Московский  Государственный  университет

им. М.В.Ломоносова

Географический  факультет

Кафедра картографии и  геоинформатики 
 
 

Реферат на тему:

“ Применение GNSS в геодезии” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва  – 2008

Содержание:

Введение           стр.1

История создания GPS-системы        стр. 1

Состав GPS-системы         стр. 1

ГЛОНАСС           стр. 3

Примеры использования GNSS в геодезии      стр. 4

- Основные принципы определения координат с помощью GPS-системы стр.4

- Факторы снижения точности определения координат    стр. 5

- Режим дифференциальной  коррекции      стр. 7

- Режимы измерения, измеряемые величины      стр. 8

Кодовые псевдодальности        стр. 9

Фазовые измерения         стр. 10

Интегральный  допплер         стр. 10

Изоповерхности, геометрический фактор      стр. 10

WAAS и EGNOS          стр. 11

Этапы создания геодезической  сети       стр. 15

Применение  GNSS в повседневной жизни      стр. 16

Заключение           стр. 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 В современной геодезии всё чаще начинают использовать новейшие спутниковые и компьютерные технологии для определения координат местоположения, абсолютных высот в решениях главных геодезических задач и построении карт. Такие технологии могут вполне заменить нивелир или теодолит и избавить геодезиста от долгой полевой трудоёмкой работы, ведь данные всегда нужны в обновлениях, а с помощью теодолита и ручного построения геодезических сетей это не удастся сделать (будет затрачено слишком много времени). Эти задачи можно решить с помощью Глобальных Навигационных Спутниковых Систем (GNSS). Основными системами GNSS на сегодняшний день являются: ГЛОНАСС – отечественная система, GPS – американская система, Галилео – европейская система. В данном контексте целесообразно, по мнению автора, упомянуть об истории, устройстве, и функционировании этих систем (GPS и ГЛОНАСС).

  История создания GPS-системы 

Первые системы  глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) разрабатывались исключительно  для военных целей. Глобальная навигационная  система GPS предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех регионах мира. Инициатором создания GPS-системы стало Министерство Обороны США. Ее разработка началась в 1973 г., когда Министерство Обороны США перестала устраивать радионавигационная система, состоящая из наземных навигационных систем Loran-C и Omega, и спутниковой системы Transit. Проект создания спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System — навигационная система определения времени и дальности). Используемая сейчас аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только для военных, но и для мирных целей. Первая штатная орбитальная группировка системы разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г. На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block II. Окончательно GPS-система была введена в эксплуатацию в 1995 г. В настоящее время она эксплуатируется и обслуживается Министерством Обороны США.

 Состав GPS-системы

В состав GPS-системы  входят 3 основных сегмента: космический, наземный и пользовательский. Космический  сегмент состоит из 28 автономных спутников, равномерно распределенных по орбитам с высотой 20350 км (для полнофункциональной работы системы достаточно 24 спутников). Каждый спутник излучает на 2 частотах специальный навигационный сигнал, в котором зашифровано 2 вида кода. Один из них доступен лишь немногим пользователям, среди которых, конечно же, военные и федеральные службы США. Кроме этих 2 сигналов, спутник излучает и третий, информирующий пользователя о дополнительных параметрах (состоянии спутника, его работоспособности и др.). Параметры орбит спутников периодически контролируются сетью наземных станций слежения (всего 5 станций, находящихся в тропических широтах), с помощью которых (не реже 1-2 раз в сутки): вычисляются баллистические характеристики, регистрируются отклонения спутников от расчетных траекторий движения, определяется собственное время бортовых часов спутников, осуществляется мониторинг исправности навигационной аппаратуры и др. При этом для обнаружения отказов оборудования спутников с помощью наземных станций обычно требуется несколько часов. Третий сегмент GPS-системы — это GPS-приемники, выпускаемые и как самостоятельные приборы (носимые или стационарные), и как платы для подключения к ПК, бортовым компьютерам и другим аппаратам.

      Рис. 1 Схема расположений 24 спутников.

   Основные  характеристики GPS-системы.

 
ГЛОНАСС

Глобальная навигационная  спутниковая система — российская спутниковая система навигации. Первоначально основой системы  должны были являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли по 3 орбитальным  траекториям, на высоте 19100 км. По новому, корректированному, проекту программы ГЛОНАСС спутниковая группировка системы будет состоять из 30 космических аппаратов, часть из которых будет находиться в рабочем резерве.

Принцип определения  позиции аналогичен американской системе  NAVSTAR. В данный момент используются спутники типов ГЛОНАСС и ГЛОНАСС-М. С началом эксплуатации спутников нового поколения ГЛОНАСС-К планируется повысить точность определения координат до 5 метров. Запуск первого спутника ГЛОНАСС-К будет произведен в 2009 году. Его срок службы будет на 3 года больше его предшественника ГЛОНАСС-М и составит 10 лет.

Первый спутник  ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию. В 1995 году спутниковая группировка составила 24 аппарата.

   Впоследствии  из-за недостаточного финансирования число работающих спутников сократилось.

   В августе 2001 года была принята федеральная  целевая программа «Глобальная  навигационная система», согласно которой  полное покрытие территории России планировалось  уже́ в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН, и вывести на орбиту 18 спутников — таким образом к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

   В конце  марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже́ к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, из которых некоторые успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. По прогнозам, до конца 2008 года из системы будут выведены ещё три старых аппарата.

   На совете главных конструкторов ГЛОНАСС  план развёртывания системы был  скорректирован с той целью, чтобы  на территории России система ГЛОНАСС  заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «ГЛОНАСС-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца текущего года. Предполагается, что запуски состоятся раньше на два месяца, и система до конца года в России заработает.

Точность навигации

   В настоящее  время погрешность определения координат составляет порядка 50 метров при использовании КА "Глонасс" и порядка 15 м. для КА "Глонасс-М" с улучшенным бортовым стандартом частоты. К 2010 году планируется обеспечить точность до пяти метров.

Технические средства навигации

 

   Впервые потребительские  спутниковые навигаторы, рассчитанные на совместное использование ГЛОНАСС  и GPS, поступили в продажу 27 декабря 2007 года — это были спутниковые навигаторы Glospace.

   По сообщению  Вести-24, объём производства составляет полторы-две тысячи навигаторов  в месяц, а вопрос обеспечения  цифровыми картами поручено проработать  Роскартографии. По сообщению РИА  Новости от 20 мая 2008 года, важная проблема ГЛОНАСС состоит в нехватке электронных карт, и вице-премьер Сергей Иванов на совещании по развитию транспортной системы поведал, что основные средства, выделяемые на ГЛОНАСС, пойдут именно на эту часть программы — на создание электронных карт.

   В России навигационную  аппаратуру выпускают порядка 10 предприятий (ЗАО «КБ „НАВИС“», ОАО «РИРВ», ОАО «МКБ „Компас“», ФГУП «НИИМА „Прогресс“», ФГУП «НИИ КП» и другие).

   Смешанная ГЛОНАСС/GPS аппаратура профессионального  уровня изготавливается многими производителями, в том числе зарубежными.

Примеры использования GNSS в геодезии. 

   При использовании  GPS приемников в геодезии есть две задачи: непосредственно определение координат (спутник выступает как тело с известными координатами) и определение разности координат (векторов). Измеряются дальности от ИСЗ до приемника. При определении координат используется беззапросный метод при котором на приемник идет постоянная передача данных со спутника. Для определения точных координат XYZ на сфере используются сразу 4 спутника.

Основные  принципы определения  координат с помощью GPS-системы 

   В основе определения координат GPS-приемника  лежит вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным (эти данные находятся в принятом с GPS-спутника «альманахе»). В геодезии метод вычисления положения объекта по измерению его удаленности от точек с заданными координатами называется «трилатерацией».

    Если известно расстояние А до одного спутника, то координаты приемника определить нельзя (он может находиться в любой точке сферы радиусом А, описанной вокруг спутника). Пусть известна удаленность В приемника от второго спутника. В этом случае определение координат также не представляется возможным — объект находится на окружности, которая является пересечением двух сфер. Расстояние С до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек (обозначены двумя жирными точками на рис. 1). Этого уже достаточно для однозначного определения координат — дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близости от нее), а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, для трехмерной навигации теоретически достаточно знать расстояния от приемника до 3 спутников.