PPP (Precise point positioning)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Географический факультет

Кафедра картографии и геоинформатики

Реферат на тему:

«PPP (Precise point positioning)»

Выполнил: Кинзябулатов Р.Х.

Москва, 2011

В настоящее время существует множество методов определения координат отдельных пунктов. Обычно выделяются абсолютные (автономные) и относительные (дифференциальные) способы определения координат. В первом случае работает один приемник, в то время как во втором необходимо, по крайней мере, два приемника, причем один должен находиться на точке с известными координатами (базавая станция), а второй (ровер) перемещается от точки к точке для измерений. К дифференциальным относят все способы, где формируются поправки или разности результатов измерений.

Абсолютный метод классифицируется на три способа:

Кодовый;

Кодово-фазовый;

PPP (прецезионное позиционирование пунктов, или же метод точного позиционирования).

Дифференциальный метод также делится на три способа:

Кодовый;

Кодово-фазовый;

Сетевой (WAAS, SAS)

Возможен и иной подход, когда выделяются способы определения координат отдельного пункта (автономный и дифференциальный режимы) и способы относительного определения векторов (разновидности кинематики и статики), в данном случае речь идет о разности координат ровера и базовой станции. Способы определения векторов классифицируются на три группы:

Кинематический

Сетевой

Статический

Кинематический метод определения векторов делится на 2 группы:

Способ с постобработкой:

Непрерывная кинематика (базовая станция и ровер, который постоянно передвигается, при этом сигнал поступает каждые 5 секунд)

Стой-иди (stop&go)

Кинематика реального времени

Сетевой способ базовых станций основывается на том, что используется не одна базовая станция , а несколько. Эти станции называются также референцными станциями. Иначе этот способ называют метод VRS (метод виртуальной референцной станции).

Статический способ позицинирования делится на три группы:

Статика (измерения проводятся от часа и больше, наиболее очный метод)

Быстрая статика (быстрое опрделение неоднозначности, 15-20 минут)

Псевдостатика, реоупация (ровер постоянно определяет различные пункты, закончив измерения, процесс повторяется, в то время как базовая станция продолжает измерения без остановок).

Оценка точности метода Precise Point Positioning и возможности его применения.

В 2004 году компанией John Wiley & Sons, Inc. в г. Хобокене штата Нью-Джерси была опубликована книга Альфреда Лейка «GPS Satellite Surveying». Это издание посвящено детальному рассмотрению системы GPS в свете ее последних изменений на момент выхода книги. В частности, в седьмой главе описывается метод обработки данных двухчастотных фазовых спутниковых наблюдений «Precise Point Positioning» (PPP). Этот метод основан на использовании значений точных эфемерид спутников, поправок их часов и значений ионосферной задержки спутникового сигнала. По заверениям автора, PPP обеспечивает сантиметровую точность позиционирования при использовании продолжительных по времени абсолютных сеансов спутниковых наблюдений неподвижного приемника. При обработке кинематических наблюдений может быть получена субдецеметровая точность. Это достигается использованием ионосферно-свободных псевдодальностей до спутников и измерений фазы несущей. Погрешность часов приемника и значение зенитной тропосферной задержки спутникового сигнала при применении этого метода обработки определяются для каждой эпохи измерений.

В 1998 г. лаборатория реактивного движения (JPL) организовала интернет-сервис по определению пространственных координат точек на основе результатов постобработки данных спутникового позиционирования с использованием метода PPP. В 1999 г. зарубежные ученые Витчянгхун и Сегантини (Witchayangkoon B. and Segantine P.) провели независимые исследования по определению фактической точности получаемых координат при использовании предложенного интернет-сервиса. Таким образом, ими были получены пространственные координаты точек, продолжительность сеанса спутниковых наблюдений на которых составляла от 1 до 24 часов. В результате исследований выяснилось, что погрешность определения пространственных координат находится на субдецеметровом уровне, если обрабатывать измерения, продолжительностью 1 час. Для измерений продолжительностью более 4 часов эта погрешность составляет 1-2 см.

На сегодняшний день со времени проведения этих исследований прошло одиннадцать лет. Точностные характеристики метода PPP, несомненно, улучшились, так как со временем возросла и точность продуктов постобработки международных центров обработки данных глобальных навигационных спутниковых систем. Исследования, приведенные в данной статье, показывают, какова СКП определения плановых координат и геодезических высот в пространственной геоцентрической системе координат WGS-84 на сегодняшний день с использованием этого режима обработки данных двухчастотных спутниковых наблюдений.

В настоящее время при выполнении геодезических работ для определения координат границ объектов кадастрового учета, а также единиц кадастрового и административно-территориального деления Российской Федерации требуется, какправило, сантиметровая точность. Для этих целей широко применяются спутниковые приемники GPS. Такой уровень точности измерений данным типом оборудования может быть достигнут только при использовании относительного метода спутникового позиционирования. Однако у этого метода есть свои недостатки. Во-первых, необходимо иметь дорогостоящий комплект оборудования, состоящий, как минимум, из двух двухчастотных приемников. Во-вторых, антенна одного из спутниковых приемников должна быть установлена над точкой с известными координатами.

В 2005 г. компанией NovAtel (Канада) был разработан и доведен до практического применения метод точного позиционирования Precise Point Positioning (PPP), позволяющий определять координаты с высокой точностью одним двухчастотным спутниковым приемником GPS. По заявлениям производителя, этот метод обеспечивает точность определения координат точек земной поверхности в системе WGS-84, близкую к точности дифференциального или относительного методов спутниковой геодезии (5-6 см).

Важной особенностью метода PPP является то, что он не требует наличия базовой станции и дифференциальной коррекции. Для компенсации основных погрешностей, возникающих при абсолютных фазовых GPS-измерениях, в данном методе используются точные значения эфемерид и поправок часов спутников, информация о задержке спутникового сигнала в ионосфере и тропосфере и др. Такую информацию в виде отдельных файлов формируют в международных сервисных центрах обработки данных ГНСС-наблюдений (GPS и ГЛОНАСС) и предоставляют пользователям из различных стран через специализированные Интернет-ресурсы.

Одним из них является SOPAC (Scripps Orbit and Permanent Array Centre, http://sopac.ucsd.edu) -- крупнейший международный центр сбора и обработки данных глобальных навигационных спутниковых систем. Аналогичную информацию предоставляет сервисный центр Международной службы ГНСС (International GNSS Service -- IGS). В связи с большим объемом информации, получаемой и обрабатываемой этими центрами (более тысячи постоянно действующих базовых станций), возникает проблема, связанная с задержкой получения файлов с информацией и точностью, которую они обеспечивают.

Не так давно появился программный комплекс (ПК) Waypoint GPS (NovAtel) с модулем обработки данных GrafNav, который поддерживает ряд традиционных методов обработки данных ГНСС, в том числе и в режиме PPP. Существует несколько условий, которые необходимо выполнять для получения наиболее точных результатов при обработке данных с использованием метода PPP:

? продолжительность сеанса абсолютных спутниковых наблюдений на точке, координаты которой необходимо определить, должна составлять не менее одного часа;

? обработка данных спутниковых наблюдений методом PPP, реализованного в ПК Waypoint GPS, предназначена только для фазовых измерений, получаемых двухчастотными спутниковыми приемниками, и требует наличия файлов точных или быстрых эфемерид спутников GPS.

позиционирование автономный ррр координата

Рис. 1 Схема размещения базовых станций МГС на территории РФ

Поэтому для оценки эффективности использования этого метода при выполнении геодезических работ по установлению границ объектов недвижимости, авторами были выполнены исследования точности иэксплуатационной возможности метода PPP, реализованного в ПК Waypoint GPS версии 8.10.

Определение координат точек земной поверхности в системе координат WGS-84 с погрешностью в несколько сантиметров с использованием метода PPP возможно в любом месте нашей планеты при соблюдении оптимальных условий спутниковых наблюдений. Для апробирования этой технологии было принято решение использовать результаты измерений и многократно вычисленные координаты базовых станций в системе WGS-84, имеющиеся в сервисном центре IGS. Измерения на этих базовых станциях, а также их пространственные координаты доступны широкому кругу пользователей через Интернет. Для исследования по всей территории РФ были выбраны 12 постоянно действующих базовых станции: международной геодезической сети IGS, деформационной сети GPS Северной Евразии NEDA (North Eurasia Deformation Array) и Европейской земной референцной геодезической сети EUREF (European Reference Frame), расположенных в городах Билибино, Светлое, Иркутск, Тикси, Хабаровск, Якутск, Менделеево, Магадан, Обнинск, Норильск, Екатеринбург и Петропавловск-Камчатский (рис. 1).

Камеральная обработка данных спутниковых измерений на этих базовых станциях включала следующие этапы:

1. Сбор данных, накопленных на базовых станциях (результаты часовых и суточных наблюдений).

2. Вычисление координат базовых станций в системе WGS-84 с использованием метода PPP.

3. Анализ и оценка точности полученных результатов.

Первоначально были взяты файлы с измерениями на базовых станциях за 2008 г., за первое и 15-е числа каждого месяца, с сервера центра SOPAC. Данные на эти числа выбирались для более детального отражения качества обработки результатов спутниковых наблюдений с использованием режима PPP в течение календарного года. Дискретность записи результатов измерений на каждой базовой станции составляла 30 секунд.

Далее с того же сервера были взяты глобальные навигационные файлы и точные эфемериды, а также файлы поправок часов спутников на те же дни.

Следующим этапом работ стало вычисление координат выбранных базовых станций с использованием режима обработки данных абсолютных фазовых спутниковых наблюдений PPP с использованием модуля GrafNav. Оценка точности полученных результатов выполнялась путем сравнения вычисленных координат с их точными значениями, взятыми с указанного выше сайта на теже даты. Средние квадратические погрешности (СКП) координат базовых станций, принятых за точные, составляли 0,8 см в плане и 0,9 см по высоте. Максимальные и минимальные отклонения в плане и по высоте координат, полученных в результате обработки измерений за одни сутки для каждой базовой станции, от их точного значения приведены в табл. 1. СКП определения координат базовых станций с использованием режима обработки PPP в ПК GrafNav/GrafNet составили 1,4 см в плане и 2,2 см по высоте.

Полученные результаты оценки подтверждают, что в результате обработки фазовых спутниковых наблюдений, продолжительностью в одни сутки, с использованием метода PPP могут быть получены координаты точки земной поверхности в WGS-84 с СКП менее 5,0 см.

Однако наибольший практический интерес представляет собой задача получения пространственных координат точки земной поверхности по фазовым спутниковым наблюдениям, продолжительностью в один час.

Для исследования поставленной задачи были использованы данные тех же базовых станций, что и ранее. Вычисление точных значений их координат, обработка данных часовых фазовых спутниковых наблюдений на этих точках и сравнение полученных результатов выполнялось описанными выше методами. Отличие состояло лишь в том, что в обработку принимались спутниковые наблюдения первого и 18-го часа первого дня каждого месяца 2008 г. Точные координаты каждой базовой станции были приведены к этим же датам. Выбор первого и 18-го часа наблюдений одного и того же дня для обработки был обусловлен следующими соображениями.

Данные, используемые для исследования, должны наиболее полно характеризовать возможности метода PPP при обработке данных спутникового позиционирования, выполненного в различных точках земной поверхности, в разное время года и суток, при различных погодных условиях и неодинаковой конфигурации созвездия спутников GPS.

Расположение выбранных на территории РФ базовых станций, а также доступность результатов наблюдений на них, позволяют найти данные для исследования, соответствующие географическим, погодными суточным изменениям ионосферы и тропосферы. Влияние же конфигурации созвездия спутников может быть выявлено за счет использования фазовых измерений одного и того же дня, но выполненных в разное время.

Орбитальная группировка GPS состоит минимум из 24 спутников на почти круговых орбитах с радиусом 26 560 км, периодом обращения вокруг Земли, равным 11 часам 57 минутам 58 секундам, и почти постоянными трассами. Таким образом, в каждой точке земной поверхности конфигурация созвездия спутников будет почти полностью повторяться примерно через 12 часов. Поэтому, для выбора данных, соответствующих различной конфигурации созвездия спутников, для каждого дня был использован временной интервал, равный 18 часам.

Так же как и в первом случае, в результате обработки всех данных были вычислены максимальные и минимальные отклонения в плане и по высоте координат, полученных в результате обработки измерений за один час для каждой базовой станции, от их точного значения, которые представлены в табл. 2. СКП определения координат базовых станций для данных фазовых измерений, продолжительностью в один час, с использованием режима обработки PPP составили 7,2 см в плане и 6,7 см по высоте.

Сравнительный анализ полученных результатов оценки точностных характеристик режима PPP, реализованного в программном комплексе «GrafNav/GrafNet», позволил сделать следующие выводы:

1. Режим обработки данных абсолютных двухчастотных спутниковых наблюдений PPP, реализованный в программном комплексе «GrafNav/GrafNet» имеет перспективы широкого практического использования на территории РФ и является в ряде практических случаев альтернативой и дополнением к дифференциальному и относительному методам точного позиционирования. Он не требует установки и использования базовых станций, позволяет получить сантиметровый уровень точности для статических наблюдений.

2. Недостатком метода PPP является зависимость от точности и доступности продуктов научной деятельности международных сервисных центров обработки GPS/GNSS-наблюдений.

3. Проведенные нами исследования точности получения координат точек земной поверхности в WGS-84 по абсолютным двухчастотным спутниковым наблюдениям с использованием режима обработки PPP подтверждают, что данный режим может быть использован для целей установления границ землепользований, а также при реконструкции городских геодезических сетей, изысканий линейных инженерных сооружений и осуществлении других топографо-геодезических работ.

Литература

1. Войтенко А.В., Виноградов А.В, Жигулин А.Ю. Оценка точности метода PRECISE POINT POSITIONING и возможности его применения при кадастровых работах. «Геопрофи», 2010, №2, с. 27--30.

2. Серапинас Б.Б., материалы из лекций по курсу «Основы спутникового позиционирования».

3.http://www.credo-dialogue.com/getattachment/65135c3a-4092-463d-89d9-41974857af50/ Определение-пространственных-координат-точек-земно.aspx

Размещено на Allbest.ru