Обобщенная структура спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR). Области их применения

СНС – специальный комплекс космических и наземных средств, программного обеспечения и технологий, предназначенных для решения широкого круга актуальных задач, связанных с прежде всего с оперативным и точным определением местоположения относительно Земного сфероида человека, транспортных средств, технических систем и объектов при решении навигационных, оборонных инженерно-геодезических, геолого-разведочных, экологических и др. задач.

При разработке СНС подразумевалась их глобальность, независимость от рельефа местности, метеорологических условий, степени подвижности объектов, непрерывность работы и круглосуточная доступность, компактность аппаратуры потребителя и др. Доступность – работоспособность СНС перед ее применением и в процессе. Целостность – степень вероятности выявления отказа системы в течении заданного времени. Непрерывность - сохранение непрерывной работоспособности системы на заданном промежутке времени. Высокие эксплуатационные характеристики ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR достигаются путем совместного функционирования 3-х основных сегментов: космического, сегмента управления, сегмента потребителя.

Космический сегмент: точность местоопределения и стабильность функционирования СНС в большой степени зависит от взаимного орбитального расположения спутников и параметров их сигналов. Структура СНС строится таким образом, чтобы для большинства потребителей постоянно были видны более 6-и спутников (минимум 4). Функциональное назначение космических аппаратов или спутников – это формирование и излучение сигналов необходимых для решения потребителями задачи позиционирования и контроля местоположения самого спутника. Излучаемые спутниками сигналы содержат дальномерную и служебную составляющую. Дальномерная используется потребителями для определения навигационных параметров (дальность до спутника, вектор скорости потребителя и его пространственную ориентацию). Служебная составляющая содержит данные о координатах спутников, шкале времени, векторах скоростей спутников, шкале времени, векторах скоростей спутников и т.д. (для базовых станций).

Сегмент управления состоит из главной станции совмещенной с вычисленным центром, группы контрольно-измерительных станций связанных с главной станцией и каналами связи между собой, наземным эталоном времени и частоты. Контрольно-измерительные станции стараются размещать равномерно по поверхности Земли. Координаты контрольно-измерительных станций определены в трех измерениях с максимальной точностью. При полете спутника в зоне видимости контрольно-измерительная станция осуществляет наблюдение за спутником, принимает навигационные сигналы, осуществляет первичную обработку информации и производит обмен данными с главной станцией. На главной станции (г. Краснознаменск) происходит сбор информации от всех контрольно-измерительных станций, ее математическая обработка и вычисление различных координатных и корректирующих данных, которые загружаются в бортовую ЭВМ спутника.

Сегмент потребителя условно делится на: военные организации, гражданские организации, частные лица. В потребительском оборудовании присутствует радиочастотный тракт, в котором происходит прием сигналов от спутника и его первичная обработка, а также вычисляется для вторичной обработки сигнала. Обычно в начале вычисляются текущие координаты спутников и дальности до них, а затем географические координаты потребителя. Далее в зависимости от назначения приемника информация может поступать в устройство отображения, в канал передачи, либо на блок управления внешними механизмами.

В настоящее время СНС уже нашли широкое применение в следующих областях: военной; на космическом, воздушном, морском, речном, автодорожном, железнодорожном и др. транспортах; геодезии, картографии, океанографии; при производстве геофизических и геологоразведочных работ; в лесном хозяйстве и землеустройстве; рыболовном хозяйстве; экологическом мониторинге; научно-исследовательских работах, в т.ч., фундаментальных и др. сферах человеческой деятельности.

В части инженерной геодезии и инженерного дела это безусловно революционный прорыв в будущее, который влечет за собой как радикальные изменения парка инженерно-геодезического оборудования, так и технологий и методов производства работ.

 

 

10 Какие системы отсчета времени и координат применяются в спутниковых навигационных системах (СНС)?

СНС – специальный комплекс космических и наземных средств, программного обеспечения и технологий, предназначенных для решения широкого круга актуальных задач, связанных с прежде всего с оперативным и точным определением местоположения относительно Земного сфероида человека, транспортных средств, технических систем и объектов при решении навигационных, оборонных инженерно-геодезических, геолого-разведочных, экологических и др. задач.

В глобальных СНС используют следующее время: всемирное (гринвичское среднее солнечное); всемирное координированное: поясное, местное декретное и летнее.

Всемирное время содержит год, месяц, число, час, минуту и секунду. При этом первые три величины (год, месяц, число) отсчитывают по общепринятому (Григорианскому) календарю, час, минуту и секунду – по местному среднему времени на гринвичском меридиане. Всемирное координированное время измеряют по атомным часам и передают по радиовещательным сетям. Всемирное координированное время используют в повседневной жизни.

Поясное время содержит год, месяц и число. Однако часы, минуты и секунды в поясном времени соответствуют местному среднему времени основного (центрального) географического меридиана определенного часового пояса. Поясное время было введено в России с 1919 г.

Местное декретное время отличается от поясного времени на декретную добавку, устанавливаемую для каждого региона законодательным порядком. В России в качестве местного декретного времени действует летнее время, которое действует ежегодно с 2ч ночи последнего воскресенья марта до 3 ч ночи последнего воскресенья сентября, когда вводят зимнее время.

Российская система ГЛОНАСС привязана к шкале Государственного эталона частоты и времени России Всемирного координированного времени.

Движение спутников рассматривается в системе координат с центром расположенным в центре масс Земли. Применяются следующие системы координат:

- геоцентрическая инерционная система координат (начало счета координат располагается в центре масс земли). В данной системе координат ось OX₀ лежит в плоскости экватора и направлена в сторону точки весеннего равноденствия. Ось OXZ₀ направлена вдоль оси вращения земли в сторону северного полюса. Ось OY₀ дополняет систему координат до правой.

- Геоцентрическая подвижная система координат (центр координат располагается в центре масс Земли). Ось OZ совпадает с OZ₀ и направлена вдоль оси вращения Земли). Ось OX лежит в плоскости экватора и проходит через гринвичский меридиан. Ось OY дополняет систему до правой. Плоскость OXY образует на поверхности Земли линию сечения от которой идет начало счета долгот.

- Геодезическая система координат дает положение точек относительно поверхности Земли. Физическая модель Земли представляет собой эллипсоид с большой полуосью и малой лежащей в плоскости экватора.

Прямоугольные геоцентрические координаты X,Y,Z вычисленные в ходе навигационных определений затем подлежат преобразованию в геодезические координаты B, L, N с использованием следующих выражений:

Где X, Y, Z – прямоугольные геоцентрические координаты; B – геодезическая широта точки Y – угол образованный нормалью к поверхности эллипсоида и плоскостью экватора; L – геодезическая долгота т.Y – величина угла между плоскостью начального меридиана (гринвичского) и плоскостью меридиана проходящего через данную точку. Со знаком «+» - от гринвичского меридиана к востоку. H – геодезическая высота – расстояние по нормали от т. Y до поверхности эллипсоида e – эксцетриситей эллипсоида - полярное сжатие (параметр сжатия эллипсоида)