способ проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем и устройство для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающий прием радиосигнала с помощью спутникового приемника, изменение в ходе приема радиосигнала высоты антенны спутникового приемника и обработку усредненного результата, отличающийся тем, что на измеряемой точке антенну спутникового приемника располагают на выносной штанге с возможностью вращательно-поступательного движения относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что антенну спутникового приемника вращают с радиусом вращения в пределах нескольких длин волн так, что она описывает поверхность цилиндра.

3. Устройство для проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающее штатив, соединенную со спутниковым приемником спутниковую антенну, установленную с возможностью вращения вокруг оси штатива, а также установленные на штативе одна в другую внешнюю и внутреннюю трубы, отличающееся тем, что внутренняя труба выполнена в виде установленного неподвижно на штативе цилиндрического штока, по поверхности которого выполнен винтовой паз, внешняя труба в своей нижней части снабжена штурвалом и штифтом, совмещаемым с винтовым пазом цилиндрического штока, а в своей верхней части внешняя труба содержит фланец, к которому прикреплена горизонтальная штанга с установленной на ее конце спутниковой антенной.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что шаг винтового паза по поверхности цилиндрического штока и длина горизонтальной штанги находятся в пределах нескольких длин волн.

5. Устройство для проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающее штатив, соединенную со спутниковым приемником спутниковую антенну, установленную с возможностью вращения вокруг оси штатива, а также установленные на штативе одна в другую внешнюю и внутреннюю трубы, отличающееся тем, что внешняя труба укреплена на штативе неподвижно, а в своей верхней части снабжена диском, закрепленным неподвижно своим центром под углом к подстилающей поверхности, на верхнем конце внутренней трубы посредством шарнира установлена скользящая по поверхности диска выносная штанга, на другом конце которой на вертикальной стойке с противовесом расположена спутниковая антенна, на нижнем конце внутренней трубы установлен с возможностью вращения хвостовик, снабженный штурвалом.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что диск установлен под углом 20 - 45^o к подстилающей поверхности.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что длина выносной штанги находится в пределах нескольких длин волн.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геодезическим измерениям, а именно к способам приема геодезического радиосигнала от глобальных спутниковых радионавигационных систем в условиях сильного влияния отраженных сигналов, например, при работе в залесенной местности.

Известен способ приема навигационных сигналов, при котором для уменьшения влияния отражений от подстилающей поверхности предлагается уменьшать длину волны несущей и повышать частоту модуляции, выполнять измерения на большом количестве несущих, стремиться выбирать трассы, на которых подстилающая поверхность имеет возможно меньший коэффициент отражения [1]. Данные рекомендации являются неприемлемыми при геодезических измерениях с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем (например, НАВСТАР, ГЛОНАСС) при выполнениях работ на геологоразведочном профиле (маршруте) в условиях таежной залесенной местности, поскольку в данном случае как технические данные аппаратуры, так и трасса являются заданными и не могут быть изменены.

Известны способы, при которых для уменьшения влияния отражений от подстилающей поверхности осуществляют перемещение антенны спутникового приемника по высоте с учетом длины волны [2], [3].

В качестве прототипа выбран способ, при котором для уменьшения влияния на прямой сигнал подстилающей поверхности (влияния многопутности) предлагается изменять разность хода между прямой и отраженной волной в пределах длины волны [3]. Погрешность многопутности будет изменяться в этом случае по синусоидальному закону, а среднее значение из полученных результатов будет свободно от влияния многопутности. В качестве конкретной реализации этого принципа предлагается изменять высоту антенны приемника через равные интервалы (как минимум через четыре) и выполнять измерения дискретно, например, через /4 .

Однако известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность геодезических измерений при действии множества отраженных волн, что характерно для залесенной местности.

Известно опорно-поворотное устройство для спутниковой антенны, предназначенной для наведения приемных антенн спутникового телевидения на спутники, расположенные на геостационарной орбите [4]. Устройство состоит из колонны, неподвижно устанавливаемой на земле или на какой- либо неподвижной конструкции, несущей трубы, которая имеет возможность поворота вокруг своей оси и фиксации, поворотного устройства с электроприводом, корректора, на котором крепится рефлектор антенны. Данная конструкция решает задачу создания устройства для тонкой регулировки углового положения оси несущей трубы и величины угла поворота несущей трубы вокруг своей оси и не предусматривает средств для активного перемещения антенны, например, по вертикали и/или по горизонтали в пространстве для уменьшения влияния многопутности на применяемые полезные сигналы.

Задачей изобретения является уменьшение влияния многопутности на принимаемый спутниковым приемником радионавигационный сигнал и повышение точности местоопределения при работе в залесенной местности.

Поставленная задача решается за счет того, что по способу проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающему прием радиосигнала с помощью спутникового приемника, изменение в ходе приема радиосигнала высоты антенны спутникового приемника и обработку усредненного результата, согласно изобретению антенну спутникового приемника на измеряемой точке располагают на выносной штанге с возможностью вращательно-поступательного движения относительно вертикальной оси, проходящей через измеряемую точку.

При этом целесообразно вращать антенну спутникового приемника с радиусом вращения в пределах нескольких длин волн так, чтобы она описывала поверхность воображаемого цилиндра.

Поставленная задача решается также за счет того, что в устройстве для проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем, включающем штатив, соединенную со спутниковым приемником спутниковую антенну, установленную с возможностью вращения вокруг оси штатива, а также установленные на штативе одна в другую внешнюю и внутреннюю трубы, согласно изобретению внутренняя труба выполнена в виде установленного неподвижно на штативе цилиндрического штока, по поверхности которого выполнен винтовой паз, внешняя труба в своей нижней части снабжена штурвалом и штифтом, совмещаемым о винтовым пазом цилиндрического штока, а в своей верхней части внешняя труба содержит фланец, к которому прикреплена горизонтальная штанга с установленной на ее конце спутниковой антенной.

При этом целесообразно, чтобы шаг винтового паза по поверхности цилиндрического штока и длина горизонтальной штанги находились в пределах нескольких длин волн.

В другом варианте устройства для проведения геодезических измерений с использованием глобальных спутниковых радионавигационных систем поставленная задача решается за счет того, что внешняя труба укреплена на штативе неподвижно, а в своей верхней части снабжена диском, закрепленным неподвижно своим центром под углом к подстилающей поверхности, на верхнем конце внутренней трубы посредством шарнира укреплена скользящая по поверхности диска выносная штанга, на другом конце которой на вертикальной стойке с противовесом установлена спутниковая антенна, на нижнем конце внутренней трубы установлен с возможностью вращения хвостовик, снабженный штурвалом.

При этом целесообразно, чтобы диск был установлен под углом в пределах от 20 до 45^o к подстилающей поверхности, а длина выносной штанги находилась в пределах нескольких длин волн.

Сущность изобретения заключается в том, что для того, чтобы уменьшить влияние многопутности на результаты измерений и повысить точность определения местоположения, производят непрерывное вращательно-поступательное перемещение антенны, при котором осуществляется прием прямой и множества отраженных электромагнитных волн с последующим накоплением и обработкой полученной информации для получения осредненного результата, свободного в значительной степени от влияния многопутности.

На фиг. 1 схематично изображен первый вариант предлагаемого устройства; на фиг. 2 - другой вариант предлагаемого устройства; фиг. 3 - вид A на фиг. 2, где схематично показано перемещение антенны.

Устройство (фиг. 1) содержит штатив 1, на фланце 2 которого укреплен цилиндрический шток 3 с винтовым пазом 4, на цилиндрический шток 3 установлена внешняя труба 5, снабженная направляющим штифтом 6 и штурвалом 7, в верхней части внешней трубы 5 предусмотрен фланец 8, к которому крепится горизонтальная штанга 9, на конце которой устанавливается спутниковая антенна 10, связанная со спутниковым приемником (не показан).

Шаг винтового паза 4 и длина горизонтальной штанги 9 находятся в пределах нескольких длин волн, например 2.

В другом варианте устройство для проведения радиогеодезических измерений с использованием спутниковых радионавигационных систем (фиг. 2) содержит штатив 1, соединенную со спутниковым приемником (не показан) спутниковую антенну 10, установленные одна в другую внешнюю и внутреннюю трубы 5, 11. Внешняя труба 5 крепится на штативе 1 с помощью фланца 12 винтом 13. В верхней части внешней трубы 5 неподвижно закреплен под углом к подстилающей поверхности диск 14 (по своему центру). К верхнему концу внутренней трубы 11 посредством шарнира прикреплена лежащая в плоскости диска 14 выносная штанга 15, на другом конце которой на вертикальной стойке 16 с противовесом 17 установлена спутниковая антенна 10. В нижней части внутренней трубы 11 установлен с возможностью вращения хвостовик 18, снабженный штурвалом 7 и закрепленный с помощью фланца 19. Выносная штанга 15 снабжена поводком 20, предназначенным для уменьшения трения между штангой 15 и диском 14.

Осуществление геодезических измерений с использованием патентуемых способа и устройства (например, фиг. 1) производится следующим образом.

На измеряемой точке устанавливают штатив 1 с расположенным на нем цилиндрическим штоком 3 и внешней трубой 5 с горизонтальной штангой 9, на которой устанавливают спутниковую антенну 10.

Прием радионавигационного сигнала осуществляют, вращая штурвал 7. При вращении штурвала 7 направляющий штифт 6 перемещается вдоль по винтовому пазу 4, тем самым внешняя труба 5 вращается вокруг своей оси и одновременно перемещается вверх или вниз на величину, соответствующую шагу винтового паза 4, перемещая таким же образом и спутниковую антенну 10, которая, так как она расположена на горизонтальной штанге 9, длиной в пределах нескольких длин волн, например 2, осуществляет движение по поверхности воображаемого цилиндра с высотой, соответствующей высоте винтового паза 4.

Осуществление геодезических измерений с помощью устройства (фиг.2) проводится аналогично описанному выше. С помощью штурвала 7 хвостовик 18 вращается вокруг своей оси, вращает внутреннюю трубу 11. Внутренняя труба 11 через шарнир передает свое вращение выносной штанге 15, которая поводком 20 скользит по диску 14 и вращает вертикальную стойку 16 со спутниковой антенной 10. При этом, так как диск 14 расположен под углом к подстилающей поверхности (фиг. 3), антенна 10, оставаясь благодаря наличию противовеса 17 в горизонтальной плоскости, вращается вокруг оси, проходящей через измеряемую точку, по поверхности воображаемого цилиндра с основанием в виде эллипса и таким образом меняет свое положение как по вертикали, так и по горизонтали.

Наклон диска 14 и соответствующая длина выносной штанги 15 обеспечивают интервал измерения положения антенны 10 в пределах нескольких длин волн. Это достигается тем, что выносную штангу 15 выполняют длиной также в пределах нескольких длин волн, а диск устанавливают под углом 20-45^o к подстилающей поверхности. За счет такого перемещения по сравнению с первым вариантом антенна 10 охватывает большой объем пространства, чем обеспечивается прием большого числа различных по параметрам приходящих прямых и отраженных сигналов.

Как в одной, так и в другой реализации осуществляется вращательно-поступательное перемещение спутниковой антенны 10 с размахом в пределах нескольких длин волн, что обеспечивает прием, автоматическую регистрацию и накопление прямых и множества отраженных сигналов, последующее осреднения которых дает результат, в значительной степени свободный от влияния многопутности.

Сравнительные результаты измерений с использованием патентуемых способа и устройства (по первому варианту) приведены в таблице. Измерения проводились с помощью навигационных спутниковых приемников системы НАВСТАР в залесенной (смешанный лес, высота деревьев 18 м, среднее расстояние между деревьями 8-10 м) и открытой местности с неподвижной антенной и с антенной, установленной согласно патентуемому техническому решению (фиг. 1). Всего было осуществлено 18 групп измерений. Одна группа соответствует пятнадцати одноминутным наблюдениям.

Из таблицы видно, что использование патентуемого технического решения существенно повышает точность измерений по сравнению с неподвижной антенной и приближает результаты измерений в залесенной местности по точности к измерениям в открытой местности.

Источники информации.

1. В.Д.Большаков, Ф.Деймлих и др. Радиогеодезические и электрооптические измерения. М.: Недра, 1985, с. 236-240.

2. Патент РФ N 2000997, кл. H 01 Q 3/08, опубл. 30.01.94.

3. А. К. Синякин. Принципы работы глобальных систем местоопределения (GPS). Новосибирск, 1996, с. 38-40.

4. Патент РФ N 2012959, кл. H 01 Q 3/04, опубл. 15.05.94.1