В
кодовом режиме работают все спутниковые
приемники - от недорогого чисто кодового
навигационного приемника, помещающегося
на ладони, до самого совершенного и
дорогого геодезического фазового приемника.
1.2. Фазовые измерения
В
геодезическом приемнике измеряют
мгновенную разность фаз сигнала
спутника и колебания приемника.
Напомним, что фазовые измерения
являются наиболее точными. За высокую
точность приходится расплачиваться усилиями,
потраченными на разрешение многозначности
фазовых измерений. Сигнал спутника
не является гармоническим, как это
необходимо для фазовых измерений.
Напротив, он модулирован по фазе сложным
псевдошумовым кодом. Чтобы выполнить
фазовые измерения, необходимо убрать
кодовую модуляцию. Так и делают,
используя операцию квадратирования
(см. раздел
1.3). Принимаемый сигнал умножают
на самого себя. В результате получается
сигнал, частота которого равна удвоенной
несущей частоте сигнала спутника. Это
колебание усиливают и именно на нем выполняют
фазовые измерения. При этом кодовую информацию
не игнорируют. Ее в полной мере используют
для получения навигационных координат
пунктов и для приема навигационного сообщения.
В спутниковых системах принято обозначать
дальность до спутника буквой р. С учетом
этого запишем формулу, связывающую дальность
до спутника с измеренной разностью фаз.
Основой служит формула для беззапросного
фазового метода. Для случая спутниковых
измерений она имеет вид (1):
Здесь ρ(t) - мгновенное расстояние
до спутника в момент t; φ(t) - мгновенное измеренное значение
разности фаз; δφ? - начальная фаза колебаний спутника; δφr -
начальная фаза колебаний приемника.
Таким
образом, при кодовых измерениях
играет роль несинхронность показаний
часов спутника и приемника, а
при фазовых измерениях играет роль
несинфазность колебаний опорных
генераторов спутника и приемника.
Аппаратурно, то есть путем организации
каких-то дополнительных каналов связи
между приемником и спутником, эти
параметры определить невозможно. Поэтому
несинхронность определяют так, как
сказано в разделе
1.1, а несинфазность исключают
из результатов обработки путем формирования
разностей фазовых измерений, как описано
в разделе
4.2.
В
формуле (1) измеряемая величина разности
фаз меняется со временем из-за изменения
дальности до спутника. Вследствие
эффекта Допплера со временем меняется
значение частоты / принимаемого сигнала.
1.3. Интегральный
допплер
Допплеровские
измерения в режиме интегрирования
допплеровской частоты позволяют
получать разность расстояний от определяемого
пункта до двух исходных пунктов. В
случае спутниковых измерений роль
исходных пунктов выполняют спутники.
Напомним, что в разностных наземных
системах определяемый пункт получают
как точку пересечения изолиний
- гипербол. В случае спутниковых
измерений, когда решается не плоская,
а пространственная задача, речь идет
не о изолиниях, но об изоповерхностях.
В случае допплеровских измерений
такой поверхностью является гиперболоид;
местоположение пункта определяют как
точку пересечения гиперболоидов.
Их должно быть как минимум три, следовательно,
одновременно необходимо наблюдать
три пары спутников. Геометрия наблюдений
в этом случае такова, что гиперболоиды
пересекаются под довольно острыми
(тупыми) углами. Это гораздо хуже,
чем при дальномерных измерениях,
когда изоповерхности - сферы могут
пересекаться под углами, близкими
к 90°. Тем не менее, гиперболическую
засечку, раз она уже есть, используют
при обработке результатов в
качестве полезного дополнительного
материала.
1.4. Изоповерхности,
геометрический фактор
Пусть
с использованием дальномерного
устройства необходимо определить местоположение
пункта относительно исходных пунктов.
Местоположение вновь определяемого
пункта невозможно определить с точностью,
которая выше точности измерений. В
лучшем случае ошибка определения местоположения
равна ошибке измерений. Сказанное
можно выразить в виде формулы, связывающей
ошибку mопропределения
местоположения и ошибку измерения mизм (2):
mопр=(DOP)mизм
Здесь
DOP - Dilution Of Precision - падение ТОЧНОСТИ,
размывание ТОЧНОСТИ из-за геометрии
наблюдений, геометрический фактор. Применительно
к спутниковым наблюдениям - это
коэффициент, определяющий, во сколько
раз ошибка определения больше ошибки
измерения. DOP не может быть меньше единицы,
но чем он меньше, тем лучше. Величина
DOP зависит от того, под какими углами
пересекаются изоповерхности, то есть
от геометрии наблюдений.
Существует
несколько видов DOP. DOP по плановому
положению называют HDOP (Horisontal DOP). DOP
по высоте (вертикали) называют VDOP (Vertical
DOP). Сумма квадратов этих DOP дает
квадрат PDOP, то есть DOP по положению - Position
DOP. Опыт работы говорит, что при высокоточных
измерения PDOP не должен превышать трех
единиц. При рядовых работах, например
при определении координат опознаков,
он не должен превышать семи. К сожалению,
пока не существует инструкций, регламентирующих
предельные значения такого рода параметров,
да и вообще других допусков на точность
и продолжительность измерений.
Сейчас все делается лишь на основе
собственного опыта. DOP по определению
поправки часов называют TDOP (Time DOP). Сумма
квадратов PDOP и TDOP дает квадрат GDOP - геометрический
DOP (Geometrical DOP). Он является наиболее общей
характеристикой геометрических условий
наблюдений.
PDOP
имеет ясный геометрический смысл.
Представим пункт наблюдений, из
которого направлены на четыре
наблюдаемых спутника векторы
единичной длины. Если соединить
концы векторов, то образуется
трехгранная пирамида. Объем этой
пирамиды является величиной,
обратной PDOP. Ясно, что чем больше
объем пирамиды, тем меньше PDOP, тем
точнее определяется местоположение
приемника. Например, хорошо, если
наблюдается спутник вблизи зенита
пункта и спутники, находящиеся
невысоко над горизонтом и
более-менее равномерно распределенные
по азимуту. На самом деле, в
области приема антенны приемника
находятся много спутников, порой
до девяти-десяти. Приемник вычисляет
и выдает на дисплей PDOP для
спутников, наиболее удачно в
геометрическом смысле расположенных
относительно приемника.