СЕТЕВЫЕ СПУТНИКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТОЧНОГО МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ, ПЛАНЫ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК

February 26, 2013 by admin Комментировать »

Жалило А. А., Шелковенков Д. А., Шокало В. М. Харьковский национальный университет радиоэлектроники (ХНУРЭ) пр. Ленина, 14, г. Харьков, 61166, Украина тел.: +(380) 57-702-1479, факс: +(380) 57 702-1013, e-mail: gpsgroup@kture.kharkov.ua

Аннотация – Изложены существо и достоинства широко внедряемых за рубежом сетевых ГНСС-технологий точного местоопределения, которые позволяют формировать и использовать так называемые зональные (широкозонные или «виртуальные») дифференциальные коррекции. Эффективность таких коррекций (по сравнению с традиционными) основана на оптимальном использовании свойств пространственно-временной корреляции погрешностей наблюдений группы (сети) референцных станций в оговоренной зоне действия. Кратко описаны планы и текущие результаты аналогичных отечественных разработок, совместно выполняемых специалистами ХНУРЭ и ГАО НАНУ. Описаны цели и задачи создания в ХНУРЭ научноучебной лаборатории, созданный задел по формированию аппаратно-программного GPS/EGNOS комплекса, планы по подготовке специалистов в области спутниковой навигации и геодезии. Ключевые слова – глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), спутниковые технологии точного определения местоположения и навигации, рефе- ренцные станции, обработка ГНСС-наблюдений, дифференциальные подсистемы.

I.                                       Введение

Предмет настоящего доклада связан с развитием перспективных спутниковых технологий точного местоопределения для таких приложений как геодезическая съемка, картография, кадастр, межевание и инвентаризация земель, геоинформационные системы – ГИС, и т. д. Речь идет о создании и внедрении отечественных спутниковых технологий обработки наблюдений локальных и региональных сетей перманентных референцных станций и потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) с целью обеспечения надежных координатных определений высокой (дм-см-мм) точности. В рамках выполняемых специалистами Харьковского национального университета радиоэлектроники (ХНУРЭ) и Главной астрономической обсерватории НАН Украины (ГАО НАНУ, г. Киев) научно-исследова- тельских работ осуществляется разработка подобных технологий обработки и анализа ГНСС- наблюдений, создается программно-алгоритмичес- кая основа локальных и региональных информационных подсистем предоставления корректирующей информации и услуг точного местоопределения, проводится подготовка специалистов необходимого уровня квалификации. В докладе также приводятся примеры экспериментальных результатов обработки реальных GPS-наблюдений перманентных референцных станций Украины, которые показывают перспективы развития и внедрения выполненных исследований и разработок.

II.                              Основная часть

1.         Сетевые технологии высокоточных дифференциальных навигационных и геодезических определений (см., например, [1-3]) основаны на реализации возможностей совместной обработки результатов наблюдений сети референцных станций и формирования так называемых широкозонных коррекций для точного учета ионосферных, эфемеридных, частот- но-временных и тропосферных погрешностей. Такая обработка позволяет использовать свойство сильной коррелированности в пространстве и времени указанных погрешностей для всех станций сети в зоне ее действия и оценить эти погрешности совместно с другими параметрами (координатами станций, уходами шкал времени между станциями и др.). Результаты оценивания погрешностей (либо параметров их моделей) интерполируются на местоположение потребителей рабочей зоны сети, ограниченной полигоном, образованным референцными станциями. Это позволяет обеспечить практически равномерную точность дифференциальной коррекции перечисленных медленноменяющихся погрешностей наблюдений потребителей во всей рабочей зоне сети и заметно повысить точность и надежность определения местоположения потребителя. Достижение высокой точности координатных определений по фазовым наблюдениям связано с реализацией достаточно сложных процедур восстановления непрерывности фазовых наблюдений и разрешения их неоднозначности измерительной информации референцных GPS-станций и наблюдений потребителей.

