Региональная спутниковая дифференциальная система инженерно-геодезического контроля

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к радионавигационным спутниковым системам навигации (позиционирования) и их наземным функциональным дополнениям - дифференциальным подсистемам. Предлагаемая система включает головную станцию системы и совокупность ретрансляционных терминалов, каждый из которых выполнен в виде однотипного «активного репера», устанавливаемых стационарно не менее чем на четырех геодезических опорных станциях, и на всех объектах контроля элементов инженерных сооружений и в исследуемых точках земной поверхности. Терминалы АР связаны радио или проводными линиями связи с головной станцией. Состав аппаратуры терминалов обеспечивает прием сигналов от навигационных космических аппаратов и ретрансляцию измерений на головную станцию, которая является управляющим элементом системы, где проводится обработка измерений и вычисление геодезических координат, а также передача результатов контроля в специализированные центры (МЧС, Госгортехнадзор, сейсмическая служба и др.). Полезная модель отличается от зарубежных и отечественных аналогов заменой дифференциальных станций на терминалы «активный репер». Это обеспечивает повышение относительной точности определения геодезических координат при контроле объектов до 1-2 мм за счет одновременного использования избыточных измерений от всех терминалов геодезических опорных станций. Кроме того, упрощается устройство всей системы, что дает экономический эффект. Реализация предлагаемой модели путем развертывания на территории страны ведомствами и субъектами Российской Федерации Региональных спутниковых дифференциальных систем инженерно-геодезического контроля обеспечит своевременное предупреждение о возможных чрезвычайных ситуациях, вызванных влиянием техногенных и природных факторов.

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к радионавигационным спутниковым системам навигации (позиционирования) и их наземным функциональным дополнениям - дифференциальным подсистемам.

Известны различные модификации дифференциальных подсистем (ДПС), позволяющих повысить точность определения геодезических координат при решении навигации, геодезии, строительстве и в ряде других областей, путем применения дифференциального метода компенсации влияния на измерения внешних факторов: ионосферы, шумов, помех, многолучивости сигналов, воздействия тропосферы и др.

Известна региональная ДПС Starfix фирмы Fugro, которая включает несколько десятков наземных контрольно-корректирующих станций и центр вычисления дифференциальных поправок. Заявленная точность местоопределения 1-2 м на дальностях до 1000 км. (см. Orpen Ole. Recent Developments in the Fugro Starfix DPGS Service, Proc. of DSNS-96, vol.1, St / Petersburg, May 1996).

Известен проект станции мониторинга радионавигационных полей систем ГЛОНАСС-GPS и определения дифференциальных поправок. Заявленная точность определения дифференциальных поправок и вычисления координат объектов на уровне нескольких дециметров (см. Салищев В.А., Дворкин В.В., Виноградов А.А., Букреев A.M. Ж. Радионавигационные системы и навигационные комплексы. 1998, №9).

Известна телематическая система, содержащая сеть терминальных устройств, расположенных на подвижных или стационарных объектах системы, связанных с Центром диспетчеризации и мониторинга. Каждое

указанное терминальное устройство содержит объединенные двунаправленной шиной микроконтроллера приемодатчик с антенной, блоки микрофона и телефона, приемодатчик спутниковой системы связи с антенной. Центр системы ведет прием сообщений и передает команды на объекты системы. Заявленная точность позиционирования - в пределах пяти метров (см. свидетельство на ПМ №32608, кл. G01S 5/12, 11.06.2003 г.).

Известна полезная модель - Система телематических услуг с высокоточным позиционированием, отличающаяся от аналогичной предыдущей телематической системы (свидетельство на ПМ №37234, кл. G01S 5/12, 26.12.2003 г.) тем, что Центр вычисления дифференциальных поправок взаимосвязан с терминальными устройствами через центр коротких сообщений. По заявлению авторов это позволяет обеспечить повышение точности позиционирования до десятых долей метра, так как каждое предварительное измерение корректируется диспетчерскими центрами 2-го уровня. Эта полезная модель принята в качестве прототипа.

Однако, данный прототип и другие вышеприведенные системы имеют недостаточную точность для решения задач инженерно-геодезического контроля.

Основным техническим результатом предлагаемой ПМ прогнозируется существенное повышение точности определения координат.

Состав предлагаемой ПМ (фиг.1.)

Суть ПМ представлена на прилагаемой схеме. Функциональная схема ПМ включает головную станцию системы и совокупность ретрансляционных терминалов, каждый из которых выполнен в виде однотипного «активного репера», устанавливаемых стационарно не менее чем на четырех геодезических опорных станциях, и на всех объектах контроля элементов инженерных сооружений и в исследуемых точках земной поверхности. Терминалы 1 связаны радио или проводными линиями связи с ГС-2.

Каждый терминал включает: радиоприемник с выносной антенной приема сигналов навигационных космических аппаратов 3, аппаратуру

ретрансляции сигналов на ГС микроконтроллер, блок питания и оборудование, защищающее терминал от воздействия погодных факторов и неправомерных действий.

Головная станция 2 является управляющим органом системы. Она включает комплекс аппаратуры и оборудования, обеспечивающие: прием измерительных и информационных файлов от терминалов 1, обработку измерений, вычисление дифференциальных поправок и координат контролируемых точек, а так же передачу результатов контроля в специализированные центры.

Система работает следующим образом: работа всех элементов системы осуществляется в непрерывном автоматическом режиме в течение всего периода контроля (несколько часов, дней, ..., лет). Постоянное дежурство операторов системы организуется только на головной станции. На остальных элементах и терминалах проводится плановое технологическое обслуживание. Радиосигналы с навигационных КА поступают на антенны всех терминалов 1 и ГОС по фазам двух несущих частот и по фазам кода. Аппаратура (АP) 1 и ГОС осуществляет ретрансляцию служебных и измерительных файлов по радио или проводным линиям связи на ГС, где проводится вычисление дифференциальных поправок и вычисление координат точек установки антенн АР. Результаты вычислений, в соответствии с требуемой дискретностью по времени передаются в специализированные Центры (МЧС, Госгортехнадзор, сейсмическая служба и др.) для анализа результатов контроля и принятия управленческих решений.

Предлагаемая система отличается от зарубежных и отечественных аналогов отсутствием дифференциальных (контрольно-корректирующих) станций и передачей выполнения их функций по вычислению дифференциальных поправок и координат точек контроля на Головную станцию системы.

Выполнение всего комплекса вычисления координат с использованием избыточных измерений, одновременно поступающих от всех ГОС, образующих местную высокоточную геодезическую сеть, обеспечивает значительное повышение точности определения координат контролируемых объектов по сравнению с другими технологиями. Результаты проведения натурных экспериментов показали, что применение этой технологии при 2-х часовых сеансах измерений по фазам несущих частот обеспечивает относительную точность определения координат на уровне 1...2 мм (средняя квадратическая погрешность).

Таким образом, предлагаемая ПМ обеспечивает достижение поставленного технического результата.

Применение в составе «активных реперов» однотипной унифицированной аппаратуры, в том числе более простых по конструкции и экономичных по стоимости спутниковых приемников, создают условия для получения экономического эффекта, что будет способствовать развитию серийного производства комплектов аппаратуры для создания региональных и локальных дифференциальных систем на территории страны.

Реализация предлагаемой ПМ путем развертывания на территории страны ведомствами и субъектами Российской Федерации Региональных спутниковых дифференциальных систем инженерно-геодезического контроля обеспечит своевременное предупреждение о возможных чрезвычайных ситуациях, вызванных влиянием техногенных и природных факторов.

Источник информации

1. RU ПМ №37234, G01S 5/12, 26.12.2003 (прототип)

2. RU ПM №32608, G01S 5/12, 11.06.2003

3. Parkinson B.W., Fitzgibbon K.T. Optimal Locations of Pseudolites for Differential GPS, Navigation (USA), v.33, №4, 1986.

4. Hartman R., Johnson D. Demonstration of a P(Y) - Code Differentional GPS Precision Approach System, Navigation (USA), v.45, №1, 1998.

Региональная спутниковая дифференциальная система инженерно-геодезического контроля, содержащая головную станцию, совокупность наземных терминалов приема радионавигационных сигналов от спутниковых навигационно-геодезических систем, установленных на контролируемых объектах и геодезических опорных станциях, связанных сетью радио и/или проводных линий с головной станцией, отличающаяся тем, что эта система выполнена с возможностью контроля стабильности элементов инженерных сооружений и деформаций земной поверхности и оснащена ретрасляционными терминалами, каждый из которых выполнен в виде однотипного «активного репера», устанавливаемого стационарно на объектах контроля и не менее, чем в четырех опорных геодезических станциях, причем головная станция выполнена с возможностью вычисления в автоматическом режиме координат «активных реперов» относительно всех геодезических опорных станций и передачи результатов вычислений в специализированные центры анализа деформационных процессов контролируемых объектов.