Ответы к ГОСам — Билет 7

Применение спутниковых радио навигационных систем (СРНС) в геодезии. Преимущества и недостатки спутниковых технологий. Принципы функционирования спутниковых технологий. Принципы функционирования СРНС. Структура СРНС (три подсистемы). Структура сигнала. Навигационное сообщение. Типы спутниковых приемников.

Преимущества спутниковых технологий: 1. Не требуется прямая видимость. 2. Возможно измерение расстояний длиной сотни километров с точностью несколько миллиметров. 3. Возможны круглосуточные межпогодные явления. 4. Требуется соответствующее программное обеспечение и грамотное его использование. 5. Предоставление трех пространственных координат (B, L,H), (X,Y,Z). Недостатки: невозможность получить непосредственно из измерений нормальные высоты с точностью геометрического нивелирования; трудность работы в залесенной местности. Проблемы: получение координат пунктов в местной системе, так как спутниковые технологии предоставляют координаты в общеземной системе координат, связанной с центром Масс земли, а потребителю нужно знать координаты в местной системе. Области применения спутниковых технологий: 1) развитие опорных геодезических сетей; 2) геодезические съемки разного назначения; 3) решение инженерных прикладных задач в геодезии; 4) распространение единой высокоточной шкалы времени; 5) сбор материала для ГИС; 6) кадастры в землеустройстве; 7) навигация (наземная, морская, воздушная); 8) диспетчерские службы. Направления развития спутниковых технологий: 1. Совершенствование работы самих систем и спутников. 2. Разработка теории методов GPS/ГЛОНАСС. 3. Появление специализированных служб. Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС и GPS: 1) Принцип действия (определение координат) – пространственная линейная засечка. Три сферы с радиусами ?1, ?2, ?3 (измеренные расстояния до ИСЗ) пересекаются в двух точках, но из двух решений выбирается одно – правдоподобное. 2) Измерение расстояния – в GPS и ГЛОНАСС реализован односторонний (беззапросный) метод измерения расстояния. Электромагнитный сигнал от спутника проходит в одном направлении. ?=v•?, где v=c+?ПОПРАВОК – скорость; ? – время прохождения электромагнитного сигнала от спутника к приемнику. Время можно измерить, если часы спутника и приемника точно синхронизированы. Синхронизация часов (автоматическая) – в лучшем случае до 10-9 с, она даст погрешность расстояния 30 см. чтобы обеспечит миллиметровый уровень точности измерения ?, поправка приемника ?t – в качестве дополнительного неизвестного в системе уравнений связи координат. Вывод: При GPS-измерениях неизвестными являются три пространственных координаты и ?t – поправка часов приемника. Чтобы определить 4 неизвестных, нужно отнаблюдать как минимум 4 спутника. 3) Структура GPS и ГЛОНАСС. И GPS, и ГЛОНАСС разделяются на 3 подсистемы: а) подсистема космических аппаратов (ПКА): «созвездие» спутников; б) подсистема контроля и управления (ПКУ): следящие станции, контрольная станция и загружающие станции; в) подсистема потребителя (ПП): разнообразные приемники и ПО. ПКА. Оборудование спутника: 1. Радиотехническая аппаратура – для передачи сигналов для измерения расстояний; передачи навигационного сообщения; приема информации от загружающих станций ПКУ; высокостабильный генератор частоты (атомные часы – водородные или цезиевые). 2. Солнечные батареи и аккумулятор. 3. Гироскопическая система ориентировки. 4. Мини — реактивные двигатели. Сигналы, посылаемые со спутника: 1) для измерения расстояний; 2) для передачи навигационного сообщения. Сигнал посылается в цифровой форме (0,1 и т.д.). Дальномерный код представляет собой псевдослучайную последовательность 0 и 1. Он формируется на спутниках и приемниках. ?=?•с – расстояние, измеренное по задержке кодовой последовательности – псевдодальность; ? – сдвиг кодовой последовательности. Принцип измерения расстояния используется в кодовых приемниках. Для передачи кодовой последовательности от спутника к приемнику ее накладывают на несущую частоту. Измерение расстояний по сдвигу фазы несущей частоты выполняется в фазовых приемниках. Существует 2 класса измерений: 1. Кодовые (кодовые приемники); 2. Фазовые (фазовые приемники). Фазовая модуляция – наложение кодового сигнала на несущую частоту. Фазовая модуляция: в момент смены кода с 0 на 1 или наоборот фаза несущего сигнала изменяется на 180?. Кодовый метод – определение псевдодальности от спутника до спутникового приемника по времени прохождения этого пути кодовым сигналом. Фазовый метод – определение дальности от спутника до спутникового приемника по изменению на этом пути фазы несущей волны. Фазовым методом выполняются наиболее точные измерения. Кодовый метод используется для навигации и топографии невысокой точности: от нескольких десятков м до дцм. Псевдодальность – искаженная погрешностями дальность от объекта наблюдения до спутника, отличается от истинной дальности на величину, пропорциональную расхождению шкал времени на спутнике и в приемнике пользователя. Навигационное сообщение: 1) информация о состоянии спутника; 2) поправка часов; 3) бортовые эфемериды, позволяющие вычислить положение спутника в момент наблюдения; 4) альманах – приближенные сведения обо всех спутниках системы. Он нужен для планирования сеансов GPS-наблюдений; 5) прочее. ПКУ. GPS-технологии — орбитальный метод спутниковой геодезии. r=R+?, где r – геоцентрические координаты спутника (определяются); R – геоцентрические координаты станции наблюдения; ? – измерения. Определение r – для прогноза орбит ИСЗ. На определенных станциях: R=r-?, где r – прогнозное положение спутника. ПКУ GPS: 1. 1 ведущая станция (Колорадо Спрингс, США) МО: сбор информации и обработка, принятие решений; 2. 5 станций слежения – по всему земному шару, автоматическое отслеживание ?; 3. 3 загружающие станции – передача информации на борт спутников. Существуют сети слежения без функций управления. Одна из задач: уточнение эфемерид ИСЗ. ПП. 1) антенна; 2) приемник; 3) ПО; 4) прочее. Антенные устройства могут быть встроенные или внешние, двухчастотные (L1, L2) или одночастотные (L1). Для устранения влияния многопутности (многократно отраженный сигнал) используют антенны с металлическим экраном. Фазовый центр антенны – это воображаемая точка, от которой измеряется расстояние. Для исключения погрешности фазового центра антенны ориентируют в одном направлении. Следовательно, для ориентировки антенны указывается положение на север. Измерение высоты антенны – важная операция. Ошибка в высоте антенны практически не выявляется при пост-обработке. Измерение высоты дважды – до и после, в 2 системах измерениях (см и дюймах). Принудительное центрирование выполняется после измерения высоты антенны. Классификация приемных устройств. По способу слежения за сигналами: 1. Одноканальные (последовательного действия); 2. Многоканальные. По виду отлеживаемых спутников: 1) GPS; 2) GPS – ГЛОНАСС; 3) ГЛОНАСС. По видам принимаемых сигналов: 1. кодовые (С/А-код, Р-код); 2. фазовые; 3. кодово-фазовые. По количеству частот: 1) одночастотные (L1); 2) двухчастотные (L1, L2). Наблюдения на двух частотах позволяют исключить ошибку влияния ионосферы. Одночастотные дают хорошую точность только при работе в дифференциальном режиме, на коротких расстояниях (примерно 10 км). По назначению: 1. Навигационные. Точность в лучшем случае 10-15 м, обычно 50-100 м. дифференциальный метод используется при посадке самолетов. 2. Навигационно-топографические. Точность от 10 м до 10 см при расстояниях 50-500 км (дифференциальный режим). 3. Геодезические. Миллиметровая точность для 2 частот при расстояниях несколько тысяч км. Самые дорогие – фазовые двухчастотные. Для получения миллиметровой точности на длинных линиях используется высокоточный приемник, технология наблюдения, ПО и технология обработки, человек.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *