УСТРОЙСТВО ТЕСТИРОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ СПУТНИКОВЫХ GPS-ПРИЕМНИКОВ (УТАСП)
SATELLITE GPS-RECEIVERS TESTING AND CERTIFICATION DEVICE (SRTCD)

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и в частности к устройствам для тестирования и аттестации спутниковых GPS-приемников и может быть использовано в геодезии, метрологии и других областях науки и техники, где возникает необходимость проводить точные полевые измерения в больших объемах с минимальными затратами времени и средств.
Известен способ калибровки и тестирования спутниковой аппаратуры, заключающийся в непосредственной работе на пункте государственной геодезической сети (ПГГС) на котором сравнивают эталонные координаты с координатами, полученными тестируемой аппаратурой [1,3].
Недостатком данного способа является труднодоступность к пунктам (ПГГС) и тестирование на пункте только одного приемника.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство «тест - объект», функциональная схема которого позволяет сравнивать результаты измерений тестируемых GPS-приемников с координатами опорной точки с применением устройств имеющих привязку к нескольким пунктам государственной геодезической сети (ПГГС), но в этих случаях используются специальные стенды стационарного значения [4].
Недостатком измерений с помощью таких тест - объектов, является то, что тестируется только один GPS-приемник, при этом используется громоздкая стационарная база.
Целью изобретения является повышение точности полевых измерений, расширение функциональных возможностей тест - объекта при калибровке спутниковых приемников и возможность выполнения одновременного тестирования нескольких спутниковых приемников с максимальной точностью в реальных условиях
Указанная цель достигается тем, что устройство тестирования и аттестации спутниковых GPS-приемников (УТАСП) как тест - объект выполнен сборно-разборным в виде установленной на штативе с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно оси О базы-крестовины, содержащей платформу с ложементом для фиксированной установки дополнительных плеч-базисов при тестировании более 2-х GPS-приемников и лимбом, плечи-базисы в виде телескопических трубок укрепленных на платформе в посадочных гнездах и установленных под фиксированным углом по отношению друг к другу образующих базу-крестовину, на концах каждого плеча-базиса выполнены площадки для установки GPS-приемников в положениях А, В, С, D с щелями, на которых с помощью становых винтов закрепляют тестируемые GPS-приемники, при этом равная фиксированная длина плеч-базисов устанавливается и контролируется с помощью блока линейных перемещений включающего укрепленные на телескопических трубках линейные шкалы с микрометренными винтами и направляющие со стопорными зажимами.
На базе-крестовине УТАСП производится принудительное центрирование координатной системы тест - объекта с координатной системой исследуемого пункта с точностью 0,1 мм, что позволяет исключить дополнительные погрешности при центрировании GPS-приемников.
р
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 показано устройство базы-крестовины УТАСП (вид сверху); на Фиг.2 показано устройство базы-крестовины УТАСП (вид с боку); на Фиг.3 показано телескопическое плечо-базис УТАСП в разрезе; на Фиг.4 показана схема расположения УТАСП в полевых условиях, где О=О - центр репера с координатами X, Y, Z; A, B, C, D - точки первоначального положения тестируемых GPS- приемников ориентированных по главным азимутальным направлениям S→N и W→Os, а на Фиг.5 показаны координатные системы элементов устройства, где
Op - центр репера;
0p
a
b
c
d
h=h=h=h=h - высота инструмента;
A, B, C, D - положения GPS-приемников в момент принудительного центрирования и нивелирования координатной системы базы-крестовины УТАСП по отношению к центру репера;
α - угол между плечами-базисами УТАСП; О - ось вращения УТАСП;
ω угол поворота базы-крестовины УТАСП в положения А, В, С, D;
Оа, Ob, Ос, Od - центры тестируемых приемников закрепленных на концах базы-крестовины УТАСП;
(Ха, Ya, Za), (Xb, Yb, Zb), (Xc, Yc, Zc), (Xd, Yd, Zd) - координатные системы тестируемых GPS- приемников закрепленных на концах базы-крестовины УТАСП.
