Современное развитие и перспективы повышения точности спутникового позиционирования при решении задач аэрогравиметрии

Навигационное обеспечение при проведении аэрогравиметрических работ является одной из важнейших задач, от решения которой зависит точность проводимой съемки. Полученная погрешность определения силы тяжести с борта летательного аппарата, очевидно, зависит от точности определения параметров траектории движения.
Развитие глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) GPS и ГЛОНАСС в части повышения точности их работы, обеспечения уверенного глобального покрытия, а также совершенствования различного «клиентского» оборудования, позволяет сегодня использовать их, в том числе, и для решения задач точного позиционирования движущегося объекта.
Использование дифференциального режима, при котором осуществляется коррекция позиционирования подвижного объекта с использованием наземной базовой станции, позволяет проводить определений координат с дециметровой точностью.
Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, зависят от расстояния между потребителем и базовой станцией вследствие принятого допущения, что помехи, вызванные прохождением сигнала в атмосфере и тропосфере, будут идентичными для обоих приемников. Ошибки в значительной мере компенсируются при близком расположении базовой станции и приёмника потребителя. Главным недостатком данного метода является увеличение остаточных разностей пропорционально увеличению расстояния между приемниками.
В ходе выполнения аэрогравиметрических наблюдений на протяженных профилях сотрудниками ИФЗ РАН в 2014-2016 гг. было проведено исследование по оценке максимально допустимого удаления самолета-лаборатории, с которого выполнялась аэрогравиметрическая съемка, от базовых станций. В результате было получено, что для обеспечения точностей позиционирования, приемлемых для выполнения данного вида работ коррекция с использованием базовых станций может выполняться вплоть до длин базовых линий ~3000 км (Погорелов и др., 2015а, 2015б; Конешов и др., 2016б). Однако этот результат получен в относительно благоприятных условиях в атмосфере и не дает четкого представления об ограничении данного метода.
Альтернативой использованию стандартных дифференциальных методов коррекции позиционирования с использованием ГНСС может являться метод Precise Point Position (PPP). С использованием РРР задача определения местоположения может решаться в постобработке с использованием данных о точных эфемеридах и ошибках часов навигационных спутников с помощью одного двухчастотного приемника ГНСС, при этом использование наземных базовых станций не требуется. Этот метод обеспечивает точность определения координат точек земной поверхности, близкую к точности дифференциального или относительного методов спутниковой геодезии (5–6 см).
Оценка возможности применения PPP и сравнение с результатами коррекции с использованием базовых станций была выполнена на упомянутых протяженных профилях. В целях совершенствования методики уточнения позиционирования с применением РРР проводятся экспериментальные измерения с использованием автомобиля в качестве подвижного основания, в частности - выполнена серия измерений по маршруту Экспедиционная база "Ледово" ИФЗ РАН (Московская область, д. Долгое Ледово) - Полигон Владимирского государственного университета (Владимирская область, д. Запольское).
Другим перспективным направлением организации высокоточного позиционирования при производстве применения аэрогравиметрических работ в условиях ограниченных возможностей размещения временных базовых станций вблизи от районов работ являются современные ГНСС-технологии с применением многоантенных спутниковых навигационных приемников. В 2013-2016 г. в ИФЗ РАН в ходе выполнения авиа-исследований были опробованы четырехантенный приемник JAVAD QUATTRO-G3D (Конешов и др., 2016а) и двухантенный приемник JAVAD Duo G3D. Оборудование показало большой потенциал и перспективность применения мульти-антенных приемников, в том числе для работы в арктических условиях (Смоллер и др, 2015) и над акваториями Мирового океана. Был выявлен ряд особенностей работы, что требует совершенствования методик измерения и определенной модернизации программно-математического обеспечения.
Также отметим, что использование бескарданных инерциальных навигационных систем (БИНС) (Голован, Парусников, 2010) также представляется целесообразным для контроля полученной точности. Предполагается, что комплексирование этих технологий позволит обеспечить более высокую точностью получения плановых координат и оптимизировать методику позиционирования измерений на подвижном основании без использования базовых станций.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант №16-35-00559) и Программы Президиума РАН "Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации" Проект "Аэрогравиметрическая съемка в высоких широтах Арктики"