Технология двухчастотного ГНСС позиционирования

В 2010-2012 гг. были разработаны и верифицированы новая эффективная технология и соответствующие программные модули статического и кинематического позиционирования сантиметровой точности по двухчастотным GPS наблюдениям. Одной из главных особенностей данной технологии является достижение высокой надёжности (90-100%) разрешения фазовой неоднозначности (РФН) в условиях коротких выборок кинематических наблюдений (15-60 с) на длинных базовых линиях (до ~100 км) в режиме OTF (On-The-Fly, т.е. без статической инициализации). Характеристики разработанной технологии двухчастотного дифференциального позиционирования адекватны характеристикам известного зарубежного программного обеспечения аналогичного назначения.

В настоящее время существует множество практических приложений, требующих высокоточного определения местоположения (позиционирования) движущихся объектов с сантиметровой точностью. Существующие технологии, которые позволяют обеспечивать кинематическое позиционирование с указанной точностью в условиях реального времени получили названия RTK (Real Time Kinematic).

Одним из важнейших критериев качества решения задач точного позиционирования (RTK) является критерий достижения минимальной длительности выборки кинематических GPS-наблюдений, которая необходима для надёжного решения задачи РФН (и получения так называемого fixed-решения). Решение задачи РФН, т.е. правильной оценки целочисленных фазовых неоднозначностей, является принципиальным условием достижения сантиметровой точности позиционирования, так как, в случае ошибочного целочисленного решения, погрешности позиционирования могут достигать нескольких дециметров.

В целях повышения надёжности РФН разработанная технология предполагает трехэтапную процедуру обработки [1]. На первом этапе выполняется сглаживание/фильтрация кодовых наблюдений с использованием фазовых для получения текущих оценок координат движущегося объекта с дециметровым уровнем точности, что позволяет, как показали исследования, ограничить область целочисленного перебора и «улучшить» минимизируемую целевую функцию в задаче РФН. На втором этапе выполняется РФН для линейной фазовой комбинации «Wide Lane», затем в уравнения наблюдений вводятся поправки на начальные фазовые неоднозначности «Wide Lane» комбинации, после чего определяются начальные фазовые неоднозначности на несущих частотах L1 и L2 с использованием фазовой линейной «безионосферной» комбинации наблюдений «Iono-Free». Подробнее ознакомиться с разработанной методикой обработки наблюдений можно в работах [1,2].

Для определения минимальной длительности выборки наблюдений, необходимой для надёжного РФН, были проведены соответствующие тесты с использованием реальных пешеходных кинематических съемок, наблюдений на борту самолета и вертолета в процессе аэрофотосъемок на удалениях ~60-95 км (высоты полетов ~1-3 км).

Результаты экспериментальных исследований (зависимость надёжности РФН от размера выборки наблюдений) представлены в таблице (см. [1,2]).


Длительность минимальной выборки 60 с 45 с 30 с 15 с
Пешеход 100% 96% 95% 89%
Самолет 100% 100% 100% 99%
Вертолет *97% 95,5% 94% 92%

* - 100 % при выборке, длительностью 90 с.


Если РФН выполнено верно, то погрешности (95%) координатных определений не превышают 1,5-3 см по плановым координатам и 3,5-5 см по высотной составляющей [1-3].

Сравнение полученных результатов с результатами оценок пользователей Украины, использующих в работе зарубежные двухчастотные RTK приемники различных производителей, на длинных базовых линиях (~100 км и более), как правило, достигают надежного РФН (fixed-решения) только при статической инициализации (режим OTF, как правило, не выполняется) на интервалах от 1-2 мин. до 5-7 мин.

Полученные результаты превосходят зарубежные аналоги и позволяют рекомендовать использование созданного алгоритмического обеспечения при реализации новых разработок для RTK позиционирования на территориях с разреженными ГНСС сетями.


Список литературы


  1. Жалило А.А., Дицкий И.В. Усовершенствованный метод разрешения фазовой неоднозначности двухчастотных дифференциальных фазовых ГНСС наблюдений // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». – 2012, №169. – С. 277-301.
  2. Дицкий И.В, Бессонов Е.А., Жалило А.А., Желанов А.А. О возможности использования отечественных разработок для реализации технологий точного спутникового RTK-позиционирования на длинных базовых линиях // 8-а Міжнародна науково-практична конференція «Новітні досягнення геодезії, геоінформатики та землевпорядкування – Європейський досвід» – Випуск 8 – 2012, С. 64-66.
  3. Жалило А.А., Желанов А.А., Шелковенков Д.А., Дицкий И.В, Бессонов Е.А. Основные результаты разработок исследовательской группы ХНУРЭ/ГАО НАНУ в области высокоточного ГНСС-позиционирования в период с 2002-2011 гг. // Научно-технический и производственный журнал "Геодезия и картография". – 2012, №12, Москва, Россия. – С. 38-50.