В настоящее время известно несколько разновидностей так называемых широкозонных WADA/RS- технологий (WAD – Wide Area Differential, MRD -Multi- Reference Differential, VRS – Virtual Reference Station) обработки фазовых GPS-наблюдений, которые отличаются способами оценивания медленноменяющихся погрешностей, представления корректирующей информации и ее использования потребителями. Как показано в многочисленных зарубежных сопоставительных исследованиях, известные разновидности сетевых технологий высокоточной навигации и геодезической съемки, отличаются по способу реализации и близки по точности координатных определений при прочих равных условиях. Так, напрмер, VRS- технология (см. рис.1) использует данные от сети перманентных референсных станций и позволяет синтезировать (смоделировать) «виртуальную» ре- ференсную станцию в непосредственной близости от роверного GPS-приемника в любой точке рабочей зоны сети, тем самым, исключая необходимость использования потребителями реальной «базовой» станции. Сформированные поправки и смоделированные на их базе «виртуальные» наблюдения посредством Internet (или других средств) передаются потребителям для использования при обработке результатов наблюдений. Кроме того, для послесеанс- ной обработки информации потребители посредством Internet могут воспользоваться корректирующими данными, помещаемыми в архив центра сбора и обработки.

Рис. 1. Существо WADA/RS-технологий. Fig. 1. The essence ofWAD/VRS technologies

2.          Особенностью выполняемых отечественных исследований и разработок является создание таких технологий обработки данных, которые были бы максимально ориентированы на максимальное удешевление оборудования потребителей, и которые позволят предоставлять потребителям соответствующие информационные услуги, как это реализуется, например, в европейской системе EUPOS. Наличие в любом регионе сети станций разрешает обеспечить централизованную информационную поддержку геодезических работ пользователей по всей территории региона. При этом в зоне покрытия сети пользователи получают возможность достижения необходимого уровня точности при использовании минимального комплекта (от одного приемника) спутникового геодезического ГНСС/GPS оборудования относительно низкой стоимости. Такая информационная поддержка значительно (в 2-3 раза) уменьшает затраты при выполнении полевых геодезических и кадастровых работ, обеспечивает гарантированное качество координатных определений, повышает производительность (в 1,5-2 раза). Возможность использования одночастотных приемников заметно повышает привлекательность сетевых технологий для потребителей – существенным образом (экономия 60…75 %) снижаются затраты на приобретение оборудования и программного обеспечения. Взаимодействие с сервисными центрами дает возможность пользоваться услугами низкой стоимости, начиная от консультаций и заканчивая полным выполнением координатных работ.

3.          Разрабатываемое программно-алгоритмическое обеспечение обработки фазовых и кодовых наблюдений разреженной сети перманентных базовых станций будет выполнять: полную предварительную обработку ГНСС-наблюдений; фильтрацию кодовых наблюдений с использованием «бесскачковых» фазовых наблюдений по технологии «smoothing/adjustment»; раскрытия неоднозначности фазовых измерений и их линейных комбинаций; оценку текущих зональных моделей учета тропосферных и ионосферных эффектов и формирование зональных WAD/VRS-коррекций; альтернативную совместную («кооперативную») обработку наблюдений всех ГНСС приемников (как базовых станций, так и сенсоров потребителей) с оценкой текущих координат (геометрической конфигурации) приемников потребителей.

В результате выполнения научно-исследова- тельских работ (проводятся на протяжении трех последних лет) разработаныи верифицированы: программно-алгоритмическое обеспечение предварительной обработки наблюдений; алгоритмы контроля качества ГНСС-наблюдений, программное обеспечение (в среде MatLab) пакетной обработки суточных наблюдений сетей перманентных станций; новые алгоритмы мультиреференцной дифференциальной коррекции и проведены исследования точности координатных GPS-определений, которые показали возможность достижения на всей территории Украины дециметровой точности местоопределения движущихся объектов, оснащенных одночастотными GPS-приемниками [4]. По тематике исследований и разработок опубликовано 16 научных работ (статьи, доклады на конференциях, включая международные) и 12 научно-технических отчетов по ряду НИОКР.

4.         с целью реализации поставленных задач, включая внедрение учебно-практических курсов, выполнение дипломных проектов, диссертационных работ и подготовку специалистов необходимого уровня квалификации, в ХНУРЭ на базе кафедры «Основы радиотехники» (ОРТ) формируется научно-учебная лаборатория [5] во взаимодействии с другими организациями Украины (ГАО НАН Украины и др.). Главными направлениями разработок и задачами лаборатории является создание: аппаратно-программного комплекса для непрерывного наблюдения сигналов GPS/EGNOS и обработки и анализа измерительной информации; методического обеспечения и реализация организационно-технических мероприятий в части оценки качества навигационного обеспечения по сигналам GPS/EGNOS (в перспективе – и системы GALILEO) на территории Украины, методических материалов и организация обучения заинтересованных ГНСС-пользователей путем проведения тематических семинаров и целевых курсов обучения с привлечением ведущих специалистов Украины.

