asyan.org
добавить свой файл
1
УДК 528.28:629.783
Янчук Р.М., старший викладач (Національний університет водного

господарства та природокористування, м. Рівне)
ВРАХУВАННЯ РЕГІОНАЛЬНИХ ТРОПОСФЕРНИХ ЗАТРИМОК В СУПУТНИКОВИХ СПОСТЕРЕЖЕННЯХ НА КОРОТКОВЕКТОРНИХ ПЕРМАНЕНТНИХ СТАНЦІЯХ
Представлено загальну методику врахування регіональних тропосферних затримок на прикладі перманентних станцій, розташованих на близькій відстані.
The general technique of the account of regional tropospheric delays on an example of permanent stations, located close distance is presented.
Постановка проблеми. Вивчення впливу тропосфери на результати супутникових вимірювань має значне наукове і науково-практичне значення.

Інтенсивний розвиток космічної геодезії та супутникових радіонавігаційних систем в значній мірі розширив діапазон геодезичних вимірювань, що виконуються.

Особливий інтерес для досліджень викликає оцінка тропосферної затримки на результати вимірювань від ШСЗ, яка складає приблизно 50% від сумарного впливу всіх факторів, що впливають на зниження точності визначення координат.

Для введення поправок за такий вплив розроблено цілий ряд аналітичних моделей, за якими ведеться представлення тропосфери і розрахунок відповідних поправок (наприклад, моделі Hopfield, Saastamoinen тощо).

Основним недоліком цих моделей є те, що вони базуються на глобальній моделі метеорологічних параметрів і не дозволяють враховувати регіональні особливості тропосфери в момент проведення спостереження та враховувати результати спостережень з супутників, що знаходяться на зенітних відстанях близьких до 90°.

Аналіз останніх досліджень. Визначенням поправок в супутникові вимірювання за рахунок впливу як атмосфери в цілому, так і тропосфери, присвячено цілий ряд наукових робіт, авторами яких є відомі вчені. Це, насамперед, вітчизняні вчені А.Островський, А.Прокопов, М.Миронов, П.Черняга, Ф.Заблоцький, Я.Костецька, Є.Ремаєв, Н.Каблак, Б.Паляниця, І.Торопа та інші, а також зарубіжні вчені В.Куштін, H.Hopfield, C.Chao, J.Saastamoinen, J.Marini, H.Black, J.Davis, I.Ifadis, A.Niell, V.Mendes та інші.

Проблема врахування впливу тропосферної затримки залишається актуальною і на сьогоднішній день. Підтвердженням цього служать чисельні доповіді на конференціях і публікації наукових праць як в Україні, так і за кордоном.

Постановка завдання. В попередніх роботах [1-4] нами було розроблено теоретичні основи врахування регіональних тропосферних затримок при супутникових спостереженнях, визначено джерела актуальних метеорологічних даних, що можуть застосовуватись в регіональних моделях, запропоновано практичні механізми введення поправок за тропосферні затримки в результати супутникових спостережень. Завданням даної роботи є комплексне застосування запропонованих теоретичних положень і розробок та експериментальна перевірка теоретичних викладень.

Виклад основного матеріалу дослідження.

Для перевірки розробленої регіональної моделі необхідно визначити ряд умов, які б забезпечили достовірність отримуваних результатів і відповідних висновків:

1. Порівнянню підлягають розраховані відносні місцеположення точок, так як супутникові визначення забезпечують найвищу точність саме відносного місцеположення, а не абсолютного [5]. З цією метою необхідно перевірку здійснювати на еталонних векторах між точками, які можна приймати в якості достовірних векторів відносного місцеположення.

Значні об’єми вимірювань, які й забезпечують високу точність значень відносного місцеположення, на сьогоднішній день виконані на перманентних станція супутникових спостережень.

Однією із організацій, яка надає має розгорнуту глобальну мережу перманентних станцій супутникових спостережень, є International GPS Service (ІGS) – організація, яка працює в повному обсязі починаючи з 1994 під патронатом міжнародного союзу геодезії і геофізики. Компоненти цієї мережі, такі як перманентні GPS станції, центри даних і центри аналізу розкидані по усьому світу. Вся необхідна інформація розміщена на WEB-сторінці центрального бюро IGS (http://igscb.jpl.nasa.gov).

Дані з перманентних станцій є доступними для всіх користувачів і надаються в незалежному форматі RINEX.

2. Важливо використовувати дані вимірювань псевдовіддалей до супутників, які містять фазові і кодові виміри на двох частотах (L1 та L2). При двохчастотних вимірюваннях за допомогою спеціальних алгоритмів, які містяться в більшості спеціалізованих програмних засобів є можливість змоделювати і виключити вплив іоносфери на результати вимірювань, перейшовши до нейтросфери, тобто тропосфери вільної від іоносферного впливу [5].

3. Перманентні станції, які будуть формувати еталонні вектори, повинні розташовуватись на якомога меншій відстані один від одного для забезпечення однорідних умов геометричної конфігурації супутників і виключення впливу геометричного фактору зниження точності на результати перевірки.

4. Використання в програмі опрацювання значень точних та фінальних ефемерид (з метою мінімізації впливу похибки місцерозташування супутників). Ці дані також доступні через International GPS Service у вигляді файлів формату sp3.

Виходячи з пункту 3 поставлених умов, нами було відібрано 3 експериментальних вектори між перманентними станціями, які знаходяться на відстані до 0,5 км одна від одної. В табл. 1 приводяться власні назви станцій і значення векторів, які задовольняють такій умові.

Таблиця 1

Перманентні станції, які задовольняють умовам перевірки


№ вектора

Від станції

До станції

Відстань, м

1

aoml

mia3

291.821

2

aoml

mia4

272.968

3

mia3

mia4

34.049


Слід зазначити, що координати перманентних станцій були приведені на епоху даних, що використовувались в обробці. Геоцентричні координати станцій на епоху 2003.0233 (9 січня 2003року) наведені в табл.2.
Таблиця 2
Геоцентричні координати перманентних станцій на епоху 2003.0233


Назва станції

Х, м

Y, м

Z, м

aoml

982296.745

-5664607.234

2752614.486

mia3

982510.289

-5664647.195

2752419.650

mia4

982480.006

-5664662.756

2752419.951


Розрахунок проводився для зазначених в табл.1 векторів в наступній послідовності:

1. З мережі IGS отримано дані супутникових спостережень з перманентних станцій на момент спостереження (9 січня 2003року).

Схема розташування станцій і вектори сумісних супутникових спостережень представлено на рис.1.

2. За даними ефемерид та координатою пункту спостереження на кожний фіксований момент спостереження (спостереження на станціях виконувалися через кожних 30с) було вирахувано координату для кожного супутника та зенітну віддаль відповідно до положень роботи [3].

Рис.1. Схема розташування експериментальних пунктів та вектори

сумісних супутникових спостережень
3. Отримано дані з http://www.emc.ncep.noaa.gov/modelinfo/index.html, що містять метеорологічні параметри тропосфери (числові поля метеорологічних даних) на цей же період часу.

4. Використовуючи формули інтерполяції значень між вузлами картографічної сітки для кожного шару метеорологічних параметрів і кожного метеорологічного параметру за формулами з [4] був сформований файл значень метрологічних параметрів для траєкторії кожного супутника з якого приймався сигнал.

5. У відповідності з теоретичними положеннями і формулами визначення впливу тропосфери на траєкторію проходження радіосигналу, приведеними в роботі [2] було вирахувано значення тропосферної затримки по кожній траєкторії проходження радіосигналу від супутника до приймача в момент спостереження.

6. В вихідні файли спостережень, що були отримані як зазначалося в п.1, вводилася поправка як у виміряні кодові псевдовіддалі, так і в фазові вимірювання псевдовіддалей у відповідності з положеннями роботи [3].

7. Відкорегований, згідно викладеного вище, файл спостережень (який фактично виключав із результатів спостережень тропосферну затримку) вводився в програму обробки Trimble Geomatics Office. Програма TGO фірми Trimble (США) є однією із стандартних програм обробки результатів GPS-спостережень.

Значення вектора та його компонент, не виправлених за вплив тропосферної затримки, можна отримати відключивши в програмі використання стандартних тропосферних моделей (Hopfield, Goad-Goodman, Saastamoinen, Black, Niell).
Результати опрацювання базових векторів після введення поправки за тропосферну затримку за розробленою нами моделлю наведено в табл.3.
Таблиця 3

Результати опрацювання векторів


Від точки

До точки

Довжина вектора, м

Тип розв’язку

Відно-шення


Відносна дисперсія

СКП, м

aoml

mia4

272.966

L1 fixed

11.0

2.332

0.006

aoml

mia3

291.820

L1 fixed

20.2

1.824

0.005

mia4

mia3

34.049

L1 fixed

43.5

2.976

0.006


Критерій „відношення” є відношенням дисперсії другого найкращого фіксованого рішення розв’язку вектора до дисперсії першого найкращого фіксованого рішення розв’язку вектора, яке прийнято за кінцевий розв’язок [6].

Критерій „відносна дисперсія” – коефіцієнт, який визначає наскільки дані отримані в польових умовах мають гіршу точність в порівнянні від очікуваних, визначених за оцінкою шумів супутникового радіосигналу [6].

Зрівноваження мережі виконувалося з фіксацією однієї точки (aoml). Результати зрівноваження приведено в табл.4.

Також було виконано опрацювання цих же векторів без врахування поправки за тропосферну затримку та з використанням моделей, які пропонуються в програмному забезпеченні Trimble Geomatics Office (Hopfield, Goad-Goodman, Saastamoinen, Black, Niell).

Результати порівняння отриманих результатів наведено в табл.5.

Таблиця 4

Результати зрівноваження мережі


Від точки

До точки

Складові

Апостеріорна похибка

(1.96)

Точність двовимірна

Точність тривимірна

aoml

mia4

Az.

141°10'45.5054"

0°00'00.1384"

1:1391530

1:1391530

Ht.

-17.504m

0.001m

Dist.

271.598m

0.000m

aoml

mia3

Az.

135°40'41.6885"

0°00'00.1197"

1:1617160

1:1617160

Ht.

-16.258m

0.001m

Dist.

291.373m

0.000m

mia4

mia3

Az.

84°36'06.0144"

0°00'01.2220"

1:175911

1:175911

Ht.

1.246m

0.001m

Dist.

33.466m

0.000m


Таблиця 5

Результати порівняння отриманих результатів


Модель

Вектор

Значення, м

Відхилення від еталонного значення, мм

Еталон

aoml-mia4

272.968




aoml-mia3

291.821




mia4-mia3

34.049




Без моделі

aoml-mia4

272.970

+2

aoml-mia3

291.823

+2

mia4-mia3

34.049

-

Hopfield, Goad-Goodman, Saastamoinen, Black, Niell

aoml-mia4

272.969

+1

aoml-mia3

291.822

+1

mia4-mia3

34.049

-

Регіональна

модель

aoml-mia4

272.968

-

aoml-mia3

291.821

-

mia4-mia3

34.049

-


З метою узагальнити представлений в даній роботі матеріал нами розроблено схему проведення експерименту перевірки теоретичних положень з врахування регіональної тропосферної затримки в результати супутникових вимірювань (рис.2). В цій схемі представлені всі похибки, які впливають на точність визначення відносного місцеположення, і визначено шляхи їх мінімізації. Лише мінімізувавши їх вплив, ми можемо зробити висновки про правильність наших теоретичних викладень.


Рис.2. Схема проведення експерименту
Висновки. В даній роботі нами представлено результати перевірки теоретичних положень щодо врахування регіональних тропосферних затримок в результати супутникових спостережень.
1. Бялик М., Черняга П., Степанченко О., Тригуба О., Янчук Р. Локальна модель атмосфери для врахування затримок при GPS-вимірюваннях // Вісник Рівненського державного технічного університету.–2001. – Вип.1(8).- С.234-241. 2. Янчук Р. Визначення видовження траєкторії проходження радіосигналу при GPS-вимірюваннях внаслідок її викривлення в атмосфері // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів, 2005. – С.101-106. 3. Янчук Р. Уведення поправок за тропосферну затримку у файли спостережень на GPS-станціях // Вісник геодезії та картографії. – 2006. - №1. - С.21-24. 4. Янчук Р. Застосування числових полів метеорологічних параметрів у задачах моделювання тропосферної затримки супутникового радіосигналу // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів, 2007. – С.115-119. 5. Глобальна система визначення місцеположення (GPS): теорія і практика / Б.Гофманн-Велленгоф, Г.Ліхтенеггер, Д.Коллінз; Пер. з англ. третього вид. під ред. Я.С.Яцківа.– Київ: Наук.думка, 1995.– 380с. 6. Trimble Geomatics Office. Руководство пользователя процессора обработки базисных линий WAVE. Руководство пользователя программы уравнивания сетей Network Adjustment. Ver.1.60.