Из спутниковых определений

Для определения местоположения на земной поверхности измеряют расстояние между наземным пунктом и спутником и скорость изменения этого расстояния при прохождении спутника. Расстояния рассчитывают исходя из времени, которое затрачивает электромагнитный сигнал на прохождение пути от спутника до приемника при условии, что скорость распространения сигнала известна. Скорость изменения расстояния от спутника до приемника определяется по частоте наблюдаемого доплеровского сдвига частоты - изменение частоты сигнала, поступающего со спутника. Вводятся поправки за атмосферную задержку сигнала и рефракцию. Основной принцип спутниковых определений – использование трилатерации, т.е. измерений расстояний до спутников, являющихся точками отсчета для вычисления координат на Земле.

Если измерять расстояние до одного спутника с известными координатами, местоположение определяемой точки должно быть на воображаемой сфере с центром на этом спутнике и радиусом R, равным измеряемому расстоянию S₁ (рисунок 54, а). Когда одновременно измеряется расстояние S₂ до второго спутника, то область поиска сократится, т.к. местоположение определяемой точки будет находиться на линии пересечения двух сфер с радиусами S₁ и S₂, т.е. на окружности (рисунок 54, б). В случае измерения расстояния S₃ до третьего спутника, возможное местоположение определяется двумя точками пересечения окружности со сферой радиуса S₃ (рисунок 54, в).

Рисунок 54 Определение местоположения точки

а) по одному спутнику с известными координатами; б) по двумя спутникам; в) по трем спутникам

Для того чтобы определить истинное положение из этих двух точек можно измерить расстояние S₄ до четвертого спутника. Различные методы наблюдений позволяют определять абсолютное и относительное положения объектов на земной поверхности. При определении абсолютного положения используется не менее трех спутников. Чтобы компенсировать разницу в точности определения времени по часам, установленным на борту спутников и на наземной станции, обычно требуется четвертый спутник. Определение относительного положения пункта на земной поверхности требует одновременного наблюдения с четырех и более спутников с двух (или более) наземных станций.

Для определения координат точек на земной поверхности в геоцентрической системе необходимо знать элементы орбит спутников в этой же системе, т.к. любые погрешности могут быть уменьшены путем осреднения наблюдаемых величин за несколько дней, недель или месяцев. Часть систематических погрешностей в расчетах элементов орбиты примерно в одинаковой степени вносит искажения при определении всех точек, и поэтому при определении их взаимного положения компенсируется. Вследствие этого относительные положения точек на земной поверхности обычно определяется с большой точностью.

В зависимости от числа одновременно работающих принимающих станций и одновременно наблюдаемых спутников можно получать определенные различия между принимаемым и передаваемым сигналами; это позволяет исключить влияние неизвестных факторов.

В спутниковых методах определения местоположения измерение расстояний до спутников осуществляется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника. При этом передающее устройство размещено на спутнике, а приемник – на определяемой точке. Радиосигнал проходит измеряемое расстояние S от спутника (передатчика) до приемника на время x. Время излучения и время приема данного сигнала точно определяют синхронизированными часами, расположенными на спутнике и на определяемой точке. При этом измеряемое расстояние определяют по формуле:

(273)

Так как скорость υ радиоволны составляет около 300000 км/с, то для обеспечения геодезической точности измерений необходимо измерять время с точностью 10^-10-10^-12 с. Главной трудностью при измерении времени распространения радиосигнала является точное выделение момента времени, в который сигнал передан со спутника.

Для обеспечения высокой точности измерений синхронизируют опорные генераторы спутника и приемника. В светодальномерных и радиодальномерных измерений используются импульсные и фазовые методы измерения расстояний, а также их сочетания. Эти же методы используются в спутниковых дальномерных измерениях. При этом широко используются кодированные сигналы.