1
2
3
4
Устройство базы-крестовины УТАСП (тест - объект) содержит платформу - 1 плечи-базисы - 2, платформа - 1 выполнена с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно оси О, лимб - 3 установлен под платформой - 1, плечи-базисы - 2 выполнены в виде телескопических цилиндрических трубок, наружной - 4 и внутренней - 5, плечи-базисы - 2 установлены под фиксированным углом по отношению друг к другу образуя базу-крестовину, а в самой платформе - 1 выполнен ложемент - 6 для фиксированной установки дополнительных плеч-базисов УТАСП при тестировании более 2-х GPS-приемников. На концах каждого плеча-базиса - 2 выполнены площадки - 7 для установки GPS-приемников в положениях А, B, С, D с щелями - 8, на которых с помощью становых винтов - 9 крепят тестируемые GPS- приемники, при этом угол ω является углом поворота базы-крестовины УТАСП установленной на штативе 10 в положения А, В, C, D, при l=l=l=l, где l длина плеч-базисов - 2. Каждое плечо-базис - 2 укреплено на платформе - 1 в посадочных гнездах - 11, а их длина устанавливается и контролируется с помощью блока линейных перемещений - 12 включающего укрепленные на телескопических трубках - 4 и - 5 линейные шкалы с микрометренными винтами и направляющие со стопорными зажимами (на чертеже не показаны). Работает устройство следующим образом.
1
2
3
4
Измерения производят одним циклом в несколько приемов. На начальном этапе первого приема измерений выбирают направляющее (нулевое) плечо-базис - 2. Устанавливают и контролируют длину плеч-базисов - 2 l=l=l=l с помощью блока линейных перемещений - 12 включающего укрепленные на телескопических трубках -4 и -5 линейные шкалы с микрометренными винтами и направляющие со стопорными зажимами (на чертеже не показаны).
Устанавливают базу-крестовину УТАСП на штатив - 10, центрируют над центром репера О и нивелируют с помощью геодезического трегера и накладного уровня. Для удобства обработки результатов измерений, с помощью компаса или буссоли ориентируют нулевое плечо-базис - 2 в положение А соответствующее одному из главных азимутальных направлений сторон света N, OS, S или W. Включают одновременно все GPS-приемники установленные на площадках - 7 и регистрируют координаты XYZ каждого GPS-приемника в положении А.
Выполняют второй прием измерений поворачивая базу-крестовину УТАСП например на угол ω1=90° ориентируя с помощью компаса или буссоли нулевое плечо-базис - 2 в положение В, и вновь регистрируют координаты XYZ каждого GPS-приемника. Затем выполняют третий прием измерений поворачивая базу-крестовину УТАСП на угол ω2=180° от первоначального измерения в положение С, и снова регистрируют координаты XYZ GPS-приемников. Проводят четвертый прием измерений поворачивая базу-крестовину УТАСП на угол ω3=270° в положение D, где также регистрируют координаты GPS- приемников. Далее базу-крестовину УТАСП поворачивают на угол ω4=360° в положение А, замыкая цикл измерений и производят регистрацию координат XYZ GPS-приемников (Фиг.4,5). Сравнивают полученные измерения. При этом непременным условием в момент измерения полного цикла является соблюдение равенства плеч-базисов - 2 заданное в начале измерений и высоты инструмента, а именно:
1
2
3
4
l=l=l=l при l - const, h - const;
p
р
p
p
O - центр реперной (опорной) точки с координатами (Х, Y, Z);
ор
h=ha=hb=hc=hd - высота инструмента;
Oa(Xa, Ya, Za),Ob (Xb, Yb, Zb),Oc (Xc, Yc, Zc),Od (Xd, Yd, Zd) - координаты центров тестируемых приемников закрепленных на концах плечей-базисов - 2 УТАСП в момент установки при l - const и h - const;
O'a(Х'а, Y'a, Z'a), Ob (X'b, Y'b, Z'b), Oc(X'c, Y'c, Z'c), Od(X'd, Y'd, Z'd) - координаты центров тестируемых GPS-приемников измеренных в положениях А, В, С, D;
Оа (Ха, Ya, Za)-O'a (Х'а, Y'a, Z'a)=Δа;
Ob (Xb, Yb, Zb)-Ob(X'b, Y'b, Z'b)=Δb;
Ос (Xc, Yc, Zc)-Oc (X'c, Y'c, Z'c)=Δc;
Od (Xd, Yd, Zd)-Od (X'd, Y'd, Z'd)=Δd.
p
Полученные отклонения результатов измерений у тестируемых GPS-приемников от истинных координат реперной (опорной) точки Ор (Фиг.5) вносят в ряд систематических погрешностей. Разница между полученными результатами измерений и истинными координатами O (Δа, Δb, Δс, Δd) вносится как поправка к измерениям.
Сравнение результатов измерений в полевых условиях в положениях А, В, С, D производится визуально с экрана монитора, встроенного в управляющий компьютер, являющегося составной частью эталонного прибора GPS-приемника
Более детальное сравнение результатов измерений в положениях А, В, С, D, полученных при тестировании GPS-приемников, производят в камеральных условиях, используя при этом базу накопленной информации, хранящейся в буфере памяти управляющего компьютера. Используя избыточную базу накопленной информации по координатам GPS-приемников в положениях А, В, С, D в различные промежутки времени, возможно обеспечить графическую интерпритацию процесса измерений в виде полученных окружностей с радиусом Rl, образуемых при поворотах базы-крестовины УТАСП во времени и пространстве.
1
2
3
4
Сравнение результатов измерений в этом случае производят путем наложения графических отображений этих окружностей. Таким образом, при использовании УТАСП можно тестировать несколько (от 2х и более) GPS-приемников одновременно, причем конструкция устройства базы-крестовины УТАСП позволяет изменять длину плеч-базисов l при обязательном сохранении во время проведения измерения в одном полном цикле условия: l=l=l=l, где l - const и h - const.
Конструкция базы-крестовины УТАСП (тест - объект) выполнена сборно-разборной, что облегчает транспортировку устройства и может быть использована в реальных полевых условиях при измерениях координат объекта с одновременным тестированием нескольких GPS- приемников, получая при этом сравнительные характеристики GPS- приемников разных фирм.
р
1
2
3
4
Сборка УТАСП (тест-объекта,) производится в следующем порядке. Перед сборкой платформу - 1 с лимбом - 2 устанавливают на штатив - 10 и центрируют относительно реперной точки О. В посадочные гнезда - 11 платформы - 1 вставляют в собранном виде плечо-базис - 2 с одновременным выравниванием и фиксированием рабочей длины плеч относительно точки 0 образуя базу-крестовину УТАСП. Установленную базу-крестовину УТАСП на штативе - 10, повторно центрируют над центром репера О и нивелируют с помощью геодезического трегера и накладного уровня.. На платформы - 7 устанавливают тестируемые GPS-приемники и производят контрольное уточнение выполнения условия l=l=l=l, при l - const и h - const.
Производят установку УТАСП по азимутальным направлениям с помощью лимба - 3 и включают GPS-приемники. Устройство УТАСП позволяет установку для тестирования нескольких пар GPS-приемников. Включив GPS-приемники в работу, накапливют необходимую информацию от спутников. Через заданный промежуток времени(например через 1 мчас), предварительно выключив GPS-приемники поворачивают базу-крестовину УТАСП на фиксированный угол со и включают аппаратуру для набора информации. Набор информации от спутников осуществляют путем поворота базы-крестовины УТАСП по фиксированным углам до завершения полного цикла. Обрабатывают спутниковые определения координат и получают реальные координаты тест-объекта, которые представляют собой круг для каждого GPS-приемники. При высокой точности определения координат, например для 2 или 4 GPS-приемников, получают 2 или 4 круга, которые должны совпадать. Если для 4 приемников 3 круга показания близки, а для одного есть заметные отклонения, то получают реальную аттестационную характеристику, которая характеризует качество работы GPS-приемника. Разборку устройства производят в обратном порядке.
Таким образом устройство тестирования и аттестации спутниковых приемников GPS (УТАСП) позволяет тестировать несколько спутниковых приемников одновременно в полевых условиях совместно с выполнением реальных геодезических измерений.
Источники информации
1. Генике А.А., Побединский Г.Г. «Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии». М: - Картогеоцентр 2004, 351 с.ил.
2. Зимин В.М., Иванов Ю.С., Николаева В.А. «Основы метрологического обеспечения Военно-топографической службы».
Часть 1. Москва. - Редакционно-издательский отдел ВТС. - 1983. 104 с.
3. Инструкция по использованию приемников GPS фирмы Javad 2007.
4. Интернет, . GPS-станция. GeoKart - лаборатория «Геодезии и картографии» (прототип).