5 Глобальные навигационные спутниковые системы для определения местоположения: назначение, структура и состав.

В настоящее время на территории России функционируют две спутниковые системы: российская система ГЛОНАСС и американская система Navstar GPS. Обе системы обладают одинаковыми преимуществами по сравнению с традиционными методами геодезических измерений и существенно изменяют технологию геодезических работ.

Спутниковые геодезические системы по сравнению с традиционными методами имеют ряд преимуществ: исключение необходимости расположения определяемых пунктов под условием взаимной видимости между ними; возможность выполнения наблюдений в любое время суток и любую погоду; ослабление требований к квалификации исполнителей для проведения полевых работ; полная автоматизация измерений и автоматической обработки результатов.

Глобальная система (GPS) основана на созвездии спутников, обращающихся вокруг земли на средневысоких орбитах.

Принцип системы состоит в том, что приемники GPS-сигналов на Земле используют эти спутники в качестве исходных опорных пунктов для определения местоположения. Это – интерпретация известной в геодезии обратной линейной засечки, когда на пересечении прямых определяют координаты искомого пункта, измеряя время прохождения сигналов от спутников до приемника, последний способен вычислять расстояния до спутников.

Измерив расстояния до трех спутников, приемник способен точно вычислить свою широту, долготу и высоту над землей.

Глобальная система состоит из трех сегментов: космического, наземного контроля и управления и пользователя.

Космический сегмент представляет собой созвездие из 24 спутников, обращающихся вокруг земли в шести орбитальных плоскостях (Navstar) по четыре спутника на каждой орбите и в трех орбитальных плоскостях (ГЛОНАСС) по восемь спутников на каждой орбите. Такое количество спутников обеспечивает видимость над горизонтом по меньшей мере четырех спутников в любой точке земли в любое время. Орбиты спутников почти круговые. Период обращения спутника вокруг земли равен 12 часам звездного времени.

Сегмент наземного контроля и управления состоит из следующих взаимосвязанных стационарных элементов: центр управления системой; контрольные станции; командная станция слежения; квантово- оптические станции и другие станции слежения за работой бортовых устройств спутников.

Основной функцией наземной подсистемы контроля и управления является проведение наблюдений искусственных спутников земли с автоматических станций с целью уточнения орбит, прогноза движения ИСЗ на определенный интервал времени и закладки данных прогноза в виде эфемерид в бортовую память ИСЗ для последующего распространения эфемеридной информации среди пользователей системы в составе навигационных сообщений и др..

Сегмент пользователя состоит из антенного блока, блока приемника и вычислительного блока.

Основной задачей приемной аппаратуры является прием и первичная обработка сигналов ИСЗ. Обработка сигналов выполняется с целью определения необходимой потребителям информации (пространственно - временных координат, направления и скорости, пространственной ориентации и т.д.).

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых наблюдений. Статический метод является наиболее надежным и точным методом, позволяющим получить разность координат смежных пунктов с миллиметровой точностью.

Длительность времени наблюдений выбирается в зависимости от длин базовых линий, количества одновременно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может составлять от 15 – 20 минут до 2,5 – 3 часов.

Точность определения планового местоположения точек статическим способом достигает (5 – 10 мм) + 1 – 2 мм/км, высотного – в 2 – 3 раза ниже.

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяющих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени.