logo
шпорки

2. Глобальная навигационная система gps. Методы определения координат. Дифференцированный метод определения координат.

Глобальная навигационная система GPS (Global Positioning System), известная также как Navstar (Navigaion System with Time and Ranging - Навигаци­онная система определения времени и дальности), предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех регионах мира. Система была разработана по заказу Министерства обороны США, а космические аппараты (КА) изготовила компания Rockwell International.

Российская спутниковая навигационная система (CНC) аналогичного назначения, известная под названием «Глонасс» (Глобальная навигационная спутниковая система) разрабатывалась по заказу Министерства обороны России, но сейчас применяется для предоставления навигационных услуг различным категориям потребителей, без каких-либо ограничений. Орбитальная группировка российской системы навигации была развернута в начале 90-х гг., а ее коммерческая эксплуатация осуществляется с 1995 г.

1957 г. – запуск первого ИСЗ. Было обнаружено доплеровское смещение частоты, которое подтверждало возможность навигационных измерений.

1964 г. – система Транзит (Америк.) 10 спутников, которые изучали сигналы.

1978 г. – запуск спутника GPS. Полное разворачивание системы к 1979 г.

1979 г. – система Цикада (СССР). Недостаток: много времени, небольшая точность.

1983 г. – начало функционирования Global Positioning Sistem (GPS) – глобальные системы позиционирования.

1993г. - начало эксплуатации ГЛОНЛСС

1998г. - GNSS принадлежит сообществу Европейских стран.

Хар-ки СНС:

  1. Точность определения пространственных координат (0,01 м)

  2. Точность определения времени (1 мнк.сек)

  3. Точность определения составляющих вектора скорости (0.1 мик.сек)

  4. Точность определения курсового угла (1 сек. дуги)

  5. СНС может использоватся в любой точке земного шара.

  6. Стоимость GPS 15 млр. $ Существуют ограничения до Н=8 км, V до 1000 км/ч. Сферы применения СНС.

1 Навигация подвижных объектов. (если движующее средство оснащено спутниковым приемником, электронной картой в бортовом компьютере и каналом радио связи и диспечером, то водитель может определить свое пространственное положение, диспечер может проконтролировать его и дать указание)

2 Решение задач координирования (геодезия, картография, землеустройство, геология, геофизика, строительство).

3 Применение в информативно-измерительные и информативно-управляющие системы. Использ-ся как составляющая часть системы управпения.(система управления движения в аэродромной зоне, система упраления портами, система прохождения проливов.

4. Синхролизация систем телекоммуникаций (масса систем мобильных связей).

Преимущество и недостатки GPS съемки

«+»

«-»

Устройство СНС и основные характеристики:

Системы GPS и «Глонасс» имеют сходную структуру. В их состав входят космический сегмент, состоящий из 24 КА, каждый спутник имеет в своем составе антенну, память для хранения napаметров орбит, приемник для связи с центром управления, бортовой комп., систему ориентации, атомные часы с точностью 10ˉ¹² сек, сеть наземных станций наблюдения за их работой (станции слежения, загрузочные станции, центр, пункт управления) и пользовательскнй ceгмент (навигационные приемники: антенна, процессор для расчета координат, накопитель для хранения информации, часы, дисплей с клавиатурой). Все cпутники GPS/»Глонасс» являются автономными. Параметры их орбит периодически контролируются сетью наземных станции слежения, с помощью которых (не реже 1-2 раз в сутки) вычисляются баллистические характеристики, регистрируются отклонения КА от расчетных траекторий движения и определяет­ся собственное время бортовых часов.

К основным характеристикам спутниковых навигационных систем кроме точности и надежности определения координат относятся доступность и целостность. Термин доступность в системах навигации означает возможность доведения до пользователей навигационных сообщений. На практике доступность оценивается как вероятность получения потребителем навигационной информация в заданный временной интервал и с требуемой точностью.

Наземные станции также контролируют исправность навигационной аппаратуры, установленной на борту КА. Для обнаружения отказов аппара­туры требуется, как минимум, несколько часов.

Целостность характеризует способность системы обнаруживать свое неправильное функционирование и исключать возможность использования ее данных пользователями при недопустимых отклонениях рабочих характеристик. Фактически, когда речь идет о целостности системы, основной ин­формацией являются данные о состоянии спутников и их неисправностях. Показатель целостности системы - это вероятность оповещения потребителей при нарушении ее работы системы в пределах допустимого временного периода.

ИСЗ оборудуются двухдизпазонными излучателями, работающими в полосе L1 (1575,42 МГц -19 м) и полосе L2 (1227,60 МГц - 24 м), причем в первой полосе сигнал кодируется кодом общего доступа С/А, обеспечивающим режим захвата и грубого измерения, а также кодом Р, предназначенным для точных измерений и защищенным от несанкционированного доступа. Вторая полоса кодируется только кодом Р. Специальный математический алго­ритм кодирования полезного сигнала с высокой вероятностью обеспечивает опознавание его случайным абонентом в качестве «белого шума». Отмечает­ся, что принятая в этой СНС система кодирования сигналов обеспечивает существенное расширение числа физических принципов определения местопо­ложения (в более ранней системе Transit, фактически, использовался только доплеровский эффект и невозможно было, в частности, прямое измерение псевдодальности).

Классификации методов определения координат по способу дальномерных измерений.

  1. Кодовый (заключается в определении времени задержки дальномерного кода снутника относительно дальномерного кода сгенерированного приемником).

  2. Фазовый (основан на определении сдвига несущей частоты). По отношению к системе координат.

1. Абсолютный.

2. Относительный.

По способу расчета координат.

  1. Постобраб-ки.

  2. Realtime.

По использованию способов уточнения координат.

1. Автономный - один приемник. Уточнение за счет накопленных данных.

2. Дифференцированный - используется источник поправок - базовый приемник, радиомаяк, поправочный сутник.

Дифференцированный метод определения координат:

Главный метод повышения точности измерений. Используется для компенсации всех видов погрешностей при геодезических пространственных определениях (зa селект доступ С/А(?) навигационного спутника и частично ошибка прохождения гр. сигнала(?)).

Суть: два приемника, один на пункте с известными координатами, значиг значения ошибок можно вычесть.

Виды диф. метода:

1. Метод коррекции координат - имеет высокую эффективность только при совпадении созвездий спутников используемых для вычисления координат в точках базового п подвижного­ приемников.

2. Метод коррекции навигационных параметров: окрректируем на координаты, а дальность до спутника. Расчет поправок дальности до ИСЗ: базовый приемник с известными координатами в пространстве позволяет рассчитать истинные дальности до всех ИСЗ. С другой стороны базовый приемник рассчитывает по ИСЗ-сигналу псевдодальность до всех спутников, путем вычитания истинной дальносги и псевдодальности. Формируются поправки, кототые передаются на передвиж­ной приемник. Он, в свою очередь, по ИСЗ - сигналу рассчитывает свои псевдодальности и добавляет к ним поправки, полученные с базового приемника. В результате получаются скорректированные координаты передаваемого приемника.

3. Метод относительных измерений: заключается в расчете вектора oт приемника А до приемника В, тогда координагы приемника В вычисляются путем добавления к координатам приемника А трех составляющих вектора от А к В. Расчет вектора основан на вычитании разности фаз получаемых приемниками А, В.

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