Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений

Фролова, Елена Константиновна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений
ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений"

УДК 528 629 783 На правах рукописи

Фролова Елена Константиновна

МЕТОДИКА УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ТРОПОСФЕРЫ НА ТОЧНОСТЬ СПУТНИКОВЫХ КООРДИНАТНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

25 00 32 - «Геодезия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2007

003070488

Работа выполнена в Сибирской государственной геодезической академии

Научный руководитель -Официальные оппоненты

Ведущая организация -

кандидат технических наук, доцент Антонович Константин Михайлович доктор технических наук, профессор Гуляев Юрий Павлович, кандидат технических наук, доцент Толстиков Александр Сергеевич

Сибирский на>чно-исследовательский и производственный центр геоинформации и прикладной геодезии (г. Новосибирск)

Защита состоится 25 мая 2007 г в 10 30 час на заседании

диссертационного совета Д 212 251 02 при Сибирской государственной

геодезической академии (СГГА) по адресу 630108, Новосибирск, уп Плахотного, 10, СГ ГА, ауд 403

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА

Автореферат разослан 24 апреля

Ученый секретарь диссертационного совета

Середович В А

Изд лиц ЛР№ от 04 03 1997 Подписано в печать 24 04 2007 Формат 60x84 1/16 Уел печ л 0,7 Уч -изд л 0,98 Тиралч ЮОэкз Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного 8

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. На протяжении последних 25 лет развития спутниковых радионавигационных систем (СРНС) определения местоположения произошло существенное повышение точности координатных определении Значительную роль в этом процессе на начальном этапе сыграло совершенствование приемной и передающей аппаратуры глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС, а затем разработка новых алгоритмов обработки наблюдений Кроме того, на повышение точности спутниковых координатных определений в значительной мере повлияло появление Международной ГНСС службы (МГС) Благодаря ее деятельности, точность эфемерид спутников GPS NAVSTAR сейчас находится на уровне субдециметров На данный момент основным источником ошибок в наблюдениях ГНСС является атмосфера, физические характеристики которой влияют на скорость и траекторию распространения сигнала

Для учета влияния среды распространения сигнала (ионосферы и нейтральной атмосферы, в состав которой включают тропосферу и нижнюю часть стратосферы) различными исследовательскими коллективами создано множество моделей Ионосферная рефракция или почти полностью исключается при измерениях на двух частотах, благодаря использованию комбинации фаз, свободной от влияния ионосферы, или некоторым образом моделируется для од-ночастотных наблюдений

Учитывать тропосферную рефракцию (как часто называют влияние нейтральной атмосферы) значительно сложнее Это влияние моделируется лишь на 90 % Оставшееся часть, приходящаяся на долю паров воды в атмосфере, практически не поддается учету и даёт ошибку в определение дальности до спутника около 20-50 см

Разработка способов учета тропосферной рефракции является сейчас одним из наиболее перспективных и наукоемких направлений исследования в области повышения точности спутниковых координатных определений Таким образом, тема данной диссертации является актуальной

Многие ведущие ученые, например, Бок И , Мишра П и Энг П , считают влияние тропосферы основным источником ошибок при проведении геодезических измерений Большой вклад в становление и развитие этого направления внесли, например, Найелл А , Херринг Т, Бар-Север Е (США), Айфадис И (Греция), Коллинз П , Лэнгли Р , Мендес В (Канада), Аскне Ж, Нордиус X , Элгеред Г (Швеция), Тибериус X , Клейхер Ф (Голландия), Бок О , Доэрфлин-гер Э (Франция), Костецкая Я М , Торопа И М (Украина), Куштин В И , Галкин Ю С , Ахундов Т А , Стоцкий А А , Стоцкая И М , Антонович К М (Россия)

Степень разработанности проблемы. В течение последних 40 лет мировым сообществом ученых выполнен огромный объем исследований по изучению влияния тропосферы на измерения в микроволновом диапазоне радиоволн В исследованиях принимали участия такие научные центры, как Университет

им Дж Гопкинса Годдардовский центр космических полетов, Лаборатория реактивного движения, Хайстекскач обсерватория (США), Университет Нью-Брунсвика (Канада), обсерватория Онсала (Швеция) и многие другие

Пик развития исследований пришелся на 1985-1995 гг, когда в нашей стране наука испытывала серьезные финансовые трудности, и развитие многих направлений деятельности было приостановлено С 1996 г в печати появились публикации, посвященные вычислению величины тропосферной задержки (ТЗ) фазовых спутниковых измерений и определений радио интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) Необходимо отметить работы Куштина В И , связанные с вычислениями тропосферного влияния на спутниковые определения В применении к данным РСДБ, стохастическим моделированием ТЗ занимались сотрудники лаборатории космической геодезии и вращения Земли Института прикладной астрономии Примерно в это же время на Украине начались активные исследования по моделированию собственно среды (построение локальной модели тропосферы для территории Западной Украины по данным аэрологического зондирования) под руководством Костецкой Я М Этим исследованиям посвящена кандидатская диссертация Торопы И М

В итоге можно сказагь, что рассматриваемая задача очень хорошо разработана зарубежными специалистами, но российские исследователи пока не преодолели десятилетнее отставание Опубликованные отечественные работы посвящены, главным образом, использованию уже существующих методик

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось повышение точности учета тропосферы при обработке спутниковых координат ных определений коммерческими программными продуктами, за счет разработки методики использования дополнительной информации о физических характеристиках среды распространения сигналов Для достижения этой цели решались стедующие задачи

1 Оценка величины ошибок (особенно систематического характера), возникающих из-за тропосферной рефракции при выпотнении спутниковых наблюдений в условиях Западной Сибири

2 Сравнение существующих в коммерческом программном обеспечении алгоритмов вычисления ТЗ и выбор из них оптимально соответствующего использованию при высокоточных спутниковых координатных определениях

3 Разработка способа учега тропосферной рефракции, основанного на современном уровне программно-аппаратного обеспечения и развития инфраструктуры СРНС и обеспечивающего миллиметровый уровень точности определения тропосферной зенитной задержки (ЗТЗ)

4 Разработка рекомендаций по учету тропосферной рефракции в равнинной местности

Объект и предмет исследовании. Объектом исследования является методика учета влияния слоя нейтральной атмосферы на распространение микроволновых сигналов СРНС МУБТАЯ, повышающая качество вычисления базовых векторов при построении высокоточных спутниковых сетей

Предметом исследования является повышение точности определения ко-

ординат путем более корректного учета тропосферной рефракции

Теоретическая и методологическая база исследования. В процессе выполнения данной работы автором были использованы математический анализ, теория статистики, теория математической обработки геодезических измерений, теория распространения радиоволн в атмосфере, физика атмосферы

Информационная база исследования. В работе использованы архивы МГС, содержащие файлы спутниковых наблюдений станций сети МГС, точные эфемериды спутников, файлы метеорологических параметров и оцененных ЗТЗ, архивы Новосибирского гидрометеорологического центра, данные спутниковых измерений выполненных в СГГА при непосредственном участии автора, материалы Российской электронной библиотеки, хранящей публикации многих зарубежных геодезических изданий (таких, как «Journal of Geodesy», «GPS Solutions». «Manuscripta Geodaetica»), а также публикации в периодических изданиях «IERS Technical Notes» и «JPL Technical Report», журналах «Journal of Geophysical Research», «Radio Sience». «Earth, space, planets» и других

Научная новизна.

1 Оценено влияние различных известных методик учета тропосферной рефракиии на точность построения геодезической сети

2 Разработан способ выполнения коррекции спутниковых наблюдений (псевдодапыюстей и фаз) за влияние тропосферной рефракции

Теоретическая значимость. Выполнен обзор моделей вычисления ТЗ, способов получения метеорологической информации, и отмечены тенденции развития исследований в данной области Приведены алгоритмы некоторых рассмотренных моделей, и указаны их ограничения

Даны критическая оценка существующих способов тропосферной коррекции и рекомендации по созданию и наблюдению высокоточных спутниковых сетей

Практическая значимость. Благодаря предложенной автором комплексной методике учета влияния тропосферной рефракции, появилась возможность более точно обрабатывать спутниковые координатные определения штатным программным обеспечением (без привлечения дорогостоящих научных программ)

Разработаны рекомендации по проектированию высокоточных спутниковых сетей и проведению наблюдений на пунктах, которые позволяют с большей достоверностью получать высоты станций

Ня защиту выносятся следующие основные положения

1 Оценка величины влияния тропосферы на точность параметров геодезических сетей в условиях Западной Сибири

2 Методика оценивания ТЗ и ее влияния на координаты, заключающаяся в разработке алюритма программы позволяющей проводить вычисления тропосферной задержки по любым моделям и корректировке данных наблюдений

3 Низкозатратная методика учета ТЗ при построении высокоточных геодезических сетей, сопоставимая по точности с дорогими методами моделирования или измерений с дорогими приборами

Основные результаты исследования (реализация). Создан пакет программ, вычисляющих значения ТЗ по данным наземных метеорологических наблюдений, аэрологического зондирования и ЗТЗ, оцененных из спутниковых наблюдений

Получены уточненные координаты пунктов эталонного геодезического полигона СГГА (ПГЭ СГГА)

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты работы докладывались на Ы научно-технической конференции преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», Новосибирск, 16-19 апреля 2001 г, научно-технической конференции «Проблемы мегро'югнческого обеспечения топографо-геодезического производства и землеустроительных работ», Новосибирск, 17-21 декабря 2001 г, Ы1! международной научно-технической конференции «Современные проблемы геодезии и оптики», посвященной 70-летию СГГА, Новосибирск, 17-21 марта 2003 г, 7-й международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения^ АПЭП-2004, Новосибирск, 21-24 сентября 2004 г, международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г, международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2006», Новосибирск, 24-28 апреля 2006 г

Публикации (по теме диссертации).

Опубликованы 3 тезиса докладов, 8 научных статей, из них 4 - в сборниках материалов международных научно-технических конференций и 1 - в рецензируемом издании, рекомендованном ВАК

Структура работы.

Основной текст диссертации изложен на 146 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 13 рисунков, состоит из введения, четырех глав, заключения, 14 приложений, библиография содержит 125 источников, 87 из которых - на иностранных языках.

