Экспериментальная оценка точности GPS-навигации и геодезической съемки в г. Киеве с использованием дифференциальных VBS&HP-коррекций компании OmniSTAR BV

Авторы: НАУ, НПП «Гранас», ХНУРЭ, ГАО НАН Украины


(научно-технический отчет)

Резюме

В отчете представлены результаты экспериментальной оценки точности и надежности навигационных определений в статическом и кинематическом режимах c использованием дифференциальных VBS&HP -коррекций компании OmniSTAR BV (Нидерланды). Кратко описаны основные принципы и характеристики VBS&HP -технологий и услуг компании OmniSTAR BV (Нидерланды), обеспечивающих высокоточную дифференциальную DGPS навигацию, геодезическую съемку и координатную поддержку геоинформационных систем в общемировом масштабе с уровнем точности ~1 м ( VBS ) и ~10 см ( HP ) в реальном времени.

Такие экспериментальные исследования проведены в Украине впервые, а их результаты, по мнению авторов, могут представлять немалый интерес для ряда групп GPS-пользователей Украины, для которых важна не только высокая точность местоопределения, но также и оперативность и высокая производительность выполнения геодезических съемок и других высокоточных работ.

Эксперименты были выполнены в Киеве 24-26 мая 2006 г. на территории Национального авиационного университета (НАУ) и на трассе «Киев-Житомир». Для проведения измерений и демонстраций возможностей услуг точного местоопределения компания OmniSTAR BV по запросу НПП «Гранас» любезно предоставила свободный доступ к VBS/HP - коррекциям на указанный период времени. В работах принимали непосредственное участие сотрудники НАУ, НПП «Гранас», Харьковского национального университета радиоэлектроники (ХНУРЭ), Главной астрономической обсерватории НАН Украины и заинтересованных геодезических организаций г. Киева. В ходе экспериментов было использовано специальное GPS оборудование NovAtel ProPak-LB Plus , способное принимать и обрабатывать высокоточные VBS - и HP -коррекции, геодезический приемник NovAtel DL-4 (в качестве базовой станции), GPS приемник FlexPak-SSII (дополнительный «роверный» приемник), комплект геодезического GPS оборудования Trimble 5700 и программное обеспечение послесеансной обработки компаний Trimble (США) и NovAtel/Waypoint Consulting (Канада).

Тестирование характеристик VBS&HP –технологий местоопределения выполнялась в три этапа:

  • 24 мая 2006 года – этап 1 - этап статических наблюдений на крыше учебного корпуса НАУ ( сессия №1 );
  • 25 мая 2006 года – этап 2 - этап тестирования в режиме «stop&go» со статической инициализацией на заранее привязанных геодезической организацией 20 реперных точках на территории НАУ сессия №2 и №3 );
  • 26 мая 2006 года – этап 3 - этап тестирования в кинематическом режиме (со статической инициализацией) измерений на борту автомобиля на территории Киева и за городом сессия №4 и №5 );

В результате обработки и анализа данных показано, что заявленные характеристики точности достигаются в нормальных условиях радиовидимости GPS спутников (при приемлемой геометрии рабочего созвездия) и геостационрных спутников, через которые доставляется корректирующая информация. В то же время, отмечается значительная (десятки минут) длительность периода ре-инициализации для высокоточного режима HP после потери слежения за сигналами геостационарных спутников или при временном ухудшении геометрических условий в условиях затенений или высокой динамики движения.

В процессе инициализации включается автономный режим определений с точностью нескольких метров. Через несколько минут включается дифференциальный VBS -режим – приемник определяет координаты с точностью 1-2 м с последующим плавным повышением точности. Затем через 5-10 мин включается режим HP и погрешности местоопределения (широта, долгота, высота) скачком увеличиваются с последующим экспоненциальным уменьшением до дециметрового (требуется ~30 мин для достижения заявленной точности определения широты и высоты, и ~(60-120) мин для долготы) и даже субдециметрового уровня. Инициализацию в кинематическом режиме на территории НАУ в режиме «stop&go» и в кинематическом режиме измерений в процессе движения на борту автомобиля выполнить не удалось.

При срыве слежения (отсутствие коррекций, потери слежения за спутниками из-за обструкций, резкое ухудшение геометрического фактора) приемник при возобновлении слежения переходит в режим VBS (метровая точность) и повторяет заново режим инициализации. Отмечается значительная (десятки минут) длительность периода ре-инициализации для высокоточного режима HP после потери слежения за сигналами геостационарных спутников или при временном ухудшении геометрии рабочего созвездия спутников GPS в условиях затенений или высокой динамики движения. При очень коротких перерывах приема коррекций наблюдалось быстрое восстановление HP -режима работы без потери точности. В режиме VBS субметровая точность определений обеспечивается достаточно надежно с достаточно коротким периодом ре-инициализации даже в кинематическом режиме работы (в движении).

В целом, полученные результаты экспериментальной оценки характеристик точности и надежности определения местоположения, несмотря на относительно короткий период проведения испытаний (трое суток), соответствуют оценкам как самой фирмы OmniSTAR BV , так и оценкам, полученным независимыми организациями [1-5].

Заявленная дециметровая точность определений в реальном времени, в принципе, достижима и в условиях города, но при условии надежной радиовидимости спутников, под «открытым небом». В условиях окружения высотными зданиями (городские «каньоны»), конструкциями, деревьями значительная часть времени приемник допускает частые перерывы слежения, особенно по «низким» GPS спутникам. Это же относится и к радиовидимости геостационарных спутников, через которые передаются дифференциальные коррекции.

Проблема малого числа "видимых" спутников и плохого GDOP весьма актуальна в условиях современных городов. Очевидно, от этого можно уйти в «многосистемных» (GPS+ГЛОНАСС+Galileo) приемниках либо при комплексировании с инерциальными системами либо с другими источниками навигационной информации В Киеве в процессе экспериментов эти проблемы подтвердились. Поэтому достижение субметровой точности в этих условиях возможно с неудовлетворительной вероятностью. Для ряда задач, которые решаются в условиях «открытого неба» (съемка кадастра, распаевка земли на открытой местности, координатная поддержка ГИС, гидрографическая съемка, аэрофотосъемка и др.) использование высокоточных технологий OmniSTAR может быть признано целесообразным и эффективным. Но для окончательных выводов необходимо провести дополнительную серию измерений на борту таких объектов, как самолет, речное или морское судно и выполнить их анализ.

Планируется провести аналогичное тестирование для условий проведения измерений на борту самолета (или вертолета) в ходе аэрофотосъемки для оценки надежности дифференциальных GPS-определений при маневрировании и целесообразности применения анализируемых технологий местоопределения.