Тема 4: Систематические и случайные ошибки наблюдений

Систематические ошибки – это те, в которых есть какая-то система. Случайные ошибки никакой системы не несут.

Согласно 2 тому Антоновича выделяются 4 основных вида ошибок:

· ошибки наблюдателя

· ошибки аппаратуры

· влияние внешних условий

· ошибки математической обработка (недостаточная информированность о работе системы)

Погрешности ГНСС:

Ошибки аппаратуры

Тепловой шум в аппаратуре возникает из-за свободных электрически заряженных частиц, которые двигаются не так, как нужно. Этот шум влияет на измерения. Он может быть вычеслен по характеристикам приемника, антенн и сигнала. Формула адская.

· Шум сигнала (шум антенны, шум приемника)

o 3м для C/A-кода

o 0.3м для P-кода

o 2мм для фазы несущей

· Положение фазового центра антенны

o Несколько сантиметров для разнотипных антенн

· Ошибки часов приемника и спутника

o eps_i(t)=t_i-t=a0+a1(t-t0)+(a2/2)(t-t0)²+int[t0..t][y(t)dt]

Шум аппаратуры составляет 1% от длины волны.

Шум сигнала можно большей частью вычислить. Производители составляют зависимости теплового шума в таблицах, соответственно при загрузке в программу обработки шум будет исключен. В противном случае мы внесем в наблюдения ошибку.

Шкала времени определяется:

1. Измеряемым периодом основных колебаний элемента, определяющего частоту.

2. Начало шкалы – может быть определено произвольно, либо оно может быть согласовано неким дополнительным соглашением.

В беззапросном методе измерений все часы нужно синхронизировать по одной шкале.

среднее движение спутника по орбите: 3,74 км/с. Рассинхронизация на одну наносекунду даст ошибку расстояния в 30 сантиметров.

a0 – начало отчета, a1 –дрейф часов (ход часов), a2 – скорость изменеия дрейфа часов; случайная составляющая – это накопленная (проинтегрированная) случайная дробная ошибка частоты

Рассчитывается/учитиывается с помощью дисперсии Аллона.

Для исключения ошибки часов при спутниковых наблюдений строятся комбинации изменений на двух частотах. Если вдруг второй частоты у нас нет, тогда оценивается поправка по этой модели. a0, a1 и a2 есть в навигационном сообщении.

Ошибки положения фазового центра антенны.

Антенна – устройство для излучения и/или приема электромагнитных волн путем прямого преобразования электрического тока в излучении (если излучающая), излучения в электрический ток (если приемная).

Фазовый (электрический) центр антенны – это виртуальная точка антенны, в которой совпадают фазовые фронты пришедших радиосигналов.

Ошибка положения фазового центра антенны содержит две составляющих:

1. Чисто геометрическая – это разница между положением механического и фазового центра – статична.

2. Изменение положения фазового центра – она зависит от высоты спутника – направлениея прихода фонта волны и её частоты.

Смещение определяется при помощи референсной точки антенны. Референсная точка – это некоторая точка, положение которой описано производителем.

ФЦА (физический или механический центр антенны), ГЦА (геометрический центр антенны) – разные производители отмечают что-то своё. Но прямо в центр антенны залезть нельзя, поэтому деляют референсную/опорную точку/точки – на донышке, выступе, бортике. ОТА (опорная точка антенны) = APR (Antenna point reference).

AntCal (Antenna Calibration) – погуглите, ресурс об этом – производители антенн, описания и т.п.

В геодезическом применении на онтенне есть марка-носитель координат, которая имеет углубление, якорь, etc. Так что нам следует определить высоту установки антенны. Выясняем наклонную высоту антенны h_ант и ПО посчитает правильные координаты. Либо, если стоит антенна на вешке, высоту антенны придется измерять рулеткой.

Калибровка антенн может осуществляться двумя способами: абсолютная и относительная.

Абсолютная калибровка осуществляется в специализированных установках, которые представляют собой закрытые комнаты с расположенными по их периметру источниками радиосигнала, при том они расположены таким образом, что они образуют сетку с ячейкой 5 градусов по азимуту и высоте. Фактически они имитируют небесную сферу при прохождении спутников с разных направлений.

Как осуществляется калибровка? Включается радиоисточник, измеряем центр, записываем в таблицу. На таком стенде антенна исследуется перед запуском в серию. Если антенна уже является серийной, её калибруют относительным методом: ставят рядом две антенны: одна эталонная, и вторая – испытуемая, направление от источника (или реальный сигнал) даются, и смотрится смещение. Если всё ок отправляют в продажу, если что-то не так, то решают проблему.

Влияние также зависит от формы антенны.

Соответственно нам надо, чтобы тип антенны распознавался правильно.

Эффект смещения фазового центра антенны заметно/гораздо ощутимее в случае использования разнотипной аппаратуры (разных производителей).

Поскольку смещения зависят от азимута, в некоторых антеннах принципиально ориентировать её на север с точностью до 1 градуса.