Дәріс. GPS-технологиялары.

Дәрістің мазмұны:

GPS технологияларын қолдану, құрылымдық сұлбасы. Жергілікті жердің сандық моделі

 

GPS (ағылшын тілінен Global Positioning System) — глобалдi орын анықтау (позиционирлеу) жүйесі деген мағынаны білдіреді. Жоба бастапқыда әскери – соғыс мақсатында жасалынып, АҚШ әскери мекемесінде іске асырылды. Жобаның негiзгi мақсаты жердегi әр түрлi жылжымалы және статикалық объектілердің орнын жоғары дәлдікпен анықтау болып табылады

Жүйенің негiзін жер бетiнiң кез келген нүктесiнен бақылау кезінде 4 тен 12ге дейінгі аралықта спутниктердің көрiнуі үшiн, бiр-бiрiне 60° бұрышпен орналасқан әртүрлi алты айналма орбитамен қозғалатын, сонымен қатар бiртұтас желiде жұмыс iстейтiн NAVSTAR - 24 серiктері құрайды.

 

 

 

Әрбiр орбитада 4 спутниктен орналасқан, орбиталардың биiктiгi шамамен 20200 км тең, әрбiр спутниктің жерді айналу периоды - 12 сағатқа тең. Бұл жүйе толықтай автономды емес, оның жұмысқа қабiлеттiлiгi жердегі бақылау станцияларымен қадағаланады. Бақылау станциялары Гавайяда(Hawaii), аралдарда (Ascension Island), Диего-Гарсия (Diego Garcia Naval Base) және Колорадо-Спрингс (Colorado Springs) территорияларында орналасқан.

Барлық мәлiмет орбиталарға және навигациялық мәлiметтерге қажетті түзетулерді енгізетін, Колорадода Falcon әскери базасында орналасқан бас командалық станцияға жазылып берiледi. 1978 жылдың ақпанында орбитаға спутникті шығару кезінде, заманауи GPS –тің пайда болуына себепкер болған технологияны қолданды. Жүйе толық қуаттылықта тек қана 1993 жылдың желтоқсанында жұмыс iстей бастады. Әрбiр спутниктің салмағы 900 кг-нан астам және ашық күн батареялармен өлшемі 5метр шамасында болады, радиохабарлағыштың қуаты 50 ваттты құрайды.

Жүйенiң әрбiр спутнигінің орташа жұмыс жасау мерзiмдерi шамамен 10 жыл, бұл мерзім аяқталысымен орбитаға жаңа спутник шығарылады.

Жүйенiң жұмысы негiзінде жердегi объектілердiң тұрған орынының координаталарын анықтау табылады. Қашықтық бастауыш мектептiң математика курсынан белгiлi формула бойынша есептеледі. Қашықтық - уақыттың жылдамдыққа көбейтіндісіне тең.

Осы жағдайда жылдамдық- радиотолқындардың таратылу жылдамдығына тең - 300000 км/с, және егер бұл сигнал спутниктен нақты қай уақытта жіберілгенін білсек, оған дейiнгi қашықтықты есептеу мүмкiн болар еді.

Көлденең жазықтықтағы объектiнiң тұрған орынын анықтау үшiн, жүйенiң үш спутнигінен алынған сигналдарды есептеу жеткiлiктi. Мысалы, бір спутникке дейінгі қашықтық белгілі деп санасақ, оның қоршауындағы сфера радиусын сипаттай аламыз. Ал, екінші спутникке дейінгі қашықтық белгілі болған жағдайда, анықталатын орын, екі сфераның қиылысуында орналасады, ал үшінші спутник дөңгелектегі екі нүктені анықтайды. Олардың ішінен қайсысы анықтауға қажет орын екенін табу ғана қалды. Сонымен үш спутникке дейінгі қашықтықты білу арқылы, анықталатын нүктенің координатасын есептеуге болады.

 

 

20 мың километр биіктіктен жерге дейін (300000 км/с жарық жылдамдығымен) сигнал болмашы қысқа уақытта, шамамен 0,06 секундта жетеді, сондықтан спутниктің хабарлағышының уақыты мен жердегі қабылдағыштың жұмыс жасау уақытының бір-бірімен келісуі есептеулердің өте күрделі мәселесі болып табылады. Жердегі қабылдағышты спутниктің уақытына салыстырмалы байлануы арқылы, координаталарды есептеу кезіндегі қателіктерді болдырмау мәселесі шешілді.

Ең маңызды сәт ол GPS-қабылдағыш спутниктің Жерге қатысты қайда орналасықанын «түсіну» болып табылады.

Спутниктен жіберілген сигналда, осы спутник орналасқан орбита параметрлері туралы және жүйенің барлық басқа спутниктері туралы мәлімет болады. GPS - қабылдағыш, бұл сигналды қабылдап, ары қарай қолдану үшiн спутниктен алынған мәлiметтi сақтайды. Бұл мәлiметтер қабылдағыштың сағатының түзетпесі және қойылуы үшiн қолданылады.

Қабылдағыш- координатаны анықтаумен қатар, қозғалыс жылдамдығын, оның бағытын есептеу, нақты пунктке дейін қажет уақытты есептеу және басқа мәліметтерді анықтауда қолданылып, микро-компьютер тәріздес болып келеді.

 

Өзін-өзі тексеру сұрақтары:

Жердегі GPS құрылымына не кіреді?

GPS қабылдағыштардың жұмыс атқару ерекшеліктер?

GPS классификациясы?

Ұсынылатын әдебиет:

1. Пентаев Т.П., Атымтаев Б.Б. Инженерлік геодезия - Алматы, 2003 ж.

2. Михелев Д.Ш., Инженерная геодезия, учебник, М.:2008

3. Кусов В.С. Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки, М.,2009ж