Питання на екзамен

67. Зміна положення фазового центру приймача ГНСС.

Зсув та варіації фазового центру антени GPS приймача приводять до похибок визначення псевдовіддалей у межах 1 см. Фазовий центр антени - це точка, від якої відраховується псевдовіддаль до центра антени супутника. Розрізняють зміщення фазового центру (ексцентриситет) та його варіації відносно осі обертання антени та відлікової точки.

Крім цього, існує два фазові центри, які відносяться до частот L1 і L2. Вони, відповідно, мають різні ексцентриситети. Ексцентриситет фазового центру може бути викликаний неточним юстируванням комплектуючих антени або непаралельністю осі круглого рівня до осі обертання антени. Ексцентриситет фазового центру є, як правило, сталою величиною. Причиною зміни його параметрів можуть бути порушення умов експлуатації приймача (сильне струшування) або ремонт антени. Варіації положення фазового центру залежать від геометрії сузір'я видимих супутників та їх висоти над горизонтом.

Ексцентриситет фазового центру антени можна частково вилучати із результатів вимірювань, або його враховувати. В першу чергу це стосується горизонтальної складової. Інструкції з експлуатації GРSприймачів рекомендують при вимірюваннях орієнтувати у північному напрямку відповідну мітку антен приймачів.

68. Геостаціонарна орбіта ШСЗ.

Геостаціонарні супутники, розташовуючись на висоті приблизно 36000 км від поверхні Землі, постійно знаходяться над заданою точкою земної поверхні. Це досягається за рахунок того, що КА, рухаючись із швидкістю обертання Землі, ніби зависає над певною точкою поверхні, розташованої на екваторі. Особливість таких супутників полягає в тому, що зв'язок, який здійснюється через геостаціонарні КА, не переривається в часі. При цьому система з трьох таких супутників забезпечує охоплення практично всієї території земної поверхні. Проте КА, виведені на геостаціонарну орбіту, зможуть забезпечити послуги персонального зв'язку лише тоді, коли зони обслуговування, які формуються ними на поверхні Землі, будуть приблизно однаковими із зонами, утворюваними низькоорбітальними супутниками. Орбітальний ресурс геостаціонарних КА досить високий: термін активного існування сучасних КА становить приблизно 15-25 років.

Безперечні переваги систем на геостаціонарній орбіті: можливість здійснення безперервного зв'язку в глобальній зоні обслуговування,

практично повна відсутність зсуву частоти, зумовленого доплерівським ефектом тощо.

Недоліки систем на геостаціонарній орбіті: значно більша чутливість порівняно з негеостаціонарними орбітами до тривалих сумарних затримок сигналу, що становлять близько 500 мс, що утруднює спілкування абонентів; зона огляду геостаціонарних КА не дозволяє забезпечити зв'язок у високоширотних районах, а, отже, гарантувати істинно глобальне обслуговування абонентів.

69. Орбітальні параметри ШСЗ.

Є 6 параметрів орбіти. Три кутові елементи орбіти визначають її положення в просторі відносно інерціальної системи координат та площини екватора. Ці кутові елементи також називають кутами Єйлера:

Ω - довгота висхідного вузла — дуга, що відлічується від точки весняного рівнодення до точки висхідного вузла; ω - аргумент перигею — дуга, що відлічується від точки висхідного вузла до перигею;

і - кут нахилу площини орбіти до площини екватора; Розміри та форму орбіти визначають відповідно - велика піввісь орбіти а та її ексцентриситет е.

Шостий елемент орбіти τ характеризує епоху проходження ШСЗ через точку перигею.

70. Космічний сегмент системи GPS і ГЛОНАСС.

Космічний сегмент ГНСС - це вся сукупність ШСЗ, що входять до системи.

В системі GPS космічний сегмент являє собою систему з 24 ШСЗ (на даний час на орбіті присутні 31 робочий супутник), розподілених по шести майже колових орбітах (з ексцентриситетом е<0,01) з висотою біля

20200 км.

За проектом на кожній орбіті планувалося розмістити по 4 супутники, проте зараз ця кількість більша. Середня кутова відстань між вузлами орбіт супутників складає 60°, а нахил орбіт до площини екватора - 55°. ШСЗ обертаються навколо Землі як одне ціле, не змінюючи своїх взаємних положень. Період обертання супутників близько 12 годин.

Космічний сегмент системи ГЛОНАСС також складається з 24 супутників, що рухаються на 3 орбітах. Перший супутник ГЛОНАСС був

запущений в СРСР 12 жовтня 1982 р. 24 вересня 1993 р. система була офіційно прийнята в експлуатацію з космічним сегментом із 12-ти супутників, а в грудні 1995-го було виведено на орбіту 24 супутники. Проте до кінця 90-х кількість супутників різко зменшилась (був момент, коли лишалось 3 робочі супутники). В останні роки їхня кількість постійно зростала. Так в 2005 р. їх вже було 9. В 2008 р. — 18. На сьогодні система ГЛОНАСС розгорнута в повному обсязі.

Орбіти нахилені до площини екватора під кутом 64,8°. Період обертання супутників близько 11,26 годин, висота орбіти 19100 км.

Розв'язання однієї з основних задач — визначення часу поширення сигналу від супутника до приймача з метою наступного визначення псевдовідстані засноване на синхронізації апаратури супутника і приймача в єдиній системі часу. Для такої синхронізації використовується наступний принцип. Всіма супутниками і приймачем одночасно генерується бінарний код. При цьому в кожного ШСЗ свій код, а в приймачі ці коди опрацьовуються в окремих каналах реєстрації сигналів. Після цього відбувається порівняння коду отриманого від супутника та коду, що генерується приймачем (такий самий, як і в супутника у відповідний момент часу).

Різниця між моментом часу, коли був переданий сигнал із відповідним кодом супутника і моментом часу, коли такий код був сформований приймачем, визначає час поширення сигналу. Псевдовіддаль визначається як добуток часу на швидкість поширення сигналу.

З метою зниження точності визначення координат несанкціонованими користувачами передбачений так званий "режим вибіркового доступу" SA (Selective Availability). При включенні цього режиму в навігаційне повідомлення навмисно вводиться помилкова інформація про похибки атомних годинників і елементи орбіти супутників, що призводить до суттєвого зниження точності навігаційних визначень.

72. Системи відліку GPS і ГЛОНАСС.

Супутникові радіонавігаційні системи (ГНСС) GPS і ГЛОНАСС застосовують незалежні динамічні системи часу, які визначають різними атомними годинниками. Час GPS (GPST) також належить до цієї системи. Одиниця вимірювання часу в системі - атомна секунда, проте, щоб утримати GPST близьким до UT, в окремі моменти виконується його

корекція на цілочислову кількість додаткових секунд. GPST має незмінний зсув - 19 с.:

GPST = ТАІ19с.

71. Геометричний фактор зниження точності (GDOP). = 80

73.СЕРЕДНЯ ТА ЕКСЦЕНТРИЧНА АНОМАЛІЯ.

Інші елементи орбіти: аномалії.

Аномалія – кут, який використовується для опису руху тіла по еліптичній орбіті. Істинна аномалія v являє собою кут між лінією, що з'єднує тіло B з центром еліпса F, і лінією, що з'єднує F з перицентром - точкою на орбіті, найближчою до F.

Середня аномалія (М) - для тіла, що рухається по незбуреній орбіті - произведение його середнього руху та інтервалу часу після проходження перицентра. Таким чином середня аномалія - кутова відстань від перицентра гіпотетичного тіла, що рухається з постійною кутовою швидкістю, і дорівнює середньому руху.

M=n(t-τ)=M0+n(t-t0) E - esin E= M,

Де n =√^3 , t - момент часу, який відповідає положенню супутника в даній точці, τ - час проходження через перигей, M0 – середня аномалія на будь-який момент t0.

Ексцентрична аномалія (позначається E) - параметр використовується для вираження змінної довжини радіус-вектора r. Рівняння, яке пов'язує ці величини має вигляд: . Де a - велика піввісь, e - ексцентриситет еліптичної орбіти.

Істинна аномалія - кут між великою піввіссю і променем з фокуса в положення (кута ZSP). Відраховується від перицентра.

74) КОНТРОЛЬНИЙ СЕГМЕНТ СИСТЕМИ GPS. = 60

75) ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ ПОХИБКИ ПРИЙМАЧА ГНСС.

Інструментальні похибки приймача зумовлені насамперед наявністю шумів у електронному тракті GNSS-приймача. Відношення сигнал/шум приймача визначає точність процедури порівняння прийнятого від супутника та опорного сигналів, тобто похибку обчислення псевдовідстаней. Тип вибраної антени істотно впливає не тільки на можливість прийняття сигналів від супутників, а й на точність супутникових спостережень. Не менш важливим показником антен є поняття фазового центру, його положення і стабільність у часі. Що стосується зсуву цього центра по вертикалі, то його визначають за допомогою спеціальних досліджень, переважно під час калібрування антени. Процес калібрування досить складний, а тривалість його для окремої антени становить 2-3 дні. Ефективно зменшити цей вид похибки може високоякісний двочастотний приймач. Наявність цієї похибки призводить до виникнення координатної похибки близько 1,2 м. При всій точності тимчасових еталонів штучних супутників Землі існує деяка похибка шкали часу апаратури супутника. Вона призводить до виникнення систематичної похибки визначення координат близько 0,6 м. Обчислюючи сумарну похибку на супутникові виміри, необхідно також врахувати взаємне положення користувача й супутників робочого сузір’я. Для цього вводиться спеціальний коефіцієнт геометричного погіршення точності PDOP (Position Dilution Of Precision), на який треба помножити всі перераховані вище похибки, щоб одержати остаточну похибку. Конфігурація супутників вважається доброю, якщо значення PDOP не перевищує 3, а спостереження необхідно припинити, коли PDOP більше за 6.

77) ВИЗНАЧЕННЯ ПРОСТОРОВИХ КООРДИНАТ ШСЗ У

ІНЕРЦІАЛЬНІЙ СИСТЕМІ КООРДИНАТ І ТРАНСФОРМАЦІЯ …

= 39

78) CЕГМЕНТ КОРИСТУВАЧІВ СИСТЕМИ GPS (КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИЙМАЧІВ ГНСС). = 64

76) СТАТИЧНІ ВИМІРИ ГНСС.

Назва методу означає, що приймачі не переміщаються протягом всього спостерігаємого інтервалу. Базовий приймач і приймач з невідомими координатами одночасно виконують спостереження і записують дані протягом 15 хвилин – 3 годин. Така тривалість сесії викликана необхідністю визначення цілочислової неоднозначності фаз на початку сесії. Цьому сприяє і помітна зміна з часом конфігурації супутникової системи. Одночастотні приймачі використовуються для вимірів баз довжиною до 10-15 км., а двочастотні – для баз більше 15 км. (переваги двочастотних приймачів полягають у можливості адекватного моделювання ефекту впливу іоносфери, а також меншою тривалістю спостережень). Після завершення сеансів спостережень дані, які отримують кожним приймачем, збираються разом, вводяться в

комп’ютер і обробляються за допомогою спеціальних програм з метою визначення невідомих координат пунктів.

Точність методу при використанні фазових спостережень:

1)для двочастотних приймачів:

• в плані : 5мм + 1 мм/км˚ D;

• по висоті: 10мм + 1 мм/ км˚ D;

2)для одночастотних приймачів:

•в плані : 5мм + 1 мм/км˚ D – (при D10км);

•по висоті: 10мм + 2 мм/ км˚ D>.

Даний метод використовують для вирішення задач контролю національних і континентальних геодезичних мереж, моніторингу

текнонічних рухів земної поверхні, спостереження за станом дамб, фундаментів атомних електростанцій і других споруд.

Робота на станції починається з установки антени. Штатив, на якому встановлюється антена, повинен бути надійно закріплений для забезпечення незмінності висоти антени під час вимірювань. Центрування та нівелювання антени виконується оптичним центрир з точністю ± 2 мм. За наявності орієнтирних стрілок (міток) антена орієнтується на північ.

Всі супутникові вимірювання відносяться до фазового центру антени. Тому потрібно ретельно вимірювати висоту антени. Помилка вимірювання висоти антени впливає на точність визначення всіх трьох координат пункту. Висота вимірюється рулеткою або спеціальним пристроєм двічі: до і після спостережень.

У процесі спостережень необхідно перевіряти роботу приймача кожні 15 хвилин. Перевіряються: електроживлення, збої у прийомі супутникових сигналів, кількість захоплених супутників, значення DOP. При погіршенні цих показників рекомендується збільшити час спостережень. Результати перевірок записуються в польовому журналі. У примітці також записуються всі порушення в нормальній роботі станції.

При необхідності під час сеансу вимірюються метеопараметрів: температура повітря, тиск, вологість. Результати записуються в польовому журналі.

79) ГЕОДЕЗИЧНІ ГНСС ВИМІРИ.

Ф = ρ+с(dT * dt) + λN – dion+dtrop+dmp + e

Де, Ф – фаза останньої хвилі; ρ – геометрична віддаль; с – швидкість поширення сигналу; dT – похибка атомного годинника; dt – похибка кварцового годинника; λ – довжина хвилі; N – кількість хвиль які вкладаються у відстань; dion – іоносферна затримка; dtrop – тропосферна затримка; dmp - відбиття сигналу (multi plus); e – похибка користувача.

Методи геодезичних ГНСС вимірювань:

1.Статичні:

- швидка статика.

Швидка статика. Цей метод був розроблений в останні роки. Він дав можливість значно збільшити продуктивність GPS знімання. Метод відрізняється від псевдостатичного тим, що достатньо лише

одного відвідування визначаємих пунктів (протягом 5-10 хвилин в незалежності від віддалі між опорним і визначаємим пунктом).

Спочатку на етапі появи даного методу, для спостережень підходили лише двочастотні Р-кодові приймачі. Зараз деякі одночастотні приймачі можна також використовувати у швидкостатичному режимі.

2.Кінематичні:

-кінематика у режимі RTK;

-метод «Stop and go».

Для виконання вимірювань методом RTK необхідне наступне: устаткування; референцної станція, одна (або більше) мобільна станція, спеціальне обладнання для передачі даних з референцної на мобільний приймач (радіомодем), спеціальне програмне забезпечення приймачів.

Референцної станція встановлюється на пункті з відомими координатами. Референцної приймач обчислює і передає по лінії зв'язку поправки до вимірювання псевдовідстаней на мобільний приймач. Поправки визначаються як різниця вимірювання псевдовідстаней і істинної дальності, обчисленої за точними координатами, введеним в приймач. Визначення виконується кожну епоху спостережень. Мобільний приймач вводить прийняті поправки до вимірювані їм псевдовідстаней і виправлені значення дальностей використовує для обчислення свого становища. Координати визначаються негайно в польових умовах. RTK застосовується в мережах з великою кількістю пунктів (точок) на відкритій місцевості, при створенні знімальних мереж. Тривалість часу вимірів на пункті - менше 1 хв.

Основні вимоги аналогічні вимогам методу Stop & Go, а технологія виконання вимірювань методом RTK аналогічна технології методу Stop

& Go.

Особливі вимоги пред'являються до засобів передачі поправок - Радіомодем. Референцної станцію рекомендується встановлювати на відкритому, піднесеному місці для забезпечення безперешкодної радіозв'язку між приймачами і збільшення радіусу дії радіомодеми. Перед початком вимірювань необхідно перевірити кабельні з'єднання і переконатися, що зв'язок з мобільним приймачем встановлена.

Метод «Stop and go». Метод Stop & Go передбачає виконання одночасних спостережень між референцної і мобільним(одним і більше) приймачами. Визначення координат виконується за безпосередньої установки антени на визначених пунктах, тобто вимірювання відносяться до закріплених точок на місцевості. За

-інтервал запису- 5-10 сек (див. Посібник користувача);

-при втрату захоплення супутників необхідно повернутися на

під час руху мобільного приймача до початку вимірів повинна бути вирішена неоднозначність, тобто виконана ініціалізація приймача. Існує декілька способів ініціалізації: статична сесія, обмін антен, відома базисна лінія, ініціалізація в польоті(у дорозі).