Какие основные источники погрешностей влияют на точность GNSS‑наблюдений в «городском каньоне» (высотные здания, многолучевость, рефракция), какие приемы (аппаратные и программные) позволяют свести их к минимуму и как эти методы различаются при использовании только GPS, GPS+ГЛОНАСС и мультиконсистентных решений?

26 Сен в 20:40
8 +1
0
Ответы
1

Кратко и по делу — сначала перечислю главные источники ошибок в «городском каньоне», затем аппаратные и программные приёмы минимизации и в конце — как эти приёмы меняются при использовании только GPS, GPS+ГЛОНАСС и при мультиконсистентных решениях.

1) Основные источники погрешностей в городском каньоне

Многолучевость multipath,NLOSmultipath, NLOSmultipath,NLOS: отражённые/дифрагированные сигналы от фасадов, стекла, витрин — дают значительные смещения кода и фазы, иногда полный «подмена» прямого луча.Блокировка видимости satelliteocclusionsatellite occlusionsatelliteocclusion: мало видимых спутников, плохая геометрия → высокий PDOP/HDOP.Рефракция / дифракция вблизи зданий: локальные полевые градиенты влажности/температуры урбан‑микроклиматурбан‑микроклиматурбанмикроклимат и направленные преломления на кромках зданий и стекле.Атмосферные погрешности: ионосферный и тропосферный вгородскихусловияхтропосферныйвверхможетбытьнестабильным,ионосферныеартефактыприпомехахв городских условиях тропосферный вверх может быть нестабильным, ионосферные артефакты при помехахвгородскихусловияхтропосферныйвверхможетбытьнестабильным,ионосферныеартефактыприпомехах.Интерференция и джамминг/спуфинг вгородах—активноерадиов городах — активное радиовгородахактивноерадио.Антенная погрешность: фазовый центр антенны неустойчив, сильный приём с боковых направлений.Ошибки орбит/часов, потери треков, цикловые разрывы cycleslipscycle slipscycleslips — усугубляются при частых переходах LOS↔NLOS.

2) Аппаратные приёмы hardwarehardwarehardware

Рецепторы:
Использовать высокочувствительные, многочастотные приёмники L1/L2/L5,илиэквивалентыудругихсистемL1/L2/L5, или эквиваленты у других системL1/L2/L5,илиэквивалентыудругихсистем. Мультичастотность даёт возможность устранить ионосферную ошибку илизначительноеёснизитьили значительно её снизитьилизначительноеёснизить, улучшает устойчивость фикса амбигуитей.Выбирать приёмники с поддержкой современных мультиконстелляций и современными алгоритмами коррекции GLONASS‑IFB и т.д.Антенны:
Антенны, устойчивые к многолучевости: choke‑ring, multipath‑suppressing паттерны, хорошая фазовая стабильность малыеPCO/PCVвариациималые PCO/PCV вариациималыеPCO/PCVвариации.Вынесение антенны на мачту/кронштейн, максимально над уровнем окружения чемвыше—темлучшевидимостьгоризонтачем выше — тем лучше видимость горизонтачемвышетемлучшевидимостьгоризонта.Правильная ориентация, использование экрана/рефлекторов по возможности.Фильтрация/усиление:
LNA, фильтры от ШПД/локального шума, аппаратные notch‑фильтры/AGC/антиджаммер.Доп. сенсоры:
Интеграция с инерциальной системой IMUIMUIMU, одометрией/магнитометром/камерой — для сохранения решения при кратковременных потерях GNSS.Использование внешних RTK‑антенн или базовых станций с открытым небом для локальных коррекций.

3) Программные приёмы software/обработкиsoftware / обработкиsoftware/обработки

Мультиплекс и корреляторы:
Narrow‑correlator, double‑delta, multipath‑estimating DLL MEDLLMEDLLMEDLL — уменьшают кодовые ошибки от многолучевости.Отсев/взвешивание сигналов:
Elevation mask обычно7–15°вполе;вгородечастоставят10–20°чтобыубратьнизкоугловыеотражённыелучиобычно 7–15° в поле; в городе часто ставят 10–20° чтобы убрать низкоугловые отражённые лучиобычно7–15°вполе;вгородечастоставят10–20°чтобыубратьнизкоугловыеотражённыелучи.Вес по углу места weights∝1/sin(elevation)илиболееагрессивныесхемыweights ∝ 1/sin(elevation) или более агрессивные схемыweights1/sin(elevation)илиболееагрессивныесхемы и/или SNR‑based weighting: низкое SNR → взять в меньший вес или отбросить.RAIM/ADP/robust outlier detection — детектирование аномальных измерений.3D‑визоринг: если есть модель застройки 3D‑Citymodel/visibilitymask3D‑City model/visibility mask3DCitymodel/visibilitymask, исключать спутники, которые, вероятно, дают NLOS/отражения.Гладящие и фильтры:
Carrier‑phase smoothing of code HatchHatchHatch для уменьшения кодового шума.KF/UKF/PDAF/particle filters + интеграция IMU для преодоления кратковременных потерй измерений.Коррекции атмосферы:
Для одиночного приёмника: модели тропо Saastamoinen+маппинг‑функцияSaastamoinen + маппинг‑функцияSaastamoinen+маппингфункция и/или поправки от локальной сети.Для RTK: дифференциальное удаление тропо/ионосферы на коротких базисах.Для PPP/PPP‑AR — требуется многочастотность и более длительная сходимость; мультиконстелляция сокращает время сходимости.RTK/Сетевые решения:
Использование сети базовых станций VRS/RTCMMSMVRS/RTCM MSMVRS/RTCMMSM для получения локальных поправок и быстрого и точного фиксирования амбигуитов.Фиксация амбигуитетов: ambiguity resolution доп.процедурaдляGLONASS—учитыватьмежчастотныесмещениядоп. процедурa для GLONASS — учитывать межчастотные смещениядоп.процедурaдляGLONASSучитыватьмежчастотныесмещения.Антиджамминг/анти‑спуфинг программные стратегии.Постобработка: PPP и PPP‑AR, статический/статико‑кинематический постпроцесс.

4) Как методы различаются: GPS только / GPS+ГЛОНАСС / мультиконстелляция

Общий эффект добавления созвездий: больше спутников → лучше видимость, ниже PDOP, лучшая вероятность найти LOS‑спутники, быстрее и стабильнее фиксация амбигуитей. Но есть нюансы.

a) Только GPS односозвездиеодно созвездиеодносозвездие

Минусы:
Меньше спутников → высокие PDOP в тесных каньонах, выше вероятность неполноты для RTK.Если одночастотный — ионосферная ошибка остаётся нужномоделированиенужно моделированиенужномоделирование.Подходы:
Использовать все аппаратные меры choke‑ring,поднятьантеннуchoke‑ring, поднять антеннуchokering,поднятьантенну.Жёсткие маски по углу места и SNR‑фильтрация.При RTK: требуются хорошие базовые станции поблизости или статические сессии.Интеграция с IMU/одометрией — критична для компенсации разрывов.

b) GPS + ГЛОНАСС двесозвездиядве созвездиядвесозвездия

Плюсы:
Больше спутников, лучше геометрия → вероятность фиксирования амбигуитетов выше особенно при кратковременных «окнах» видимости.Уменьшение зависимости от набора видимых спутников есликто−тозаблокирован,другойможетбытьвидимесли кто-то заблокирован, другой может быть видимесликтотозаблокирован,другойможетбытьвидим.Минусы/особенности:
GLONASS традиционно использует FDMA‑подход разныечастотынаспутникахразные частоты на спутникахразныечастотынаспутниках, что вводит межчастотные смещения IFBIFBIFB, усложняет объединённую фиксацию амбигуитетов и требует корректной обработки в приёмнике/ПО.Единый набор поправок RTCMRTCMRTCM должен поддерживать GLONASS; потребуются более «умные» алгоритмы для устранения межсистемных биасов.Подходы:
Использовать приёмник/ПО, корректно обрабатывающие GLONASS IFB и межсистемные привязки gps↔glonasstime/biasgps↔glonass time/biasgpsglonasstime/bias.В городах комбинирование GPS+GLONASS обычно даёт заметный выигрыш в доступности и устойчивости RTK, но надо проверять качество SNR и уровни мультипутя для GLONASS‑каналов.

c) Мультиконсистентные решения GPS+ГЛОНАСС+Galileo+BeiDouит.д.GPS + ГЛОНАСС + Galileo + BeiDou и т.д.GPS+ГЛОНАСС+Galileo+BeiDouит.д.

Плюсы:
Максимальный выигрыш в количестве спутников и геометрии, уменьшенный PDOP, устойчивость к локальным засветкам/блокировкам.Мультичастотные сигналы разных систем дают больше способов для ионозондирования ionosphere‑freecombosionosphere‑free combosionospherefreecombos и более быстрой сходимости PPP/PPP‑AR.Современная сигнализация E1/E5,B1/B2,L5E1/E5, B1/B2, L5E1/E5,B1/B2,L5 даёт лучшую устойчивость к помехам и лучшую коррекцию мультипутя.Минусы/сложности:
Необходимость корректно управлять межсистемными смещениями референсныевремена,частотныебиасы,PCO/PCVреференсные времена, частотные биасы, PCO/PCVреференсныевремена,частотныебиасы,PCO/PCV, но современные приёмники/сети это делают.Для коллинеарной фиксации мешают несовпадающие частоты между системами — ПО должно уметь решать смешанные целочисленные задачи mixed‑integermixed‑integermixedinteger.Подходы:
Использовать multi‑frequency multi‑constellation receiver + сетевые коррекции VRS/FCB/RTCMMSMVRS/FCB/RTCM MSMVRS/FCB/RTCMMSM.PPP‑AR значительно выигрывает от мультиконстелляции: сокращение времени сходимости и повышение вероятности фикса.3D‑модели видимости и интеллектуальная селекция сигналов дают наибольшую выгоду при большом пуле спутников.

5) Практические рекомендации для работы в городском каньоне

Желательно: многочастотный, мультиконстелляционный приёмник высокого класса + choke‑ring/мультипатч антенна, вынесенная вверх.Использовать сетевые RTK/VRS если есть — обеспечивают локальные поправки и быстрый RTK‑фикс.Применять elevation mask ≈ 10–20° и SNR‑thresholds; использовать динамическое взвешивание по углу места/ SNR.Интегрировать IMU/одометрию/SLAM визуальнуюилиLIDARвизуальную или LIDARвизуальнуюилиLIDAR для «заполнения» периодов Потерь GNSS.Включать multipath‑mitigating correlators и carrier smoothing HatchHatchHatch на этапе приёма и постобработки.Если есть доступ — использовать 3D‑карты зданий для предсказания NLOS и исключения таких спутников.Для RTK: следить за поддержкой GLONASS/других систем в формате RTCM и корректной обработкой IFB; для PPP — использовать multi‑frequency и multi‑constellation и, при возможности, FCB/PPP‑AR.

6) Краткий вывод

Главная проблема в городском каньоне — многолучевость и плохая геометрия. Аппаратные меры качественнаяантенна,вынесениекачественная антенна, вынесениекачественнаяантенна,вынесение + программные маски,отбраковкаNLOS,smoothing,интеграциясIMU,RTK/VRSмаски, отбраковка NLOS, smoothing, интеграция с IMU, RTK/VRSмаски,отбраковкаNLOS,smoothing,интеграциясIMU,RTK/VRS дают наибольшую прибыль.Переход от GPS → GPS+GLONASS → полная мультиконстелляция даёт непрерывное улучшение доступности и точности; при этом добавочные сложности IFB,межсистемныебиасыIFB, межсистемные биасыIFB,межсистемныебиасы компенсируются современными приёмниками и сетевыми поправками и в большинстве практических сценариев мультиконстелляция предпочтительнее.

Если хотите, могу:

Предложить конкретные параметры настроек маскапоуглу,SNR‑threshold,времясглаживанияHatchит.п.маска по углу, SNR‑threshold, время сглаживания Hatch и т. п.маскапоуглу,SNRthreshold,времясглаживанияHatchит.п. для вашего оборудования и сценария пешеход/автомобиль/геодезическаясъёмкапешеход/автомобиль/геодезическая съёмкапешеход/автомобиль/геодезическаясъёмка.Рассчитать ожидаемый PDOP/количество спутников для конкретного городского участка, если укажете координаты/время/модель застройки.
27 Сен в 03:35
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир