Глобальная спутниковая навигационная система

 
 
 
 
 
 

Тема  контрольной работы:  

«Глобальная спутниковая 

навигационная система» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание:

1. Титульный лист
2. Содержание
3. Общие сведения. Историческая справка.  Принцип работы системы и ее достоинства.
4. Аппаратура пользователей.
5. Особенности съемки ситуации и рельефа с применением GPS-приемников
6. Создание опорных межевых сетей с применением спутниковой аппаратуры
7. Спутниковая система межевания земель
8. Список использованной литературы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Общие сведения. Историческая справка.

  Принцип работы системы и ее достоинства. 

  В конце ХХ века в геодезии нашли  распространение принципиально  новые методы и средства измерений, базирующиеся на использовании искусственных  спутников Земли (ИСЗ), получивших название спутниковое позиционирование.

  Спутниковое позиционирование – определение местоположения (координат пункта или движущегося объекта) при помощи спутниковых навигационно-геодезических систем (СНГС). Это направление получило широкое применение в различных областях человеческой деятельности.

  Координаты пунктов (объектов) нужны не только геодезистам, но и морякам, авиаторам, военным, участникам различных экспедиций и многим другим потребителям. Если раньше для создания геодезической основы приходилось строить дорогостоящие сети различных конфигураций, закрепляемые на местности специальными центрами с наружными знаками (пирамидами, сигналами) для обеспечения взаимной видимости между пунктами, то появление спутниковых систем сделало эти работы ненужными. С помощью только одного спутникового приемника возможно определить координаты объекта с метровой точностью, что достаточно не только для навигационных, но и в ряде случаев для земельно-кадастровых, геологических, мелиоративных и других работ. Применяя два приемника, можно получить сантиметровую и даже миллиметровую точность взаимного положения пунктов, что обеспечивает решение практически всех геодезических задач.

  Спутниковое позиционирование базируется на электронных  методах геодезических измерений, в первую очередь на электронной  дальнометрии, которые широко применяют в наземной геодезии. В случае спутниковых измерений эти методы претерпели существенные изменения, обусловленные спецификой прохождения сигналов на космических трассах.

  К первому поколению спутниковых  систем позиционирования до 70-х годов  можно отнести Транзит (США) и Цикада (СССР). В 1984-1993 гг. в России с помощью системы Транзит создана доплеровская геодезическая сеть (ДГС).

  Все эти системы обеспечивали точность получения координат 50…100 м и  отличались малой оперативностью: для  достижения высокой точности требовались несколько прохождений ИСЗ в «поле зрения» приемника, при этом перерывы между прохождениями спутников, например в системе «Транзит», составляли полтора часа. Это послужило основанием для разработки систем второго поколения – глобальных спутниковых систем.

  Применяя  глобальные системы, получают координаты в любой точке Земли в любой  момент времени с сантиметровой  точностью. Это стало возможным  благодаря увеличению высот орбит  спутников до 20 тыс. км и числа  самих спутников до 24. Приемники спутниковых сигналов созданы с применением высоких технологий, поэтому они малы по размерам и сравнительно недороги. Все это позволяет рассматривать глобальные системы как новое достояние цивилизации.

  В мире существуют две глобальные системы: американская – GPS и российская – ГЛОНАСС.

  GPS (Global Positioning System – Глобальную Систему Позиционирования) первоначально назвали NAVSTAR (1973). Система находится в ведении Министерства обороны США. Запуск спутников первого блока осуществлен в 1978 г. Эксплуатируется с 1995 г. До недавнего времени система была открыта для гражданского пользования только в режиме пониженной точности; для режима высокой точности требовался санкционированный доступ. В 2000 г. Это ограничение снято, и сейчас GPS открыта для всех и в режиме высокой точности.

  ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая  система. Ее разработки начаты в 1970 г. В 1982 г. Выведены на орбиты первые ее спутники серии КОСМОС. В 1993 г. Система официально принята в эксплуатацию Министерством  обороны РФ. В 1996 г. ГЛОНАСС развернута полностью. В ней навигационный режим повышенной точности оставлен для санкционированных пользователей (военных), а режим пониженной («стандартной») точности доступен гражданским пользователям. Уже работают приемные устройства, одновременно использующие и GPS и ГЛОНАСС.

  В 1989 г. Начали создание Европейской системы  координат EUREF, которая базируется на методе GPS и опирается на основные спутниковые станции, задающие всемирную систему координат ITRF. На территории 15 стран было заложено 92 пункта с таким расчетом, чтобы в каждой стране было не менее трех пунктов сгущения. Расстояния между пунктами составили 300…500 км. По результатам уравнивания точность системы оценена на уровне 3…4 см.

  В 1999 г. Европейский парламент поддержал решение Европейского космического агентства ESA о создании нового поколения спутниковой системы GALILEO, которая будет включать 30 спутников (из них 3 резервных), расположенных на высоте 23 200 км и вращающихся в трех орбитальных плоскостях, наклоненных на 56° к плоскости экватора. Таким образом, с учетом спутников GPS и ГЛОНАСС в распоряжении пользователей будет 80 космических аппаратов (КА), покрывающих весь земной шар.

  Принцип работы глобальной системы состоит  в том, что приемники GPS-сигналов на Земле используют спутники в качестве исходных (опорных) пунктов для определения своего местоположения. Это известная в геодезии пространственная обратная линейная засечка, когда на пересечении трех сферических поверхностей определяют координаты искомого пункта. Измеряя время прохождения сигнала от спутника до приемника, можно определить расстояние до спутника.

  Глобальная  спутниковая система позиционирования, которую в дальнейшем для краткости  будем называть «глобальная система», принципиально изменяет существующую технологию геодезических работ. По сравнению с последней она имеет следующие преимущества:

  - результаты получаются в системе  общего земного эллипсоида;

  - обеспечивается полная автоматизация  измерений и обработки результатов;

  - исключается необходимость располагать пункты под условием обеспечения взаимной видимости между ними;

  - представляется возможным выполнять  наблюдения в любую погоду, как  в дневное, так и в ночное  время;

  - выбирать пункты можно, исходя из требований съемки, в непосредственной близости к району работ, без учета конфигурации геодезической сети;

  - выполнять полевые работы можно  с помощью аппаратуры, не требующей  персонала высокой квалификации;

  - время наблюдения на пункте, как  правило, не превышает 1…2 ч,  а когда не требуется высокая точность измерений, может быть уменьшено до 1…2 мин;

  - представляется возможность высокоточного  определения координат центров  проектирования при аэро- и космической  съемке;

  - одновременная видимость нескольких  спутников позволяет исключать  основные источники погрешностей в спутниковых наблюдениях, в результате чего достижима точность определения относительных координат 1·10^-6 и более, что означает возможность конкуренции с наземными методами измерений. 

  Аппаратура  пользователей. 

  Комплектация  и технические характеристики аппаратуры пользователей зависят от решаемых задач. В простейшем случае – это миниатюрный приемник по размерам не больше наручных часов. Чем точнее работы, тем сложнее аппаратура. Наиболее совершенные приемники применяют в геодезических целях. Комплект аппаратуры для геодезических целей включает антенну, приемник, контроллер (управляющее устройство), блок питания (для зарядки аккумуляторов и работы от сети), аккумуляторы или батареи, кабели, штативы, веху для установки антенны, рулетку или специальное приспособление для измерения высоты антенны, станковый рюкзак для приемника, упаковочные сумки, чехлы и прочее оснащение. Для обработки измерений обязателен персональный компьютер с программным обеспечением. Антенну можно встроить в приемник или использовать в виде выносного модуля, соединяемого с ним специальным кабелем.

    Все приемники являются многоканальными  с числом каналов от 6 и более.  Каждый канал следит за своим  спутником. Поскольку при измерениях  серьезной проблемой является  срыв сигналов в тени зданий и других объектов, то эти трудности легче преодолеть, если выполнять измерения многоканальными приемниками: чем больше каналов, тем легче найти необходимое число видимых спутников и избежать срывов.

  Приемники можно разделить:

  - на односистемные, принимающие сигналы только GPS;

  - двухсистемные, принимающие сигналы  как ГЛОНАСС, так и GPS.

  По  видам принимаемых и обрабатываемых сигналов приемники делят:

  - на кодовые одночастотные, работающие  по С/А-коду;

  - кодовые двухчастотные, ориентированные прежде всего на Р-код;

  - кодово-фазовые одночастотные, применяющие  дальномерный С/А-код и фазовые  измерения только на частот  L₁;

  - кодово-фазовые двухчастотные, использующие  дальномерные коды и фазовые измерения на частотах L₁ и L₂.

  Максимальную  точность обеспечивают двухчастотные приемники (погрешность измерений составляет сантиметры и даже миллиметры). Вместе с тем и одночастотные приемники благодаря применению относительного метода измерений и совершенной методики обработки позволяют получить высокую точность.

  Кодовые приемники легки, компактны, умещаются на ладони. В одном корпусе совмещены все блоки (антенна, сам приемник, питание). Кроме определения трехмерного положения, как правило, вычисляют скорость и направление движения. Выдают координаты в разных формах (широта, долгота, высота, плоские координаты в разных проекциях и др.). После снятия режима SA (селективного доступа) кодовые приемники стали основными приборами для определения места в различных географических,  геологических и других работах.

  Кодово-фазовые  приемники малогабаритны, обычно оснащены отдельной антенной, имеют мощные накопители данных. В некоторых конструкциях внутренняя память до 100 Мб и более, а число каналов достигает 40.

  Все они снабжены портами для интеграции с другой аппаратурой, питаются в основном от аккумуляторов. Нередко клавиатура с дисплеем установлена на вспомогательном устройстве – контроллере, которое пользователь держит в руке, при измерениях вводит необходимые команды (имя точки, высота антенны и др.).

  Кодово-фазовые приемники выполняют следующие основные функции:

  - генерирование местных эталонных  колебаний, несущих частот и  дальномерных кодов;

  - поиск, захват, усиление и разделение  сигналов от разных спутников;

  - регистрацию сигналов;

  - фильтрацию сигналов для ослабления помех;

  - детектирование сигналов для  выделения меток времени, кодовых посылок, навигационного сообщения и несущих колебаний;