Основные источники ошибок спутниковых наблюдений

При отработке методов высокоточных спутниковых измерений возникает необходимость тщательного исследования влияний всех возможных источников ошибок выполняемых измерений, особеннос­тей их проявления и обоснования методов их учета. В зависимости от характера воздействия отмеченных источников, возникающие при этом ошибки, подразделяются на две основные группы: систематические по­грешности, которые применительно к спутниковым измерениям по­лучили название смещений, и погрешности случайного характера, ко­торые часто отождествляют с понятием «шум».

Для погрешностей первой группы разрабатываются специальные методы их учета. Влияние второй группы удается, в большинстве слу­чаев, минимизировать за счет использования большого массива от­дельных измерений. В настоящем разделе основное внимание уделено рассмотрению ошибок систематического характера, обуславливающих появление смещений результатов измерений. При их исследовании и создании методов ослабления их влияния широкое распространение получил метод моделирования, для разработки которого приходится тщательно изучать механизм воздействия таких источников ошибок на результаты измерений с тем, чтобы на основе такого изучения разра­ботать эффективные методы минимизации отмеченного влияния.

Исходя из анализа измерительного процесса, характерного для си­стемы GPS, все основные источники ошибок можно условно разбить на три основные группы:

1) ошибки, связанные с неточностью знания исходных данных, из которых определяющая роль принадлежит погрешностям знания эфе­мерид спутников, значения которых должны быть известны на момент измерений;

2) ошибки, обусловленные влиянием внешней среды, среди кото­рых выделяют такие источники, как воздействие атмосферы (ионос­феры и тропосферы) на результаты спутниковых измерений, а также отраженных от окружающих объектов радиосигналов (многопутность);

3) инструментальные источники ошибок, к которым, как правило, относят неточность знания положения фазового центра антенны при­емника, неучтенные временные задержки при прохождении информа­ционных сигналов через аппаратуру, а также погрешности, связанные с работой регистрирующих устройств GPS приемников.

Наряду с перечисленными выше группами ошибок приходится учи­тывать и отдельные факторы, обуславливающие появление ошибок, которые не характерны ни для одной из перечисленных выше групп. В частности, к таким ошибкам могут быть отнесены погрешности, воз­никающие вследствие неоптимального взаимного расположения на­блюдаемых спутников (геометрический фактор). Кроме того целый ряд ошибок может возникать в процессе перехода от одной координатной системы к другой (например, от свойственной системе GPS глобаль­ной координатной системы GPS-84 к местной, интересующей потре­бителя координатной системе). В дополнение к вышеизложенному не­обходимо учитывать также влияние источников ошибок, связанных с «искусственным зашумлением» излучаемых спутниками радиосигна­лов.
При нахождении интересующих потребителя координат точек на земной поверхности спутниковыми методами необходимо наряду с измерением расстояний до спутника знать также его эфемериды, кото­рые определяют местоположение спутника на момент выполнения из­мерений. Неточность знания эфе­мерид обуславливает соответствующие погрешности определения как абсолютных значений координат определяемых точек, так и их разно­стей между пунктами наблюдений. Механизм неточного знания эфе­мерид связан, прежде всего, с наблюдаемыми на практике расхожде­ниями между предсказываемой (невозмущенной) и реальной (подвер­женной влиянию возмущающих сил) орбитами. К возмущающим си­лам относят различные факторы как гравитационного, так и неграви­тационного происхождения.

Значения эфемерид на спутнике корректируются каждый час и остаются действительными, по крайней мере, еще в течение получаса после окончания каждого конт­рольного часа.

Точность передаваемых по радиоканалу значений эфемерид характеризуется погрешностью на уровне около 20 м, что обеспечивает точность геодезических спутниковых диффе­ренциальных измерений на уровне около 1*10-6, которая удовлетворя­ет требованиям большинства выполняемых геодезических работ. Од­нако в связи с широким развитием глобальных высокоточных сетей, предназначенных как для изучения движения земной коры, так и со­здания референцного каркаса, отмеченный уровень оказывается недо­статочным.

В таких случаях прибегают к использованию апостериор­ного метода определения эфемерид, сущность которого состоит в том, что при окончательной обработке спутниковых измерений использу­ют не те значения эфемерид, которые сбрасываются со спутника по радиоканалу, а от специально организуемых служб, которые накапли­вают реальные (а не прогнозируемые) значения эфемерид в банке дан­ных на основе использования результатов измерений или входящими в сектор управления и контроля станциями слежения, или специаль­ными службами, в которые поступает информация от специально со­зданных для этих целей наземных спутниковых станций, входящих в состав соответствующей высокоточной глобальной сети. В частности, в настоящее время в США такой банк функционирует при националь­ной геодезической службе (NGS).

При апостериорных методах удается повысить точность определе­ния эфемерид почти на порядок, т.е. довести эту точность до несколь­ких единиц метров. При таком подходе погрешность знания эфемерид перестает оказывать существенное влияние на результирующую точ­ность спутниковых измерений при решении практически любых гео­дезических задач.

Определить уклон местности при сечении горизонталей – 10 м; расстояние между ними – 2, 5 см.