Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.32

Год: 2007

Номер работы: 308128

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

1.2 Основные методы познцнонировання

1.2.1 Абсолютный метод Абсолютный метод спутниковых определений координат и навигационных параметров объекта (точечное позиционирование) осуществляется посредством наблюдения навигационных спутников одним спутниковым приёмником. В этом случае координаты определяемого пункта получают в единой системе, носителем которой является сеть станций наземной подсистемы контроля и управления. Концепция этого метода - пространственная трилатерация. Определение координат пункта из измеренных псевдодальнос

1.2.2 Дифференциальный метод иозиционироваиия Метод основан на использовании двух (или более) приёмников, один из которых неподвижен и расположен в точке с известными координатами (его принято называть контрольно корректирующий станцией - ККС), а другой приёмник (мобильная станция,

МС) и его положение должно определяться. Наблюдения обоих приёмников должны иметь в созвездии не менее четырех общих спутников. При позиционировании по псевдодальностям существует два метода введения дифферен

1.2.3 Относительный метод позиционирования Относительный метод позиционирования заключается в определении координат неизвестной точки по отношению к известной. То есть его целью является вычисление пространственного вектора между этими пунктами, который принято называть вектором базовой линии. Пусть А - базовая станция, БС (точка, с известными координатами), В - определяемая точка (по аналогии с дифференциальным методом, МС), а DAB - вектор базовой линии. Вводя соответствующие геоцентрические

1.3 Ошибки наблюдений СРНС

1.3.1 Общие замечания Как видно из уравнений (I) и (3) измерения подвержены влиянию разнообразных факторов. Точный учёт этих факторов не всегда возможен, в результате чего при измерениях псевдодальностей и фаз появляются систематические и случайные ошибки. Действие этих ошибок передается на вычисленные координаты пунктов. В процессе вычислений может проявляться действие дополнительных факторов, как, например, геометрии взаимного расположения наблюдателя и созвездия спутников, ошибки эфемерид

1.3.2 Ошибки аппаратуры Шум приёмника. Точность вычисленных координат « 1% от длины импульса кодовых измерений или длины несущей волны фазовых измерений [13], Таблица 2 - Величины щума приёмника при измерениях Шум Вид измерений Тип наблюдений Длина С/А код 3м « 300 м ПсевдодальносФь Р код « 30 м 0,3 м L1 « 0,19 м 1-2 мм Фаза несущей L2 « 0,24 м 1-2 мм Нужно заметить, что постоянное соверщенствование аппаратуры приводит к уменьшению шума измерений [14], Систематические ошибки часов спутииков и

1.3.3 Ошибки математической модели Взаимное простраиствеииое расположения наблюдателя и спутников влияет на качество координат, получаемых из пространственной засечки. Оценить влияние геометрии созвездия спутников можно с использованием аппарата коэффициентов понижения точности (Dilution of Precision, DOP) [1]. Они представляют собой функции диагональных элементов корреляционной матрицы: Q = (Л'^А)-'. (23) Разные функции диагональных элементов дают оценку влияния геометрии расположения спутн

1.3.4 Влияние среды на расиространение электромагннтных колебаний Многопутность, по мнению А. Лейка является одним из главных источников ошибок в спутниковом позиционировании [1]. Многопутностью, или многолучовостью, микроволнового спутникового сигнала называют многократное отражение его от окружающих приемную антенну объектов. Отра24 жаюш;ими объектами для сигналов может стать сама земная поверхность (суша или вода), здания, деревья, холмы и т.д. Многопутные сигналы имеют общее время излучен

Вектор базовой линии считается достоверно разрешённым в процессе обработки, если при вычислениях неоднозначность фазы биения несущей получена как целое число. В этом случае решению присваивается фиксированный тип (fixed). Для двухчастотной аппаратуры наилучшим является фиксированное решение, полученное по двойным разностям фаз, свободным от влияния ионосферы (iono free fixed double difference). Для линий короче 5 км обычно вторая частота не используется и лучшим является фиксированное решение

