Фазовый способ измерения времени

Высокую, приемлемую для геодезических работ точность при использовании СРНС получают с помощью фазовых измерений непосредственно на несущих частотах L₁ и L₂ . Такие измерения выполняются специальными геодезическими приемниками. В этом способе измерения ведут не по кодам, а измерением фазы несущей частоты, длина волны которой порядка 20 см.

Полное изменение фазы jсигнала, проходящего расстояние от спутника до приемника, будет

j = 2p (N + D) ,

а расстояние D будет определяться по известной формуле из главы 5

D = l (N + D) , (6.6)

где N – целое число, D < 1.

Определение целого числа N называется разрешением неоднозначности (илиинициализациейизмерений). Определение дробной части Dназывается измерением фазового домера (фазовой задержки) и выполняется фазометром с относительной погрешностью 0,2–1%. При длине волны несущей порядка 20 см это соответствует 0,5...2 мм, т.е. точность фазовых измерений исключительно высока.

В разделе 5.3.2 было показано, что разрешение неоднозначности в современных светодальномерах обычно выполняется способом последовательного уточнения определяемого расстояния измерением на нескольких фиксированных (кратных) частотах с длинами волн l₁ , l₂ , ... l_n , имеющих обычно соотношение 100:10:1. Числа N здесь невелики и определение их не представляет затруднений.

Второй способ – измерения с плавной перестройкой частоты, когда число неоднозначности N плавно изменяется на единицу (увеличивается или уменьшается), а в расстоянии укладывается целое число волн, т.е. D= 0.

Этому случаю соответствуют выражения для расстояния:

D = l₁N ;

D= l₂(N ± 1) ; (6.7)

D = l₃(N ± 2) ;

. . . . .

При известных значениях l₁ , l₂ , ... в уравнениях (6.7) только два неизвестных: D и N . Для их определения достаточно составить два уравнения. Для контроля таких уравнений составляют больше двух.

Например: D = 60 м ;

l₁ = 30 м ; N = 2 ; l₂ = 20 м ; N +1 = 3 ; l₃ = 15 м ; N + 2 = 4и т.д.

При фазовых измерениях выполняют измерения на одной частоте плавно изменяющегося расстояния до спутника.

В таком случае система уравнений (6.7) примет вид:

D₁ = l(N + D₁ ) ,

D₂ = l(N + 1 + D₂ ) ,

. . . . . (6.8)

D_n+1 = l(N + n + D_n+1 ) .

Как только приемник захватил сигнал спутника, цифровой фазометр начинает непрерывно измерять величину фазового сдвига и считать число переходов фазы через нуль, т.е. измерять величину ( n + D_n+1 ) . Тогда число неоднозначности N остается постоянным для всех расстояний D_i от приемника до летящего спутника и может быть определено из системы (6.8).

Начальное значение D₁ , а с ним и приближенное значение числа N, определяется измерением кодам.

Переход от расстояния D_i к расстоянию D_i+1 должен выполняться плавно, без сбоев в приеме сигнала, чтобы не было срывов (пропусков единицы) в счете числа n .

Ранее указывалось, что при любыхспутниковых измерениях появляется дополнительная неизвестная величина – поправка Dt часов приемника относительно часов спутника. При фазовом способе для одной серии измерения расстояний D_i^k до каждого из k одновременно наблюдаемых спутников неизвестными будут три координаты точки, k чисел N и одна поправка Dt :

Q = 3 + k +1 .

Приёмник выполняет и обрабатывает значительное число наблюдений из-за того, что разрешение неоднозначности при спутниковых измерениях – исключительно сложная задача, т. к. N – очень большое число. Действительно, если l = 0,2 м , D = 20 000 км , то N = 100 000 000 , а вычисление этого числа нужно выполнить с точностью D N < 0,5 .

Эту задачу решают с привлечением дополнительной информации, получаемой аналитическим путем из комбинации измерений. Это позволяет разрешить неоднозначность (выполнить инициализацию) достаточно быстро и надёжно.