Питання на екзамен

Екзамен цюпак

1.Опишіть параметри перетворень двовимірних координат.

ВНС\Визначення параметрів трансформації двовимірних координат пунктів. Лабораторна робота.pdf

2.Поясніть задачі космічної геодезії.

Основними завданнями супутникової геодезії є: − визначення взаємного положення пунктів в деякій системі координат; − визначення положення центру референц-еліпсоїда щодо центру мас Землі; - визначення координат пунктів в єдиній для всієї Землі системі координат, що віднесена до центру мас Землі (геоцентричної системі координат); 6 -

створення і підтримка на необхідному рівні точності єдиної світової геодезичної системи; - встановлення зв'язку між відокремленими геодезичними системами; - вивчення зовнішнього гравітаційного поля і фігури Землі; - уточнення деяких фундаментальних геодезичних постійних, що характеризують форму, розміри і добове обертання Землі, а

також визначення їх змін в часі. Космічна геодезія тісно пов'язана з такими науковими дисциплінами, як вища геодезія, теорія фігури Землі,

гравіметрія, геодинаміка, геофізика, картографія, астрономія, прикладна математика, обчислювальна техніка та програмування, електротехніка та радіоелектроніка, приладобудування та інші. З одного боку, вона використовує досягнення цих наукових дисциплін, а з іншого, надає дані,

які сприяють подальшому розвитку деяких з них.

3.Опишіть методи КОСМІЧНОЇ геодезії.

методи космічної геодезії в послідовності їх розвитку, то першим вважається геометричний метод, суть якого у синхронному фотографуванні ШСЗ на фоні зоряного

неба мінімум із двох пунктів на поверхні Землі. Така організація спостережень дозволяє визначити напрям вектора, що з’єднує ці пункти. Множина таких векторів утворює векторну просторову мережу – космічну тріангуляцію. Наступний, найбільш загальний метод – динамічний, який базується на вивченні еволюції орбіти ШСЗ в часі для визначення динамічних параметрів, якими є параметри гравітаційного поля Землі (геопотенціалу). При цьому одночасно визначаються координати пунктів спостереження у єдиній геоцентричній системі координат (земній або гринвіцькій). В орбітальному методі за допомогою вимірів, зроблених на наземних пунктах чи безпосередньо із супутника, визначаються координати пунктів і елементи орбіти супутника.

4.Опишіть напрямки осей системи координат.

Сучасна декартова система координат в двох вимірах (також знана під назвою прямокутна система координат) задається двома осями, розташованими під прямим кутом одна до одної. Площину, в якій знаходяться осі, називають іноді xy-площиною. Горизонтальну вісь позначають через x (вісь абсцис), вертикальну — через y (вісь ординат). В тривимірному просторі до цих двох додається третя вісь, перпендикулярна xy-площині — вісь z (аплікат). Всі точки в системі декартових координат, складають так званий декартів простір.

5. Перелічіть методи обмеження точності та доступності використання системи GPS. Вкажіть рівень можливого обмеження точності визначення місцеположення пункту у випадку ввімкнення вказаних методів.

Миттєва точність визначення розташування для цивільних потреб залежить від багатьох чинників і переважну більшість часу становить 2-16 м. Навмисне зниження продуктивності супутникового сигналу - Основним джерелом була наявність, так званого, режиму обмеженого доступу. У цьому режимі в сигнали супутників Міністерством оборони США апріорно вводилася похибка, що дозволяє визначати місце розташування з точністю 30-100 м. З 1 травня 2000 року режим "обмеженого доступу" був відключений.

Коди P та C/A призначені для вимірювання часу проходження навігаційним сигналом відстаней “супутник-пункт”, що дає можливість, якщо годинники на борту супутника і в пункті спостереження синхронізовані між собою визначити самі відстані

Код P накладається на обидві несучі, на L1 і на L2, він дозволяє вимірювати вказані відстані з точністю 0.3 - 0.5 м (теоретично, не враховуючи похибок спостережень) і є доступним тільки обмеженому колу користувачів. З метою запобігання небажаному проникненню в систему GPS і навмисному спотворенню ії сигналів, цей код з 1994 р. заміняється на аналогічний, але більш засекречений код Y

6. Вкажіть спосіб отримання, систему координат, термін використання, точність та формат записування даних ефемерид, що перелаються з сигналом супутника.

54.Вкажіть типи ефемерид та їх точність.

ефемериди бувають 3-ох основних видів : Для спостережень і планування – альманах Для пошуку супутників антеною приймача.Ефемериди задаються у вигляді Кеплерових елементів орбіти в системі координат WGS – 84 з точністю 2-3 км і краще. Бортовіпередані з сигналом супутника Призначені для визначення коор. пунктів в режимі реального часу або опрацювання після спостережень . Абсолютна точність координат 2 – 5 м і краще ,якщо ефемериди обновлюються кожні 8 год. Точніефемериди Призначені для визначення координат пунктів після спостережень через 2- 14 діб. Визначаються в системі координат ITRF08 . Точні поділяються на остаточні, швидкі, ультрашвидкі

Дані ефемерид містять параметри, що дозволяють більш точно обчислити місце свого супутників. На відміну від альманаху, кожен з супутників передає, тільки свої власні ефемериди. Час «життя» ефемерид не перевищує 4-6 годин.

Час «старту» необхідне навігаційного приймача на визначення позиції після включення, залежить від наявної в пам'яті початкової інформації.

Виділяються наступні режими:

«Холодний» старт («автопошук») - час, позиція, альманах і ефемериди невідомі

«Теплий» старт - позиція і ефемериди невідомі, час і альманах відомі

«Гарячий» старт («перезахоплення») - альманах, ефемериди відомі, час і позиція відомі з деякою помилкою

7.Поясніть модель незбуреного руху ШСЗ.

Незбурений рух ШСЗ по орбіті однозначно визначається шістьома параметрами, які називаються її елементами. В якості елементів орбіти зазвичай використовуються більша піввісь (або фокальний параметр), ексцентриситет і час проходження перигею, а також три елементи, що визначають положення орбіти в просторі. Ці елементи зазвичай відраховують у системі координат OзXYZ , тоді положення орбіти визначається довготою висхідного вузла, нахилом орбіти і аргументом широти. Довгота висхідного вузла Ω - це кут, що відраховується у площині екватора проти годинникової стрілки, якщо дивитися з Північного полюса, від напрямку в точку весняного рівнодення до напрямку в точку B – висхідний вузол орбіти (точка H – спадний вузол орбіти) (рисунок 1.1). Цей кут може змінюватися в діапазоні 0 ≤ Ω ≤ 360°. Нахил орбіти i - кут, що відлічується проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку висхідного вузла, від площини екватора до площини орбіти. Цей кут, залежно від початкових умов, перебуває в межах 0 ≤ i ≤180°. При 0 i = і i =180° орбіта називається екваторіальною, а при i = 90° - полярною. Аргумент перигею ω - кут, що відлічується в площині орбіти по напрямку руху від напрямку у висхідний вузол орбіти до напрямку в перигей. Аргумент перигею змінюється в межах 0 ≤ω ≤ 360°. З урахуванням цього елемента часто для визначення положення супутника замість дійсної аномалії використається аргумент широти u =ω +ϑ , де ϑ - дійсна аномалія.

8.Вкажіть збурюючи сили

Увільному польоті на ШСЗ, крім центральної сили тяжіння, діють також сили, обумовлені [Баранов та ін., 1986; Балк, 1965]: нецентральним полем тяжіння, викликаним несферичністю Землі і неправильним розподілом мас всередині неї; впливом гравітаційних полів Сонця, Місяця, планет і інших небесних тіл; опором атмосфери; тиском прямий і відображеної сонячної радіації; місячно-сонячними приливами; релятивістськими ефектами і ін.

Усупутників, що мають на борту запаси палива, прискорення можуть виникати через витік газів з паливних контейнерів. Якщо відомі елементи орбіти на деякий початковий момент t0, які називають початковими умовами (НУ), і є модель сил, що обурюють, то після визначення збурюючих прискорень і підстановки їх у рівняння (3.43), останні можна вирішити аналітичним або чисельним методом. В аналітичному методі рішення виходить у вигляді формул, що дозволяють знайти параметри руху у вигляді елементів орбіти або координат і швидкостей КА на будь-

який момент часу t. У чисельних методах рішення відшукується у вигляді таблиці значень параметрів руху

9.Поясніть диференціальні рівняння руху ШСЗ.

Перший закон. Кожна планета Сонячної системи рухається по еліпсу навколо Сонця, що знаходиться в одному з його фокусів.

Другий закон. Площа, замітає геліоцентричним радіусвектором планети,

пропорційна часу.

Третій закон. Ставлення квадратів періодів обертання планет навколо Сонця пропорційно відношенню кубів їх великих півосей.

Ці знамениті закони Кеплера можна вивести з інтегрування диференціальних рівнянь руху небесних тіл. Більш того, великому англійському вченому Ісаку Ньютону цим методом вдалося уточнити третій закон Кеплера.

руху ШСЗ будемо вважати Землю і супутник у вигляді матеріальних точок з відповідними масами, які рухаються один щодо одного лише під дією сил взаємного тяжіння. Такий рух називається необуреним.

рух Землі і супутника в невращающейся прямокутній системі координат, початок якої сумісний з деякою довільній фіксованою точкою O. В цій системі координат положення Землі і супутника будуть задаватися векторами R

до тіл з масами m і m відповідно

центр мас системи Земля-супутник рухається прямолінійно і рівномірно. Це означає, що система координат з початком в барицентра системи Земля-супутник буде інерційної. Покажемо, що система координат з початком, розташованим в центрі мас Землі, теж можна прийняти за інерційну систему координат

точки, що позначають Землю, супутник і їх центр мас (рис. 1.2), лежать на одній прямій

що центр мас Землі практично збігається з центром мас системи Земля-ШСЗ.

, Отримаємо диференціальні рівняння руху супутника відносно Землі в векторній формі

Величина μ називається геоцентричною гравітаційної постійної, чисельне значення якої приймається рівним 3,9860044 10 14 ступені

10.Опишіть перший закон Кеплера

Всі планети обертаються навколо Сонця еліптичними орбітами, в одному з фокусів яких перебуває Сонце (всі орбіти планет і тіл Сонячної системи мають один спільний фокус, в якому, власне, і розташовано Сонце).

Найближча до Сонця точка орбіти називається перигелієм, а

найвіддаленіша від нього — афелієм.

11.Поясність другий закон Кеплера.

Радіус-вектор планети (тіла Сонячної системи) за рівні проміжки часу описує рівновеликі площі.

Лінійна швидкість руху планети неоднакова в різних точках її орбіти: що ближча планета до Сонця, то більша її швидкість. Швидкість руху планети у перигелії найбільша, а в афелії — найменша. Однак площа, яку «замітає» радіус-вектор за певний проміжок часу, не залежить від того, в якій частині орбіти перебуває планета. Площа, яку «замітає» радіус вектор за одиницю часу називається секторною (сегментною) швидкістю.

Таким чином, другий закон Кеплера кількісно визначає зміну швидкості руху планети орбітою.

12.Поясніть залежність, яка описується у третьому законі Кеплера.

Квадрати зоряних періодів обертання планет відносяться, як куби великих півосей їхніх орбіт. третій закон пов'язує властивості орбіт різних планет між собою.

Якщо сидеричні періоди обертання двох планет а довжини великих півосей їхніх орбіт, відповідно виконується співвідношення

Частка періодів в квадраті дорівнює частці великих півосей в кубі

Цей закон Кеплера пов'язує середні відстані планет від Сонця з їхніми зоряними періодами обертання і надає змогу встановити відносні відстані планет від Сонця, інакше кажучи, дає змогу подати великі півосі всіх планетних орбіт в одиницях великої півосі земної орбіти.

Велику піввісь земної орбіти взято за астрономічну одиницю відстаней, але її абсолютне значення було визначено пізніше, лише у XVIII столітті.

Відношення кубу півосі до квадрата періоду обертання є сталою для всіх планет Сонячної системи і залежить лише від маси Сонця і гравітаційної сталої, як довів пізніше Ньютон:

13. Структура супутникового сигналу GPS. Як утворюються частоти несучих хвиль і кодів?

23. Поясніть рівняння несучих хвиль супутникового GPS-сигналу. Які коди накладаються і яку інформацію містять?

. Всі ШСЗ випромінюють навігаційні сигнали на двох високостабільних несучих частотах: L1=1575.42 МГц і L2=1227.60 МГц, отриманих множенням фундаментальної частоти генератора бортового атомного годинника f 0 =10.23 МГц. На несучі хвилі L1 та L2 за допомогою фазової модуляції накладаються дві закодовані послідовності двійкових імпульсів (0; 1) - “код P” (precise - точний або protected - захищений) і “код

C/A” (coarse/acquisition - грубий/доступний або clear acquisition - вільно або загально доступний),- та, так зване, навігаційне повідомлення, або “код D” (data, navigation data -

навігаційні дані). Коди P та C/A призначені для вимірювання часу проходження навігаційним сигналом відстаней “супутник-пункт”, що дає можливість, якщо годинники на борту супутника і в пункті спостереження синхронізовані між собою визначити самі відстані

14.Призначення системи GPS.

Споживачам також пропонуються різні пристрої й програмні продукти, котрі дозволяють: бачити своє місцезнаходження на електронній карті; прокладати маршрути з урахуванням дорожніх знаків, дозволених поворотів і навіть заторів; шукати на карті конкретні будинки й вулиці, визначні пам'ятки, кафе, лікарні, автозаправки та інші об'єкти інфраструктури.

Окремий клас пристроїв, GPS-трекери, призначений для отримання

інформації про рух обладнаних ними автомобілів або інших рухомих

об'єктів у пункті спостереження. Використання GPS-трекерів дозволяє

будувати диспетчерські системи спостереження та управління рухом,

системи GPS-моніторингу транспорту.

GPS-системи застосовують також у таких галузях:

Геодезія: за допомогою GPS визначаються точні координати точок і межі

земельних ділянок.

Картографія: GPS використовується в цивільній і військовій картографії.

Навігація: із застосуванням GPS здійснюється як морська, так і дорожня

навігація.

Супутниковий моніторинг транспорту: за допомогою GPS на

диспетчерському пункті ведеться спостереження за маршрутом руху,

швидкістю та іншими параметрами транспорту.

Стільниковий зв'язок: перші мобільні телефони з GPS з'явилися в 90-х

роках. У деяких країнах, наприклад США, це використовується для

оперативного визначення місцезнаходження людини, що дзвонить на 911.

У Росії в 2010 році почата реалізація аналогічного проекту — Ера-глонасс.

Тектоніка, тектоніка плит: за допомогою GPS ведуться спостереження рухів і коливань плит.

Активний відпочинок: є різні ігри, де застосовується GPS, наприклад,

геокешинг та ін.

Геотегинг: «прив'язка» подій, записів, фотознімків до точного місцезнаходження та часу їх створення.

Точний відлік часу та синхронізація подій: завдяки використанню GPS-

приймачів можливо синхронізувати час рознесених годинників з точністю до десятків наносекунд

15.Перетином яких ліній утворюються точка весняного рівнодення?

Рівнодення — мить часу, коли центр сонячного диска у своєму видимому русі екліптикою перетинає небесний екватор. У дні рівнодення тривалість дня на всій Землі, крім районів земних полюсів, майже дорівнює тривалості ночі

16.Опишіть інерціальну систему координат.

Інерціальна система відліку (ІСО) - система відліку, в якій всі вільні тіла рухаються прямолінійно і рівномірно або покояться [1] [2]. Існування систем, що володіють такою властивістю, постулюється першим законом Ньютона і підтверджується експериментальними фактами. Еквівалентну визначення, зручне для використання в теоретичній механіці, звучить [3]: «інерціальна називається система відліку, по відношенню до якої простір є однорідним і ізотропним, а час - однорідним».

Застосування Землі в якості ІСО, незважаючи на наближений його характер, широко поширене в навігації. Інерціальна система координат, як частина ІСО будується за наступним алгоритмом. В якості точки O -

початку координат вибирається центр землі відповідно до прийнятої її моделлю. Ось z збігається з віссю обертання землі. Осі x і y знаходяться в екваторіальній площині. Слід зауважити, що така система не бере участь у обертанні Землі.

17.Опишіть сутність та рівень обмеження точності дельта-процесу метода вибіркового доступу.

18.Вкажіть організації. спосіб отримання, систему координат, термін використання, точність та формати записування даних уточнених ефемерид.

19.Вкажіть шкалу часу, що є координатною у земній (Гринвіцькій)

системі координат

всесвітнім часом UT називають середній сонячний час на меридіані Гринвіча. Оскільки цей час є нерівномірним, що викликано нерівномірністю обертання Землі, то з 1 січня 1956 р Міжнародне бюро часу (МБЧ) ввело з 1 січня 1956 р нові форми шкал всесвітнього часу, які враховували поправки на рух полюсів Землі та сезонні варіації швидкості обертання Землі, а саме: 80 UT0 — всесвітній час, який безпосередньо визначається з астрономічних спостережень добових рухів зір, тобто час на миттєвому гринвіцькому меридіані, положення якого залежить від миттєвих положень полюсів Землі; UT1 — всесвітній час середнього гринвіцького меридіана, який визначається середнім положенням полюсів Землі;

20. Вкажіть, па яких висотах проявляєтеся вплив іоносферної

рефракції?

Іоносфера – це іонізований атмосферний шар у діапазоні висот 50 – 500 км, що містить вільні електрони. Наявність цих електронів викликає затримку поширення сигналу супутника, що прямо пропорційна концентрації електронів і обернено пропорційна квадратові частоти радіосигналу. Похибка визначення псевдовіддалі рівна близько 10м.