1.6. Использование спутниковых навигационных систем в процессе развития и обновления геодезических сетей

Развертывание вокруг Земли глобальных навигационных спутни- ковых систем (GNSS) типа российской ГЛОНАСС и американской NAVSTAR GPS или совместной адаптированной системы позволяет перейти на принципиально новую технологию топографо-геодезических, гидрографических, гидрогеологических и других работ, обеспечивающих высокую точность и эффективность их производства. Действительно, возможность определения положения, т.е. координат точек местности с использованием этих систем позволяет оперативно создавать новые государственные геодезические сети, сети сгущения, обновлять существующие или восстанавливать утерянные, а также решать иные инженерно-геодезические задачи.

Сущность решения этих задач с использованием навигационных систем заключается в следующем.

Процесс определения местоположения точек местности или их координат подразделяется на три составных части или как говорят на три сегмента: космический сегмент, сегмент управления и сегмент пользователей.

1. Космический сегмент

Космический сегмент связан с научно обоснованным размещением искусственных спутников Земли (ИСЗ) на околоземных орбитах в единой геоцентрической системе координат: пространственных прямоугольных координат XYZ или геодезической системе BLH (геодезические широта, долгота и высота). Параметры орбит, их густота и насыщенность ИСЗ должны обеспечивать непрерывное глобальное перекрытие земной поверхности и поверхности Мирового океана.

Не вдаваясь в профессиональные тонкости, рассмотрим решение этой проблемы с практической точки зрения.

Навигационные системы развернуты в орбитальных плоскостях, наклонение которых к плоскости экватора постоянно 1 (рис.2). Количество спутников 2, вращающихся в этих плоскостях должно быть равно 24, из которых 21 спутник основных и 3 запасных. В системе ГЛОНАСС три орбитальные плоскости, а в GPS – шесть. Отсюда в российской системе в каждой плоскости расположены восемь равноотстоящих друг от друга на 45⁰ спутников с наклонением орбит 64,8⁰; в американской системе в каждой плоскости расположены три равноотстоящих друг от друга на 120⁰ спутника с наклонением орбит около 55⁰. При этом имеет место не только наклонение орбит к плоскости экватора и смещение их на соответству-ющую величину по долготе, но и сдвиг относительно друг друга спутников смежных орбит по широте около 40⁰. Тем самым указанное число спутни-ков достаточно для непрерывного глобального перекрытия при условии одновременного наблюдения в любой точке земной поверхности и Мирового океана не менее четырех спутников. Все спутники находятся на

к

Рис. 2. Схема размещения ИСЗ на околоземных орбитах (1) и определения координат точек (3) местности при помощи глобальных спутниковых систем.

1 – схема размещения ИСЗ в орбитальных плоскостях; 2 – навигационные ИСЗ;

3 – GPS-приемники, устанавливаемые на точках определения координат;

4 – дисплей микроЭВМ вывода результатов вычислений.

руговых орбитах, радиусы которых равны около 26 тыс. км.

О

На борту каждого ИСЗ системы имеются стандарты частоты (один кварцевый, два цезиевых и два рубиновых), солнечные батареи, двигатели корректировки орбиты, прие- мо-передающая аппаратура и компьютер.

Генерация навигационных сигналов и сигналов синхрони- зации на борту каждого спутни-ка осуществляется сверхстаби-льными атомными эталонами частоты.

пределение положения точек местности осуществляется путем измерения дальномерных расстояний или так называемых дальностей D минимум до четырех спутников (рис. 3). В свою очередь дальности определяются приемником пользователя путем измерения промежутка времени с момента передачи сигнала спутником до момента его приема. Поэтому при определении координат точек местности три спутника являются основными, а четвертый для устранения различного рода погрешностей и особенно погрешности, зависящей от разности между истинным временем навигационной системы и временем, определяемым по эталону приемника.

D₂

D₁ D₃

D₄

Рис. 3. Взаимное расположение

определяемой точки N и ИСЗ

навигационной системы