Основные принципы работы спутниковой аппаратуры

Метод «Сontinuous kinematic» (Непрерывная  кинематика).

                    Начальные установки аппаратуры аналогичны предыдущему типу кинематической съемки. Отличие заключается в том, что наблюдения в данном случае ведутся без остановок над определяемыми точками. В результате постобработки создается каталог координат точек, соответствующих каждому моменту записи измерений в память приемника (интервалом записи можно варьировать от 0,5 сек. До нескольких минут в зависимости от динамики съемки). Данный тип съемки удобно применять как на подвижном объекте, так и в пешем ходу для подробного оконтуривания площадей. Этот метод может быть также использован для привязки центров снимков при аэрофотосъемке. В этом случае, один из приемников устанавливается на летательном аппарате и подключается к регистратору затвора аэрофотокамеры для синхронизации их работы, а другой используется в качестве наземной базовой станции. В итоге возможно    получение    каталога    координат    центров фотографирования.

                 Основное требование к этому типу съемки — обязательная непрерывность приема сигналов минимум от 4 спутников (т.е. необходима достаточно открытая местность). Производительность работ при данном типе съемки ограничивается чаще всего только объемом памяти приемника и емкостью элементов питания.     

                  Метод «Real-Time Kinematic» (Кинематическая съемка в реальном масштабе времени). Это наиболее современный и перспективный метод ведения кинематических наблюдений. Аппаратно добавляется радиомодем, при помощи которого с базовой станции передаются дифференциальные поправки на носимый приемник. При этом на экране носимого приемника отражаются координаты определяемых точек с сантиметровой точностью в реальном масштабе времени, т.е. не требуется постобработка. Данный метод эффективно применим на расстояниях 10-15 километров от базовой станции, и зависит, как правило, от области уверенного приема сигналов дифференциальной коррекции.

Псевдостатическая (псевдокинематическая) съемка.

                  Псевдостатические процедуры можно рассматривать как сокращенную   версию   статического   метода,   или   как кинематическую съемку, для которой требуется повторная установка антенны над одной и той же точкой. Полевая часть псевдостатической съемки выполняется также как и при «кинематике». Однако выгодным отличием является отсутствие необходимости непрерывного сопровождения не менее 4 спутников при движении между определяемыми точками.

                    Единственное требование для псевдостатики состоит в том, что носимый приемник должен возвращаться на каждую станцию, по крайней мере, дважды, с разнесением по времени в интервале от 1 до 4 часов. Время наблюдения на каждой точке составляет 5-10 минут в зависимости от расстояния до базовой станции и количества отслеживаемых спутников.

Реальная производительность 15-25 точек  в день.

При ведении всех видов съемок возможно:

• наблюдение за качеством отслеживания спутников;

• контроль количества видимых спутников;

• текущий контроль памяти приемника  и его энергопитания;

• планирование следующего сеанса съемки;

• введение полевых заметок с  клавиатуры приемника или контроллера  во внутреннюю память или на магнитные  карты; изменение названий станций  и высот антенны; Введение метеоданных  для их учета во время постобработки  и т.д.

                Как итог описания методов ведения полевых работ при использовании GPS-приемников, в таблице 1.1 приведены оценочные (заявленные фирмами-изготовителями) точностные параметры для различных типов съемок.                                                                 

            Таблица 1.1

Технические характеристики некоторых приемников GPS, используемых в России.

Технические характеристики	Название приборов, фирма, страна изготовитель
	NR 101 SERCEL (Франция)	RS 12 KARL ZeiSS (Германия)	Z-12 Real Time Ashtech (США)	Geotracer System 2000 Geotronics (Швеция)	4800 SR geodetic Surveyor (США)	300 Wild GPS-System leica (Швейцария)
1. Точность измерений  в статическом режиме
СКО определения приращения координат (мм)	5+2 ppm	10+2 ppm	5+1 ppm	5+1 ppm	5+1 ppm	501 ppm
СКО определения расстояний (мм)	5+1 ppt	10+2 ppm	5	5+1 pmm	5+1 ppm	5+1 ppm
СКО определения превышений (мм)	5-30	20+2 ppm	17+2 ppm	10+1 ppm	10+1 ppm	10
2. Приемник
Фаза L1, код С/А/Р Фаза L2, код Р Количество параллельных каналов Программное обеспечение      Габариты     (ДхШхВ),    (мм)   Масса (кг) Температурный режим  работы (С°) Влажность (%) Тип порта связи Питание (В) Потребляемая мощность	+/-   -   10   +   275х123х275       6,3   -20+55   100 RS-232   10-36 <9	+/+   -   12   +   215х245х135     2,8   -30+55   - RS-232   6 -	+/+   +   12   +   203х215х99     3,8   -20+60   100 RS-232   10-36 9	+/+   +   12   +   235х22х100     2,9   -20+55   95 RS-232   10-16 12	+/+   +   9(12)   +   248х280х102     3,1   -20+55   100 RS-232   10,5-35 9	+/+   +   9   +   190х190х110     2,3   -20+50   95 RS-232   12 9
3. Антенна
Встроенная антенна Выносная антенна	- +	+ -	- +	- +	- +	+ +
Масса  (кг)	0,30	-	1,9	0,6-1,5	-	0,6
4. Специализированный компьютер (контроллер)
Наличие контроллера Требуемое напряжение (В) Габариты (ДхШхВ) Температурный режим работы (С°)	— —   —   —	+ —   —   —	— —   —   —	+ 6   245х85х45   -20+55	+ 9   208х89х45   -20+50	+ 12   255х190х55   -20+50
5. Ориентировочная стоимость рабочего комплекта из 2-х приемников  USD
	12994	12187	23032	24800	32730	61000

 

 

Постобработка

                   После выполнения полевой части работ требуется «скопировать» информацию из приемника в компьютер для вычисления измеренных базовых линий, а также для решения целого ряда задач, таких как трансформация координат или построение математической модели местности. Операция перегрузки   информации   осуществляется   при   помощи специальной программы, входящей в стандартный пакет программного обеспечения. Для этого можно использовать даже самый простой персональный компьютер (вплоть до РС с процессором 086).

Программное   обеспечение   имеет   «дружественный» интерфейс, поэтому работа оператора сводится лишь к последовательному выполнению действий, подсказываемых компьютером.

                 Постобработка файлов данных (автоматическая и ручная) предполагает последовательное выполнение процессором ряда сложных математических алгоритмов, связанных с решением системы нелинейных уравнений.

Сложность реализации таких алгоритмов связана с разрешением неоднозначности  измеренной фазы несущих частот, а  также с необходимостью построения моделей ионосферной и тропосферной задержки спутниковых сигналов.

                  Результатом работы этих алгоритмов является определение составляющих вектора базовой линии (приращений координат между точками) в геоцентрической общеземной системе координат WGS-84 с сопутствующими статическими и точностными характеристиками как собственно измерений, так и последующей обработки, которые являются необходимыми для процесса уравнивания.

                 Таким   образом,   методика   выполнения   съемки   с геодезическими GPS-приемниками проста и эффективна. Используя GPS-оборудование,   один   геодезист   может самостоятельно за короткое время выполнить весь объем геодезических работ, начиная от составления проекта, до получения уравненного каталога координат или топоплана местности.

Однако, все эти преимущества выглядят не такими явными на фоне высокой стоимости полного комплекта аппаратуры и программного обеспечения. Для реальной оценки эффективности приборов необходимо выполнить сравнение их использования на некотором едином полигоне при решении однотипных задач.

1.3 Используемые приборы

 

                 Выбор методики определений и аппаратуры обусловлены, главным образом, характером рельефа; сроками, установленными заказчиком и финансовыми возможностями. Для реализации установленной схемы создания геодезического обоснования по инвентаризации земель на объекте и выполнении в последующем строительных   работ,   была   использована   спутниковая навигационная аппаратура фирмы Тrimble 4600LS Surveyor. Ниже приведены ее основные характеристики.

4600LS Surveyor [7]

                  Экономичный, полностью интегрированный прибор для GPS - съемок.

Простой в обращении, высокопроизводительный прибор для  создания опорных сетей, проведения топографических съемок и сбора  данных для ГИС. Имеет возможность  работы в режиме реального времени.

     4600LS Surveyor™       является       недорогим высокопроизводительным геодезическим GPS - инструментом для создания опорных сетей и проведения топографических съемок - даже в реальном масштабе времени. Прибор не требует наличия прямой видимости между пунктами и способен работать днем и ночью при любой погоде. Приемник 4600LS может эффективно использоваться для проведения статических, быстростатических (L1 FasStatic) GPS - съемок на коротких и средних базисных линиях.

                   4600LS Surveyor имеет небольшие размеры и простой в обращении.       GPS - приемник, антенна и батареи объединены в единый блок весом всего 1.7 кг. Для работы 4600LS не требуются внешние источники питания и дополнительные соединительные кабели. Наличие только одной клавиши управления и трех светодиодных индикаторов позволяет легко контролировать процесс выполнения съемки.

                     4600LS - работает от батареек типа С (343-элементы). При съемках с постобработкой комплекта батареек хватает на 4 дня работы.

При   создании   опорных  сетей   приемник  4600LS устанавливается на штативе и включается одним нажатием кнопки. Для эффективного проведения топографических съемок 4600LS крепится на вешке и управляется с помощью дополнительно поставляемого портативного контролера ТSCI. Собранные в поле данные выгружаются через последовательный порт, который также служит и для подключения контроллера. Контроллер используется для настройки параметров работы приемника и ввода информации о пунктах.

Приемник   4600LS  создан   для   использования   в экстремальных полевых условиях. Он работает в диапазоне температур от -40°С до +65°С, полностью герметичен и не тонет в воде. Результаты съемки могут храниться во внутренней памяти приемника или контроллере.

                   Для обеспечения высокой точности и производительности 4600LS производит высококачественные измерения по фазе несущей и С/А коду на частоте LI при выполнении статических, одночастотных быстростатических (LI Fast Static) съемок, а также при съемках в реальном масштабе времени.

4600LS Surveyor может хранить данные более 64 часов измерений в режиме быстростатической съемки. Формат данных совместим с форматами других GPS -приемников фирмы Trimble.

                  При использовании в комплекте с высокоэффективным программным обеспечением для постобработки GPSurvey ТМ фирмы Trimble создание опорных геодезических сетей может быть выполнено с субсантиметровой точностью при коротких сеансах наблюдений.

При работе в реальном масштабе времени (DGPS) через второй последовательный порт приемник 4600LS принимает дифференциальные поправки в формате RТСМ, что позволяет получать координаты в реальном времени с ошибкой менее 1 метра. Возможна модернизация 4600LS для выполнения съемок в реальном времени (RТК), при которой обеспечивается сантиметровая точность координат непосредственно в момент наблюдений на пункте.

                      Для   обеспечения субметровой точности в съемочных приложениях 4600LS объединяется с программой Asset Surveyor ™ и продуктами серии Pathfinder фирмы Тrimble. В этом случае он может использоваться для создания высокоточных сетей.

                     Приемник 4600LS Surveyor фирмы Тrimble - крупнейшего в мире производителя  GPS - продукции - является первым комбинированным геодезическим GPS - приемником, реально позволяющим объединить качество и удобство использования с высокой производительностью при вполне доступной цене.

 

Технические характеристики:

Физические:

Размеры:             22.1 см (диаметр) х 11.8 см (высота)

Вес:                  1.4 кг без батарей; 1.7 кг с батареями  класса С

Встроенная память:    1 Мб

Электрические:

Электропитание: потребляемая мощность менее 1 Ватта 5В пост. тока от 4 батарей класса С (343 элементы); 9-20В пост. тока от внешних источников питания.

Батареи: более 32 часов  работы от 4 щелочных батареек класса С (при номинальной температуре).

Индикаторы состояния:

Три светодиодных индикатора: питание, сбор данных и отслеживание спутников. Вкл./Выкл.: одна кнопка включения  питания / запуска съемки.

Антенна: микрополосковая, объединена с приемником.

Интерфейс:  два RS232     порта для подключения контроллера/накопителя данных или радиомодема (скорость передачи данных до 38400 бод).

Условия эксплуатации:

Температура:

рабочая:           от -40 °С до +65 °С

хранения:        от -55 °С до +75 °С

Влажность:             100%, полная герметизация, не тонет в воде.

Ударопрочность:        Выдерживает   падение   с   2-метровой высоты. Выполнение статической съемки:

Режимы:     Статика  с быстрым стартом (Quick-Start Static)

Быстрая одночастотная  статика (LI FastStatic)

Точность:

В плане: 5 мм + 1 мм/км (при  длине линии <10 км)

               5 мм + 2 мм/км (при длине линии > 10 км)

По высоте:   10 мм + 2 мм/км  по азимуту: 1” + 5”/км