Во введении рассмотрены основные тенденции развития спутниковых технологий, отмечено повышенное внимание Роскартографии к созданию высокоточной единой геоцентрической системы координат на территорию РФ, показаны основные этапы повышения точности и источники достижения этих улучшений Показано, что влияние тропосферы является основным источником ошибок при проведении геодезических измерений, и необходимость адекватного учета ТЗ при проведении высокоточных геодезических работ является актуальной

В главе 1 «Основы теории позиционирования по сигналам СРНС» приведены теоретические основы спутниковых наблюдений, рассмотрены основные методики позиционирования и факторы, влияющие на точность определения местоположения Особое внимание уделено влиянию среды распространения сигналов, существенно ограничивающей достижимую точность геодезических измерений Указаны основные аппаратные и программные способы исключения или уменьшения влияний этих факторов

Величина влияния нейтральной атмосферы на спутниковые координатные

определения зависит от метода позиционирования Одним из наиболее простых методов является матемашческое вычисление величины ТЗ, основанное на стандартных представпениях о строении и свойствах атмосферы

В главе 2 «Учет влияния нейтральной атмосферы» сделан обзор основных направлений и этапов исследований тропосферной рефракции, особенностей распространения микроволновых спутниковых сигналов в нерассеивающей среде, указаны основные физические параметры тропосферы, влияющие на наблюдения их распределение и методики определения Кроме того, описаны алгоритмы вычисления ТЗ и проведено их сравнение, на примере программы обработки спутниковых наблюдений Trimble Geomatics Office (TGO)

Для выявления влияния тропосферной рефракции на спутниковые сигналы результаты обработки однократных спутниковых координатных определений сравниваются с координатами, пол>ченными из уравнивания многолетних наблюдений Эти наблюдения сделаны при разных условиях и в разные периоды времени и поэтому могут считаться независимыми Известно, что в уравненных координатах влияния сис[ематических ошибок, обусловленных различными факторами, значительно ниже, и поэтому координаты можно считать эталонными Сравнение с ними будет давать представление о точности однократных определений по внешней сходимости

Тропосферную задержку принято разделять на два компонента гидростатический и влажный Гидростатический, вызванный газами, находящимися в состоянии гидростатического равновесия (составляет примерно 90 % от величины ТЗ, то есть около 2,3 м), пропорционален поверхностному давлению Влажный компонент ТЗ (значение обычно менее 30 см) примерно пропорционален количеству паров воды Проблема нахождения влажной ТЗ состоит в том, что распределение паров воды в приземном слое атмосферы зависит от ветра, рельефа местности, локальной температуры и множества других факторов так, что ее моделирование ограничивается точностью 10 мм Сложность моделирования влажного компонента ТЗ, в сравнении с гидростатическим, видна из рисунка 1, где приведены профили распределения физических характеристик давления и относительной влажности с высотой

Н, ч

О 10 20 30 40 4« 60 70 80 90 100

б)

а) давление, б) относительная влажность воздуха

Рисунок 1 - Профили распределения атмосферных параметров по результатам аэрологического зондирования за двухнедельный период

Исследования способов учета тропосферной рефракции развиваются по трем основным направлениям

1 - эмпирическое моделирование, основанное на осреднении накопленных статистических данных о распределении параметров нейтральной атмосферы и выявленных в результате закономерностях,

2 - стохастическое моделирование, в котором основная часть влияния исключается при помощи эмпирической модели, немоделируемый остаток описывают при помощи статистических законов,

3 - привлечение независимой информации для оценивания величины ТЗ

Эмпирические модели достоверно описывают гидростатическую составляющую ТЗ, но плохо подходят для учета влияния влажной ее части Эту задачу гораздо лучше решают градиентные и стохастические модели, опирающиеся на дистанционные методы определения параметров атмосферы

Сравнение алгоритмов вычисления ТЗ в TGO проводилось на основании результатов обработки спутниковых наблюдений станций МГС, расположенных на территории России Арти, Бишкек, Красноярск, Иркутск, а также постоянно действующей станции Новосибирск-Северный, входящей в состав Геодезического эталонного полигона СГГА (ПГЭ СГГА)

По результатам сравнения рекомендуется использовать для обработки сп>тниковых координатных определений маску угловой высоты 13°, не менее чем часовой интервал оценивания ЗТЗ и алгоритм вычисления ТЗ Найепла (или Блэка)

В гтавг 3 «Способы получения метеорологической информации» описаны возможности привлечения независимых измерений для вычисления ТЗ спутниковых координатных определений В этой главе также оценены возможности применения всех описанных методик в точных геодезических построениях для учета втняния тропосферной рефракции

Существуют три основных способа получения независимой информации о строении атмосферы

- контактный (наземная метеорология и аэрологическое зондирование),

- дистанционный (лидарные и радиометрические измерения),

- смешанный (цифровые модели погоды и оценивание из GPS-наб тюдений)

Локальные стандартные модели атмосферы, построенные по данным наземной метеорологии, должны лучше отражать влияние тропосферы на спутниковые измерения, чем глобальная стандартная модель Это утверждение проверено обработкой спутниковых наблюдений опытной сети TestNet, сопровождавшихся наземными метеорологическими наблюдениями В проведенных наблюдениях автор принимала непосредственное участие

Полученные результаты не показывают преимущества использования реальных метеорологических параметров, измеренных с помощью барометров и психрометров Это связано с использованием механических метеоприборов, которые не отвечают современным требованиям к точности определения метео-рочогических параметров ошибка фиксирования температуры не должна превышать 0.10° С, давления - 0,10 мбар, а влажности - 1-2 % Таким требованиям у аовлетворяют например, автоматические метеосенсоры Met3A корпорации Paroscientific (СШЛ) Рекомендации по использованию таких приборов следует включить в нормативные документы по созданию геодезических построений высокой точности

Несмотря на недостоверность отражения состояния атмосферы над станцией наблюдений, результаты наземной метеорологии позволяют с достаточной точностью вычислять гидростатическую составляющую ТЗ Если для определения влажной составляющей будет привлечен другой метод, например, аэрологическое или радиометрическое зондирование, то использование локальных моделей атмосферы можно рекомендовать для применения при построении точных геодезических сетей

По оценкам исследователей, метод вычисления ТЗ по наблюдениям радиозондов, радиометров водяных паров или лидаров способен обеспечивать миллиметровую точность учета тропосферной рефракции Однако на данном этапе практическая точность всех этих методик требует дополнительных исследований Кроме того, для всех перечисленных методов необходимы дорогостоящая аппаратура на станции, развитая инфраструктура и научное ПО для обработки спутниковых наблюдений Такие капиталовложения возможны лишь в рамках федеральных научно-исследовательских проектов или научных центров Поэтому пока эти методики можно рекомендовать для задач точной геодезии только потенциально

Использование цифровых моделей погоды для определения параметров тропосферы в задачах геодезии получает все более широкое распространение в США и странах ЕС Применение этого метода в России пока затруднительно из-за недостаточной открытости архивов региональных гидрометеорологических центров и отсутствия доступной информации по краткосрочным прогнозам погоды

Таким образом, для высокоточных геодезических работ (]0~7-108) наиболее перспективным способом учета влияния тропосферной рефракции является оценивание величины ЗТЗ из наблюдений GPS Этот способ не требует дополнительного оборудования на пунктах спутниковых координатных определений, что является несомненным достоинством

Глава 4 «Методика коррекции спутниковых наблюдений поправками за тропосферную рефракцию» описывает разработанную автором данной работы методику, позволяющую применять дополнительную информацию о физических характеристиках тропосферы для вычисления поправки в спутниковые координатные определения, и результаты ее применения к реальным наблюдениям. Методика названа комбинированной

Основой разработанной методики является возможность представлять спутниковые наблюдения в формате RINEX Этот ASCII формат имеет общедоступное описание и позволяет корректно оперировать псевдодалыюстями и фазами, вычисленными спутниковым приемником по сигналам СРНС Эти величины в файле наблюдений проходят только первичную обработку (формирование сигналов ошибок следящих систем, демодуляция символов навигационного сообщения, оценка соотношения «сигнал - шум»), поэтому нет опасности дублирующего моделирования

Вычислив (любым из доступных способов) ТЗ на пункте, можно вводить ее в наблюдения и передавать корректированные файлы в TGO в качестве «сы-

рых» наблюдении (рисунок 2) При этом, чтобы избежать повторной коррекции, встроенное в ТОО исправление тропосферы следует отключать

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема комбинированной методики }чега тропосферной рефракции

Таким образом, появляется возможность комбинировать внешние (дополнительные) данные о параметрах реальной тропосферы, алгоритмы вычисления ТЗ и обработку спутниковых координатных определений Предложенная методика была опробована на реальных спутниковых наблюдениях с разными до-

полнительными данными

Наблюдения опытной сети TestNet были исправлены по комбинированной методике с привлечением данных аэрологического зондирования и обработаны Применение данных аэрологического зондирования атмосферы не дало ожидаемого улучшения точности спутниковых координатных определений Причины этого очевидны чрезвычайная разреженность сети аэрологических станций Сибирского региона, непродолжительный интервал фиксирования зондом метеорологических элементов (время полета около 2 часов), сложность получения и предварительной обработки данных зондирования

Таким образом, нельзя рекомендовать непосредственное применение аэрологической информации для корректирования тропосферной рефракции в спутниковых координатных определениях Однако, эти данные могут успешно использоваться для построения, исследования и уточнения моделей локапьной тропосферы над станциями спутниковых наблюдений и даже районами, охватываемыми этим видом метеонаблюдений

Оценивание величины ЗТЗ из наблюдений GPS уже признано наиболее перспективным и точным способом получения информации о тропосфере Некоторые станции МГС, в том числе и станции, расположенные в Новосибирске (NOVJ и NVSK), уже несколько лет публикуют файлы оцененных ЗТЗ

Использование комбинированной методики учета ТЗ, с применением файлов ЗТЗ, при передаче коорцинат от станций МГС Арти, Иркутск Бишкек и Норильск на пункт NVSK, позволило ощутимо улучшить результаты Около 70% решений увереннее прошли критерий Фишера, что для векторов дпнной около ! 500 км является важным показателем качества и достоверности решения В некоторых случаях комбинированная методика позволяет потучить фиксированное решение тогда, когда «обычная» обработка дает плавающее Точность вычисления высоты станции NVSK по комбинированной методике несколько лучше, чем по «обычной» методике (таблица 1)

Таблица 1 - Сравнение точности координат станции NVSK, полученных по «обычной» и комбинированной методикам

Методика mN mc mH

«Обычная» 0,001 0,026 0,025

Комбинированная 0,001 0,029 0,020

Следует отметить, что ошибка долготной составляющей координатных спутниковой опредепеннй, mt, связана с тангенциальной составляющей ошибки определения орбит спутников, особенно в области вертекса Учитывая, что два базовых вектора из четырех, вычисляемых при передаче координат станции NVSK, имели почти стро! о долготное простирание, закономерно, что величина ш£ значительно больше широтной составляющей mN

Сверхдлинные базовые линии не являются характерными для задач точной

геодезии (создание опорных сетей и геодинамических полигонов), поэтому разработанная методика была применена для коррекции одного из циклов наблюдений ПГЭ CITA

Значения ЗТЗ, оцененные из наблюдений станции NOVJ и опубликованные в Интернет, были экстраполированы на наблюдения станций ПГЭ СГГА (расстояния от 5,5 до 41,5 км и превышения до 52 м) Использование этих значений ЗТЗ с помощью комбинированной методики для коррекции тропосферной рефракции позволило значительно повысить точность вычисления высоты станций и практически не сказалось на длине базовых линий (таблица 2)

Таблица 2 - Сравнение точности результагов применения «обычной» и комбинированной методик

Станция mD ти

«обычная» комбинированная «обычная» комбинированная

ТЕСО 0,008 0,005 0,011 0,001

KRS>J 0,006 0,006 0,009 0,001

BIGS 0,002 0,002 0,017 0,025

SHEP 0,007 0,005 0,020 0,002

POL2 0,004 0,001 0,011 0,002

На основании проведенных расчетов можно утверждать, что не менее чем 50 % решений, полученных с использованием комбинированной методики, имею! улучшение определения высоты из спутниковых наблюдений Это относится к линиям разной дпины - от малых (до 5 км), средних (13-15 км) и длинных (35 -40 км) до сверхдлинных (около 1 500 км)

Как показали проведенные эксперименты, комбинированная методика учета влияния тропосферной рефракции вполне применима при обработке спутниковых координатных определений Возможность использования широкого набора алгоритмов коррекции и дополнительных исходных данных для них делает ее перспективным средством повышения точности 1еодезических сетей

Разработанный в рамках комбинированной методики обработки спутниковых координатных опредетений комплекс программ пока весьма чувствителен к составу исходных данных и требует существенных трудозатрат при их подготовке В случае подключения к работе готовых модулей чтения файлов «сырых» спутниковых данных и интерполирования орбит спутников на эпохи измерений или оптимизации разработанных программ, время вычислений значительно уменьшится В тобом с чу чае, пакет программ коррекции тропосферной задержки с использованием продуктов МГС существенно легче в использовании, нежели наземные метеорологические измерения на пункте и привлечение данных аэрологического зондирования

На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по учету тропосферной рефракции при выполнении высокоточных геодезических

работ.

1 При обработке спутниковых координатных определений в программном комплексе ТОО не следует использовать маски отсечки угловых высот ниже 10-13° Интервал оценивания зенитных тропосферных задержек следует устанавливать равным 1 часу Несколько лучшие результаты по сравнению с остальными дают алгоритмы Блэка и Найелла

2 При обработке коротких базовых линий с малыми разностями высот следует использовать измеренные метеоданные только базовой станции Значения температуры, давления и влажности для мобильной станции лучше вычислять, используя градиенты из стандартных атмосферных моделей Для разностей высот, меньше чел? 100 м, ошибки такой модели обычно немного меньше чем ошибки инструментов или влияние приземных инверсий

3 При использовании дополнительных данных о строении атмосферы вычисление ТЗ рекомендуется производить по алгоритму Херринга с функцией отображения Айфадиса или Найелла Функция Найелла предпочтительнее, так как она имеет коэффициенты для вычисления как смешанной тропосферной задержки, так и разделенной па гидростатический и влажный компоненты

4. При создании высокоточных геодезических сетей спутниковые координатные определения следует допотнять измерениями метеорологических параметров только при >словии использования автоматических метеосенсоров Эги данные можно использовать дтя определения гидростатического компонеша тропосферной задержки Дпя определения влажного компонента следует привлекать градиентные или стохастические модели и дополнительную информацию (например, радиометрическое зондирование)

Заключение В результате выполненных исследований разработана методика учета влияния тропосферной рефракции на результаты спутниковых координатных определений Применение разработанной методики для обработки реальных данных показало ее корректность и эффективность

В настоящее время, в связи с трудностями в приобретении дорогостоящих приборов (радиометров водяных паров, лидаров) и научного программного обеспечения, разработанный алгоритм является оптимальным средством учета влияния тропосферной рефракции на спутниковые наблюдения В случае приобретения современных программно-аппаратных комплексов (автоматических метеостанций или ПО с доступными исходными кодами, типа ОАМ1Т) данную разработку можно будет объединять с ними для выполнения дальнейших поисковых исследований в области учета влияния внешней среды

Результаты, связанные с вычислением ТЗ по данным наземной метеорологии, аэрологии и оцененных из спутниковых набтюдений ЗТЗ, в дальнейшем могут быть использованы при создании цифровой модели погоды на территорию Новосибирской области Цифровая модель погоды в комплексе с постоян-

но действующей в СГГА базовой станцией спутниковых наблюдений позволит

на более высоком уровне реализовать режим измерений в реальном времени на

территории Новосибирска и его окрестностей

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, стра» аюших основное содержание диссертации

1 Антонович, КМ О моделировании тропосферы при GPS-измерениях [Текст] /КМ Антонович, Е К Фролова // Вестник СГГА - 2002 - Выл 7 -С 9- 15

2 Фролова, Е К Эволюция моделей тропосферной задержки для GPS-измерений [Текст] / Е К Фролова // Материалы LUI международной научно-техн конф «Современные пробпемы геодезии и оптики», посвященной 70-летию СГГА Новосибирск, 17-21 марта 2003 г Ч Ш , Новосибирск СГГА,

2003 -С 203 -205

3 Антонович, К M Совместное использование метеоданных наземных и аэрологических набтюлений при обработке спутниковых измерений [Текст] / К M Антонович, Е К Фролова П Вестник СГГА - 2003 - Вып 8 - С 8 -13

4 Антонович, К M Эталонный пространственный полигон СГГА аттестация

2004 [Текст] /КМ Антонович, Ю В Сурнин, А H Клепиков, Е К Фролова // Материалы 7-й междунар конф «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2004, Новосибирск, 21-24 сент 2004 Т 3 Новосибирск НГТУ, 2004 - С 259 - 262

5 Фролова, Ь К Современные модели тропосферных поправок микроволновых спутниковых измерений [Текст] / Е К Фролова // Сборник научных трудов аспирантов и молодых ученых Сибирской государственной геодезической академии Вып 1 -Новосибирск СГГА, 2004 - С 111-116

6 Фролова, Е К Использование тропосферных зенитных задержек для учета рефракции при обработке GPS-наблюдений [Текст] / Е К Фролова // Материалы междунар науч конгр «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 25-29 апр

2005 г Том 5 Новосибирск СГГА, 2005 - С 158-162

7 Антонович К M Обзор современных методов получения метеорологической информации для использования в ГНСС [Текст] /КМ Антонович, Е К Фролова // Материалы междунар науч конгр «ГЕО-Сибирь-2006», Новосибирск, 24-28 апр 2006 г Т 1 4 2 Новосибирск СГГА, 2006 - С 70 -75

8 Фролова, Е К Учет тропосферной рефракции при определении местоположения по сигналам ГНСС [Текст] / Е К Фролова // Известия вузов Горный журнал - 2007 г - № 2 - С 48 - 52

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Фролова, Елена Константиновна

Введение.

1 Основы теории позиционирования по сигналам СРНС.

1.1 Уравнения основных видов измерений.

1.2 Основные методы позиционирования.

1.2.1 Абсолютный метод.

1.2.2 Дифференциальный метод позиционирования.

1.2.3 Относительный метод позиционирования.

1.3 Ошибки наблюдений СРНС.

1.3.1 Общие замечания.

1.3.2 Ошибки аппаратуры.

1.3.3 Ошибки математической модели.

1.3.4 Влияние среды на распространение электромагнитных колебаний

1.4 Оценка качества решений.

2 Учёт влияния нейтральной атмосферы.

2.1 Общие замечания.

2.2 Физические параметры тропосферы.

2.2.1 Распределение поля температуры.

2.2.2 Распределение поля давления.

2.2.3 Пары воды в атмосфере.

2.2.4 Стандартная атмосфера.

2.3 Эмпирическое моделирование.

2.3.1 Модель Хопфилд.

2.3.2 Модель Саастамойнена.

2.3.3 Модель Блэка.

2.3.4 Функция отображения Марини.

2.3.5 Функция отображения Айфадиса.

2.3.6 Функция отображения Найелла.

2.4 Экспериментальное сравнение эмпирических алгоритмов вычисления тропосферной задержки.

2.4.1 Общие замечания.

2.4.2 Настройки процесса вычисления тропосферной задержки в TGO.

2.4.3 Результаты сравнения алгоритмов вычисления тропосферной задержки в TGO.

2.5 Градиентная и турбулентная модели.

2.6 Оценивание параметров атмосферы из наблюдений СРНС.

2.7 Вклад российский учёных в исследование тропосферной задержки.

3 Способы получения метеорологической информации.

3.1 Общие замечания.

3.2 Контактные определения значений метеорологических параметров.

3.2.1 Наземная метеорология.

3.2.2 Аэрология и радиозондирование.

3.3 Дистанционные способы определения метеорологических элементов.79 3.3.1 Радиометры водяных паров.

3.3.2 Лазерные локационные системы.

3.4 Комбинированные методы определения метеорологических параметров.

3.4.1 Цифровые модели погоды.

3.4.2 Оценивание параметров по наблюдениям GPS.

4 Методика коррекции спутниковых наблюдений поправками за тропосферную рефракцию.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Комбинированная методика учёта тропосферной зажержки при обработке спутниковых координатных определений.

4.2.1 Чтение файлов спутниковых наблюдений.

4.2.2 Вычисление топоцентрических координат спутников.

4.2.3 Вычисление тропосферных задержек и корректирование ими спутниковых наблюдений.

4.2.4 Тестирование разработанных программ.

4.3 Использование результатов аэрологического зондирования при обработке спутниковых определений по комбинированной методике.

4.3.1 Вычисление тропосферной задержки по данным радиозондов.

4.3.2 Обработка спутниковых наблюдений с данным аэрологического зондирования.

4.4 Использование зенитных тропосферных задержек, оцененных МГС .97 4.4.1 Вычисление тропосферной задержки в GPS-наблюдения по файлам

4.4.2 Использование файлов оцениваемых зенитных тропосферных задержек при обработке наблюдений станций МГС.

4.4.3 Использование файлов зенитных тропосферных задержек при обработке наблюдений станций ПГЭ СГГА.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений"

В 1982-84 гг. группой учёных из Массачусетского института технологий (США), под руководством Ч. Кунселмана, были получены первые результаты координатных определений при помощи спутникового приёмника Macrometer, работавшего по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС) GPS NAVSTAR [1]. С его помощью линия длиной почти 10 км была измерена с относительной ошибкой около (1-н2)-10*6 всего после нескольких часов наблюдений. Этот результат был неоднократно подтверждён созданными группой сетями сгущения в Германии и США [2]. Таким образом, появление глобальных систем спутникового позиционирования в корне изменило технологию построения геодезических сетей.

Очевидны преимущества новой технологии над классическими методами геодезии, предопределившие её бурное развитие:

- относительная свобода в выборе места размещения пункта наблюдений (отсутствие обязательной прямой видимости между ними);

- возможность наблюдать в любую погоду и независимо от времени суток;

- одновременное получение всех трёх координат пунктов;

- автоматизация процесса наблюдений и обработки (минимализация личных ошибок операторов).

Самым же существенным недостатком спутникового позиционирования стала проблема согласования спутниковых геодезических сетей и сетей, построенных традиционными методами.

В первое же десятилетие развития новой технологии появились новые способы наблюдения: быстрая статика, две разновидности кинематики (непрерывная и «стой-иди»), три режима инициализации измерений (разрешения неоднозначности фазовых отсчётов) для кинематики. В дальнейшем был разработан дифференциальный метод (DGPS) и технология наблюдений в реальном времени. Последующее развитие спутниковых методов позиционирования было связано с использованием активных геодезических сетей типа американской сети CORS (Continuous Operating Reference Stations - непрерывно действующие опорные станции). Наличие таких сетей во многих странах позволило реализовать широкозонные дифференциальные методы, как по кодовым измерениям (системы WADGPS, такие как американская WAAS, европейская EGNOS и японская MSAS), так и по фазовым измерениям (метод множественных опорных станций или сетевая RTK). Дальнейшее развитие привело к появлению глобального дифференциального метода (GDGPS) и сетевого метода RTK, одним из вариантов которого является концепция виртуальной базовой станции.

Большое значение в развитии спутниковых технологий имело опубликование интерфейсного контрольного документа Российской глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС [3]. Оно положило начало появлению приёмников, работающих по сигналам двух систем.

Подводя итог, отметим, что технологии СРНС активно развиваются по нескольким направлениям [4]:

- совершенствование работы непосредственно самих навигационных систем (космического, наземного и пользовательского сегментов);

- разработка теории методов спутникового позиционирования (общая теория методов относительных, абсолютных и дифференциальных определений, методы инициализации кинематических съемок на земле и в движении, методы разрешения неоднозначностей фазы несущей и т.п.);

- совершенствование спутниковых приёмников, игнорирующих режим шифрования точного Р-кода (режим «Anti-Spoofing»), сопутствующего оборудования и программного обеспечения;

- повышение точности как апостериорных, так и априорных (прогнозных) эфемерид спутников GPS и ГЛОНАСС;

- разработка форматов для точных эфемерид, для передачи дифференциальных поправок, в том числе для сетевых методов и методов с использованием Интернета; стандартизация моделей геодинамических явлений, появление координатных систем с временной эволюцией;

- расширение областей применения спутниковых методов (определение параметров вращения Земли (ПВЗ), геодинамика, метеорология, мониторинг ионосферы, разнообразные службы мониторинга);

- создание специальных служб и сетей (Международная ГНСС служба - МГС (International GNSS Service - IGS), активные сети, множественные опорные станции).

На фоне последних разработок, опубликованных в открытой печати, особенно ярко видно отставание отечественной геодезической науки, вызванное сложной финансовой и политической обстановкой в стране в течение последних 10-15 лет. Утверждённая постановлением Правительства РФ от 20 августа 2001 года № 587 Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» [5], направлена на ликвидацию этого отставания. Одной из основных целей программы являются дальнейшее развитие и эффективное использование ГЛОНАСС, внедрение передовых технологий спутниковой навигации в интересах решения социально-экономических и оборонных задач.

Решению этой задачи посвящен комплекс мероприятий, объединённых в подпрограмму IV «Использование спутниковых навигационных систем для геодезического обеспечения территории России». Запланированы и выполняются, среди множества других, следующие задачи: создание спутниковой геодезической сети 1 класса (СГС-1) на основе наблюдений ГНСС; создание спутниковых геодезических сетей на геодинамических полигонах (ГДП) с использованием ГНСС;

- создание высокоточной геодезической сети (ВГС) на основе наблюдений ГНСС; уравнивание государственной геодезической сети на основе фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), ВГС и СГС-1.

Как видно из этого списка, правительство уделяет значительное внимание построению новой структуры геодезических сетей, реализующих на территории РФ высокоточную единую геоцентрическую систему координат, и поддержание её на уровне современных и перспективных требований при максимальном использовании потенциала существующих геодезических сетей. На этом этапе особенно важно выбрать верное направление приложения сил и средств, чтобы в полной мере воспользоваться наработками зарубежных учёных и двигаться дальше уже наравне с мировым сообществом.

Первые опыты спутникового позиционирования поставили вопрос о достоверности получаемых наблюдений. Сравнение результатов спутниковых наблюдений с данными интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) не показало значительных систематических отличий между ними [6]. По мере развития спутниковых технологий рос уровень достигаемой ими точности. Приведём составленную И. Боком таблицу из книги [7], в которой дана динамика точности и меры, благодаря которым она оказалась достигнутой.

Таблица 1 - Исторические этапы достижения точности спутниковых координатных определениях

Год Точность Основные источники ошибок Причины повышения точности до 1983 10~6 Атмосферная рефракция, орбиты спутников Появление геодезических приёмников, измеряющих фазу несущей волны

1986 10"7 Тропосферная рефракция, орбиты спутников Появление двухчастот-ных фазовых измерений

1989 1СГ8 Тропосферная рефракция, орбиты спутников Создание сети глобального слежения за спутниками (CIGNET)

1992 5-Ю'9 Тропосфера, орбиты спутников, ошибки фазового центра Модернизация сети глобального слежения -появление международной геодинамической службы

1997 1СГ9 Глобальная система относи-мости, специфические ошибки пунктов, атмосферные градиенты Улучшение вычисления эфемерид, моделирования тропосферы и антенн

Как видно из этой таблицы аппаратурные источники повышения точности играли значительную роль лишь на начальном этапе, дальнейшее развитие происходило благодаря разработке нового математического аппарата. У исследователей сложилось мнение, подтвердившееся в дальнейшем, о возможности повышения точности измерений за счёт уточнения эфемерид спутников и модели среды, в которой распространяются сигналы СРНС.

Для уточнения эфемерид была создана специальная служба наблюдения, которая со временем трансформировалась в МГС. Максимальная точность доступных сейчас эфемерид спутников GPS находится на субдециметровом уровне. Для учёта влияния среды распространения сигнала (ионосферы и нейтральной атмосферы) различными исследовательскими коллективами создано множество моделей. На данный период времени, ионосферная рефракция почти полностью исключается при измерениях на двух частотах (благодаря использованию комбинации фаз, свободной от влияния ионосферы) или моделируется для одночастотных наблюдений.

С учётом влияния тропосферы (изменения скорости и траектории распространения сигнала в слое нейтральной атмосферы) дело обстоит значительно сложнее, так как состояние этого слоя в приземной его части (дающей основную долю ошибки) практически не моделируется. Многие ведущие учёные считают влияние тропосферы основным источником ошибок при проведении геодезических измерений, например, И. Бок [7], П. Мишра и П. Энг [8], швейцарская группа учёных из Астрономического института Берна [9]. Мировым сообществом был проведен колоссальный объём исследований влияния тропосферы на измерения в микроволновом диапазоне радиоволн. На эти исследования, начатые ещё в 60-е годы прошлого столетия и не законченные до сих пор, были затрачены огромные усилия. В них принимали участия такие научные центры как Университет Дж. Хопкинса, Годдардовский центр космических полетов, Лаборатория реактивного движения, Хайстекская обсерватория (все США), Университет Нью-Брунсвика (Канада), обсерватория Онсала (Швеция) и многие др. Исследованиями в данной области занимались множество известных зарубежных учёных. Приведем список тех из них, с трудами которых ознакомились в процессе работы:

Ю. Саастамойнен, X. Хопфилд, Дж. Марини, К. Муррей, X. Блэк, А. Найелл, Ж. Дэвис, Т. Херринг, Г. Чен, Ё. Бар-Север, М. Маршалл, К. Чао, К. Гарднер, К. Гоад, Л. Гудман, С. Лихтен, Дж. Блюитт, Г. Ланьи, Р. Трюхафт, Д. Тралли (США); И. Айфадис (Греция),

П. Коллинз, Р. Лэнгли, В. Мендес, X. Джейнс, С. Ньюби (Канада), Ж. Аскне, X. Нордиус, Т. Эмардсон, П. Ярлемарк, Г. Элгеред (Швеция),

X. Тибериус, Ф. Клейхер (Голландия), В. Гюртнер, Дж. Бютлер (Швейцария);

- Ф. Брюннер, У. Фелыпе, Г. Кирхенгаст (Австрия);

- Р. Ичикава, М. Касахара, И. Найто (Япония);

Ж. Хаас, М. Ге, Е. Калайс, О. Бок, Э. Доэрфлингер (Франция);

- В. Ашкенази, Е. Альтшулер, П. Калаган, К. Мано (Англия); X. Ведель (Дания);

Я.М. Костецкая, И.М. Торопа (Украина);

В.И. Куштин, Ю.С. Галкин, Т.А. Ахундов, А.А. Стоцкий, И.М. Стоц-кая, К.М. Антонович (Россия).

Пик исследований влияния среды на распространение сигнала приходится на 1985-1995 гг., и, к сожалению, многие зарубежные публикации этого периода неизвестны в нашей стране.

