Система тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры
Полезная модель относится к средствам метрологии. Система содержит рабочую площадку, на которой размещены первый и второй одночастотные спутниковые приемники в двух различных точках на линии в направлении Север-Юг. Между указанными приемниками, в створе указанных двух точек, размещен линейно изменяемый базис с установленной на нем антенной спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры, а на расстоянии от 1 км до 2000 км от рабочей площадки установлена антенна базовой станции комплекта тестируемой аппаратуры. Указанный первый одночастотный спутниковый приемник установлен на рабочей площадке стационарно, а второй одночастотный спутниковый приемник - с возможностью передвижения по рабочей площадке вдоль указанной линии, а в качестве линейно изменяемого базиса использовано устройство прецизионного перемещения антенны спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является вертикальной, с дополнительной осью, на которой размещен инклинометр и которая выполнена в виде телескопической штанги, нижний конец которой шарнирно прикреплен к станине линейно изменяемого базиса, а верхний конец шарнирно прикреплен на фиксированной высоте к указанной вертикальной оси линейно изменяемого базиса.
1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к средствам метрологии и может быть использована для тестирования и сертификации высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры - как отдельной спутниковой геодезической аппаратуры, так и комплексных спутниковых систем точного позиционирования, таких как система спутниковых базовых станций, система геодезического мониторинга инженерных сооружений повышенной сложности (высотных зданий, протяженных мостов, плотин и т.п.). Мобильность заявленной системы позволяет оперативно разворачивать ее и проводить измерения практически в любой местности.
В качестве ближайшего аналога заявленной системы принята система для метрологической аттестации приборов, описанная в статье: И.С.Тревого. Геодезический полигон для метрологической аттестации приборов и апробации технологий // Геопрофи, 
1, 2009, с.6-11, использующая для поверки тестируемой аппаратуры геодезический полигон, в состав которого входят линейный геодезический базис, например, линейно изменяемый базис, и геодезическая сеть с метрологическими объектами, имеющими эталонные географические координаты. В состав геодезического полигона также входят спутниковые приемники, предназначенные для высокоточного определения координат объектов, и оборудование для высокоточного определения расстояний между точками базиса, например, лазерные дальномеры. Необходимая «эталонная точность» определения пространственных координат получается при этом путем осреднения (уравнивания) многократных измерений. Тестирование геодезической аппаратуры производится путем сравнения координат, получаемых в результате контрольных измерений, с эталонными координатами.
Недостатком тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры с применением геодезического полигона является то, что точность определения пространственных координат, определяемая с помощью эталонной спутниковой аппаратуры, сопоставима с точностью, определяемой тестируемой аппаратурой. В случае же, когда для эталонирования используются линейные базисы, их протяженность ограничена несколькими километрами. Это не позволяет оценить точность тестируемой аппаратуры на более протяженных базисах. К недостаткам геодезических полигонов также относится сложность, высокие капиталовложения на их создание и содержание.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка более простой, дешевой и удобной в применении системы тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры, работающей на основе принципа сравнения приращений топоцентрических координат (координат в плоскости) с линейным изменением длины базиса в плане и по высоте. Такая система позволяет обеспечить надежность и достоверность измерений при простоте метода тестирования, характеризуется низкой себестоимостью и обладает возможностью быстрого развертывания практически в любом месте.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Система тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры, содержащая спутниковые приемники и линейно изменяемый базис, содержит рабочую площадку, на которой размещены первый и второй одночастотные спутниковые приемники в двух различных точках на линии в направлении Север-Юг, причем между указанными приемниками, в створе указанных двух точек, размещен линейно изменяемый базис с установленной на нем антенной спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры, а на расстоянии от 1 км до 2000 км от рабочей площадки установлена антенна базовой станции комплекта тестируемой аппаратуры, при этом указанный первый одночастотный спутниковый приемник установлен на рабочей площадке стационарно, а второй одночастотный спутниковый приемник - с возможностью передвижения по рабочей площадке вдоль указанной линии, а в качестве линейно изменяемого базиса использовано устройство прецизионного перемещения антенны спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является вертикальной, с дополнительной осью, на которой размещен инклинометр и которая выполнена в виде телескопической штанги, нижний конец которой шарнирно прикреплен к станине линейно изменяемого базиса, а верхний конец шарнирно прикреплен на фиксированной высоте к указанной вертикальной оси линейно изменяемого базиса.
В предпочтительных вариантах выполнения указанный первый одночастотный спутниковый приемник установлен на рабочей площадке на фундаментальном пилоне, а второй - на передвижной, фиксируемой в пространстве, стойке.
Сущность полезной модели и возможность ее осуществления поясняются иллюстративными материалами, представленными на фиг.1 и 2, где:
на фиг.1 представлена структурная схема системы тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры;
на фиг.2 - эскиз линейно изменяемого базиса.
Система тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры содержит, см. фиг.1, рабочую площадку 1 длиной не менее 30 метров с первым 2 и вторым 3 одночастотными спутниковыми приемниками, размещенными соответственно в точках «А» и «В» на одной линии в направлении Север-Юг (линия «N»-«S» на фиг.1). Рабочая площадка 1 располагается, например, на крыше здания, чтобы обеспечить беспрепятственный прием сигналов глобальной навигационной спутниковой системы из верхней полусферы. Первый приемник 2 установлен на рабочей площадке 1 стационарно, второй приемник 3-е возможностью перемещения вдоль линии Север-Юг.
В точке «А» рабочей площадки 1 располагается фундаментальный пилон 4, несущий приемник 2. Пилон 4 имеет соответствующее посадочное место для закрепления приемной спутниковой антенны геодезического класса приемника 2. Пилон 4 представляет собой, например, бетонную тумбу диаметром 0,3÷0,5 м или металлическую треногу, устойчивую от принудительного перемещения. Высота пилона составляет не менее 1,5 м относительно подстилающей поверхности.
В точке «В» рабочей площадки 1 располагается передвижная, фиксируемая в пространстве, стойка 5, несущая приемник 3. Стойка 5 имеет соответствующее посадочное место для закрепления приемной спутниковой антенны геодезического класса приемника 3. Высота стойки 5 составляет 1,5÷2 метра. Пространственное положение точки «В» относительно точки «А» (строго по линии Север-Юг) определено с помощью взаимных координатных измерений, осуществляемых приемниками 2 и 3, с необходимой точностью ~ 5 угловых секунд.
Между приемниками 2 и 3, в створе точек «А» и «В», а именно, в точке «С», располагается линейно изменяемый базис 6 с установленной на нем антенной 7 спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры, а на расстоянии от 1 км до 2000 км от рабочей площадки 1 в точке «D» располагается антенна 8 базовой станции комплекта тестируемой аппаратуры. Наличие фиксируемых и выставленных точек «А» и «В» (строго по линии Север-Юг) позволяет проводить периодическую поверку (перед началом и после испытаний) неизменности положения одной из горизонтальных осей линейно изменяемого базиса 6 с использованием, например, электронного тахеометра.
В качестве линейно изменяемого базиса 6 (фиг.2) предлагается использовать актуатор - устройство прецизионного перемещения (с микронной точностью) антенны 7 спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры по трем взаимно перпендикулярным осям «x», «y» и «h», одна из которых («h») является вертикальной, а две другие - «x», «y» - горизонтальными. Конструктивно вертикальная ось «h» представляет собой вертикальную стойку 9, несущую антенну 7. Также имеется дополнительная ось «m» для установки инклинометра 10, служащего дублирующим средством измерения смещения положения антенны 7. Конструктивно дополнительная ось «m» представляет собой телескопическую штангу 11, шарнирно прикрепленную к неподвижной станине 12 с одной стороны и на фиксированной высоте к вертикальной стойке 9 (т.е. к оси «h») с другой стороны. Крепление телескопической штанги 11 (оси «m») осуществлено так, что в исходной точке (нулевого перемещения) ось «m» располагается строго вертикально, а ее длина в рассматриваемом примере составляет 1000 мм.
Применение актуатора позволяет перейти от сравнения приращений пространственных координат с эталонными приращениями, к сравнению приращений топоцентрических координат (координат в плоскости) с линейным изменением длины базиса в плане и по высоте.
Для реализуемой в рассматриваемом примере процедуры тестирования достаточен диапазон перемещений по оси «x» - 500 мм, оси «y» - 150 мм, оси «h» - 150 мм.
Процедура тестирования (сертификации) состоит в следующем.
В точке «С» (фиг.1) на вертикальной оси «h» линейно изменяемого базиса 6 устанавливается антенна 7 спутникового приемника (ровер) комплекта тестируемой аппаратуры. В точке «D», расположенной на расстоянии от 1 км до 2000 км (выбор расстояния определяется задачей тестирования данной аппаратуры), устанавливается антенна 8 базовой станции комплекта тестируемой аппаратуры. Далее производится синхронный набор измерений базовой станции и ровера тестируемой спутниковой геодезической аппаратуры (сеанс наблюдений). После этого производится перемещение антенны 7 на линейно изменяемом базисе 6 по трем осям с заданной дискретностью и производится очередной сеанс наблюдений. Данная операция повторяется необходимое количество раз для набора статистики.
Полученные из совместной обработки каждого сеанса наблюдений приращения координат в геоцентрической системе (
X, Y, Z) переводятся в плоскую прямоугольную топоцентрическую систему (х, y, h) с началом координат в точке «D» базовой станции. Сравнение разницы составляющих между нулевым сеансом и текущим, i-тым (x0-xi), (y0-yi), (h0-hi) с заданными значениями перемещения линейно изменяемого базиса 6 в плане и по высоте позволяет оценить погрешность определения приращений координат тестируемой спутниковой геодезической аппаратуры.
Использование показаний инклинометра, закрепленного на оси «m», позволяет комплексно оценивать работу автоматизированных систем геодезического мониторинга инженерных сооружений повышенной сложности.
При всей простоте конструкции предложенная система позволяет проводить тестирование (сертификацию) спутниковой геодезической аппаратуры с миллиметровой точностью на различном удалении ровера от базовой станции.
Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в разработке простой, дешевой и удобной в применении системы тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры, работающей на основе принципа сравнения приращений топоцентрических координат с линейным изменением длины базиса в плане и по высоте.
1. Система тестирования высокоточной спутниковой геодезической аппаратуры, содержащая спутниковые приемники и линейно изменяемый базис, отличающаяся тем, что система содержит рабочую площадку, на которой размещены первый и второй одночастотные спутниковые приемники в двух различных точках на линии в направлении Север-Юг, причем между указанными приемниками, в створе указанных двух точек, размещен линейно изменяемый базис с установленной на нем антенной спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры, а на расстоянии от 1 до 2000 км от рабочей площадки установлена антенна базовой станции комплекта тестируемой аппаратуры, при этом указанный первый одночастотный спутниковый приемник установлен на рабочей площадке стационарно, а второй одночастотный спутниковый приемник - с возможностью передвижения по рабочей площадке вдоль указанной линии, а в качестве линейно изменяемого базиса использовано устройство прецизионного перемещения антенны спутникового приемника комплекта тестируемой аппаратуры по трем взаимно перпендикулярным осям, одна из которых является вертикальной, с дополнительной осью, на которой размещен инклинометр, и которая выполнена в виде телескопической штанги, нижний конец которой шарнирно прикреплен к станине линейно изменяемого базиса, а верхний конец шарнирно прикреплен на фиксированной высоте к указанной вертикальной оси линейно изменяемого базиса.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый одночастотный спутниковый приемник установлен на рабочей площадке на фундаментальном пилоне, а второй одночастотный спутниковый приемник - на передвижной, фиксируемой в пространстве стойке.
