Вопросы для самоконтроля

1) В чем заключается основное назначение глобальной спутниковой системы (ГНСС)?

2) Перечислите преимущества ГНСС по сравнению с традиционными геодезическими

методами?

3)Укажите ограничения для применения ГНСС?

4) Перечислите основные сегменты, функционирующие в составе ГНСС?

5) Что представляет собой космический сегмент ГНСС?

6) Что представляет собой сегмент контроля и управления.?

7) Что представляет собой сегмент потребителя ГНСС?

8) В чем заключается отличие ГНСС от GPS?

9) Какими элементами характеризуются размеры и форма эллиптической орбиты спутника,

поясните на схеме?

10) Какими элементами характеризуются положение плоскости орбиты относительно

экваториальной плоскости Земли, поясните на схеме?

11)Какой элемент описывает положение навигационного искусственного спутника Земли на

орбите, поясните на схеме?

12) Поясните значение точности отсчета времени в спутниковых навигационных системах,

13) Структура радиосигналов навигационных спутников?

14) Модификации и комплектация приемной аппаратуры потребителей?

15) От чего зависит выбор конкретного типа приемника спутниковых сигналов для

проведения земельно-кадастровых геодезических работ?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. А.В. Маслов, А.В. Гордеев, Ю.Г. Батраков Геодезия. – М.: “КолосС”, 2006. – 598.

2. Г.Г. Поклад. Геодезия (часть 1) – Воронеж: “Истоки”, 2004. - 226.

Лекция 15 определение координат пунктов с помощью спутниковых систем

15.1. Принципы определения местоположения пунктов

Исходные данные при определении пространственных прямо­угольных координат пункта по результатам спутниковых наблюде­ний:

массив {X, Y, Z}_{j= 1, 2, 3, 4} пространственных прямоугольных коор­динат четырех навигационных ИСЗ;

результаты {R} _{j= 1, 2, 3, 4} синхронных одномоментных измерений дальностей между фазовым центром антенны приемника, уста­новленного на пункте, и соответствующим НИСЗ.

Допустим, что на некоторый момент времени заданы про­странственные прямоугольные координаты Х_i, Y_i, Z_i искусствен­ного спутника Земли, обозначенного на рисунке 5.7 как «НИСЗ 1». С целью определения пространственных прямоугольных координат Х_P, Y_P, Z_P пункта Р (см. рис. 5.6) измеряют расстояние R_i между определяемым пунктом и искусственным спутником Земли.

Рисунок 1. Пространственная линейная засечка

Из рис. 1 следует, что:

R²₁ = X²_1-P + Y²_1-P + Z²_1-P,

где: X_{1 – P} = X_P – X_НИСЗ1 ; Y_{1 – P} = Y_P – Y_НИСЗ1 ; Z_{1 – P} = Z_P – Z_НИСЗ1.

В уравнении имеем три неизвестных параметра — про­странственные прямоугольные координаты определяемого пунк­та: Хр, Yp и Zp. Допустим, что одновременно с расстоянием R₁ из­мерены также расстояния R₂ и R3 (рис. 1) между определяе­мым пунктом и еще двумя НИСЗ с известными (заданными) ко­ординатами. По результатам этих измерений, по аналогии с приведенным уравнением, можно написать соответствующие выражения для расстояний R₂ и R₃. Будем иметь систему уравнений, в кото­рой число уравнений и число неизвестных равны между собой (три уравнения с тремя неизвестными):

R²_1-P = X²_1-P + Y²_1-P + Z²_1-P;

R²_2-P = X²_2-P + Y²_2-P + Z²_2-P;

R²_3-P = X²_3-P + Y²_3-P + Z²_3-P;

В приведенной системе уравнений три неизвестных — пространственные прямоугольные координаты определяемого пункта. Следовательно, решая данную систему, можно вычислить координаты Х_P, Y_P, Z_P, т. е. определить абсолютное положение пункта. Рассмотренное геометрическое построение называют про­странственной линейной засечкой.

На практике метод пространственной линейной засечки реали­зуют при спутниковых наблюдениях, измеряя не расстояния до искусственных спутников Земли, а, так называемые, «псевдодаль­ности». Последние отличаются от принятого понятия «дальности» на некоторую неизвестную, но постоянную на данный момент спутниковых наблюдений величину D, обусловленную расхожде­нием шкал времени искусственного спутника Земли и приемника спутниковых сигналов. Следовательно, при измерении абсолют­ного положения число неизвестных будет не три, а четыре (Х_p, Y_p, Z_P и D). Отсюда следует, что для установления абсолютного по­ложения пунктов на земной поверхности необходимо провести соответствующие наблюдения до четырех НИСЗ.

Понятие «псевдодальность» имеет следующий смысл. При радиотехнических измерениях расстояние характеризует­ся временем распространения сигнала от излучателя (передатчи­ка) до приемника излучения.

В случае, когда излучатель и приемник находятся в разных точках пространства, измерение расстояния возможно только при строгой идентичности и синхронности шкал времени передатчика и приемника. Тогда время распространения сигнала от передатчи­ка до приемника определяется как временной интервал между мо­ментом излучения сигнала (временной метки), передаваемым пе­редатчиком в составе соответствующей цифровой информации, и моментом его приема, отсчитываемым по шкале времени прием­ника.

В глобальных навигационных спутниковых системах указан­ные условия выполняются только в части, относящейся к нави­гационным спутникам, бортовые шкалы времени (БШВ) кото­рых формируются бортовыми эталонами частоты (атомными эталонами частоты), синхронизированными с системной шка­лой времени (СШВ), вырабатываемой в системах контроля и управления ГНСС и связанными с национальными стандартами частоты.

Для синхронизации БШВ и СШВ в системах контроля и управ­ления ГНСС предусмотрена соответствующая сверка БШВ и СШВ. При необходимости проводят соответствующую синхрони­зацию БШВ и СШВ с точностью до десятков наносекунд.

Шкала времени в приемниках спутниковых сигналов (шкала времени потребителя — ШВП) задается в момент включения при­емника («время старта»), вырабатывается с помощью соответству­ющего кварцевого опорного генератора и формируется автоном­но. Следовательно, шкала времени потребителя имеет случайное начальное расхождение с системной шкалой времени. Имеет так­же место последующий уход ШВП в процессе измерений относи­тельно бортовой шкалы времени спутника, а следовательно, и си­стемной шкалы времени. При этом разность между приемом мет­ки времени, отсчитанной по шкале времени потребителя, и мо­ментом ее излучения по системной шкале времени дает совокупное значение времени распространения сигнала и расхож­дения шкалы времени потребителя (приемника) со шкалой сис­темного времени на момент измерения (рис. 2).

Рисунок 2. К понятию «псевдодальность»

Псевдодальностью р_Ji между J-м приемником (точнее, между фазовым центром его антенны) и i-м навигационным ИСЗ назы­вают величину

_Ji = С_Ji,

где: С— скорость распространения сигнала по трассе «НИСЗ-приемник»; _Ji — временной интервал между моментом излучения сигнала, определяемый в сис­темной шкале времени, и моментом его приема, отсчитанным в бортовой шкале времени приемника.