МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. 1) Советский Энциклопедический Словарь под редакцией А
План 1. Загальні відомості про супутникові системи. 2. Склад приймальної апаратури. 3. Технологія виконання робіт. 4. Способи та методи визначення координат за допомогою супутникових систем. 5. Камеральна обробка даних. 6. Програмне забезпечення для обробки GPS-вимірювань.
1. На сучасному етапі в світі експлуатуються дві системи другого покоління супутникових радіонавігаційних систем: · GPS (глобальна система визначення місцеположення), яка розробляється і підтримується США; · ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система - глобальна навігаційна супутникова система), розробка і перші етапи створення якої зроблені в СРСР, і яка тепер підтримується Росією. Довгий час споживачами навігаційної інформації були транспортні засоби (повітряні, наземні та морські). Але розвиток космічної техніки та досягнутий за допомогою таких систем високий рівень точності визначення місцеположення об'єктів призвели до широкого застосування супутникових радіонавігаційних систем при вирішенні майже усього спектра геодезичних задач і координатно-часового забезпечення широкого кола споживачів. В сучасній радіонавігаційній супутниковій системі функціонують три основні підсистеми, або сегменти (рис. 1), а саме: · космічний сегмент, або підсистема космічних апаратів, що складається із штучних супутників Землі; · сегмент управління, або підсистема контролю та управління; · сегмент користувачів, або апаратура користувачів, що включає велику кількість різноманітних приймачів і забезпечує потреби наземних, повітряних, авіаційних та космічних (в межах ближнього космосу) користувачів. В основі систем GPS і ГЛОНАСС лежить концепція незалежної навігації, відповідно до якої обчислення просторово-часових координат виконується в апаратурі користувачів. У рамках цієї концепції обрано позиційний спосіб визначення місцеположення користувачів на основі беззапитних (пасивних) віддалемірних вимірювань по сигналах навігаційних штучних супутників Землі з відомими координатами. Вибір концепції незалежної навігації та використання беззапитних вимірювань забезпечили можливість досягнення необмеженої пропускної спроможності супутникових навігаційних систем.
Рисунок 1 - Навігаційна супутникова система: НС — навігаційний супутник; КОЦ - координаційно-обчислюваний центр; СТВ - станція траєкторних вимірювань; СУ - станція управління
Навігаційний принцип базується на вимірюванні " псевдовіддалей" між користувачем та чотирма супутниками (рис.2).
Рисунок 2 - Принцип визначення місцеположення у супутникових навігаційних системах
Виходячи з відомих координат супутників, можна обчислити координати антени приймача. В принципі достатньо трьох вимірювань віддалей. Але четверте вимірювання необхідне для того, щоб визначити різницю у часі між годинниками супутників та годинником приймача. Ця похибка синхронізації визначається також за псевдовіддалями. Таким чином, навігаційна система буде працювати ефективно, коли структура побудови космічного сегмента забезпечує прийом сигналів не менш як від чотирьох супутників у будь-який момент часу в будь-якій точці земної кулі Супутники системи ГЛОНАСС розташовані у трьох орбітальних площинах, причому на кожній орбіті обертаються 8 супутників (рис.3, а). У системі GPS прийнято 6 орбітальних площин по 4 супутника в кожній (рис.3, б).
а) б)
Рисунок 3 – Космічний сегмент системи ГЛОНАСС (а) і GPS (б)
Супутники обох систем випромінюють сигнали на двох частотах, які вміщують інформацію про координати відповідних супутників. Ця інформація приймається та фіксується спеціальними вимірювальними станціями - приймачами.
2.
Рисунок 4 - Загальний вигляд геодезичного приймача: 1- сенсор; 2 - підставка; З - з'єднувальні кабелі; 4- дисплей; 5 - контролер; 6- клавіатура; 7 - штатив; 8- акумуляторна батарея Геодезичний приймач супутникової системи включає антену (сенсор), блок управління (контролер), акумуляторні батареї, штатив та з'єднувальні кабелі (рис. 4). Сенсор являє собою водонепроникний приймач радіовипромінення масою до 2кг. Він може одночасно відслідковувати сигнали 6-12 супутників на одній або двох частотах. Управління роботою приймача здійснюється за допомогою контролера або ПЕОМ. Контролер побудовано на базі мікропроцесора. Він забезпечує взаємозв'язок між оператором (спостерігачем) і сенсором. Три основні функції контролера полягають в управлінні роботою сенсора, виборі режиму спостережень та реєстрації інформації з супутників. Процесор забезпечує попередню обробку вимірювальної інформації, її реєстрацію, функціонування каналів зв'язку, клавіатури та дисплея контролера. Клавіатура більшості приймачів схожа на клавіатуру ПЕОМ. Результати вимірювань, тобто сигнали з супутників, реєструються на жорстку карту (модуль пам'яті) ємністю від 512Кб до 4 Мб, яка має внутрішнє джерело живлення для забезпечення збереження даних. Дані з модуля пам'яті потім переписуються в ПЕОМ через контролер або спеціальний пристрій. Подальша обробка інформації (обчислення координат) виконується на ПЕОМ за спеціальними програмами, які постачаються разом з приймачами.
3. Існує два способи визначення місцеположення за допомогою супутникових систем: - абсолютний; - відносний (диференційний). При визначені абсолютного положення координати антени приймача отримують в єдиній системі координат, що прийнята в навігаційній системі. У цьому випадку використовують тільки один приймач, який встановлюють на пункті, і впродовж достатнього проміжку часу ведуть відповідні спостереження. Точність визначення абсолютних координат, в основному, визначається похибками, які залежать від роботи пристроїв, що передають сигнали з супутників, стану зовнішнього середовища у зоні розповсюдження радіохвиль, способів обробки сигналу приймачем. Немалий вплив мають похибки координат супутників, а також взаємне розташування супутників і антени приймача в момент проведення спостережень. Тому найкраща точність при абсолютному визначенні, яка досягається при непорушному приймачі і навіть при багатоденних безперервних спостереженнях, складає 3 - 5м. Це, зрозуміло, недостатньо для геодезичних цілей. З цієї причини у геодезичній практиці використовуються виключно відносні (диференційні) способи. При відносних визначеннях спостереження ведуть з застосуванням двох приймачів П1 і П2 на двох об'єктах в співпадаючі моменти часу по одному й тому ж сузір'ю супутників (рис. 5). За результатами цих вимірів визначають проекції на осі геоцентричної системи координат базової лінії S, що з'єднує ці два приймача, відстань між ними, а також кути, що характеризують напрямок базової лінії.
Рисунок 5 - Принцип відносних визначень
4. Супутникова приймальна апаратура (супутникові приймачі) призначена для роботи в режимах " Статика", " Швидка статика", " Стою/Іду", " Кінематика" і " Реокупація". При геодезичних роботах, в основному, використають статичні вимірювання (рис. 6). Кінематичні зйомки в режимах " Кінематика" і " Реокупація" використовують для визначення координат (траєкторії) пересувного приймача відносно іншого непорушного. Статичні зйомки (рис. 6, а) передбачають виконання диференційних супутникових спостережень між двома й більш непорушними приймачами, один з яких є базовим. За базову станцію приймається будь-який пункт, координати якого відомі, або пункт із найбільшою тривалістю вимірів. Усі станції, місцеположення яких визначено відносно координат базової станції, називаються пересувними. Будь-яка з пересувних станцій, координати якої отримані з необхідною точністю, може бути використана як базова для подальшого створення мережі. Для мережі, що показана на рис. 6, а, спочатку базовою станцією є пункт І. Відносно нього визначаються положення пунктів II, III, V. Далі, відносно пункту II визначають пункти III, V, потім від пункту III - пункти IV та V, і в кінці відносно пункту IV визначають положення пункту V. Таким чином, постійна базова станція для всієї мережі в цілому не обов'язкова. Статичні зйомки виконують при великих відстанях (сторони понад 10км) при спостереженні чотирьох й більше супутників. Для забезпечення паспортної точності необхідно, як мінімум, одна година спостережень.
Рисунок 6 - Схеми польових робіт при різних статичних схемах супутникових спостережень: а - " Статика"; б - " Швидка статика"; в -" Стою/Іду"; БС - базова станція; І, ІІ, ІІІ, ГУ, У - пункти мережі без постійної базової станції; А, Б, В, Г, Д, Е - пересувні станції (пункти, що визначаються); 1- точка ініціювання; 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - пункти, що визначаються
Швидкі статичні зйомки (рис.6, б) збільшують продуктивність вимірів. На коротких лініях (до 2-5км), при спостереженні, як мінімум, чотирьох - п'яти супутників з вигідним взаємним геометричним положенням отримання паспортної точності досягається при тривалості спостережень 5-10 хвилин. Зйомка в режимі " Стою/Іду" (рис.6, в) дозволяє визначити велику кількість пунктів (до 50-70 за зміну), але вимагає, щоб приймач утримував захват супутників на протязі всього часу вимірювань, тобто при послідовному переміщенні між пунктами 1, 2,..., 9. На першому пункті (пункт 1) - пункті ініціювання необхідно знаходитися не менше 10 хвилин; час вимірів на інших пунктах, що визначаються, складає від 5 до 30 с. Цей режим відповідає зйомці об'єктів з відстанями між пунктами не більше 300м і при відсутності перешкод для проходження радіосигналів від супутників. Супутникові методи визначення місцеположення останнім часом знаходять широке використання при побудові геодезичних мереж, геодезичних зйомках, при роботі на геодинамічних полігонах, де спостерігаються сучасні рухи земної поверхні, а також при вирішенні різноманітних інженерно-геодезичних задач.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный университет» Рубцовский институт (филиал)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
|
