Читайте также:
|
СПУТНИКОВЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК
(геодезическое использование спутниковых навигационных систем)
Принцип работы и устройство спутниковой
радионавигационной системы
Для определения трех пространственных координат точки М по трем исходным пунктам А, В, С нужно измерить три расстояния D 1, D 2, D 3 . Такой способ определения положения точек называется пространственной линейной засечкой (рис. 6.1). Если пункты А, В, С вынесены в космос и расположены на ИСЗ, то способ определения положения точки М по расстояниям до спутников называется спутниковой засечкой, а система, реализующая такую засечку, называется спут-
Рис. 6.1 никовой радионавигационной системой
(СРНС), т. е. расстояния измеряют с помощью радиосигналов. Другое название таких систем – позиционные.
Спутниковый метод – это принципиально новая технология выполнения геодезических работ, кардинально изменившая подход к построению, закреплению и долговременному сохранению геодезических опорных сетей, а во многих случаях и к самой геодезической съемке.
В настоящее время происходит интенсивное внедрение спутниковых систем в разнообразные сферы деятельности, в том числе и на железнодорожном транспорте. В развитых странах (США, Германия, Италия и др.) приняты государственные программы оснащения спутниковыми приемниками каждого локомотива для непрерывного контроля (мониторинга) фактического положения поездов и скорости их движения, создания новой системы сигнализации и связи в дополнение к системам автоблокировки. Это дает возможность кардинально решить проблему безопасности движения.
Спутниковая система позволяет определять положение в любое время в любом месте в любую погоду с высокой точностью.
В 80-х годах ХХ века в США была создана СРНС NAVSTAR GPS (глобальная позиционная система). В 1993 году она была развернута полностью и предоставлена в бесплатное пользование всем странам мира. Примерно в то же время в России создана СРНС ГЛОНАСС (гло бальная на вигационная с путниковая с истема). В 1995 году она была открыта для гражданского применения (но вскоре прекратила существование и была восстановлена только к концу 2011 г.).
Обе СРНС примерно одинаковы и включают в себя три обязательных блока:
- наземный блок управления и контроля;
- космический блок - созвездие навигационных спутников (НС);
- блок пользователей – приёмники сигналов навигационных спутников.
Блок управления и контроля – это командно-измерительный комплекс. Он выполняет наблюдение за движением НС, управляет режимами работы аппаратуры и параметрами передаваемых спутниками сигналов, следит за стабильностью бортовой шкалы времени. Командно-измерительный комплекс состоит из ведущей контрольной станции, координатно-вычислительного центра (КВЦ), станций траекторных измерений и управления (СТИ), наземного водородного эталона времени и частоты с относительной нестабильностью 10–14, обеспечивающего синхронизацию всех процессов в системе.
Периодически при пролете НС над СТИ производится наблюдение за спутником. Результаты измерений обрабатываются в КВЦ, определяются и прогнозируются координаты спутника на орбите (эфемериды), которые затем передаются в память бортовой ЭВМ спутника, а оттуда в виде кадра служебной информации – потребителю.
Состав космического блока: ГЛОНАСС GPS
Число НС в системе 24 24
Число орбит 3 (через 120°) 6 (через 60°)
Число НС на орбите 8 (через 45°) 4 (через 90°)
Тип орбиты круговая круговая
Высота орбиты, км 19100 20145
Наклон орбиты к экватору 64,8° 55°
Период обращения 11 ч 15 мин 44 с 11 ч 56,9 мин
Система координат ПЗ-90 WGS-84
Количество и расположение НС в созвездии обеспечивает в любой точке Земли в любое время радиовидимость не менее четырех спутников.
На каждом спутнике находятся по два атомных стандарта частоты и времени, генератор стандарта частоты и времени, генератор опорной частоты с суточной нестабильностью 10–13, радиопередатчик с модулятором несущих частот, приемник для связи с комплексом управления, бортовая ЭВМ, солнечные батареи, система ориентации и коррекции орбиты.
Спутники непрерывно излучают радиосигналы на частотах L 1 и L 2. Все спутники системы GPS излучают сигналы одинаковой частоты:
в диапазоне L 1 – 1575,4 МГц, чему соответствует длина волны 19 см,
в диапазоне L 2 – 1227,6 МГц, чему соответствует длина волны 24 см.
В системе ГЛОНАСС каждый спутник излучает сигнал своей частоты:
в диапазоне L 1 – 1602...1615 МГц,
в диапазоне L 2 – 1246...1256 МГц,
длины волн имеют примерно то же значение.
Несущие частоты модулированы сигналом, который несет следующие сообщения:
· параметры орбиты спутника, позволяющие вычислить на любой момент его геоцентрические координаты Xi, Yi, Zi;
· поправку времени;
· данные для вычисления ионосферной поправки в результаты изме- рений.
Кроме этого, радиосигнал несет дальномерные коды (метки времени), позволяющие измерять расстояния.
Приёмник спутниковых сигналов – выбирает нужные для измерений спутники, обеспечивающие засечку наилучшей геометрической формы, принимает и обрабатывает информацию со спутников с помощью встроенного программного обеспечения. В результате определяются координаты точки установки приемника и скорость его движения на поверхности Земли, в воздухе или околоземном космическом пространстве.
В настоящее время разработано множество различных приёмников для разных целей. Отдельный класс составляют геодезические спутниковые приёмники – приборы для высокоточного (единицы мм) определения координат.
Спутниковый приёмник включает два блока: антенну и приёмовычислитель. Приёмовычислитель содержит кварцевый стандарт частоты с нестабильностью 10–7; генерирует точно такие же несущие частоты, дальномерные коды (метки времени), как и спутник; хранит принятую информацию; сбрасывает накопленные данные в компьютер для дальнейшей обработки.
Приёмники сигналов системы GPS выпускаются всеми ведущими приборостроительными фирмами мира. В последнее время зарубежные фирмы выпускают приемники сигналов обеих систем – GPS и ГЛОНАСС. В практике геодезических работ России до сих пор используются только приемники зарубежного производства.
Максимальное число спутников над горизонтом – 12. Сигнал каждого спутника принимается отдельным каналом. Соответственно максимальное число каналов – 12. Приемник может принимать сигналы только на частоте L1 (одночастотный) или на обеих частотах – L1 и L2 (двухчастотный). Если приемник работает со спутниками обеих систем – GPS и ГЛОНАСС на обеих частотах, то это может быть 24-канальный двухчастотный приемник.
Основа спутникового метода определения положения – измерение расстояний между спутниками и приемником.
Определение координат места установки спутникового приемника сводится к решению системы уравнений, в которых определяемые неизвестные выражены через измеренные расстояния.
Расстояние D определяют по времени t, за которое радиосигнал проходит от спутника до приемника
D = V× t. (6.1)
Скорость распространения радиоволн определяется по формуле:
V = c/n, (6.2)
где с – скорость радиоволн в вакууме (299 792 458 м/с),
n – показатель преломления среды, в которой распространяются
радиоволны.
Скорость электромагнитных колебаний в вакууме известна с точностью, достаточной для обеспечения любых измерений.
Для измерения времени при радиодальномерных измерениях используют два способа – кодовый (абсолютный) и фазовый.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 34 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |