<<
>>

Спутниковые геодезические определения координат точек

Система глобального позиционирования NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) или просто GPS является спутниковой радионавигационной системой (СРНС) космичес­кого базирования, разработанной по заказу Министерства обороны США для обеспечения вооруженных сил средствами непрерывного действия по определению их положения, скорости и времени в общеземной систе­ме координат в любой точке на или около земной поверхности.

Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получе­ния пользователем точных координат, скоростей и времени в непрерыв­ном режиме 24 ч в сутки. В настоящее время система открыта и для граж­данских пользователей.

Для достижения таких важных качеств, как непрерывность и вы­сокая точность определений, в составе любой современной СРНС функ­ционируют три подсистемы:

• сеть навигационных спутников (космический сегмент);

• наземный командно-измерительный комплекс (сегмент управ­ления);

• аппаратура потребителей (сегмент потребителей).

Основной операцией, выполняемой в СРНС, является определе­ние пространственных координат местоположения потребителей и вре­мени. В рамках такой организации СРНС выбран способ определения местоположения потребителей на основе безопасных (пассивных) даль- номерных измерений по сигналам нескольких навигационных спутни­ков с известными координатами, что дало возможность работать с сис­темой неограниченному количеству пользователей одновременно.

Наиболее важными понятиями, объясняющими принципы рабо­ты системы GPS, являются следующие.

Спутниковая трилатерация - принцип получения координат объек­та по измерениям со спутников, координаты которых известны.

Точные координаты аппаратуры пользователя (далее - приемника) могут быть вычислены по изменениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники можно рассматривать как пункты с известными координатами. Зная расстояние до трех спутников с известными координатами, можно вычислить коор­динаты определяемой точки.

Спутниковая далънометрия - принцип измерения расстояний до спутников.

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приемника, умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время рас­пространения сигнала, необходимо знать, когда он покинул спутник.

Точная временная привязка - согласование показаний часов при­емника и бортовых часов спутника.

Точность вычисления координат напрямую зависит от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и в приемнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы, имею­щие точность около одной наносекунды. Однако это слишком дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый GPS-приемник, поэтому из­мерения от четвертого спутника используются для устранения ошибок хода часов приемника.

Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, ко­торые возникают, если часы на спутнике и в приемнике не синхронизи­рованы.

Расположение спутников - определение точных координат спут­ников в пространстве.

Система NAVSTAR GPS состоит из 24 спутников, находящихся на круговых орбитах радиусом 20 200 км с орбитальным периодом в 12 ч.

В шести различных плоскостях, имеющих наклон к экватору в 55 градусов, расположено по 4 спутника. Указанная высота необходи­ма для обеспечения стабильности орбитального движения спутников и уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы. Такая кон­фигурация позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным по­лем, т. е. созвездие из 24 спутников, находящихся на такой высоте, га­

рантирует, что по крайней мере 4 спутника будут видны одновременно в любой точке земной поверхности.

Министерство обороны США осуществляет непрерывное слежение за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточ­ных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы с собственным уникальным кодом. МО США имеет четыре станции слежения за спутниками, три станции связи и центр, осуществляющий контроль и управление за всем наземным сегментом системы. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. В центре управления вычисляются уточненные эле­менты спутниковых шкал времени, после чего эти данные передаются по каналам станций связи на спутники по крайней мере один раз в сутки.

Коррекция ошибок - учет ошибок, вносимых тропосферной и ионосферной задержками.

Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS, яв­ляются трудноустранимыми. Основными являются ошибки, вызванные ионосферной и тропосферной задержками, многолучевостью и неста­бильностью часов. Вычисления предполагают, что сигнал распростра­няется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Одна­ко в реальности все гораздо сложнее. Скорость света является констан­той только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу (слой заряженных частиц на высоте 130-290 км) и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерении дальности. В современных GPS-приемниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек. Использование передачи спут­никами навигационных сигналов на двух частотах позволяет исклю­чить ошибку, вызванную ионосферной задержкой. Для исключения ошибки, вызванной тропосферной задержкой, требуется построение модели тропосферы для учебы и исключения этой ошибки.

Погрешности частично-временного обеспечения возникают вслед­ствие несовершенства синхронизации бортовых шкал времени спутников, а также бортовых эталонов шкал времени и эталонов частоты потребите­лей. Эти погрешности могут приводить к серьезным ошибкам в определе­нии дальности. Так, например, ошибка бортовой шкалы времени в 1 мс приводит к эквивалентной ошибке определения дальности в 300 км.

Многолучевая интерференция также вносит ошибки в определе­ние местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал

отражается от объектов, расположенных на земной поверхности, что со­здает заметную интерференцию с сигналами, приходящими непосред­ственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок.

Раньше существовал еще один источник ошибок - это «Избира­тельный Доступ», искусственное снижение точности спутникового сиг­нала, вводимое МО США. Это приводило к тому, что точность полу­ченных координат с помощью GPS снижалась до 100 м. Однако 1 мая 2000 года по решению президента США «Избирательный Доступ» был отключен. Кроме того, его можно отключить, применяя технику диф­ференциальной коррекции.

4.1.

<< | >>
Источник: Болотин, С. А.. Инвентаризация и паспортизация недвижимости: учеб. пособие / С. А. Болотин, А. Н. Приходько, Т. Л. Симанкина; СПбГАСУ - СПб.,2010. - 100 с.. 2010

Еще по теме Спутниковые геодезические определения координат точек:

  1. Локальная и глобальная системы координат
  2. Матрица жесткости шарнирно-стержневого элемента в глобальной системе координат
  3. Определение усилий
  4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОИМОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА
  5. Печи с определенными функциями
  6. Определение инвентаризационной стоимости
  7. Определение трудоемкости работ
  8. 1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ
  9. Определение места
  10. Основные термины и определения
  11. Определение процента физического износа
  12. Определение состава объекта
  13. Определение сметной стоимости объекта