Кораблев М.Е., Тикко �.�.

Спутниковые навигационные технологии, широко используе�ые при зе�ельно-кадастровых работах и решения задач геодезии, в настоящее вре�я базируются в основно� на использовании аппаратуры зарубежного производства. В тоже вре�я появившаяся на российско� рынке с начала 2003 года спутниковая геодезическая аппаратура ГЕО-161, разработанная и серийно выпускае�ая ОАО “Российски� институто� радионавигации и вре�ени”, превосходит по свои� технически� характеристика� и функциональны� воз�ожностя� большинство зарубежных аналогов. Она завоевывает все большую популярность у потребителей, которые по праву называют ее одной из лучших в свое� классе.

В настоящей статье приведены описание, функциональные воз�ожности и результаты испытаний спутниковой геодезической аппаратуры ГЕО-161.

Основой аппаратуры ГЕО-161 является сов�ещенный ГЛОНАСС/GPS одночастотный геодезический прие�ник, и�еющий 16 универсальных каналов слежения за КА. Конструктивно прие�ник выполнен в виде �оноблока, объединяющего �икрополосковую антенну, прие�оиз�еритель, накопитель данных, панель управления и акку�уляторную батарею. Достоинство� такой конструкции является отсутствие кабельных соединений, что несо�ненно удобно для работы в полевых условиях. Внешний вид аппаратуры представлен на рис. 1.

Прие�ник и�еет гражданский и военный сертификаты ГОССТАНДАРТА РОСС��.

�лагодаря �ало�у энергопо-треблению (�енее 2.5 Вт) длительность работы прие�ника без подзарядки акку�улятора достигает 11-12 часов. Е�кость внутренней па�яти и оригинальный алгорит� сжатия данных обеспечивает регистрацию из�ерений по все� наблюдае�ы� кос�ически� аппарата� с дискретностью 1 сек. в течение 12 часов, а с дискретностью 10 сек - 5 и более рабочих дней

В стандартно� режи�е работы прие�ник производит одновре�енные из�ерения по сигнала� спутников ГЛОНАСС и GPS, но �ожет быть переключен на работу по любой из систе� в отдельности.

�з�ерения при по�ощи аппаратуры ГЕО-161 обеспечивают точность из�ерений базисов не хуже 10�� + 2ppm, а в благоприятных условиях не хуже 5�� + 2ppm.

Прие�ник разрабатывался в расчете на реальные условия эксплуатации в России, поэто�у одни� из основных требований к �оноблоку являлась высокая �еханическая стойкость и работа в широко� те�пературно� диапазоне. �спользованные в прие�нике технические решения, выбранная эле�ентная база и акку�уляторная батарея обеспечивают воз�ожность автоно�ной работы в те�пературно� диапазоне от �инус 30 до плюс 55 градусов.

Прие�ник обеспечивает реализацию основных видов съе�ки, включая дина�ические режи�ы, без использования внешнего контроллера, при по�ощи несложной встроенной панели управления с наборо� светодиодных индикаторов и псевдосенсорных кнопок. Контроль работы прие�ника обеспечивается при по�ощи световой и звуковой индикации. При работе без контроллера сценарии работы (шаблоны) заранее фор�ируются на ко�пьютере и загружаются в прие�ник.

В то же вре�я с по�ощью контроллера, в качестве которого �ожет использоваться кар�анный персональный ко�пьютер (КПК) с ОС Windows CE, програ��но реализован целый ряд дополнительных функций - ввод и редактирование и�ен точек, высот установки, оперативное управление пара�етра�и сбора данных, навигация по заданно�у �аршруту (в то� числе с использование� электронных векторных карт) и т.д. Контроллер �ожет использоваться и как внешняя панель управления (его кнопки дублируют соответствующие функции встроенной панели прие�ника). Важно от�етить, что при использовании контроллера на базе КПК в не� не производится какого-либо накопления данных, а подключение �ожет производиться на непродолжительное вре�я непосредственно во вре�я работы ГЕО-161 - только для выполнения соответствующих функций, что облегчает его при�енение в условиях пониженной те�пературы. При прекращении работы КПК, напри�ер, вследствие разряда батареи, съе�ка �ожет быть успешно продолжена и без него.

Спутниковая геодезическая аппаратура проста в эксплуатации и для работы с ней не требуется проводить специальную подготовку операторов, освоить ее �ожет любой специалист с геодезической подготовкой в области при�енения ГЛОНАСС и GPS после проведения краткого инструктажа.

Настройка прие�ника, ввод сценариев работы, а также выгрузка накопленных из�ерений осуществляется при по�ощи входящего в его состав развитого интерфейсного програ��ного обеспечения (ПО). Одни� из воз�ожных при�енений прие�ника, поддерживае�ых интерфейсны� ПО, �ожет быть его использование в качестве постоянной базовой станции, раз�ещае�ой, напри�ер на крыше здания. Вычислительная �ашина с загруженны� интерфейсны� ПО также �ожет обеспечивать функции контроллера для основных режи�ов съе�ки. Реализована воз�ожность са�остоятельного обновления програ��ного обеспечения прие�ника пользователе�. В качестве выходного фор�ата данных используется BL DataSet, используе�ый програ��ны� обеспечение� геодезической съе�ки GSSoftware (пакеты серии BL).

Входящий в поставочный ко�плект прие�ников пакет програ�� BL-G1 for Windows – один из представителей се�ейства BL, ориентированный на обработку из�ерений как ГЕО-161, так и других одночастотных геодезических прие�ников GPS и ГЛОНАСС/GPS. Широкие воз�ожности пакета позволяют использовать его также с прие�ника�и “Зе�ле�ер Л1”, “Зе�ле�ер Л1М”, Leica и други�и распространенны�и геодезически�и прие�ника�и. Пакет позволяет проводить обработку из�ерений, полученных в режи�ах съе�ки “Статика”, “�ыстрая Статика”, “�стинная Кине�атика” (с инициализацией), “Кине�атика-На-Лету” (без инициализации), “Стой/�ди” (Stop-and-Go) и “Реоккупация”.

Совре�енные алгорит�ы разрешения фазовой неоднозначности позволяют быстро получить высокоточное решение по фазе на базисах длиной до 30 к�, а в благоприятных условиях - до 100 к� и более.

Организация обработки данных сочетает высокую степень авто�атической обработки с широки�и воз�ожностя�и редактирования данных и участия в процессе обработки для опытного пользователя. Число пунктов и базисов в каждо� проекте практически не ограничено. В каждо� проекте авто�атически создается архив всех загруженных данных с воз�ожностью их повторной обработки.

Наряду со стандартны�и воз�ожностя�и постобработки предус�отрен обширный набор средств для решения задач в неблагоприятных условиях - в то� числе удобный �еханиз� редактирования из�ерений с использование� графиков невязок, контроль за�кнутых фигур на точность за�ыкания с выборо� опти�альных решений, специальный алгорит� расчета векторов известной длины, контроль локальных участков создавае�ой сети уравнивание�, воз�ожность численной коррекции данных и т.д и т.п. Важной особенностью является воз�ожность хранить и анализировать несколько вариантов решений по каждо�у базису, при это� окончательная селекция �ожет производиться как вручную, так и авто�атически.

Утилиты уравнивания и перевычисления координат позволяют завершить решение типовой целевой задачи съе�ки - произвести уравнивание и перенос построенной сети в �естную систе�у координат и высот.

�азы данных создавае�ых проектов основаны на стандартных таблицах Paradox и полностью открыты. Пакет �ожет легко дополняться новы�и утилита�и са�и� пользователе�. Это открывает воз�ожность дальнейшего расширения его функций для более специальных при�енений.

В период с 10 по 17 сентября 2003 года на базе технических средств и при участии специалистов Центра спутниковых технологий УФГП “Госзе�кадастрсъе�ка” (В�СХАГ�) были проведены испытания спутниковой геодезической аппаратуры ГЕО-161 и пакета програ�� постобработки BL-G1. Целью испытаний являлось определение перспектив при�енения аппаратуры ГЕО-161 при проведении зе�ельно-кадастровых работ.

Оценка точностных и эксплуатационных характеристик аппаратуры проверялась путе� проведения координатных определений в режи�ах “Статика” и “Стой/�ди”, приче� испытывае�ые прие�ники раз�ещались в пунктах с частичны� затенение� види�ости КА �ногоэтажны�и здания�и и крона�и деревьев.

Для определений в режи�е “Статика” были задействованы 7 базовых дифференциальных станций Спутниковой систе�ы �ежевания зе�ель, развернутой в Московской области. Дифференциальные станции оснащены спутниковы�и двухчастотны�и геодезически�и прие�ника�и SR 530 фир�ы Leica.

�спытывае�ый прие�ник ГЕО–161 раз�ещался на пункте “G”, расположенно� внутри области, ограниченной пункта�и раз�ещения дифференциальных станций (рис. 2), и с его по�ощью проводились наблюдения навигационных КА для последующего определения расстояний до базовых станций и положения пункта “G”. Длительность сеанса наблюдений составляла 40 �инут. Зате� в пункте “G” раз�ещалось образцовое средство, в качестве которого использовался двухчастотный прие�ник SR 530, и проводился сеанс контрольных наблюдений длительностью 30 �инут.

Рис. 2 Схе�а раз�ещения базовых пунктов

�з�ерения, полученные прие�нико� ГЕО–161 на частоте L1, обрабатывались попарно в�есте с из�ерения�и каждой из дифференциальных станций (также на частоте L1), и определялись базовые расстояния и координаты пункта “G” с по�ощью програ��ного обеспечения постобработки BL – G1.

Аналогично определялись базовые расстояния и координаты пункта “G” с по�ощью из�ерений двухчастотного прие�ника SR 530 и програ��ного обеспечения SKI фир�ы Leica.

Результаты определений базовых расстояний для прие�ников ГЕО-161 и SR 530 приведены в таблице.

Таблица. Результаты определений базовых расстояний, полученные с по�ощью прие�ника ГЕО – 161 и прие�ника SR 530

Погрешность координатных определений, оцененная как среднее квадратическое отклонение (СКО) уравненных координат пункта “G” составила:

Длина вектора, образованного разностя�и уравненных координат пункта “G”, полученных с по�ощью прие�ника ГЕО-161 и прие�ника SR 530 (которую �ожно расс�атривать в качестве оценки абсолютной погрешности координатных определений), составила около 2 с�.

Определения в режи�е “Стой/�ди” выполнялись с по�ощью двух прие�ников ГЕО–161, один из которых использовался в качестве базового, а с по�ощью второго - осуществлялся обход определяе�ых пунктов по за�кнуто�у �аршруту. Погрешность определений в это� режи�е оценивалась в виде длины вектора разностей однои�енных координат первого и последного (сов�ещенного с первы�) пунктов обхода. Полученная после обработки с по�ощью ПО BL – G1 величина погрешности составила 3 ��.

В период с 24 по 30 сентября 2003 г. проведены испытания аппаратуры ГЕО-161 на кафедре астроно�ии и кос�ической геодезии М��ГАиК. Технические характеристики представленных для испытаний ко�плектов аппаратуры проверялась путе� проведения относительных координатных определений по наблюдения� в режи�ах “Статика” и “�ыстрая статика” на пункте М��ГАиК, с точно известны�и координата�и.

Для оценки точности относительных координатных определений в режи�ах “Статика” и “�ыстрая статика” на разно� удалении от базовых станций, по�и�о прие�ника ГЕО-161, в экспери�енте были задействованы двухчастотные прие�ники Odyssey-RS и Odyssey-E фир�ы Topcon, снабженные антенна�и Regant и двучастотный прие�ник SR530 фир�ы Leica. Результаты съе�ки обрабатывались с по�ощью програ��ы Pinnacle фир�ы Topcon.

Для оценки точности использовались статические наблюдения, выполненные на базовых линиях длиной 7, 9 и 11 к�.

Как было описано выше, во вре�я наблюдений рядо� с прие�ника�и ГЕО-161 устанавливался прие�ник Topcon HiPer-GGD, периодически эти прие�ники �енялись �еста�и. Кро�е этого в обработке использовались результаты наблюдений этих точек, полученные прие�нико� Leica SR 530. Отношение сигнал/шу� в условных единицах, принятых в RINEX, варьировалось для данных Leica SR 530 - от 3 до 9 единиц, для HiPer - от 6 до 9 единиц, для ГЕО-161 - от 6 до 8 единиц. Шу� фазовых из�ерений для ГЕО-161 невелик – ширина шу�овой дорожки не превышала 0.02 цикла. �з 16-ти получасовых серий наблюдений только в 5 обнаружены срывы в слежении за фазой несущей для сигнала одного из спутников. Во всех случаях число срывов в слежении за фазой несущей не превышало 4-х.

Все это показывает, что прие�ники ГЕО-161 обеспечивают стабильное слежение за навигационны�и сигнала�и всех спутников в пределах види�ости.

Металлический корпус прие�ника играет роль хорошего экрана типа groundplane, который за�етно снижает влияние �ноголучевости и отражений от подстилающей поверхности на результаты из�ерений.

Полученная по результата� испытаний точность определения ко�понент базовых линий составляет не более 6 ��, а точность определения длин базовых линий – не более 3 ��. Отдельно были от�ечены такие положительные качества приборов как низкий уровень шу�а фазовых из�ерений и хорошая защищенность от влияния �ноголучевого распространения навигационных радиосигналов.

Ко�плект геодезической аппаратуры ГЕО-161 с базовы� составо� средств, включающи� два прие�ника, програ��ное обеспечение постобработки из�ерений, вспо�огательные принадлежности и эксплуатационную доку�ентацию, обеспечивает проведение всех основных видов геодезических и зе�ельно-кадастровых работ.

Полученная по результата� испытаний точность определения длины базовой линии составила:

- не хуже 1ppm, в режи�е “Статика” на расстоянии порядка 30 к� и длительности сеанса наблюдений 10 �ин.;

- не хуже 1,5ppm, в режи�е “Статика” на расстоянии порядка 50 к� и длительности сеанса наблюдений 40 �ин.;

- 0,3 с� в режи�е “Стой/�ди”, при обходе 10 пунктов по за�кнуто�у �аршруту длиной порядка 300 �, что удовлетворяет требования� при выполнении геодезических и зе�ельно-кадастровых работ.

�спытания показали, что програ��ное обеспечение BL-G1 обеспечивает надежную обработку из�ерений, полученных как штатны�и прие�ника�и ГЕО-161, так и прие�ника�и фир�ы Leica, используе�ы�и в настоящее вре�я на предприятиях Росзе�кадастра, доступно для освоения операторо�, и�еющи� навыки обработки спутниковых наблюдений с по�ощью персонального ко�пьютера. Програ��ное обеспечение и�еет широкий набор функций, необходи�ых для полевых работ и для последующей обработки из�ерений на ПК, включая планирование сеансов наблюдений, установку в прие�никах требуе�ых режи�ов работы, преобразование из�ерений в фор�ат RINEX и обратно, обработку из�ерений, полученных в неблагоприятных условиях и т.д

По результата� испытаний аппаратура ГЕО-161 реко�ендована для оснащения предприятий Росзе�кадастра как надежный и точный инстру�ент, реализующий прогрессивные спутниковые технологии геодезических работ.