2.2 Физические параметры тропосферы

2.2.1 Распределенне поля температуры Температура атмосферы даже на значительных высотах определяется обратным излучением поверхности Земли, нагреваемой Солнцем в течение дня. Основные данные о вертикальном распределении температуры в нижних слоях 35 получены из многолетних наблюдений на метеорологических станциях. Наблюдения показывают сложный характер распределения температуры в этом слое и свидетельствуют о периодических (суточных и годовых) и непериодических колебаниях [36]. Для тропосферы

2.2.2 Распределение поля давлепия Изменение с высотой давления любого газа зависит от типа газа, изменения температуры Т и ускорения силы тяжести g. Закон, которому следует вертикальное распределение давления атмосферы, в общем случае описывается барометрической формулой [36]: (47) где Рн и Ро - давление на некоторой высоте и на земной поверхности, |х - молекулярный вес газа, Н - высота, R - универсальная газовая постоянная. В связи с тем, что распределение температуры с высотой в общем вид

2.2.3 Пары воды в атмосфере Водяной пар поступает в атмосферу в результате испарения и распространяется вследствие перемешивания. Основная часть паров образуется при испарении воды с поверхности морей и океанов, остальная часть появляется от испарения на суше - с поверхности внутренних водоёмов, за счёт влажности земли и растений. Испарение происходит при любой погоде и температуре, но увеличивается при повышении температуры и скорости ветра [22], [36]. Количество паров воды в воздухе, в от

2.2.4 Стандартная атмосфера Для разного рода практических расчётов используется некая условная модель атмосферы, называемая стандартной. Она характеризуется распределением метеорологических элементов по высоте Н, близких к их среднему распределению. Стандартная атмосфера до тропопаузы считается политропной, а выше - изотермической, то есть до высоты 11 км температура изменяется по линейному закону, а далее остается постоянной. В соответствии с этими представлениями функции давления, температу

2.3 Эмпирическое моделирование

2.3.1 Модель Хопфилд Метод эмпирического моделирования заключается в построении вертикального профиля показателя преломления среды (или плотности воздуха на пути прохождения электромагнитного сигнала) для вычисления ЗТЗ как функции наземных метеорологических параметров. В основном, это связано с зависимостью плотности атмосферного воздуха от его давления на поверхности Земли, выражающейся уравнением гидростатического равновесия. 40 Тропосферная задержка, в самом первом приближенпи, записывает

2.3.2 Модель Саастамойнена Как пример ещё одной эмпирической модели задержки спутниковых сигналов в нейтральной атмосфере можно привести модель Ю. Саастамойнена (Juko Saastamoinen, Национальный исследовательский центр, Канада). Модель была разработана для решения задачи радиослежения за ИСЗ и опубликована в 1972 году [39]. Её перевод появился в отечественной печати в 1975 году [40]. И Хопфилд, и Саастамойнен разделяли свои выражения на вертикальный интеграл показателя преломления (ЗТЗ) и неко

2.3.3 Модель Блэка Г. Блэк (Harold Black, Лаборатория прикладной физики, университет Дж. Хопкинса) в 1978 г., разработал модель учёта тропосферной рефракции в наблюдениях низкоорбитных спутников (до 1200

км) и метеорологических баллонов [41]. Позже она была уточнена и преобразована для использования со спутниками GPS [42]. Исходя из выражения геометрической дальности от станции на поверхности Земли до объекта наблюдения р = Г-Гл где г - радиус-вектор положения низкоорбитального спутника

2.3.4 Функция отображения Марнни В результате многочисленных исследований было доказано, что различия между математическими моделями тропосферы влияют на точность вычисления ТЗ значительно меньше, чем ошибки моделирования её характеристик и неучёта азимутальной асимметрии. Улучшить вычисление тропосферной задержки можно, применяя более строгие функции отображения. В самом начале исследований MF описывалась косекансом угловой высоты спутника над гори47 зонтом. Однако со временем, при обработке

2.3.5 Функция отображения Айфадиса Й. Айфадис (Ioannis М. Ifadis, отдел геодезии. Университет им. Аристотеля, Греция) при разработке своей функции отображения взял за основу выражение (72). Тестируя непрерывную дробь Марини, он определил, что достаточную точность дают три члена [46, 47]. sin(h') sinlh' при вычислении коэффициентов MF Айфадис оценивал их зависимость от атмосферного давления, температуры и паров воды на поверхности, показателя преломления и дня года. Эти данные, в большинстве

2.3.6 Функция отображения Найелла Т. Херринг (Thomas Herring, Массачусетский институт технологий, США), ввёл дробную форму для числителя в базовое выражение MF Марини [49]: MF(h') = ^ ' sm(h'>~ bii sinlh'l + c . (75) A. Найелл (Arthur Niell, Хайстекская обсерватория, Массачусетский институт технологий, США) опираясь на то, что задержка радиоволн нейтральной атмосферой определяется через вклад d^^'^n d"^*', для своих исследований использовал MF Херринга и следующее выражение: =

2.4.1 Общие замечания Методика тропосферной коррекции у большинства коммерческих программ заключается в вычислении и введении в измерения поправок. Вычисление производится по одному из описанных в параграфе

2.3 алгоритмов с исэмпнрнческнх алгоритмов пользованием глобальных (для уровня моря) или локальных (на высоте станции) параметров стандартной атмосферы. Среди известных азимутально-симметричных эмпирических моделей, по многочисленным исследованиям различных групп учёных, рекомендован

2.4.2 Настройки процесса вычисления тропосферной задержки в TGO Для вычисления пространственного вектора TGO использует наборы параметров, называемые стилем обработки GPS-наблюдений. В стиле присутствует два вида настроек - обычные и расширенные. К обычным настройкам относятся: угловая отсечка наблюдений по высоте, так называемая маска по высоте (задается в градусах над горизонтом); используемые при обработке эфемериды (они могут быть бортовыми и точными); тип решения, которое требуется получ

2.4.3 Результаты сравнения алгорнтмюв вычисления тропосферной задержки в TGO При решении задачи сравнения между собой разных алгоритмов вычисления ТЗ по глобальной модели были использованы сверхдлинные пространственные векторы, так как состояние тропосферы на их концах не будут коррелированны и влияние различия метеорологических параметров будет представлено наиболее отчетливо. Для обработки использованы суточные файлы спутниковых наблюдений за двухнедельный период (сентябрь - октябрь 2001 го

2.5 Градиентная н турбулентная моделн Пространственные неоднородности распределения паров воды являются существенным ограничением точности для эмпирических моделей. Все приведённые в параграфе

2.3 модели вычисления тропосферной задержки основаны на предположении об азимутальной симметричности распределения атмосферных слоев и их относительной однородности. В действительности, слои атмосферы не всегда параллельны поверхности Земли, из-за чего при моделировании возникают горизонтальные г

2.6 Оценивание параметров атмосферы из наблюдений СРНС Точность вычисления d*^^^, при условии высокоточных измерений давления и небольших горизонтальных градиентов, может достигать нескольких миллиметров. В то же время ошибки моделирования d^^' сравнимы с величиной её влияния (десятки сантиметров). Учитывать влияние d"'^' при помощи эмпирических моделей весьма затруднительно из-за сильной пространственной и временной её изменчивости. В 1985-90 гг. появились публикации, в которых был пре

3.2.1 Наземная метеорология Локальная стандартная модель атмосферы, построенная по измеренным на пункте метеорологическим параметрам, должна лучше отражать влияние тропосферы на спутниковые измерения, чем глобальная стандартная модель, использующая стандартные параметры, назначенные для уровня моря. Поэтому получение начальных параметров локальной стандартной модели атмосферы один из способов повышения точности геодезических координатных определений. Наблюдения за текущим состоянием тропосфер

