Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС)

Слайд 3

Любую глобальную навигационную спутниковую систему можно разделить на 3 составляющих сегмента:

- сегмент управления - наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

- космический сегмент - орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

- пользовательский сегмент - аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем, используемая для определения координат.

Слайд 4

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на точке (координаты которой необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. При этом приемнику необходимо принимать сигнал как минимум 4-х навигационных спутников одновременно.

Слайд 4

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определенных закономерностях скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и вычисляется задержка между временем отправки сигнала и его приемом. Из полученной информации приёмник вычисляет координаты антенны приемника. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

Слайд 5

Круг сфер деятельности, в которых на данный момент используется оборудование , чрезвычайно широк, это и:

- геодезия;

- и геоинформационные системы и картографирование;

- и управление строительной техникой;

- и различного рода инженерные изыскания для целей кадастра, строительства зданий и сооружений;

- и точное земледелие.

Слайд 6

На данный момент в мире действуют две полностью развернутых ГНСС:

---

- GPS – Global Positioning System. Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR;

- ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система. Принадлежит министерству обороны России. Система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена только в конце 2011 года. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Слайд 7

Помимо полностью развернутых систем, можно выделить некоторое количество создаваемых в данное время:

- Бэйдоу – развертываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите. На орбиту Земли выведено 16 навигационных спутников, из них по предназначению используется 11. К 2020 году количество спутников планируется довести до 35 и тем самым довести региональную систему до глобальной. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом;

- Galileo – Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

Слайд 8

Кроме создаваемых глобальных навигационных систем, в данное время создаются региональные, среди которых можно выделить две:

- IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) – индийская региональная спутниковая система навигации, проект которой был принят к реализации правительством Индии. Разработка осуществляется Индийской организацией космических исследований (ISRO). Система будет обеспечивать только региональное покрытие самой Индии и частей сопредельных государств;

- QZSS – «Квазизенитная спутниковая система», находящаяся на этапе создания спутниковой группировки – проект трёхспутниковой региональной системы синхронизации времени и одна из систем дифференциальной коррекции для GPS, сигналы которой будут доступны в Японии.

Слайд 9

Несколько слов о структуре ГНСС, для начала - на примере системы GPS:

---

Приближенное изображение данной системы вы можете увидеть в левом верхнем углу экрана

Число орбитальных плоскостей 6

Средняя высота орбиты 20 182 км

Период обращения 11 ч 57 м 58 с

Общее число спутников на орбите (на начало 2015) 31

Используется по назначению 30

На этапе ввода в эксплуатацию 0

Временно выведен 1

Частоты, на которых передаются навигационные сигналы спутников, их типы и стандарты атомных генераторов времени спутников, можно увидеть в нижней части экрана.

Слайд 10

Система ГЛОНАСС по своему принципу действия схожа с системой GPS, однако в значениях параметров можно увидеть и достаточно много отличий, как в количестве орбит, так и в количестве спутников, необходимых для работы.

Слайд 11

В работе пользовательской навигационной аппаратуры можно выделить 2 метода определения ей своего местоположения: абсолютный и относительный.

Начнем с рассмотрения абсолютного метода - который используют в своей работе простые бытовые, встроенные в коммуникаторы и смартфоны, а также туристические навигаторы.

Как и было сказано ранее - для определения собственного местоположения приемнику необходимо устойчиво принимать сигналы как минимум четырех спутников одновременно. Основываясь на том, что координаты этих спутников в любой момент времени известны и передаются в сигналах, а также на вычисленном, а значит известном расстоянии до каждого из этих спутников, приемник может вычислить собственные пространственные координаты, используя решение задачи, похожей на обратную засечку.

Слайд 12

Суть засечки в следующем: после того, как приемник определит расстояние до спутника, сигнал которого он принимает, можно представить, то он может находиться на поверхности сферы, радиусом равным расстоянию от приемника до спутника, в центре которого находится сам спутник. Таким образом, приемник будет находиться в точке пересечения этих сфер. Чтобы однозначно определить эту точку в пространстве необходимо как минимум четыре таких сферы.

Метод определения расстояния от приемника до спутника - кодовый, то есть определение расстояния происходит в результате обработки кода, содержащегося в спутниковом сигнале.

---

При этом ввиду определенных погрешностей, полученных в процессе определения расстояния от приемника до спутника, точность позиционирования составляет от 3-х до 100 метров

Слайд 13

Переходим к относительному методу определения координат. Он базируется на тех же принципах, что и абсолютный, но за единственным исключением: для работы этого методы необходимо одновременно использовать не менее двух спутниковых приемников. Таким образом, в результате наблюдений, мы будем иметь на двух приемниках коррелированную информацию, в которой будут заложены фактически одинаковые погрешности, что позволяет их не учитывать при дальнейшей обработке.

Слайд 14

В таком случае при обработке используются данные измерений на протяжении определенного времени фазы несущей волны. Преимущество этого метода – достаточно высокая точность. Она может достигать уровня первых сантиметров даже при измерениях в режиме реального времени. Главный недостаток этого типа приемников заключается  в более сложной обработке измерений, а вследствие этого - значительно более высокой стоимости.

Слайд 15

Суть относительного метода кроется в вычислении разности фаз.

Первые разности - метод обработки данных, при котором получают разности фазовых измерений при наблюдении одного спутника двумя приемниками с целью исключения ухода показаний часов на спутнике и значительного уменьшения влияния атмосферы.

Вторые разности - метод обработки данных, при котором получают разности первых разностей при наблюдении в одно время (эпоху) двумя приемниками двух спутников, чем достигается исключение погрешности показания часов, как на спутнике, так и в приемнике

Третьи разности - метод обработки данных, при котором получают разности вторых разностей при наблюдении двумя приемниками двух спутников, в две разных эпохи, чем дополнительно достигается исключение необходимости разрешения неоднозначности фазовых измерений.

Слайд 16

У каждой ГНСС имеется специально предназначенная для нее система координат. К примеру, ГНСС GPS базируется на пространственной системе координат WGS-84.

Координаты любой точки в этой системе можно представить как в виде геоцентрических – то есть координаты XYZ отсчитываются от начала системы координат, которым является центр масс Земли, либо в виде привычных широты и долготы. Третье измерение в таком случае принимается как эллипсоидальная высота, т.е. отвесное расстояние до принятого для системы WGS-84 эллипсоида.

---

Слайд 17

Однако, в основе своей, при проведении геодезических и инженерных изысканий на территории нашей и любой другой страны, используются плоские государственные или местные системы координат.

Переход от пространственной системы координат, используемой для обеспечения работоспособности ГНСС, к местным плоским системам координат происходит в 2 этапа.

Слайд 18

На первом этапе происходит переход от пространственной системы координат, используемой ГНСС, к пространственной системе координат, на которой базируется местная система координат. Этот переход осуществляется посредством использования 7-ми параметров, которые характеризуют сдвиг, разворот и разницу в масштабе одной пространственной системы координат относительно другой.

Слайд 19

Второй этап перехода в местную систему координат заключается в проецировании на плоскость по определенным правилам (в отечественных местных системах координат используется, как правило, одна из разновидностей поперечной проекции Меркатора – проекция Гаусса-Крюгера) и с использованием 5-ти параметров перехода:

• 
  Осевого меридиана
  
• 
  Широты начала отсчета
  
• 
  Условного смещения на восток
  
• 
  Условного смещения на север
  
• 
  Масштабного коэффициента
  

Слайд 20

Данные в таблице отображают параметры перехода на плоскость государственных систем координат (на данный момент СК-42 и СК-95). В данных системах земной шар делится по долготе на шестиградусные зоны. Сделано это для уменьшения искажений, неминуемо образующихся при проецировании поверхности данной зоны на плоскость.

Можно обратить внимание, что параметры перехода в местные системы координат являются на данный момент секретными.

Слайд 22

В случае, если нам неизвестны параметры перехода в местную систему координат, либо в случае, когда местная система координат образована без использования данных параметров (условная система координат), то подобный переход допускается осуществлять при помощи метода, который называется калибровка (либо локализация).

В таких обстоятельствах используется обратный метод – нахождение параметров преобразования по известным координатам одних и тех же точек в условной, и в какой-либо известной, системах координат.

Слайд 23

Для совершения подобного преобразования, математически необходимо использование не менее 3-х точек. По двум точкам осуществляется поиск и расположение системы координат на плоскости, 3-я точка используется для контроля правильности вычисления параметров пересчета.

---

Смотрите также файлы

• Эмоциональной привязанности.docx

• Урок 12 Задание 1 1.pdf

• Подобрать тип кожухотрубчатого теплообменного аппарата по следующим данным d в внутренний диаметр аппарата, s.docx

• Взам инв. Подпись и дата.docx

• Содержание введение Глава Понятие и виды гражданскоправовых договоров.odt