|
|
Лекция №2. Системы координат, системы счета времени. Принципы спутниковой навигации. Понятие об аэрокосмических методах и постановка задач дистанционного зондирования Земли.Раздел 1. Глобальные системы определения местоположения NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС Лекция №1. Краткая история развития спутниковых методов в геодезии, их роль и значение в прикладных задачах маркшейдерского дела. Основные направления развития спутниковых технологий. Данный курс изучает одно из направлений космической, а вернее спутниковой, геодезии – использование глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) для решения геодезических задач. Это направление является наиболее распространенным и массовым в геодезическом производстве. Спутниковые приемники уже сегодня широко применяются во многих геодезических подразделениях Республики Узбекистан для обновления геодезических сетей, привязки аэрофотоснимков, топографических и кадастровых съемок и других видов работ. Непосредственной предшественницей современных систем определения местоположения является беззапросная СРНС военно-морского флота США NNSS (Navy Navigation Satellite System), позже получившая название ТРАНЗИТ. Ее эксплуатация была начата в 1964 г. Система состояла из шести спутников, расположенных на почти круговых полярных орбитах с высотой около 1100 км над поверхностью Земли. Система ТРАНЗИТ была разработана военными США в первую очередь для определения координат кораблей и самолетов. В 1967 г. было разрешено гражданское использование этой системы, и она стала широко использоваться по всему миру для целей навигации и геодезии. С 1979 г. в СССР началась эксплуатация аналогичной системы под названием ЦИКАДА. Она состояла из четырех навигационных спутников, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км. Эта система позволяла потребителям в среднем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из спутников и определять плановые координаты своего местоположения при продолжительности сеанса 5-6 мин. Позже спутники системы ЦИКАДА были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, оснащенных специальными радиобуями, и они образовали систему "КОСПАС". Совместно с американо-франко-канадской системой САРСАТ они образуют единую службу поиска и спасения КОСПАС-САРСАТ. Основными недостатками системы ТРАНЗИТ и ЦИКАДА являлись большие перерывы между прохождениями спутников и сравнительно невысокая навигационная точность (около 100 м), в результате чего возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных объектов и космических кораблей. Такая СРНС должна была бы в любой момент обеспечивать пользователям возможность определять три пространственные координаты, вектор скорости и точное время. Эти возможности были реализованы в СРНС GPS NAVSTAR (США) и ГЛОНАСС (Россия), разработанных независимо друг от друга. Спутниковые методы определения координат различной точности нашли применение во многих приложениях. К ним, например, относятся: • геодинамика (от локальной до глобальной, включая движение тектонических плит, определение параметров ориентации Земли и т. п.); • гляциология (движение ледников в Гренландии и Антарктиде): • гидрология (съемки шельфа, акваторий портов, дна рек и т. д.); • городской и земельный кадастр: • службы времени и частоты: • контроль строительства различных сооружений (автодороги, железные дороги, электростанции, морские платформы и т. п.); • контроль и управление машинами и механизмами: • археология: • сельское хозяйство (контроль сельхозугодий, управление машинами); • геоинформационные системы (ГИС) различного назначения; • системы обеспечения безопасности (например, на рудниках, в грузовых терминалах, аэропортах, районах оползневых явлений и т. п.). В последние годы значительно возрос интерес к применению спутниковых технологий к мониторингу механизмов, машин, грузов и других объектов, включая людей. Появились службы, основанные на определении местоположения (Location based service, LBS). Надо отметить, что спутниковые технологии развиваются быстрыми темпами по нескольким направлениям: • совершенствование работы самих систем и спутников: • разработка теории методов GPS/ГJIOHACC (общая теория методов относительных определений, теория кинематических съемок с инициализацией на Земле и в движении и т. п.);• совершенствование методов преобразований координат и высот: • создание более совершенной аппаратуры; • универсализация методов обработки — разработка форматов обмена данными, улучшение моделей геофизических явлений, повышение точности систем координат: • разработка методов применения ГЛОНАСС/GPS в различных областях деятельности; • появление специализированных служб (International GNSS Service — IGS. активные сети). Дальнейшее развитие спутниковых технологий в геодезии связывают, главным образом, с появлением новых видов общедоступных сигналов, восстановлением системы ГЛОНАСС и появлением системы Галилео. Это даст возможность добиваться высокой точности за более короткое время наблюдений. Раздел 2. Системы отсчета времени и координат. Орбитальное движение спутников. Эфемериды. Лекция №2. Системы координат, системы счета времени. Принципы спутниковой навигации. Понятие об аэрокосмических методах и постановка задач дистанционного зондирования Земли. Основные элементы спутниковой системы навигации Космический сегмент Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника. Наземный сегмент В состав наземного сегмента входят космодром, командно-измерительный комплекс (КИК) и центр управления. Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск. Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами. Пользовательский сегмент В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей. Принцип работы системы навигации Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю передается в составе навигационного сигнала информация о координатах спутников. Одновременно (синхронно) производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.
Рис 1. Принцип работы спутниковой навигационной системы. Минимальное количество видимых спутников для определения местоположения пользователя В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников. В действительности показания часов, которые входят в состав навигационной аппаратуры потребителя, отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один - смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника. Что такое альманах Альманах- совокупность эфемерид всех спутников глобальной навигационной системы. А эфемеридами называют совокупность координат, определяющих положение и скорость спутника в пространстве. Сигналы навигационных спутников На каждом спутнике имеется эталонный генератор основной частоты f0 = 10,23 МГц, из колебаний которого образуются сигналы, обозначаемые как L1 и L2. Они используются в качестве несущих для передачи кодов и посылки данных, а также для наиболее точных измерений дальностей между спутником и потребителем. |
|
