялись два сеанса наблюдений для каждой пары сравниваемых антенн, устанавливаемых с использованием систем принудительного центрирования типа ПЦ-260. Высоты антенн (до низа антенны) определялись с помощью штангенциркуля.

Перед началом взаимной калибровки из планирования спутниковых измерений было определено оптимальное время выполнение сеансов наблюдений.

В качестве базовой спутниковой антенны была выбрана антенна Compact L1/L2 w/Ground Plane фирмы-изготовителя Trimble Navigation. Такое решение было принято исходя из следующих соображений:

- В ФГУП «Инжгеодезия» имелись большие объемы спутниковых наблюдений, выполненные с помощью комплектов спутниковых приемников фирмы Trimble 4000SST;

- Антенны типа choke ring обеспечивают наилучшую невосприимчивость

к многопутно сти;

- При взаимной калибровке, выполняемой национальной геодезической службой США в качестве базовой спутниковой антенны всегда используется антенна типа choke ring.

Спутниковые измерения на пунктах производились при следующих установках:

- Запись результатов измерений в память приёмника производилась с частотой (дискретностью) 10 секунд;

- Максимальный PDOP задавался равным 6;

- Отсечка по высоте (маска) задавалась равной 5°.

Обработка результатов спутниковых измерений выполнялась с помощью ПО GPSurvey и включала следующие операции.

1. Подготовка исходных файлов заключалась в конвертировании файлов

с расширением *.jps в RINEX-формат.

2. Решение базовых линий со следующими параметрами:

- Максимальное количество итераций - 10;

- Маска по высоте - 15°;

- Тропосферная модель - “Найла”.

В результате решения базовых линий были получены фиксированные решения. Полученные среднеквадратические ошибки длин и компонент базовых линий не превышали 0.5 мм. Отношение финальных диссперсий к предвычеслинным не превышало величины в 1,043 с вероятностью 95%.

Значения вычисленных поправок в значение параметра высоты фазового центра калибруемой спутниковой антенны составили 60 мм (табл. 3).

Таблица 3. Определение поправок в параметры высот фазовых центров

антенн

Рабочие центры Типы антенн Превышение, м Поправка, м

прямо обратно

NSK1- NSK3 SD-LE 0,103 -0,015 0,044

NSK3- NSK1 DD-TRM -0,005 0,112 0,054

NSK1- NSK2 DD-SD 0,080 -0,056 0,012

NSK2- NSK1 LE-TRM 0,060 -0,075 -0,008

NSK3- NSK2 DD-LE 0,070 0,049 0,060

NSK2- NSK3 SD-TRM 0,047 0,032 0,040

Сходимость осредненных значений исправленных превышений (отклонение от среднего) характеризует качество выполненных спутниковых наблюдений и не превышает 1мм.

После введения поправок в файл антенн было выполнено уравнивание сети между центрами пункта ФАГС и результаты в превышениях совпали по превышениям с нивелированием II класса.

В процессе выполнения относительной калибровки нами была предложена и апробирована упрощенная методика относительной калибровки двух разных типов антенн, позволяющая как минимум в два раза сократить время необходимое для выполнения спутниковых измерений.

Согласно разработанной методике, определение высотного параметра фазового центра разнотипных антенн, может быть определено из сопоставления превышений, полученных из спутниковых измерений и из нивелирования не ниже II класса. В этом случае поправка в высотный параметр фазового центра определяется как разность превышений «эталонного», полученного из нивелирования II класса и полученного из спутниковых измерений. Полученные результаты по определению поправок к высотному параметру фазового центра из двух разных методик отличались между собой на 0,3 мм.

Предложенная методика может использоваться для относительной калибровки, выполняемой на центрах образцовых эталонных базисов, имеющихся в каждом предприятии Роскартографии.

Анализируя полученные результаты, возникает вопрос о характере влияния различий в высотном положении фазовых центров различных типов антенн. При коротких сторонах до 100 метров базовые линии совпадают и не искажаются, а происходит деформация в сети путем ее разворота в пространстве с разложением ошибок по всем координатам.

При сторонах свыше 10 км данные ошибки мало проявляются и их практически трудно определить по невязкам фигур, образованных из независимых базовых линий (в виду взаимной компенсации), но целиком входят в высоты определяемых пунктов.

Таким образом, при создании высокоточных геодезических сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 и привязки их контрольных центров необходимо определять высотный параметр фазового центра разнотипных антенн.

Определение высотного параметра фазового центра разнотипных антенн может быть определено гораздо быстрее, если пару разнотипных антенн устанавливать на центрах с определенными превышениями из нивелирования не ниже II класса.

При использовании спутниковых антенн разных типов в ПО необходимо указывать тип антенны и способ измерения высоты. Если же данный тип антенны отсутствует, то необходимо произвести настройку этого типа антенны. Файлы поправок большинства используемых спутниковых антенн можно найти на доступном сайте

(http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/index.shtml). National Geodetic Service основывается на относительном методе получения поправок.

© В.В. Яхмап, 2006