3.2.2 Аэрология и радиозондирование Близость к земной поверхности и локальные аномалии в погодных условиях затрудняют сбор объективной информации в непосредственной близости от приёмника. Динамические процессы в атмосфере сглаживают эти эффекты, начиная с высот около 100 м над поверхностью, поэтому для определения метеорологических элементов на значительных высотах используют аэрологические наблюдения. Запускаемый радиозонд, находясь в полете, посылает радиосигналы, передающие значения метеор

3.3.1 Радиометры водяных паров Миллиметровый диапазон волн (f = 30,.,300 ГГц) характеризуется рядом особенностей при распространении в атмосфере Земли. Воздух поглощает излучения миллиметрового диапазона молекулами кислорода и водяных паров. Исследователи отмечают максимумы поглощения (резонансные поглощения) водяных паров на частотах 26 и 188 ГГц. Исследование свойств и особенностей распределения водяных паров в атмосфере в задачах метеорологии и климатологии проводятся с помощью радиометров

3.3.2 Лазерные локационные снстемы Лазерные локационные системы, называемые лидарами, основаны на использовании таких свойств оптического излучения как комбинационное рассеяние, дифференциальное поглощение и флуоресценция. Само название образовано из английской аббревиатуры этой технологии Laser Imaging Detection And Ranging (LIDAR). В атмосферу из лазера со скоростью света выбрасывается зонд - "пачка" фотонов, при энергии излучения лазера на рубине 1 Дж равна 3,5-10 фотонам. Промеж

3.4 Комбинированные методы определення метеорологических параметров

3.4.1 Цифровые модели иогоды Цифровыми моделями погоды (английский термин Numerical weather prediction), ЦМП, или цифровыми моделями метеорологических элементов, называют метод предсказания погоды на основании моделей атмосферы и вычислительной техники. Модели, в этом контексте, это одна или более компьютерных программ, которые прогнозируют поведение метеорологических параметров на некоторый интервал времени. Организации, занимающиеся прогнозированием погоды, часто разрабатывают свои собствен

3.4.2 Оценивание иараметров по наблюдениям GPS В 1990-е годы появился ряд исследований, показывающих, что с помощью GPS измерений можно успешно определять содержание паров воды в нейтральной атмосфере. При этом точность совсем немного уступает результатам, достигаемым с помощью радиозондов и РВП. В дополнение к этому, система GPS обеспечивает более качественное пространственное распределение измерений, чем другие методы. Как следствие, GPS измерения становятся ценным источником информации о к

4.1 Постановка задачи Использование глобальной и локальной стандартных моделей атмосферы, реализованных в программном комплексе TGO, не выявило способа существенного улучшения учёта влияния тропосферной рефракции на спутниковые координатные определения. Это связано, в первую очередь, с эмпирическими алгоритмами, реализованными в программном пакете TGO. Разработанные позднее алгоритмы, основанные, например, на градиентном и турбулентном моделировании тропосферы, могли бы, вероятно, больше пов

4.2 Комбинированная методика учёта троиосферной зажержкн при обработке спутниковых координатных оиределений

4.2.1 Чтение файлов спутниковых наблюденнй Наиболее простой, на первый взгляд, задачей является создание программы чтения RINEX-файлов, На сегодняшний день существует следующее соглашение по их именам: ssssdddf.yyt, где ssss - определитель имени станции с 4-мя характеристиками; ddd - день года первой записи данных; f - последовательный номер файла в течение дня; уу - год; t - идентификатор типа файла. Спутниковые наблюдения могут быть представлены в формате RINEX четырьмя типами файлов: файл

4.2.2 Вычисление топоцеитрических координат снутников Алгоритм преобразования эфемерид СРНС NAVSTAR из кеплеровых элементов орбит в геоцентрические координаты (X', Y', Z ' ) запрограммирован согласно общеизвестным формулам [1,7, 121]. Основной сложностью при его реализации стал поиск в файле навигационного сообщения эфемерид заданного спутника рабочего созвездия на наиболее близкий момент времени. Навигационный файл содержит информацию о положении спутников по порядку номеров с интервалом в 2

4.2.3 Вычисление тропосфериых задержек и корректироваиие ими спутииковых наблюдений Задача вычисления тропосферных задержек с точки зрения реализации алгоритмов проста. В первую очередь был определён необходимый набор входных данных. Это температура, Т, давление, Р, и относительная влажность, RH, которые вводятся соответственно в градусах Цельсия, миллибарах и процентах, эллипсоидальные геодезические координаты пункта В, L и Н (предварительные или точные не играет роли) и угловая высота спутн

4.2.4 Тестирование разработанных нрограмм Проверка корректности работы накета описанных программ в рамках комбинированной методики обработки спутниковых координатных наблюдений была проведена на основании алгоритмов d"^'^ Хопфилд и Саастамойнена. Для сравнения те же спутниковые наблюдения обработаны в TGO по обычной методике с теми же алгоритмами. Спутниковые наблюдения вектора 1-6 опытной сети TestNet исправлены *, вычисленными но глобальной стандартной модели атмосферы по алгоритму Хо

4.3 Использование результатов аэрологического зондирования при обработке спутниковых определений по комбннированной методике

4.3.1 Вычисление тропосферной задержки по данным радиозондов Реальное распределение метеорологических элементов в нейтральной атмосфере значительно отличается от моделей, по которым принято вычислять задержку радиосигналов в этом слое. Гейгер на основании обработки опытных данных утверждает, что для слоя температурной инверсии толщиной в 1000 м полученная из-за расхождения модельного и реального показателя преломления среды ошибка достигла бы 18 см в высоте. Безусловно, такие мощные инверсион

4.3.2 Обработка спутниковых наблюдений с данным аэрологического зонднрования Спутниковые координатные наблюдения на станциях 1, 5 и 6 опытной сети TestNet обработаны по комбинированной методике с d"^"'', вычисленной по данным аэрологического зондирования. В TGO базовые линии по корректированным данным вычислялись по стиль КОМВ (описание в таблице 19). Для сравнения исходные спутниковые наблюдения обработаны по обычной методике обработки (стиль GLOB, таблица 16). Результаты вычислени

4.4 Использование зенитных тропосферных задержек, оцененных МГС

4.4.1 Вычисление троносферной задержки в GPS-наблюдения но файлам МГС Как было указано в разделе

3.3, МГС уже около 10 лет оценивает зенитные тропосферные задержки по наблюдениям большого количества станций своей сети и свободно публикует их в Интернете. Наличие зенитных задержек на эпохи наблюдений позволяет вычислять d'™'' и корректировать наблюдения спутниковых приёмников, представленные в формате RJNEX. Для этого необходимо вычленить из недельного файла d^ данные, соответствующие эп

4.4.2 Использование файлов оцениваемых зенитиых троиосфериых задержек при обработке наблюдений станций МГС Для проверки эффективности привлечения (d^l при обработке спут- никовых координатных определений использованы наблюдения нескольких станций сети МГС, расположенных на территории России. Первоначально было отобрано около 15 станций, но в процессе вычисления базовых векторов пришлось исключить те из них, расстояние до которых превышало 1 500 км, так как фиксированное решение получить удав

4.4.3 Использование файлов зенитных тропосферных задержек при обработке наблюдений станцнй ПГЭ СГГА Поскольку одной из задач данной работы является разработка и применение оптимального способа учёта тропосферной рефракции в условиях Западной Сибири, комбинированной методика обработки применяется к спутниковым наблюдениям ПГЭ СГГА. Как известно из глав 2 и 3, d^'^^'' достоверно моделируется по данным наземных измерении атмосферного давления, а моделирование а ' весьма затруднительно из-за его