Глобальные навигационные спутниковые системы, применение в геодезии

Размещено на http://www.allbest.ru/

БГТУ имени В.Г. Шухова

ГЛОБАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ, ПРИМЕНЕНИЕ В ГЕОДЕЗИИ

Захарчев С.В., Андреева Н В.

Спутниковая система навигации -- комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел -- мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).

Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;

Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в некоторых пределах;

Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;

Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

Применение GNSS в геодезии.

GNSS-технология нашла широкое применение в геодезии, городском и земельном кадастре, при инвентаризации земель, строительстве инженерных сооружений, в геологии и т.д.

Основные достоинства и преимущества:

• Не требуется прямой видимости между пунктами.

• Благодаря автоматизации измерений сведены к минимуму ошибки наблюдателей.

• Позволяет круглосуточно при любых погодных условиях определять координаты объектов в любой точке Земного шара.

• Точность GNSS-определений мало зависит от погодных условий (дождя, снега, высокой или низкой температуры, а также влажности).

• GNSS позволяет значительно сократить сроки проведения работ по сравнению с традиционными методами.

• GNSS-результаты представляются в цифровом виде и могут быть легко экспортированы в картографические или географические информационные системы (ГИС).

Геодезический GPS-приёмник -- радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов.

Современный геодезический GPS-приемник состоит из трех основных элементов:

1. Приемник - основное устройство, которое получает информацию от спутников, обрабатывает ее, а также производит запись в память или на внешнее устройство;

2. Антенна - принимающий элемент

3. Контроллер - устройство, позволяющее управлять работой приемника.

GPS приемник South s750

По сложности технических решений и объему аппаратных затрат спутниковые приемники разделяют на:

• Одноканальный - позволяет в каждый текущий момент времени ведут прием и обработку радиосигнала только одного спутника;

• Многоканальный - позволяет одновременно принимать и обрабатывать сигналы нескольких спутников.

В настоящее время в основном выпускаются многоканальные приемники. Кроме того, приемники можно разделить на два типа:

• Односистемный - принимающий сигналы GPS

• Двухсистемный - принимающий сигналы ГЛОНАСС и GPS.

Типы и группы геодезических спутниковых приемников:

геодезический спутниковый навигация приемник

В зависимости от вида принимаемых и обрабатываемых сигналов приемники делятся на:

• Одночастотный, кодовый;

• Двухчастотный, кодовый; * Одночастотный кодово-фазовый;

• Двухчастотный кодово-фазовый.

Кодовые приемники (handheld) предназначены для определения трехмерного положения точки, скорости и направления движения. Они позволяют определять плановое положение точки, как правило, с точностью до единиц м, а высотное положение определяется с точностью порядка 10 м. (Двухчастотные кодовые приемники обеспечивают субметровую точность). Для повышения точности высотных измерений в них встраивают баровысотомер. Эти приемники удобны при выполнении полевых географических и геологических работ, так как на экране можно отобразить карту маршрута, определять свое местоположение, расстояние, направление и время прибытия к цели. Полученные результаты могут накапливаться и храниться в памяти прибора, а затем вводиться в компьютер для дальнейшей обработки. Эти приемники имеют малые габариты и массу, работают в широком диапазоне температур и малоэнергоемки.

По точности спутниковые приемники делятся на три класса:

• Навигационный класс - точность определения координат 150-200 м,

• Класс картографии и гис - 1-5 м,

• Геодезический класс - до 1 см (1-3 см в кинематическом режиме, до 1 см при статических измерениях).

Все геодезические измерения выполняют с использованием минимум двух приемников.

Список используемой литературы

1. Чукин В.В. Применение сетевых технологий при построении системы дистанционного зондирования атмосферы с помощью глобальной навигационной спутниковой системы // Успехи современного естествознания. 2008. №11. С. 58.

2. Gurtner W. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2.10. Astronomical Institute of Berne, 2000.

3. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.0. М.: КНИЦ ВКС, 2002. С. 57.

4. Жаров В.Е. Сферическая астрономия. Фрязино: Век 2, 2006. 480 с.

5. Урмаев М.С. Орбитальные методы космической геодезии. М.: Недра, 1981. 256 с.

Размещено на Allbest.ru