Таким образом, достоверный учёт влияния тропосферы на спутниковые координатные определения на данном этапе, является одной из важных задач при большинстве высокоточных работ, проводимых по Федеральной целевой программе «Глобальная навигационная система» [5]. Эти задачи (реконструкция и расширение государственной геодезической сети России, создание геодинамических полигонов) выполняются производственными предприятиями, при сотрудничестве с научными учреждениями. Достигнуть максимальнй точности геодезических спутниковых координатных определений можно, лишь используя высокоточную спутниковую аппаратуру и научно обоснованную методику наблюдений. Зачастую соблюдения этих требований недостаточно, так как поставляемые производителями спутниковой аппаратуры программы для обработки наблюдений несовершенны.

По большей части, коммерческое ПО уже может использовать точные эфемериды спутников, но коррекция тропосферы производится в них по упрощенным моделям. Научные же программы недоступны производственным организациям из-за крайней дороговизны (от 30 ООО долларов США и более) и сложности в обучении операторов (как правило, программное обеспечение работает в операционной системе Lynux, не имеет единой концепции и сложно в настройке). Аппаратное обеспечение измерения параметров атмосферы также очень дорого: автоматическая метеостанция - около 10 ООО долларов, радиометр водяных паров (РВП) - более 100 ООО долларов, а лидары - ещё более дорогие. Причём, все эти устройства, как правило, стационарны.

Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) является одним из учреждений, активно участвующих в программе реорганизации геодезических сетей - создании городских сетей первого класса, геодинамических полигонов, геодезического эталонного полигона (ПГЭ СГГА). Спутниковые приёмники, использующиеся для этих работ, отвечают требованиям точности, предъявляемым к аппаратуре. Для привязки опорных пунктов, обработки наблюдений на метрологическом полигоне и других высокоточных производственных работах уже около 10 лет используются продукты деятельности МГС. Поэтому вопрос об адекватном учёте тропосферных задержек при проведении высокоточных геодезических работ стоит достаточно остро.

Во-первых, неясно, насколько глобальные модели стандартной тропосферы отвечают климатическим условиям Западной Сибири. Это связано, в основном, с закрытостью алгоритмов, реализованных в коммерческих программах обработки - производители считают эту информацию коммерческой тайной и не видят необходимости давать её рядовым пользователям.

Во-вторых, использующиеся при производстве работ нормативные документы при создании сетей СГС-1 (например, [10]) требуют проводить на станциях наблюдений метеорологические измерения, что существенно осложняет не только процесс измерений, но и их обработки, если используются неавтоматические метеоприборы. Это связано с большим количеством поправок, вводимых в наблюдения метеоприборов, и приведением результатов измерений к виду, удобному для ввода в программу.

Целью данной работы является поиск возможности привлечения дополнительной метеорологической информации, а так же разработка методики её использования в комплексе с коммерческим программным обеспечением, позволяющей максимально повысить точность учёта влияния тропосферы на спутниковые координатные определения.

Задачи, решение которых требуется для достижения целей, поставленных в этой работе:

1. Оценка величины ошибок (особенно систематического характера), возникающих из-за тропосферной рефракции при выполнении спутниковых наблюдений в условиях Западной Сибири.

2. Сравнение существующих в коммерческом программном обеспечении алгоритмов вычисления тропосферной задержки, и выбор из них оптимально соответствующего использованию при высокоточных спутниковых координатных определениях.

3. Разработка способа учёта тропосферной рефракции, основанного на современном уровне программно-аппаратного обеспечения и развития инфраструктуры СРНС, и обеспечивающего миллиметровый уровень точности определения тропосферной зенитной задержки.

4. Разработка рекомендаций по учёту тропосферной рефракции в равнинной местности.

Новизна проводимых исследований подтверждается почти полным отсутствием работ по указанной тематике в России и наличием подобных исследований за рубежом.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Оценка величины влияния тропосферы на точность параметров геодезических сетей в условиях Западной Сибири;

2. Методика оценивания тропосферной задержки и её влияния на координаты, заключающаяся в разработке алгоритма программы, позволяющей проводить вычисления тропосферной задержки по любым моделям и корректировке данных наблюдений;

3. Низкозатратная методика учёта тропосферной задержки при построении высокоточных геодезических сетей, сопоставимая по точности с дорогими методами моделирования или измерений с дорогими приборами.

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Фролова, Елена Константиновна

Выводы по главе 4

Как показали проведённые эксперименты, комбинированная методика учёта влияния тропосферной рефракции вполне применима при обработке спутниковых координатных определений. Возможность использования широкого набора алгоритмов коррекции и дополнительных исходных данных для них делает её перспективным средством повышения точности геодезических сетей.

Применение данных аэрологического зондирования атмосферы с использованием комбинированной методики для учёта ТЗ не дало ожидаемого улучшения точности спутниковых координатных определений. Причины этого очевидны: чрезвычайная разреженность сети аэрологических станций, непродолжительный интервал фиксирования метеорологических элементов (время полета зонда около 2-х часов), сложность получения и предварительной обработки данных зондирования.

Таким образом, нельзя рекомендовать непосредственное применение аэрологической информации для корректирования тропосферной рефракции в спутниковых координатных определениях. Однако, эти данные могут успешно использоваться для построения, исследования и уточнения моделей локальной тропосферы над станциями спутниковых наблюдений и даже районами, охватываемыми этим видом метеонаблюдений.

Использование комбинированной методики учёта ТЗ, вычисленной по файлам ЗТЗ для станций МГС, при обработке спутниковых наблюдений позволяют ощутимо улучшить результаты вычисления пространственных векторов.

Около 70% базовых линий, вычисленных с использованием ЗТЗ, проходят критерий Фишера увереннее (то есть получают значение Ratio выше), чем векторы, полученные по обычной методике обработки. В некоторых случаях комбинированная методика позволяет получить фиксированное решение тогда, когда стандартная коррекция даёт плавающее.

На основании проведенных вычислений можно сказать, что не менее чем для 50% решений, полученных по скорректированным данным, имеют улучшение определения высоты из спутниковых наблюдений. Это относится к линиям разной длины - от малых (до 5 км), средних (13-15 км) и длинных (35-40 км), до сверхдлинных (около 1,5 тысяч км).

Разработанный в рамках комбинированной методики обработки спутниковых координатных определений комплекс программ весьма чувствителен к составу исходных данных и требует существенных трудозатрат при их подготовке, в силу ограниченного опыта программирования автора. В случае подключения к работе готовых модулей чтения файлов сырых спутниковых данных и интерполирования орбит спутников на эпохи измерений, или оптимизации разработанных программ, время вычислений значительно уменьшится. Но даже в теперешнем виде пакет программ коррекции тропосферной задержки с использование продуктов МГС существенно легче в использовании, нежели наземные метеорологические измерения на пункте и привлечение данных аэрологического зондирования.

Заключение

Для решения поставленных в работе задач были рассмотрены теоретические основы спутниковых наблюдений, основные методики позиционирования и факторы, влияющие на точность определения местоположения. Из всех существующих методов, наиболее подходящим для выполнения высокоточных спутниковых определений является относительный фазовый метод. В режиме статических наблюдений этот метод позволяет добиться относительной точности порядка 10"7.

Среди случайных и систематических ошибок (шумов и смещений) фазового относительного метода позиционирования наибольший вклад дают ошибки от ионосферы, тропосферы и многопутности. Именно поэтому влияниям внешней среды, существенно ограничивающим достижимую точность геодезических измерений, уделяется сейчас в мировой геодезической практике особое внимание.

При решении поставленных во введении задач были получены следующие результаты:

1) Выполнена оценка величины ошибок, возникающих из-за тропосферной рефракции, при выполнении спутниковых наблюдений в Западной Сибири.

Влияние нейтральной атмосферы на спутниковые определения зависит от метода позиционирования и, в основном, отражается на точности вычисления высоты станции. Совокупное влияние среды распространения и геометрии созвездия спутников на определения высоты получается в 1,5-2 раза больше, чем на плановые координаты.

В настоящее время тропосферную задержку принято разделять на две составляющих: гидростатическую (примерно 90% величины ТЗ, то есть около 2,3 м) и влажную (обычно величина менее 0,3 м). Гидростатическая составляющая, описывающая влияние на микроволновые сигналы газов, находящихся в состоянии гидростатического равновесия, пропорциональна поверхностному атмосферному давлению. Её величина хорошо прогнозируется эмпирическими алгоритмами на основании стандартной модели распределения давления с высотой. Влажный компонент ТЗ примерно пропорционален количеству паров воды. Проблема вычисления влажной задержки состоит в том, что распределение паров воды в приземном слое атмосферы зависит от скорости ветра, рельефа местности, локальной температуры и множества других факторов. Её моделирование ограничено пока точностью 10 мм. Эту задачу гораздо лучше решают градиентные и стохастические модели, опирающиеся на дистанционные методы определения параметров атмосферы.

Среднее значение тропосферной зенитной задержки для Новосибирска по результатам полугодовых наблюдений, проведенных в 2004 году, составляет 2,351 м. Максимальное и минимальное значения составили, соответственно, 2,446 м и 2,260 м.

2) Проведено сравнение существующих методик учёта тропосферной рефракции и выбор из них оптимальной.

Одним из наиболее простых методов ослабления этого влияния является математическое моделирование величины тропосферной задержки, основанное на стандартных представлениях о строении и свойствах атмосферы. На данном этапе развития аппаратуры и технологии спутниковых координатных определений, а так же появление всё более высоких требований к точности выполняемых геодезических работ (задачи мониторинга деформаций и построение геодинамических полигонов) заставляют разработывать методики повышения точности учёта влияния тропосферы. Из обзора публикаций следует, что эти исследования развиваются по следующим направлениям: эмпирическое моделирование, основанное на осреднении накопленных статистических данных о распределении параметров нейтральной атмосферы и выявленных в результате закономерностях;

- привлечение по дополнительной информации о строении атмосферы - данных аэрологического зондирования, радиометров паров воды, лидаров;

- стохастическое моделирование, в котором основную часть влияния исключается при помощи эмпирической модели, немоделируемый остаток описывают при помощи статистических законов - свободного блуждания и процесса Гаусса-Маркова первого порядка.

В работе было выполнено исследование указанных методик.

Эмпирические алгоритмы являются наиболее разработанным направлением вычисления ТЗ. Но, в связи со все возрастающими требованиями к точности учёта тропосферной рефракции, следует очень внимательно отнестись к использованным в моделях значениям констант и коэффициентов. Зачастую, эти величины не соответствуют современным представлениям о происходящих процессах или требованиям к точности их значений. Эмпирические модели ограничены точностью использованных метеорологических приборов.

Сравнение существующих эмпирических алгоритмов вычисления ТЗ, реализованных в программном комплексе TGO. Эти алгоритмы могут использовать глобальную или локальную стандартную модель атмосферы. По результатам проведенных экспериментов сделаны следующие выводы:

- Использование глобальной модели распределения атмосферных параметров для вычисления ТЗ по любому из пяти алгоритмов программного пакета TGO незначительно влияет на результаты определения высотной составляющей координат. Однако несколько лучшие результаты дают алгоритмы Блэка и Найелла, особенно для наблюдений спутников с малыми угловыми высотами над горизонтом;

- Горизонтальные векторы базовых линий менее подвержены влиянию погрешностей моделирования атмосферы глобальными стандартными моделями, чем векторы, имеющие значительную (около 100 м и больше) разность высот станций. Наклонные векторы более подвержены влиянию различия характеристик тропосферных слоев на станциях и изменениям метеорологических параметров [103]. Ошибка измерения температуры на 0,3° С, давления - 0,5 мбар, или влажности на 1,5 %, приведет при вычислении высоты станции из обработки спутниковых наблюдений к смещению в 1 см. Такой точности практически невозможно добиться при измерении параметров атмосферы без использования автоматических метеосенсоров. Плановые и высотные невязки и ошибки вычисленных высот станций, полученные из обработки реальных наблюдений пространственных векторов средней протяженности, не показывают преимущества от использования локальной модели атмосферы по сравнению с глобальной. Это связано, вероятно, с использованием механических метеоприборов, которые не отвечают современным требованиям к точности определения метеорологических параметров.

Трудности, связанные с организацией метеорологических наблюдений на станциях и обработкой полученных материалов, гораздо больше чем эффект от использования локальных моделей атмосферы, построенных по этим данным, при коррекции влияния тропосферы на спутниковые наблюдения.

Несмотря на недостоверность отражения состояния атмосферы над станцией наблюдений, результаты наземной метеорологии позволяют с достаточной точностью вычислять гидростатическую составляющую тропосферной задержки. Если для определения влажной составляющей будет привлечен другой метод, например аэрологическое или радиометрическое зондирование, то построение локальных моделей атмосферы можно рекомендовать для применения при построении точных геодезических сетей.

Привлечение дополнительной информации о состоянии атмосферы по оценкам исследователей способно обеспечивать миллиметровую точность учёта тропосферной рефракции. Однако на данном этапе практическая точность методик вычисления ТЗ по наблюдениям радиозондов, РВП или лидаров, требует дополнительных исследований. Кроме того, для всех перечисленных методов необходимы дорогостоящая аппаратура на станции, развитая инфраструктура и научное ПО для обработки спутниковых наблюдений. Такие капиталовложения возможны лишь в рамках федеральных научно-исследовательских проектов или научных центров. Поэтому пока эти методики можно рекомендовать для задач точной геодезии только потенциально. Кроме того, в качестве весьма вероятного метода определения метеорологических параметров в ближайшем будущем станет использование моделей числового анализа погоды.

Методика стохастического моделирования остаточных влияний тропосферной рефракции активно используется в научно-исследовательских программных комплексах обработки спутниковых наблюдений. Для высокоточных

7 8 геодезических работ (10 -10") оптимальным способом учёта влияния тропосферной рефракции является оценивание ЗТЗ из наблюдений GPS. Он не требует дополнительного оборудования при спутниковых координатных определениях, что является несомненным достоинством.

3) Разработан способ учёта тропосферной рефракции, основанный на современном уровне программно-аппаратного обеспечения и развития инфраструктуры СРНС, обеспечивающий миллиметровый уровень точности определения тропосферной зенитной задержки.

В рамках разработки способа учёта тропосферной рефракции, был предложен и реализован комплекс программ, позволяющий использовать внешние данные (наземные измерения метеопараметров, данные аэрологического зондирования и зенитные тропосферные задержки, оцененные из спутниковых наблюдений) в комплексе с коммерческим программным продуктом. Эта методика получила название комбинированной обработки спутниковых координатных определений.

Основой новой методики является возможность корректно оперировать псевдодальностями и фазами, вычисленными спутниковым приёмником по сигналам СРНС и представленными в формате RINEX. Вычислив каким-либо способом ТЗ, можно вводить её в наблюденные псевдодальности и фазы, а затем передавать корректированные файлы в ПО Trimble Geomatice Office в качестве «сырых» наблюдений. При этом, чтобы избежать повторной коррекции, встроенное в фирменном программном обеспечении исправление тропосферы следует отключать. Таким образом, появляется возможность комбинировать внешние (дополнительные) данные о параметрах реальной тропосферы, алгоритмы вычисления ТЗ и обработку спутниковых координатных определений.

Как показали проведённые эксперименты, комбинированная методика обработки спутниковых координатных определений вполне применима при обработке спутниковых координатных определений. Возможность использования широкого набора алгоритмов коррекции и дополнительных исходных данных для них делает её перспективным средством повышения точности геодезических сетей.

В качестве внешних данных были использованы три типа информации о тропосфере: профили аэрологического зондирования атмосферы и значения зенитной тропосферной задержки, полученные из стохастического оценивания из GPS-наблюдений станций МГС.

Применение данных аэрологического зондирования атмосферы для учёта ТЗ с использованием комбинированной методики не дало ожидаемого улучшения точности спутниковых координатных определений. Причины этого очевидны: чрезвычайная разреженность сети аэрологических станций, непродолжительный интервал фиксирования метеорологических элементов (время полета зонда около 2-х часов), сложность получения и предварительной обработки данных зондирования. Таким образом, нельзя рекомендовать непосредственное применение аэрологической информации для корректирования тропосферной рефракции в спутниковых координатных определениях. Однако, эти данные могут успешно использоваться для построения, исследования и уточнения моделей локальной тропосферы над станциями спутниковых наблюдений и даже районами, охватываемыми этим видом метеонаблюдений.

Гораздо больший интерес представляет использование продуктов МГС -оцениваемых центрами анализа ЗТЗ для станций сети, доступных в Интернете.

Использование ЗТЗ станций МГС в комбинированной методике обработки спутниковых наблюдений позволяют ощутимо улучшить результаты вычисления пространственных векторов.

4) Разработаны рекомендации по оптимальному учёту тропосферной рефракции в условиях Западной Сибири, которые сводятся к следующему:

При обработке спутниковых координатных определений в программном комплексе Trimble Geomatice Office не следует использовать маски отсечки угловых высот ниже 10°-13°. Интервал оценивания зенитных тропосферных задержек следует устанавливать равным 1 часу. Несколько лучшие результаты по сравнению с остальными дают алгоритмы Блэка и Найелла.

- При обработке коротких базовых линий с малыми разностями высот лучше использовать измеренные метеоданные только базовой станции. Значения температуры, давления и влажности для мобильной станции лучше вычислять, используя градиенты из стандартных атмосферных моделей. Для разностей высот, меньше чем 100 м, ошибки такой модели обычно немного меньше, чем ошибки инструментов или влияние приземных инверсий.

- Вычисления тропосферной задержки рекомендуется производить по алгоритму Херринга с функцией отображения Айфадиса или Найелла. Функция Найелла предпочтительнее, так как она имеет коэффициенты для вычисления как смешанной тропосферной задержки, так и разделенной на гидростатический и влажный компоненты.

- При создании высокоточных геодезических сетей спутниковые координатные определения следует дополнять измерениями метеорологических параметров только при условии использования автоматических метеосенсоров. Эти данные следует использовать для определения гидростатического компонента тропосферной задержки. Для определения влажного компонента следует привлекать градиентные или стохастические модели и дополнительную информацию (например, аэрологическое или радиометрическое зондирование).

- Поскольку в настоящее время, учебне заведения не могут приобретать дорогостоящие приборы (радиометры водяных паров, лидаров) и научное программное обеспечение - разработанный алгоритм является оптимальным средством учёта влияния тропосферной рефракции на спутниковые наблюдения. В случае приобретения современных программно-аппаратных комплексов (автоматических метеостанций или ПО с доступными исходными кодами, типа GAMIT) данную разработку можно будет объединять с ними для выполнения дальнейших исследований в области учёта влияния внешней среды.

Результаты данной работы в дальнейшем могут быть использованы при создании цифровой модели погоды на территорию Новосибирской области, при условии получения доступа к архивам и текущим данным новосибирского Гид-рометеоцентра. Цифровые модели погоды в комплексе с постоянно действующей в СГГА базовой станцией спутниковых наблюдений позволят на более высоком уровне реализовать режим измерений в реальном времени на территории Новосибирска и ближайшего пригорода.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фролова, Елена Константиновна, Новосибирск

1. Leick, A. GPS Satellite Surveying. Text. / A. Leick. - New York: A Willey-1.terscience Publication. - 1995. - 560 p. - Англ.

2. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ (редакция 5.0) Электронный ресурс. М.: Коорди-нац. науч.-информ. центр ВКС России, 2002. - 57 с. - Режим доступа: http://www.glonass-center.ru.

3. Антонович, К.М. Этапы развития спутниковых технологий с применением систем GPS/ГЛОНАСС Текст. / К.М. Антонович // Геопрофи. 2003. - № 2. -С.6-10.

4. Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система». Электронный ресурс. Официальный сайт Федерального агентства Геодезии и картографии (Роскартография). - Режим доступа: http://roskart.gov.ru

5. Teunissen, P J.G. GPS for geodesy. Teunissen P.J.G., Kleusberg A. (Eds.). Text. / PJ.G. Teunissen, Y. Bock, G. Beutler et al. Berlin: Springer, 1998. - 650 p. -Англ.

6. Misra, P.N. Global Positioning System. Signals, Measurements and Performance Text. / P.N. Misra, P. Enge. USA: Ganga-Jamuna Press. - 2001. - 390 p. -Англ.

7. Gurtner, W. The use of the Global Positioning System in mountainous areas Text. / W. Gurtner, G. Beutler, S. Botton, M. Rotacher, A. Geiger, H.-G. Kahle, D. Schneider, A. Wiget // Manuscripta Geodaetica. 1989. - Vol. 14. - P. 53 -60. - Англ.

8. Remondi, B. Global Positioning System carrier phase: description and use Text. / B. Remondi // Bulletin Geodesique. 1985. - Vol. 59. - No. 4. - P. 361 - 377. -Англ.

9. Rizos, C. Principles and practice of GPS surveying. Version 1.1, September 1999. Электронный ресурс. Англ. - Режим доступа: http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/gps/gpssurvey/principlesgps.htm

10. Информация о продуктах МГС Электронный ресурс. Англ. - Режим доступа: http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html.

11. Zumberge, J.F. Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks Text. / J.F. Zumberge, M.B., Heflin, D.C. Jefferson et al. // J. of Geoph. Research. 1997. - Vol. 102. - No. B3. - P. 5005 -5017.-Англ.

12. Kouba, J. A Guide to using international GPS service (1GS) products Eletronic resource. / J. Kouba. 2003. - 31 p. - Англ. - Режим доступа: http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/resource/pubs/GuidetoUsingIGSProducts.pdf

13. Beutler, G. Accuracy and biases in the geodetic application of the Global Positioning System Text. / G. Beutler, I. Bauersima, S. Botton et al. // Manuscripta geo-daetica. -1989. Vol. 14. - P. 28 - 35. - Англ.

14. GPSurvey Software User's Guide Text., Trimble Navigation Ltd. - 1995. -Англ.

15. Bar-Sever, Y. Estimating horizontal gradients of tropospheric path delay with a single GPS receiver Text. / Y. E. Bar-Sever, P. Kroger, J.A. Borjesson // Journal of Geophysical Research. 1998. - Vol. 103. - P. 5019 - 5035. - Англ.

16. Иордан, В. Руководство по геодезии Текст.: учеб. пособие в 6-ти томах. Т. 6 / В. Иордан, О. Эггерт, М. Кнейссль. М.: Недра, 1971. - 624 с.

17. Essen, L. The Refractive Indices and Dielectric Constants of Air and its Principal Constituents at 24 000 Mc/s Text. / L. Essen, K.B. Froome // Proc. Phys. Soc. -1951. Vol. 64. - Series B. - P. 862 - 875. - Англ.

18. International Association of Geodesy, Resolution 1 of the 13th General Assembly / Bulletin Geodesic. 1969. - Vol. 70. - P. 390. - Англ.

19. Rueger, J. M. Refractive Index Formulae for Radio Waves Electronic Recourse. Англ. - Режим доступа: www.fig.net/events/fig2002/Js28/JS28rueger.pdf.

20. Guidelines and Specifications for GPS Surveys. Release 2.1 Text. Geodetic survey division Canada centre for surveying surveys, mapping and remote sensing sector. - December 1992. - Англ.

21. Collins P. Tropospheric Delay: Prediction for the WAAS User Text. / P. Collins, R.B. Langley // GPS World. 1999. - Vol. 10. - No. 7. - P. 52 - 58. - Англ.

22. Антонович, K.M. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии Текст.: монография в 2 т. Т. 2. / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сиб. гос. геодез. акад.». М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. - 360 с.

23. Антонович, К.М. Контроль качества спутниковых наблюдений Текст. / К.М. Антонович, В.В. Яхман // Материалы междунар. науч. конгр. «ГЕО

24. Сибирь-2006», Новосибирск, 24-28 апр. 2006. Новосибирск: СГГА, 2006. -Т. 1.-Ч. 2. - С. 54-59.

25. Johansson, J.M. The atmospheric influence on the results from the Swedish GPS network Text. / J.M. Johansson, T.R. Emardson, P.O.J. Jarlemark et al. // Phys. Chem. Earth. 1998. - Vol. 23. - P. 107 - 112. - Англ.

26. Schenewerk, M. A detail analysis of tropospheric effects on geodetic observations at TMGO Text. / M. Schenewerk, T.M. van Dam, G. Sasagawa, et al. // Phys. Chem. Earth. 1998. - Vol. 23. - P. 103 - 106. - Англ.

27. Eckl, M.C. Accuracy of GPS-derived relative positions as a function of intersta-tion distance and observing-session duration Text. / M.C. Eckl, R.A. Snay, T. Soler et al. // Journal of Geodesy. 2001. - Vol. 75. - No. 12. - P. 633 - 640. -Англ.

28. Santerre, R. Impact of GPS satellite sky distribution / R. Santerre // Manuscripta Geodaetica. 1991. - Vol. 16. - P. 28 - 53. - Англ.

29. Davis, J. L. Geodesy by radio interferometry: Effects of atmospheric modeling errors on estimates of baseline length Text. / J.L. Davis, T.A. Herring, I.I. Shapiro et al. // Radio Science. 1985. - Vol. 20. - No. 6. - P. 1593 - 1607. - Англ.

30. Emardson, T.R. Atmospheric modeling in GPS analysis and its effect on the estimated geodetic parameters / T.R Emardson, P.O.J. Jarlemark // Journal of Geodesy. 1999. - Vol. 73. - P. 322 - 331. - Англ.

31. Тверской, П.Н. Курс метеорологии Текст. / П.Н. Тверской. Л.: Гидроме-теоиздат, 1962. - 700 с.

32. Properties of the U.S. Standard Atmosphere 1976 Electronic resource. Англ. -Режим доступа: http://www.pdas.com/atmos.htm

33. Hopfield, H. S. Two-quartic tropospheric refractivity profile for correcting satellite data Text. / H.S. Hopfild // Journal of Geophysical Research. 1969. - Vol. 74. - No. 18. - P. 4487 - 4499. - Англ.

34. Saastamoinen, J. Contributions to the theory of Atmospheric Refraction Text. / J. Saastamoinen // Bulletin Geodesique. 1972, 1973. - Vol. 105, 107. - P. 279 -298, 13-34.-Англ.

35. Саастамойнен, Ю. Тропосферная и стратосферная поправки радиослежения ИСЗ Текст. Использование искусственных спутников в геодезии / ред. С. Хенриксен, А. Манчини, Б. Човиц. М.: Мир, 1975. - 432 с.

36. Black, H.D. An Easily Implemented Algorithm for the Tropospheric Range Correction Text. / H.D. Black // Journal of Geophysical Research. 1978. - Vol. 83. - No. B4. - P. 1825 - 1828. - Англ.

37. Black, H.D. Correcting Satellite Doppler Data for Tropospheric Effects Text. / H.D. Black, A. Eisener // Journal of Geophysical Research. 1984. - Vol. 89. -No. D2. - P. 2616 - 2626. - Англ.

38. Marini, J. W. Correction of satellite tracking data for an arbitrary atmospheric profile Text. / J.W. Marini // Radio Science. 1972. - No 7. - P. 223 - 231. - Англ.

39. Chao, C.C. A new method to predict wet zenith range refraction from surface measurements of meteorological parameters Text. / C.C. Chao // JPL Technical Report 32-1526. 1973. - Vol. XIV. - P. 33 -41. - Англ.

40. Herring, T.A. Modeling atmospheric delays in the analysis of space geodetic data Text. / Proceedings of Symposium on Refraction of Transatmospheric Signals in Geodesy, Eds. J.C. de Munck, T.A.Th. Spoelstra. 1992. - No. 36. - P. 157 -164. - Англ.

41. NieII, A.E. Global mapping functions for the atmosphere delay at radio wavelengths Text. / A. E Niell // Journal of Geophysical Research. 1996. - Vol. 101.- No. B2. P. 3227 - 3246. - Англ.

42. Trimble Geomatics Office. Руководство пользователя программного обеспечения Text. 1999. - 126 с.

43. TRIMNET Plus. Survey network software user's manual Text. / Trimble Navigation Ltd.- 1991.-Англ.

44. Gardner, C.S. Correction of laser tracking data for the effects of horizontal refractivity gradients Text. / C.S. Gardner // Applied Optics. 1977. - Vol. 16. -P. 2427 - 2432. - Англ.

45. Chen, G. Effects of atmospheric azimuthal asymmetry on the analysis of space geodetic data Text. / G. Chen, T.A. Herring // Journal of Geophysical Research. -1997. Vol. 102. - No. B9. - P 20489 - 20502. - Англ.

46. MacMillan, D.S. Evaluation of very long baseline interferometry atmospheric modeling improvements Text. / D.S. MacMillan, C. Ma // Journal of Geophysical Research. 1994. - Vol. 99. - No. B1. - P. 637 - 651. - Англ.

47. MacMillan, D.S. Atmospheric gradients and the VLBI terrestrial and celestial reference frames Text. / D.S. MacMillan, C. Ma // Geophysical Research Letters.- 1997. Vol. 24. - P. 453 - 456. - Англ.

48. Treuhaft, R.N. The effect of the dynamic wet troposphere on radio interferometric measurements Text. / R.N. Treuhafit, G.E. Lanyi // Radio Science. 1987. - Vol. 22.-No. 2.-P. 251 -265.-Англ.

49. Emardson, T.R. Atmospheric modelling in GPS analysis and its effect on the estimated geodetic parameters Text. / T.R Emardson., P.O.J. Jarlemark // Journal of Geodesy. 1999. - Vol. 73. - P. 322 - 331. - Англ.

50. Jarlemark P.O.J. Strategies for spatial and temporal extrapolation and interpolation of wet delay Text. / P.O.J. Jarlemark, T.R. Emardson // Journal of Geodesy.- 1998. Vol. 72. - P. 350 - 355. - Англ.

51. Tralli, D.M. Stochastic estimation of tropospheric path delays in Global Positioning System geodetic measurement Text. / D.M. Tralli, S.M. Lichten // Bulletin Gёodsyk. 1990. - Vol. 64. - P. 127 - 159. - Англ.

52. Antonelli, P. Determination of a model of the atmosphere from times of flight to satellites Text. / P. Antonelli, M. Caputo // Int. Union Geod. and Geophys. 21st Gen. Assembly, Boulder, Colorado, July 2-14, 1995. 1995. - Англ.

53. Ruggiero, V. Atmospheric models from GPS data Text. / V. Ruggiero, M. Caputo // II Nuovo Cimento C. 1998. - Vol. 21. - No. 02. - P. 177 - 188. -Англ.

54. Caputo, M. On the retrieval of water vapour from a single GPS station Text. / M. Caputo, A. Sutera, V. Ruggiero, F. Zirelli // II Nuovo Cimento C. 2000. -V.23. - No 6. - P. 611 - 620. - Англ.