Для реализации запланированных работ по созданию лаборатории университет приобрел комплекс специализированного оборудования приема и обработки навигационных сигналов GPS и широкозонных дифференциальных коррекций четырех типов. В состав аппаратно-программного комплекса входят двухчастотная универсальная GPS/EGNOS/HP- станция (PROPAK-LB+HP-L1L2 Plus), (см рис. 2), одночастотный мобильный GPS/EGNOS навигацион- но-геодезический приемник Superstar II (SSII) (комплект Development Kit) – NovAtel Inc. (Канада) и программное обеспечение обработки ГНСС-наблюдений GrafNav/GrafNet, Waypoint Consulting/NovAtel Inc (Канада).

Рис. 2.

Fig. 2

Развертывание GPS/EGNOS-станции приема и обработки навигационных сигналов осуществлено на территории научно-учебного центра кафедры ОРТ. На крыше корпуса ’»И» университета (см. рис. 3) создан антенный пост с соблюдением основных требований и рекомендаций, предъявляемых к антенным сооружениям перманентных и базовых GPS/GNSS-станций.

В состав аппаратно-программного GPS/EGNOS- комплекса запланировано вкпючить также вычислительный кластер для обеспечения работы станции и обработки наблюдений других приемников, FTP- сервер для хранения и обеспечения доступа к измерительной информации базовой станции и WEB- сервер, обеспечивающий доступ к результатам обработки наблюдений.

Рис. 3.

Fig. 3

В части формирования задела по запланированным работам выполнены:

♦     экспериментальная обработка наблюдений GPS- приемников Trimble 4000SSI, Trimble 4700, Trimble 5700, Ashtech ZXII, NovAtel OEM4-G2, Septentrio PolaRx2 и некоторых других типов приемников с использованием экспериментального ПО «OCTAVA_PPA» (разработка ГАО НАНУ) и программного обеспечения GrafNav/GrafNet (Канада);

♦     проведены работы по установке базовой GPS/EGNOS-станции (с опциями выдачи и приема нескольких типов высокоточных дифференциальных коррекций);

♦     выполнено научно-техническое обоснование и определение способов и средств оценки и мониторинга реальных параметров навигационного обеспечения по сигналам GPS/EGNOS и GALILEO в Украине на основе анализа европейского опыта;

♦     выполнена разработка программно-алгоритмичес- кого обеспечения мультиреференцной дифференциальной коррекции и определения местоположения потребителей с достижением дециметровой точности на всей территории Украины.

III.                                  Заключение

Представлено краткое изложение существа сетевых ГНСС-технологий точного местоопределения, которые позволяют формировать и использовать зональные дифференциальные коррекции на основе специальной обработки наблюдений группы (сети) референцных станций. Развертывание локальных и региональных информационно-измерительных подсистем, реализующих такие технологии обработки наблюдений, позволит весьма эффективно решать насущные задачи геодезии, картографии, определения и поддержки кадастра, межевания и инвентаризации земли и т. д. Реализация соответствующих информационных услуг принесет потребителям весомую экономическую выгоду и позволит экономить до 80 % средств, требуемых при реализации традиционного метода геодезических определений с использованием ГНСС.

Описаны планы и текущие результаты исследований и разработок в рамках рассматриваемой тематики, совместно выполняемых специалистами ХНУ- РЭ и ГАО НАНУ. Описаны задачи создания в ХНУРЭ научно-учебной лаборатории, созданный задел по формированию                         аппаратно-программного

GPS/EGNOS комплекса и подготовки специалистов в области спутниковой навигации и геодезии.

IV.                            Список литературы

[1 ] Яцкив Я. С., Жалило А. А., Суберляк В. Р., Сосонкин М. Г., Дячук В. А., Шаврина А. В., Саданова Н. В., Флерко С. Н., Лукьянов А. М., Вольвач А. Е., Кокурин Ю. Л.,

Штирберг Л. С. Региональная система геодинамического и экологического мониторинга Крыма с использованием GNSS. Междисциплинарная проблемно-ориентированная Программа // 1нновац1йн1 технологи’ (Науково-практичний журнал), № 4 – 5, 2003 р., с. 21 – 88.

[2]  Rizos С., Нап S., Ge L., et al. Low-cost densification of permanent GPS networks for natural hazard mitigation: First tests on GSI’s GEONET network// Earth Planets Space,

№ 52, 2000. – pp. 867-871.

[3]  Жалило A. A., Будюк E. H., Лукьянов A. М., Флерко С. Η. Использование новейшей сетевой GPS/VRS технологии для поддержки работ по созданию и ведению земельного кадастра и ГИС // МОНУ, Харьковская государственная академия городского хазяйства. Научно-технический сборник «Коммунальное хазяйство городов», вып. 36, 2002 г, с. 340-346.

[4]  Жалило А. А., Шелковенков Д. А., Шокало В. М. (2005) Достижение дециметровой точности в режиме мультиреференцной дифференциальной навигации с использованием наблюдений перманентных референцных GPS-станций // Всеукраинский научно-технический сборник «Радиотехника», г. Харьков, ХНУРЭ, 2005, с. 75 – 82 (статья принята в печать в ноябре 2005 г.).

V. М. Shokalo, А. А. Zhalilo, А. I. Dokhov, G. V. Nesterenko, D. А. Shelkovenkov, Ν. V. Sadanova, Ε. Yu. Bondar {2006) Formation in KhNURE of the scientific-educational laboratory of processing and analysis of measuring information of GPS/EGNOS reference stations, navigation and geodetic user receivers // Proceedings of the 9* International Conference «Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science», TCSET2006, 2125 February 2006, Lviv-Slavsko, Ukraine, pp. 1 – 4

NETWORK SATELLITE TECHNOLOGIES OF HIGH PRECISION POSITIONING, PLANS AND PRELIMINARY RESULTS OF RESEARCHES AND DEVELOPMENTS

Zhalilo A. A., Shokalo V. М., Dmitry Shelkovenkov D. A. Kharkiv National University of Radio Electronics (KhNURE)

Lenin Ave., 14, Kharkiv, 61166, Ukraine Ph.: +(380) 57-702-1479, e-mail: gpsgroup@kture.kharkov.ua

Abstract – The essence and advantages of widely implemented abroad GNSS network technologies of high precision positioning, which allow to form and use so-called zone (Wide Area or «Virtual») differential corrections are presented. Plans and the current results of similar domestic developments which are in common carried out by the scientists of KhNURE (Kharkov) and MAO NASU (Kiev) are briefly described. The purposes and tasks of creation in KhNURE the scientific- educational laboratory of satellite technologies of high precision positioning are described.

I.                                         Introduction

The subject of the present report is connected with the creation of domestic satellite technologies of processing of global navigation satellite systems (GNSS) observations with the purpose of providing of reliable high precision (dm-cm-mm) positioning. Within the framework of the current research works the development of network technologies of GNSS observation processing and the analysis is realized. It is created the soft- ware-algorithmic basis of local and regional information subsystems of differential corrections dissemination and performance of high precision positioning and the preparation of specialists of the necessary skill level is performed.

II.                                        Main Part

Network technologies of high precision positioning are based on the realization of the abilities of joint processing of the results of observation processing of the network of reference stations and the formation of so-called wide area corrections for the exact account of the main systematic errors. This allows to increase considerably the accuracy and reliability of user positioning. As a result of the execution within several years of research works there are developed and verified: algorithms and software of preliminary processing of observations; algorithms of quality control of GNSS observations, software of daily observation batch processing of the networks of permanent stations; new algorithms of multireference differential corrections formation; there are also done the researches of accuracy of GPS positioning which have shown the possibility of achievement in the whole of the territory of Ukraine of decimeter accuracy of positioning of mobile objects equipped by single-frequency GPS-receivers. For the purpose of realizing the tasks and preparing of specialists the scientific- educational laboratory is formed in KhNURE where it is created the specialized GPS/EGNOS hardware-software complex for continuous signal observation and measurement processing and analysis and training of specialists and the interested GNSS- users is organized.

III.                                       Conclusion

The essence of network GNSS-technologies of high precision positioning which allow to form and use zone differential corrections on the basis of special processing of observations of the group (network) of reference stations is stated. The plans and the current results of researches and developments within the framework of the examined subject-matter, jointly carried out by KhNURE and MAO NASU specialists are described. The tasks of creation in KhNURE of the scientific-educational laboratory and the preliminary results of the formation of hardware- software GPS/EGNOS complex and preparation of specialists are presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты