Жаліло А А, Шелковенко Д А, Шокало В М Харківський національний університет радіоелектроніки (ХНУРЕ) пр Леніна, 14, м Харків, 61166, Україна тел: + (380) 57-702-1479, факс: + (380) 57 702-1013, e-mail: gpsgroup@kturekharkovua

Анотація – Викладено істота і гідності широко впроваджуваних за кордоном мережевих ГНСС-технологій точного визначення місцезнаходження, які дозволяють формувати і використовувати так звані зональні (ширококутного або «віртуальні») диференціальні корекції Ефективність таких корекцій (порівняно з традиційними) заснована на оптимальному використанні властивостей просторово-часової кореляції похибок спостережень групи (мережі) референцних станцій в обумовленій зоні дії Коротко описані плани і поточні результати аналогічних вітчизняних розробок, спільно виконуваних фахівцями ХНУРЕ та ДАТ НАНУ Описано цілі та завдання створення в ХНУРЕ научноучебной лабораторії, створений заділ з формування апаратно-програмного GPS / EGNOS комплексу, плани з підготовки фахівців у галузі супутникової навігації і геодезії Ключові слова – глобальні навігаційні супутникові системи (ГНСС), супутникові технології точного визначення місцезнаходження, і, рефе-ренцние станції, обробка ГНСС-спостережень, диференціальні підсистеми

I                                       Введення

Предмет цієї доповіді повязаний з розвитком перспективних супутникових технологій точного визначення місцезнаходження для таких додатків як геодезична зйомка, картографія, кадастр, межування і інвентаризація земель, геоінформаційні системи – ГІС, і т д Мова йде про створення та впровадження вітчизняних супутникових технологій обробки спостережень локальних і регіональних мереж перманентних референцних станцій і споживачів глобальних навігаційних супутникових систем (ГНСС) з метою забезпечення надійних координатних визначень високою (дм-см-мм) точності У рамках виконуваних фахівцями Харківського національного університету радіоелектроніки (ХНУРЕ) і Головної астрономічної обсерваторії НАН України (ГАО НАНУ, м Київ) науково-дослідних робіт здійснюється розробка подібних технологій обробки та аналізу ГНСС-спостережень, створюється програмно-алгорітмічес-кая основа локальних і регіональних інформаційних підсистем надання коректує інформації та послуг точного визначення місцезнаходження, проводиться підготовка фахівців необхідного рівня кваліфікації У доповіді також наводяться приклади експериментальних результатів обробки реальних GPS-спостережень перманентних референцних станцій України, які показують перспективи розвитку та впровадження виконаних досліджень і розробок

II                              Основна частина

1 Мережеві технології високоточних диференціальних навігаційних і геодезичних визначень (див, наприклад, [1-3]) засновані на реалізації можливостей спільної обробки результатів спостережень мережі референцних станцій і формування так званих широкозонних корекцій для точного обліку іоносферних, ефемеридних, частот-но-часових і тропосферних похибок Така обробка дозволяє використовувати властивість сильної коррелированности у просторі та часі зазначених похибок для всіх станцій мережі в зоні її дії і оцінити ці похибки спільно з іншими параметрами (координатами станцій, відходами шкал часу між станціями та ін) Результати оцінювання похибок (або параметрів їх моделей) інтерполюються на місце розташування споживачів робочої зони мережі, обмеженою полігоном, утвореним референцними станціями Це дозволяє забезпечити практично рівномірну точність диференціальної корекції перерахованих медленноменяющіхся похибок спостережень споживачів у всій робочій зоні мережі і помітно підвищити точність і надійність визначення місця розташування споживача Досягнення високої точності координатних визначень по фазовим спостереженнями повязане з реалізацією досить складних процедур відновлення безперервності фазових спостережень і дозволу їх неоднозначності вимірювальної інформації референцних GPS-станцій і спостережень споживачів

В даний час відомо кілька різновидів так званих широкозонних WADA/RS- технологій (WAD – Wide Area Differential, MRD-Multi-Reference Differential, VRS – Virtual Reference Station) обробки фазових GPS-спостережень, які відрізняються способами оцінювання медленноменяющіхся похибок, подання коректує інформації та її використання споживачами Як показано в численних зарубіжних порівняльних дослідженнях, відомі різновиди мережевих технологій високоточної навігації та геодезичної зйомки, відрізняються за способом реалізації та близькі по точності координатних визначень при інших рівних умовах Так, напрмер, VRS-технологія (див рис1) використовує дані від мережі перманентних референцних станцій і дозволяє синтезувати (змоделювати) «віртуальну» ре-ференсную станцію в безпосередній близькості від роверного GPS-приймача в будь-якій точці робочої зони мережі, тим самим, виключаючи необхідність використання споживачами реальної «базової» станції Сформовані поправки і змодельовані на їх базі «віртуальні» спостереження за допомогою Internet (або інших засобів) передаються споживачам для використання при обробці результатів спостережень Крім того, для послесеанс- ної обробки інформації споживачі допомогою Internet можуть скористатися корректирующими даними, поміщається в архів центру збору та обробки

Рис 1 Істота WADA / RS-технологій Fig 1 The essence ofWAD / VRS technologies

2 Особливістю виконуваних вітчизняних досліджень і розробок є створення таких технологій обробки даних, які були б максимально орієнтовані на максимальне здешевлення обладнання споживачів, і які дозволять надавати споживачам відповідні інформаційні послуги, як це реалізується, наприклад, в європейській системі EUPOS Наявність в будь-якому регіоні мережі станцій дозволяє забезпечити централізовану інформаційну підтримку геодезичних робіт користувачів по всій території регіону При цьому в зоні покриття мережі користувачі отримують можливість досягнення необхідного рівня точності при використанні мінімального комплекту (від одного приймача) супутникового геодезичного ГНСС / GPS обладнання відносно низькій вартості Така інформаційна підтримка значно (в 2-3 рази) зменшує витрати при виконанні польових геодезичних і кадастрових робіт, забезпечує гарантовану якість координатних визначень, підвищує продуктивність (в 1,5-2 рази) Можливість використання одночастотних приймачів помітно підвищує привабливість мережевих технологій для споживачів – істотно (економія 60 .. 75%) знижуються витрати на придбання обладнання та програмного забезпечення Взаємодія з сервісними центрами дає можливість користуватися послугами низької вартості, починаючи від консультацій і закінчуючи повним виконанням координатних робіт

3 Розроблюване програмно-алгоритмічне забезпечення обробки фазових і кодових спостережень розрідженій мережі перманентних базових станцій буде виконувати: повну попередню обробку ГНСС-спостережень фільтрацію кодових спостережень з використанням «бесскачкових» фазових спостережень за технологією «smoothing / adjustment» розкриття неоднозначності фазових вимірювань та їх лінійних комбінацій оцінку поточних зональних моделей обліку тропосферних та іоносферних ефектів і формування зональних WAD / VRS-корекцій альтернативну спільну («кооперативну») обробку спостережень всіх ГНСС приймачів (як базових станцій, так і сенсорів споживачів) з оцінкою поточних координат (геометричної конфігурації) приймачів споживачів

В результаті виконання науково-дослідних робіт (проводяться протягом трьох останніх років) разработаниі верифіковані: програмно-алгоритмічне забезпечення попередньої обробки спостережень алгоритми контролю якості ГНСС-спостережень, програмне забезпечення (в середовищі MatLab) пакетної обробки добових спостережень мереж перманентних станцій нові алгоритми мультіреференцной диференціальної корекції і проведено дослідження точності координатних GPS-визначень, які показали можливість досягнення на всій території України дециметровому точності визначення місцезнаходження рухомих обєктів, оснащених одночастотними GPS-приймачами [4] З тематики досліджень і розробок опубліковано 16 наукових робіт (статті, доповіді на конференціях, включаючи міжнародні) і 12 науково-технічних звітів по ряду НДДКР

4 з метою реалізації поставлених завдань, включаючи впровадження навчально-практичних курсів, виконання дипломних проектів, дисертаційних робіт і підготовку фахівців необхідного рівня кваліфікації, в ХНУРЕ на базі кафедри «Основи радіотехніки» (ОРТ) формується науково-навчальна лабораторія [5] у взаємодії з іншими організаціями України (ГАО НАН Україна та ін) Головними напрямками розробок і завданнями лабораторії є створення: апаратно-програмного комплексу для безперервного спостереження сигналів GPS / EGNOS і обробки та аналізу вимірювальної інформації методичного забезпечення та реалізація організаційно-технічних заходів в частині оцінки якості навігаційного забезпечення за сигналами GPS / EGNOS (в перспективі – і системи GALILEO) на території України, методичних матеріалів та організація навчання зацікавлених ГНСС-користувачів шляхом проведення тематичних семінарів і цільових курсів навчання із залученням провідних фахівців Україна

Для реалізації запланованих робіт по створенню лабораторії університет придбав комплекс спеціалізованого обладнання прийому і обробки навігаційних сигналів GPS і широкозонних диференціальних корекцій чотирьох типів До складу апаратно-програмного комплексу входять двохчастотна універсальна GPS/EGNOS/HP- станція (PROPAK-LB + HP-L1L2 Plus), (див рис 2), одночастотний мобільний GPS / EGNOS навігаційно- но-геодезичний приймач Superstar II (SSII) (комплект Development Kit) – NovAtel Inc (Канада) і програмне забезпечення обробки ГНСС-спостережень GrafNav / GrafNet, Waypoint Consulting / NovAtel Inc (Канада)

Рис 2

Fig 2

Розгортання GPS / EGNOS-станції прийому та обробки навігаційних сигналів здійснено на території науково-навчального центру кафедри ОРТ На даху корпусу »І» університету (див рис 3) створений антенний пост з дотриманням основних вимог і рекомендацій, що предявляються до антенних спорудам перманентних і базових GPS / GNSS-станцій

До складу апаратно-програмного GPS/EGNOS- комплексу заплановано вкпючіть також обчислювальний кластер для забезпечення роботи станції і обробки спостережень інших приймачів, FTP-сервер для зберігання та забезпечення доступу до вимірювальної інформації базової станції і WEB-сервер, що забезпечує доступ до результатів обробки спостережень

Рис 3

Fig 3

У частині формування зачепила по запланованих робіт виконані:

♦ експериментальна обробка спостережень GPS-приймачів Trimble 4000SSI, Trimble 4700, Trimble 5700, Ashtech ZXII, NovAtel OEM4-G2, Septentrio PolaRx2 і деяких інших типів приймачів з використанням експериментального ВО «OCTAVA_PPA» (розробка ГАО НАНУ) та програмного забезпечення GrafNav / GrafNet (Канада)

♦ проведено роботи по установці базової GPS / EGNOS-станції (з опціями видачі та прийому декількох типів високоточних диференціальних корекцій)

♦ виконано науково-технічне обгрунтування і визначення способів і засобів оцінки та моніторингу реальних параметрів навігаційного забезпечення за сигналами GPS / EGNOS і GALILEO в Україна на основі аналізу європейського досвіду

♦ виконана розробка програмно-алгорітмічес-кого забезпечення мультіреференцной диференціальної корекції і визначення місця розташування споживачів з досягненням дециметровому точності на всій території України

III                                  Висновок

Представлено короткий виклад істоти мережевих ГНСС-технологій точного визначення місцезнаходження, які дозволяють формувати і використовувати зональні диференціальні корекції на основі спеціальної обробки спостережень групи (мережі) референцних станцій Розгортання локальних і регіональних інформаційно-вимірювальних підсистем, що реалізують такі технології обробки спостережень, дозволить досить ефективно вирішувати нагальні завдання геодезії, картографії, визначення та підтримки кадастру, межування та інвентаризації землі і т д Реалізація відповідних інформаційних послуг принесе споживачам вагому економічну вигоду і дозволить економити до 80% коштів, необхідних при реалізації традиційного методу геодезичних визначень з використанням ГНСС

Описано плани і поточні результати досліджень і розробок в рамках розглянутої тематики, спільно виконуваних фахівцями ХНУ-РЕ і ГАО НАНУ Описано задачі створення в ХНУРЕ науково-навчальної лабораторії, створений заділ з формування апаратно-програмного

GPS / EGNOS комплексу та підготовки фахівців у галузі супутникової навігації та геодезії

IV                            Список літератури

[1] Яцків Я С, Жаліло А А, Суберляк В Р, Сосонкін М Г, Дячук В А, Шавріна А В, Саданова Н В, Флерко С Н , Лукянов А М, Вольвач О Є, Кокурін Ю Л,

Штірберг Л С Регіональна система геодинамічного та екологічного моніторингу Криму з використанням GNSS Міждисциплінарна проблемно-орієнтована Програма / / 1нновац1йн1 технологи (Науково-практичний журнал), № 4 – 5, 2003 р, с 21 – 88

[2] Rizos С, Нап S, Ge L, et al Low-cost densification of permanent GPS networks for natural hazard mitigation: First tests on GSIs GEONET network / / Earth Planets Space,

№ 52, 2000 – pp 867-871

[3] Жаліло AA, Будюк EH, Лукянов A М, Флерко С Η Використання новітньої мережевої GPS / VRS технології для підтримки робіт зі створення і ведення земельного кадастру та ГІС / / МОНУ, Харківська державна академія міського господарства Науково-технічний збірник «комунальному господарству міст», вип 36, 2002 г, с 340-346

[4] Жаліло А А, Шелковенко Д А, Шокало В М (2005) Досягнення дециметровому точності в режимі мультіреференцной диференціальної навігації з використанням спостережень перманентних референцних GPS-станцій / / Всеукраїнський науково-технічний збірник «Радіотехніка», м Харків, ХНУРЕ, 2005, с 75 – 82 (стаття прийнята до друку в листопаді 2005 р)

V М Shokalo, А А Zhalilo, А I Dokhov, GV Nesterenko, D А Shelkovenkov, Ν V Sadanova, Ε Yu Bondar {2006) Formation in KhNURE of the scientific-educational laboratory of processing and analysis of measuring information of GPS/EGNOS reference stations, navigation and geodetic user receivers // Proceedings of the 9* International Conference «Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science», TCSET2006, 2125 February 2006, Lviv-Slavsko, Ukraine, pp 1 – 4

NETWORK SATELLITE TECHNOLOGIES OF HIGH PRECISION POSITIONING, PLANS AND PRELIMINARY RESULTS OF RESEARCHES AND DEVELOPMENTS

Zhalilo AA, Shokalo V М, Dmitry Shelkovenkov DA Kharkiv National University of Radio Electronics (KhNURE)

Lenin Ave, 14, Kharkiv, 61166, Ukraine Ph: +(380) 57-702-1479, e-mail: gpsgroup@kturekharkovua

Abstract – The essence and advantages of widely implemented abroad GNSS network technologies of high precision positioning, which allow to form and use so-called zone (Wide Area or «Virtual») differential corrections are presented Plans and the current results of similar domestic developments which are in common carried out by the scientists of KhNURE (Kharkov) and MAO NASU (Kiev) are briefly described The purposes and tasks of creation in KhNURE the scientific- educational laboratory of satellite technologies of high precision positioning are described

I                                         Introduction

The subject of the present report is connected with the creation of domestic satellite technologies of processing of global navigation satellite systems (GNSS) observations with the purpose of providing of reliable high precision (dm-cm-mm) positioning Within the framework of the current research works the development of network technologies of GNSS observation processing and the analysis is realized It is created the soft- ware-algorithmic basis of local and regional information subsystems of differential corrections dissemination and performance of high precision positioning and the preparation of specialists of the necessary skill level is performed

II                                        Main Part

Network technologies of high precision positioning are based on the realization of the abilities of joint processing of the results of observation processing of the network of reference stations and the formation of so-called wide area corrections for the exact account of the main systematic errors This allows to increase considerably the accuracy and reliability of user positioning As a result of the execution within several years of research works there are developed and verified: algorithms and software of preliminary processing of observations algorithms of quality control of GNSS observations, software of daily observation batch processing of the networks of permanent stations new algorithms of multireference differential corrections formation there are also done the researches of accuracy of GPS positioning which have shown the possibility of achievement in the whole of the territory of Ukraine of decimeter accuracy of positioning of mobile objects equipped by single-frequency GPS-receivers For the purpose of realizing the tasks and preparing of specialists the scientific- educational laboratory is formed in KhNURE where it is created the specialized GPS/EGNOS hardware-software complex for continuous signal observation and measurement processing and analysis and training of specialists and the interested GNSS- users is organized

III                                       Conclusion

The essence of network GNSS-technologies of high precision positioning which allow to form and use zone differential corrections on the basis of special processing of observations of the group (network) of reference stations is stated The plans and the current results of researches and developments within the framework of the examined subject-matter, jointly carried out by KhNURE and MAO NASU specialists are described The tasks of creation in KhNURE of the scientific-educational laboratory and the preliminary results of the formation of hardware- software GPS/EGNOS complex and preparation of specialists are presented

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р