55. Ge, M. The estimation methods for tropospheric delays global positioning system Text. / Maorong Ge, Jingnan Liu // Acta Geodaetica et Cartographies Sinica. -1996. V. 25. - No. 4. - P. 285 - 291. - Кит.

56. Zhang, Q.-Zh. Applications of the atmospheric propagation delay to the GAMIT software Text. / Q.-Zh. Zhang // Sedimentary Geology and Tethyan Geology. -2001. V. 21. - No. 2. - P. 23 - 30. - Кит.

57. Tiberius, Ch. The Stochastic of GPS Observables Text. / Ch. Tiberius, N. Jonk-man, F. Kenselaar // GPS World. 1999. - Vol. 2. - P. 49 - 54. - Англ.

58. Kleijer, F. Troposphere Modeling and Filtering for Precise GPS Leveling Electronic resource. / F. Kleijer. 2004. - 282 p. - Англ. - Режим доступа: http://enterprise.lr.tudelft.nl/mgp/modules/Papers/files/kleijer.pdf.

59. Bernese GPS Software. Version 5.0. Draft Text. / Edited by U. Hugentobler, R. Dach, P. Fridez Astronomical Institute University of Berne. - September 2004. - 370 p. - Англ.

60. GAMIT/GLOBK Documentation Electronic resource. 2000. - Англ. - Режим доступа: http://rses.anu.edu.au/geodynamics/gps/papers/gamit/

61. Куштин, В.И. Учёт замедления электромагнитных волн в атмосфере при определении координат точек спутниковыми методами Текст. / В.И. Куштин, И.Ф. Куштин // Изв. Ростов, гос. строит, ун-та. 1998. - № 3. - С. 141 - 147.

62. Куштин, В.И. Учёт влияния атмосферы при измерении вертикальных расстояний и при спутниковом нивелировании Текст. / В.И. Куштин // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2002. - № 5. - С. 3 - 16.

63. Куштин, В.И. Определение сухой составляющей поправки в дальность за замедление скорости радиоволн в атмосфере Текст. / В.И. Куштин // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2002. - № 6. - С. 13 - 27.

64. Стоцкий, А.А. Случайные и регулярные задержки сигнала в тропосфере Текст. / А.А. Стоцкий // Соврем, проблемы и методы астрометрии и геодинамики. 1996. - С. 344 - 348.

65. Стоцкий, А.А. Радиометрическая установка для измерения задержки радиосигнала в тропосфере Текст. / А.А. Стоцкий, И.М. Стоцкая, М.Н. Кайдановский и др. // Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века. 2000. - С. 414 - 415.

66. Губанов, B.C. Внутрисуточные флуктуации тропосферной задержки по данным РСДБ наблюдений Текст. / B.C. Губанов, И.Ф. Суркис, О.А. Титов // Препр. 1997. - № 103. - С. 1 - 17.

67. Кешин, М.О. Метод учёта тропосферной рефракции в фазовых измерениях спутников GPS в случае отсутствия метеоданных Текст. / М.О. Кешин // Препр. 1997.-№71.-С. 1 -25.

68. Кешин, М.О. К использованию метода среднеквадратической коллокации для определения тропосферных задержек по фазовым измерениям Текст. / М.О. Кешин // Тр. ИПА РАН. 1998. - N 3. - С. 196 - 207.

69. Синякин, А. К., Воронин М. Я. Метод определения влажной компоненты показателя преломления при GPS-измерениях Текст. / А.К. Синякин, М.Я. Воронин // Вестник СГГА. 1999. - №. 4. - С.14 - 15.

70. Мартьяшкин, А.Б. Методика восстановления полей метеорологических величин по спутниковой информации Текст.: автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. геогр. наук: 11.00.09 / А.Б. Мартьяшкин; Воронеж, воен. авиац. инж. ин-т. Воронеж, 2000. - 24 с.

71. Askne, J. Estimation of tropospheric delay for microwaves from surface weather data Text. / J. Askne, H. Nordius // Radio Science. 1987. - V. 22. - No. 3. - P. 379-386.-Англ.

72. Bock, O. Atmospheric processing methods for high accuracy positioning with the Global Positioning System Электронный ресурс. / О. Bock, E. Doerflinger -Англ. Режим доступа - http://www.gdiv.statkart.no/igsworkshop/book/

73. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии Текст.: монография в 2 т. Т. 1. / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сиб. гос. геодез. акад.». М. ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - 334 с.

74. Инструкция о построении государственной геодезической спутниковой сети Текст. М., 1996 (проект).

75. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS Текст. М.: ЦНИИГАиК, 2003. - 182 с.

76. Антонович, К.М. Совместное использование метеоданных наземных и аэрологических наблюдений при обработке спутниковых измерений Текст. / К.М. Антонович, Е.К. Фролова // Вестник СГГА. 2003. - Вып. 8. - С. 8 -13.

77. Антонович К.М. О моделировании тропосферы при GPS-измерениях Текст. / К.М. Антонович, Е.К. Фролова // Материалы 51-ой научно-техн. конф. преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», 16-19 апр. 2001 г. Новосибирск: СГГА, 2001. - С. 10.

78. Официальный сайт Росгидромета Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.mecom.ru/roshydro/pub/rus/press/presrl .htm

79. Природные объекты микроволновых излучений Электронный ресурс. Аппаратурное обеспечение современных технологий квантовой медицины под ред. С.П. Ситько. Киев: ФАДА, ЛТД. - 1999. - Режим доступа: http://www.merak.ru/journal 11 rus.htm

80. Кравцов, Ю.А. Наблюдение океана из космоса при помощи микроволновых радиометров Электронный ресурс. / Ю. А. Кравцов // Соросовский образовательный журнал. 1999. - №7. - С. 103 - 107. - Режим доступа: http://www.pereplet.rU/obrazovanie/stsoros/812.html

81. Alber, С. Millimeter Precision GPS Surveying and GPS Sensing of Slant Path Water Vapor Text.: Ph.D. Thesis / C. Alber; University Colorado. 1996. -Англ.

82. Elgered, G. Tropospheric radio path delay from ground-based microwave radi-ometry Text.: Atmospheric remote sensing by microwave radiometry, chap. 5. / M.A. Janssen (ed). Wiley, New-York, 1993. - Англ.

83. Carlsson, T. R. A quality assessment of the wet path-delay estimated from GPS data Text. / T. R. Carlsson, G. Elgered, J. M. Johansson // Res. Rept. 1996. -No. 177.-P. 89-95.-Англ.

84. Figurski, M. GPS monitoring of the atmospheric parameters Text. / M. Figur-ski, M. Kruczyk, T. Liwosz, J. B. Rogowski // Veroff. Bayer. Kommis. Int. Erd-mess. bayer. Akad. Wiss. Astron.-Geod. Arb. 2001. - No 61. - P. 354 - 356. -Англ.

85. Niell, A. E. Measurement of water vapor by GPS, WVR and radiosonde / A.E. Niell, A.J. Coster, F.S. Solheim, V.B. Mendes et al. // Res. Rept. 1996. -No. 177.-P. 96-101.-Англ.

86. Rocken, C. The measurement of atmospheric water vapor: radiometer comparison and spatial variations Text. / C. Rocken, J.M. Johnson, R.E. Neilan, M. Cerezo et al. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1991. - Vol. 29. - P. 3 - 8. -Англ.

87. ИЗ. Костко, О. Лазер исследует атмосферу Электронный ресурс. / О. Костко // Наука и жизнь. 2002. - № 12. - Режим доступа: http://nauka.relis.ru/05/0212/05212047.htm

88. Numerical weather prediction. Electronic resource. Англ. - Режим доступа:http://www.sciencedaily.com/encyclopedia/Numericalweatherprediction

89. Jensen, А.В.О. Integrating Numerical Weather Predictions in GPS Positioning Electronic resource. / A.B.O. Jensen, C.C. Tscherning, F. Madsen. 2002. - 8 p. - Англ. - Режим доступа: http://www2.imm.dtu.dk/~aj/paper54.pdf

90. Официальный сайт организации CDDIS Электронный ресурс. Англ. -Режим доступа: http://cddis.gsfc.nasa.gov/intro.html

91. Фролова, Е.К. Программа для исследования влияния внешней среды на ГЛОНАСС/GPS измерения Текст. / Е.К. Фролова // Тез. докл. 51-ой НТК преподавателей СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», 16-19 апр. 2001 г. Новосибирск: СГГА, 2001. - С. 14.

92. Сетевые спутниковые радионавигационные системы Текст. / B.C. Шеб-шаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Радиосвязь, 1993. - 408 с.

93. Gurtner, W. RINEX The receiver-independent exchange format. Version 2.0 Text. / W. Gurtner. // GPS World. - 1994. - Vol. 5. - No. 7. - P. 48 - 52. -Англ.

94. Gurtner, W. RINEX The receiver-independent exchange format. Version 3.0 Electronic resource. - Англ. - Режим доступа: http://igscb.jpl.nasa.gov

95. Interface Control Document ICD-GPS-200C Electronic resource. -10 Oct. 1993 14 Jan. 2003. - 198 p. - Англ. - Режим доступа: http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/icd200/default.htm

96. Подцубная, M.C. Навигационное сообщение в спутниковой системе NAVSTAR Текст. / М.С. Подцубная, В.В. Панкратов, А.Ю. Селина // Зарубежная радиоэлектроника. 1981. - № 4. - С. 22 - 42.

97. Thayer, G. D. An improved equation for the radio refractive index of air Text. / G. D. Thayer // Radio Science. 1974. - N. 9. - P. 803 - 807. - Англ.

98. Kaniuth, K. Applying fiducial troposphere information to GPS densification networks Text. / K. Kaniuth // Veroff. Bayer. Kommis. Int. Erdmess. bayer. A-kad. Wiss. Astron.-Geod. Arb. 1999. - No. 60. - P. 241 - 244. - Англ.

99. Mendes, V.B. Improved Mapping Functions for Atmospheric Refraction Correction in SLR / V.B. Mendes, G. Praters, E.S. Pavlis, D.E. Pavlis et al. // Geophysical Research Letters. 2002. - Vol. 29. - No. 10. - P. 1414 - 1418. - Англ.

Информация о работе

Фролова, Елена Константиновна
кандидата технических наук
Новосибирск, 2007
ВАК 25.00.32

Диссертация

Методика учета влияния тропосферы на точность спутниковых координатных определений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы