Тема: Разработка алгоритмов обработки относительных фазовых определений. Их программная реализация

Развитие науки влечет за собой изменения в методологической базе любой дисциплины. Так и в геодезии традиционные способы все чаще уступают свое место использованию спутниковых измерений в определении координат. Такие современные способы измерений позволяют с высокой точностью определять положения объектов, при этом исчезла необходимость в зрительной видимости между определяемыми объектами. Кроме того, расстояния между пунктами во время геодезических работ также может быть увеличено по сравнению с традиционными измерениями.
В геодезии в основном используют относительные измерения, так как с их помощью достигается максимальная точность определения координат. Они заключаются в определении сдвига по фазе между колебаниями сигнала, принятого от спутника, и собственными колебаниями. При этом фазовые измерения должны производиться одновременно на нескольких станциях (базовой с известными координатами и определяемых).
Обработка таких измерений есть в существующем программном обеспечении. Однако, к сожалению, в основном все они является зарубежными, дорогими и закрытыми и российских аналогов не имеют. Используемые в их основе математические алгоритмы неизвестны, что является большим недостатком для каких- либо научных, исследовательских, а также образовательных целей. Поэтому возникла необходимость в создании собственного продукта, совершающего обработку геодезических спутниковых измерений.
Спутниковые измерения могут быть использованы в частности для выполнения работ по мониторингу деформаций природных и инженерных объектов. Этот вид геодезических работ очень часто применяется в мире, так как позволяет предотвратить серьезные повреждения гидротехнических сооружений, архитектурных памятников и других инженерных объектов. Программное обеспечение для этого вида работ в настоящее время активно создается и развивается в разных странах как в исследовательских центрах, так и в коммерческих организациях. В России геодезический мониторинг тоже является востребованным, поэтому есть необходимость в создании нового, удобного для отечественных специалистов программного обеспечения, отвечающего всем требованиям и использующего новейшие технологии. Так как для мониторинга необходимы измерения с максимальной точностью, то актуальной проблемой является создание программного обеспечения, основанного на относительных фазовых методах.
Таким образом, целью работы является разработка алгоритмов обработки относительных фазовых измерений.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
• разработать и реализовать алгоритм для чтения RINEX-файлов версии 3.0;
• разработать и реализовать алгоритм для вычисления координат спутника по бортовым эфемеридам;
• разработать и реализовать алгоритм для вычисления координат местности относительным фазовым методом.
Структура работы представлена 5 главами. В первой главе приведен обзор литературы и известных решений. Вторая глава посвящена формализации задачи и содержит математические выкладки и уравнения для вычисления координат пункта относительным фазовым методом. В третьей главе приведены алгоритмы вычисления координат спутника по бортовым эфемеридам. Четвертая глава содержит описания алгоритмов в виде блок-схем и реализации программных модулей. В пятой главе приведен анализ результатов, получаемых при обработке измерений с помощью созданного программного продукта. В заключении приведены выводы работы и указаны направления дальнейшего развития. В приложение включен исходный код разработанных программных модулей.
Купить

В ходе выполнения данной работы изучена имеющаяся литература по обработке спутниковых геодезических измерений. В частности, рассмотрены относительные фазовые методы определений координат. Особое внимание уделено одинарным, двойным и тройным разностям, определению целого числа неоднозначности и вычислению «фиксированного» решения (координаты определяемого пункта). В работе приведены математические выводы уравнений, которые используются в дальнейшем в разработанных программных модулях.
Реализация рассмотренных подходов осуществлена на языке программирования Python, выбор которого обусловлен гибкостью и простотой разработки. Созданные модули предназначены для выполнения следующих функций:
1) чтение RINEX-файлов версии 3.0;
2) вычисление координат спутника по бортовым эфемеридам;
3) определение координат местности относительным фазовым методом.
В работе приведено полное описание разработанных модулей, а также блок-схемы реализованных алгоритмов.
Дальнейшее направление развитие работы может вестись в двух направлениях. С теоретической точки зрения следует рассмотреть рекуррентный алгоритм вычисления координат по всем эпохам, а не только по двум, а также методы для повышения точности обработки. С практической точки зрения необходимо разработать алгоритмы анализа наблюдений, отбрасывания измерений от спутников, углы возвышения которых недостаточно большие.
Реализованные алгоритмы и программные модули могут быть использованы при разработке программы обработки спутниковых измерений для использования в научных и образовательных целях. Здесь нужно будет уделить внимание быстродействию рассмотренных подходов.
Купить