Способ проведения спутниковых геодезических измерений
Владельцы патента RU 2325668:
Федеральное Государственное Унитарное предприятие Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья (RU)
Изобретение относится к геодезическим измерениям с использованием спутниковых радионавигационных систем, преимущественно при работе в условиях сильного влияния отраженных сигналов, в частности при работах в залесенной местности, а также в городских стесненных условиях. Техническим результатом изобретения является уменьшение влияния на результаты фазовых измерений явления многопутности принимаемого сигнала в условиях большого уровня мешающих (отраженных) сигналов. При проведения фазовых геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающих прием радиосигнала с помощью спутникового приемника (СП), вращают в ходе приема расположенную на выносной штанге антенну СП относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку в горизонтальной плоскости с радиусом вращения пределах 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала, предварительно на указанной измеряемой точке находят первоначальное положение антенны, обеспечивающее прием наибольшего числа одновременно наблюдаемых спутников, перемещают антенну с заданным угловым шагом и при каждом фиксированном угловом положении антенны в течение не менее одной минуты производят геодезические измерения, координаты измеряемой точки получают путем осреднения полученных осредненных результатов значений координат при каждом из фиксированных положений антенны на данной измеряемой точке. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится геодезическим измерениям с использованием спутниковых радионавигационных систем, преимущественно при работе в условиях сильного влияния отраженных сигналов, в частности при работах в залесенной местности, а также в городских стесненных условиях.
Известен способ проведения геодезических измерений, при котором для уменьшения влияния на прямой сигнал отражающей поверхности (влияния многопутности) осуществляют изменение разности хода между прямой и отраженной волной в пределах длины волны за счет дискретного изменения в ходе измерений высоты антенны приемника через равные интервалы, например, через 0,25 λ. Погрешность за счет многопутности в этом случае будет изменяться по синусоидальному закону, а среднее значение из полученных результатов будет свободно от указанной погрешности (А.К.Синякин. Принципы работы глобальных систем местоопределения (GPS). Новосибирск, 1996, с.38-40.).
Известен способ проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающий прием радиосигнала с помощью спутникового (кодового) приемника, изменение в ходе приема радиосигнала высоты антенны спутникового приемника и обработку усредненного результата. При этом на измеряемой точке антенну спутникового приемника располагают на выносной штанге с возможностью вращательно-поступательного движения относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку с радиусом вращения в пределах нескольких длин волн (патент РФ №2116656, G01S 7/36, прототип). Устройство для осуществления данного способа содержит штатив, на котором неподвижно установлены цилиндрический шток и подвижная стойка, а по поверхности цилиндрического штока выполнен винтовой паз.
Подвижная стойка в своей верхней части снабжена фланцем, на котором укреплена выносная горизонтальная штанга, а в нижней части - направляющим штифтом и штурвалом. На выносной горизонтальной штанге устанавливают спутниковую антенну (датчик), при этом длина горизонтальной штанги и шаг винтового паза, выполненный по поверхности цилиндрического штока, находятся в пределах нескольких длин волн. Данное техническое решение обеспечивает повышение точности геодезических измерений при определении плановых координат с помощью спутниковых приемников при работе в кодово-импульсном режиме в условиях сильно залесенной местности, но не решает аналогичную задачу при фазовых измерениях.
Задачей изобретения является повышение точности определения геодезических координат с помощью спутниковых приемников при фазовых измерениях.
Техническим результатом изобретения является уменьшение влияния многопутности принимаемого сигнала на результаты фазовых измерений в условиях большого уровня мешающих (отраженных) сигналов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающем прием радиосигнала с помощью спутникового приемника, вращение в ходе приема расположенной на выносной штанге антенны спутникового приемника относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку, и обработку усредненного результата, согласно изобретению при проведении фазовых измерений вращение в ходе приема антенны спутникового приемника осуществляют в горизонтальной плоскости с радиусом вращения в пределах 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала, при этом предварительно на указанной измеряемой точке находят первоначальное положение антенны, обеспечивающее прием наибольшего числа одновременно наблюдаемых спутников, и после чего перемещают спутниковую антенну с заданным угловым шагом и при каждом фиксированном угловом положении антенны в течение не менее одной минуты производят геодезические измерения, процесс продолжают до возвращения антенны в исходное положение, а координаты измеряемой точки получают путем осреднения полученных осредненных результатов значений координат при каждом из фиксированных положений антенны на данной измеряемой точке.
При этом измерения осуществляют при дискретном круговом вращении антенны преимущественно с шагом в 45°.
Кроме того, дополнительно на каждой измеряемой точке измерения производят при дискретном изменении высоты антенны, через равные интервалы, преимущественно через 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала.
Сущность изобретения заключается в том, что для того чтобы уменьшить влияние явления многопутности на результаты измерений и таким образом повысить точность и достоверность определения координат при работе в залесенной местности при фазовых измерениях, спутниковую антенну располагают на горизонтальной штанге, длина которой находится в пределах 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний, что является максимально возможным удалением фазового центра антенны спутникового приемника от измеряемой точки при одновременном обеспечении надежности фазовых измерений. На каждой измеряемой точке измерения производят дискретно при круговом перемещении антенны в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку. Как результат данной технологии прием прямых и множества отраженных электромагнитных волн с их последующей обработкой, накоплением и осреднением обеспечивает получение конечных результатов геодезических измерений, в значительной степени свободных от влияния отраженных сигналов.
На фиг.1 приведен общий вид устройства согласно изобретению, на фиг.2 показан фрагмент распределения значений определяемых координат при реализации изобретения.
Устройство согласно изобретению содержит цилиндрический шток 1, расположенный внутри подвижной стойки 2, снабженной в своей верхней части выносной горизонтальной штангой 3 для установки спутниковой антенны 4. Цилиндрический шток 1 в своей верхней части, а подвижная стойка 2 в своей нижней части снабжены центрирующими втулками 5 и 6, соответственно. Цилиндрический шток 1 неподвижно укреплен на опорном фланце 7 штатива 8. Опорный фланец 7 включает также подвижный лимб 9 с угловой шкалой от 0° до 360°, через каждые 45°. Подвижная стойка 2 выполнена заодно с трапециевидным кольцом 10, включающим указатель положения 11.
Для обеспечения устойчивого вращения антенны 4, а также возможности изменения ее положения по высоте вдоль цилиндрического штока 1 выполнены направляющие проточки 12 с шагом 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний, а в боковой поверхности подвижной стойки 2 на уровне нижней проточки 12 выполнено резьбовое отверстие 13 с установленном в нем фиксирующим (опорным) винтом 14.
Геодезические измерения согласно изобретению осуществляют следующим образом.
Предварительно, перед началом пошагового кругового перемещения антенны 4, вращая подвижную стойку 2, находят направление на максимальное число одновременно наблюдаемых спутников, после чего вращение антенны 4 прекращают. Это положение антенны 4 считают исходным (нулевым). Фиксируют соответствующее положение указателя 11 и совмещают с ним нулевую отметку шкалы лимба 9. Затем, контролируя прием спутников, поворачивают подвижную стойку 2 по часовой стрелке, например на угол 45°. В таком положении в течение не менее одной минуты выполняют геодезические измерения, которые заносятся в память измерительной аппаратуры. Далее в том же направлении по часовой стрелке по угловой шкале лимба 9, вращая подвижную стойку 2, поворачивают антенну 4 на следующие 45° и производят измерения также в течение одной минуты. Этот процесс продолжают до завершения полного оборота вращения антенны 4, то есть до возвращения ее в первоначальное исходное положение, в котором также выполняют геодезические измерения в течение не менее одной минуты. При необходимости высокоточного определения координат исследуемых точек идентичные измерения производят на нескольких высотах антенны 4, для чего подвижную стойку 2 поднимают и фиксируют на следующей проточке 12 цилиндрического штока 1 (на высоту 0.5 λ≈10 см). Процесс измерений при каждой высоте антенны 4 выполняют, как это описано выше. Принятые сигналы, прямые и отраженные, автоматически регистрируются, накапливаются, обрабатываются. Конечные значения координат каждой из исследуемых точек на местности определяют путем осреднения полученных осредненных значений при каждом из фиксированных положений антенны 4 на данной точке.
Ниже приведены результаты реализации изобретения.
В таблице показан фрагмент результатов геодезических измерений согласно изобретению с использованием субметровой GPS системы, состоящей из приемников Legacy - HGD фирмы Topcon (базовая станция) и Pathfinder PRO XR фирмы Trimbler (мобильная станция).
На фиг.2 в качестве примера для пункта наблюдений №1909 (см. таблицу) показано полученное распределение значений координат данной точки при дискретных геодезических измерениях согласно изобретению (* - полученные значения координат исследуемой точки при каждом фиксированном положении антенны 4, □ - значения координат измеряемой точки, полученные в результате усреднения всех значений - *)
Представленные результаты демонстрируют, что реализация данного изобретения обеспечивает высокую точность (одного порядка с точностью при работе в открытой местности) определения координат пунктов наблюдения при проведении фазовых измерений в залесенной местности.
1. Способ проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающий прием радиосигнала с помощью спутникового приемника, вращение в ходе приема расположенной на выносной штанге антенны спутникового приемника относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку, и обработку усредненного результата, отличающийся тем, что при проведении фазовых измерений вращение в ходе приема антенны спутникового приемника осуществляют в горизонтальной плоскости с радиусом вращения в пределах 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала, при этом предварительно на указанной измеряемой точке находят первоначальное положение антенны, обеспечивающее прием наибольшего числа одновременно наблюдаемых спутников, и после чего перемещают спутниковую антенну с заданным угловым шагом и при каждом фиксированном угловом положении антенны в течение не менее 1 мин производят геодезические измерения, процесс продолжают до возвращения антенны в исходное положение, а координаты измеряемой точки получают путем осреднения полученных осредненных результатов значений координат при каждом из фиксированных положений антенны на данной измеряемой точке.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения осуществляют при дискретном круговом вращении антенны преимущественно с шагом в 45°.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно на каждой измеряемой точке измерения производят при дискретном изменении высоты антенны через равные интервалы, преимущественно через 0,5 λ, где λ - длина волны несущих колебаний принимаемого сигнала.
