Международная образовательная корпорация Дисциплина: ГНСС Л 1. Вводная лекция Лектор: ассист. проф. ФСТИМ Кенесбаева А. - презентация

1 Международная образовательная корпорация Дисциплина: ГНСС Л1. Вводная лекция Лектор: ассист. проф. ФСТИМ Кенесбаева А.

2 Структура лекции Содержание курса. Развитие спутниковых методов в геодезии Связь с дисциплинами Космическая геодезия, Прикладная геодезия, Высшая геодезия. Преимущества и недостатки спутниковых технологий в геодезии.

3 Содержание курса Введение. Спутниковые методы в геодезии. Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС и NAVSTAR. Спутниковая аппаратура. Виды спутниковых измерений. Использование наблюдений псевдодальности. Абсолютный метод. Дифференциальный метод измерений. Использование фазовых наблюдений в относительном методе. Использование постоянно действующих станций Проектирование геодезических сетей Методика спутниковых геодезических измерений. Обработка результатов наблюдений в спутниковых геодезических сетях. Преобразование плановых и высотных координат в спутниковых технологиях

4 Развитие спутниковых методов в геодезии Появление искусственных спутников Земли (ИСЗ) внесло масштабные перемены в методы геодезии и позволило значительно повысить точность определения местоположения точек и объектов на поверхности Земли. Идея использования космических аппаратов для навигации подвижных объектов начала развиваться после запуска в СССР в 1957 году первого ИСЗ.

5 Спутниковые методы в геодезии

6 К первому поколению спутниковых систем позиционирования до 70-х годов относят системы «Цикада» и «Transit». В 1963 году начались работы по построению первой советской низкоорбитальной навигационной спутниковой системы «Цикада». В 1967 году на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

7 Навигационные спутники первого и второго поколения а) "Космос-1000" (системы "Парус" и "Цикада", СССР); б) "Navstar, Block-ll F (система "GPS", США; в) "Глонасс" (система "ГЛОНАСС", Россия). Рисунки HПО прикладной механики и NASA.

8 Спутниковые методы в геодезии В 1964 году в США была создана доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit», предназначенная для навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет. В 1967 году эта система была предоставлена для коммерческого использования, число ее гражданских потребителей быстро превысило число военных. Эти системы обеспечивали точность получения координат м и отличались малой оперативностью. Для достижения высокой точности требовались несколько прохождений ИСЗ в «Поле зрения» приемника, при этом перерывы между прохождениями спутников составляли полтора часа. Это послужило основанием для разработки систем второго поколения – глобальных спутниковых систем.

9 Глобальная система позиционирования (первоначально называлась Navstar) находится в ведении Минобороны США. Запуск спутников первого блока осуществлен в 1978 году, эксплуатируется с 1995 года. До недавнего времени система была открыта для гражданского пользования только в режиме пониженной точности, для режима высокой точности требовался санкционированный доступ. В 2000 году это ограничение снято, и сейчас GPS открыта для всех и в режиме высокой точности.

10 Спутниковая группировка NAVSTAR Спутниковая группировка NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам высотой порядка км, с периодом 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут).звёздные сутки Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Наклонение орбиты Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.

11 Спутниковая система ГЛОНАСС ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система, ее разработки начаты в СССР в 1970 г. В 1982 году выведены на орбиты ее первые спутники, в 1993 году система принята в эксплуатацию Минобороны РФ. В 1996 году система развернута полностью. Повышенная точность доступна военным, режим стандартной (пониженной) точности – гражданским пользователям. В связи с отсутствием финансирования система пришла в упадок, но в настоящее время ведется активная работа по ее восстановлению.

12 Группировка спутников ГЛОНАСС Основой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном 64,8° и высотой орбит км [2].спутника Землиорбитальных [2] Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS.GPS

13 Группировка спутников ГЛОНАСС Основой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в рёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит км [2].спутника Землиорбитальных [2] Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS.GPS

14 Спутниковые методы в геодезии В 1999 году Европейский парламент поддержал решение Европейского космического агентства о создании нового поколения спутниковой системы Galileo. Система будет включать 30 спутников (из них 3 резервных), расположенных на высоте км и вращаются в трех орбитальных плоскостях, наклоненных на 56° к плоскости экватора. Есть информация о 18 запущенных спутниках Galileo. Таким образом, с учетом спутников GPS и ГЛОНАСС в распоряжении пользователей будет 80 космических аппаратов, покрывающих весь земной шар.

15 ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА СПУТНИКОВ Galileo

16 Связь с дисциплиной Космическая геодезия КОСМИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЯ, раздел геодезии, в котором для решения геодезических, геодинамических и геофизических задач, а также задач координатно-временного обеспечения используются результаты наблюдений искусственных и естественных небесных тел. Объектами наблюдений служат искусственные спутники Земли, другие космические аппараты, Луна, звезды и внегалактические радиоисточники (квазары, ядра галактик).

17 Связь с дисциплиной Космическая геодезия Часть космической геодезии, базирующуюся на наблюдениях ИСЗ, называют спутниковой геодезией. Методы спутниковой геодезии подразделяются на динамические и геометрические. Динамические методы анализируют движение небесных тел, которое в первом приближении определяется Кеплера законами, а при более точном подходе требует учёта возмущающих факторов. Так, на орбиту ИСЗ влияют особенности гравитационного поля Земли, притяжение Луны и Солнца, сопротивление атмосферы, давление солнечной радиации.

18

19 Связь с дисциплиной Космическая геодезия Геометрические методы основываются на использовании синхронных наблюдений ИСЗ с двух или более пунктов. В геометрическом методе ИСЗ играет роль высокой визирной цели, координаты которой в заданный момент времени необходимы только для того, чтобы навести на цель аппаратуру для наблюдений. Геометрические методы позволяют с высокой точностью получить данные об относительном положении пунктов наблюдений. В связи с этим возможно их эффективное применение для решения некоторых задач геодинамики, например для определения относительного перемещения литосферных блоков.

20 Методы спутниковой геодезии используются при решении задач «Высшей геодезии», таких как: Построение глобальных, континентальных, национальных, региональных и локальных геодезических сетей. Определение внешнего гравитационного поля и фигуры Земли Изучение динамики Земной поверхности Обеспечение геодезической основой ГИС Изучение изменения береговых линий морей и океанов Связь с дисциплиной Высшая геодезия

21

22 Высокая точность координирования на линиях различной протяженности в сочетании с возможностью измерения в разнообразных физико-географических условиях, позволяют использовать спутниковые методы при решении задач прикладной геодезии. К примеру, при строительстве тоннелей, сооружении мостов, проложении магистральных трубопроводов, создании и дальнейшей эксплуатации линейных ускорителей заряженных частиц и других крупных инженерных сооружений. Связь с дисциплиной Прикладная геодезия

23 Специфика использования спутниковых методов на вышеупомянутых видах работ состоит не только в оперативном определении координат замаркированных точек с высокой точностью, но и в разработке методов определения ориентирных направлений. При этом измерения приходится, зачастую, проводить в условиях частичной экранировки поступающих от спутников радиосигналов различными видами конструкций создаваемых объектов. Отмеченные особенности обусловливают целесообразность разумного сочетания наземных и спутниковых методов геодезических измерений, объединяющих в себе Связь с дисциплиной Прикладная геодезия

24 GPS – измерения при строительстве инженерных сооружений

25 Преимущества спутниковых технологий в геодезии Применение искусственных спутников Земли (ИСЗ) для решения геодезических задач началось сразу после запуска первых ИСЗ. Однако долгое время спутниковые технологии проигрывали наземным и по точности, и по оперативности определения координат пунктов. Кроме этого, для производства спутниковых наблюдений требовалась дорогостоящая и зачастую очень громоздкая аппаратура. Положение дел коренным образом изменилось с появлением спутниковых радионавигационных систем (СРНС) второго поколения, пришедшим на смену системам TRANSIT и "Цикада".

26 Преимущества спутниковых технологий в геодезии Достоинство СРНС по сравнению с наземными технологиями: Высокая точность и оперативность передачи координат от одного пункта к другому практически на любые расстояния. При построении геодезических сетей не требуется геометрическая видимость между наземными пунктами. По результатам спутниковых наблюдений можно одновременно определить три координаты. Выполнение полевых измерений практически не зависит от времени суток, года, погодных условий.

27 Преимущества и недостатки спутниковых технологий в геодезии Высокий уровень автоматизации полевых и камеральных работ, позволяющий повысить производительность труда в раз. Полевые работы можно выполнять в более комфортных условиях. Возможность выполнять измерения в движении позволяет применять СРНС в морской геодезии и при производстве аэрофотосъемки. Значительное уменьшение суммарной стоимости работ по созданию геодезических сетей за счет повышения производительности труда и исключения строительства высоких знаков.

28 Недостатки спутниковых технологий в геодезии Высокая стоимость применяемой аппаратуры. Необходимость иметь радиовидимость на 3-4 спутника, которую можно обеспечить не всегда из- за различных препятствий и радиопомех. Невозможность использовать СРНС под землей и внутри помещений. Точность вычисления высот примерно в 2-5 раз уступает точности определения плановых координат.

29 Глоссарий Глобальная навигационная система Ғ аламды қ Навигациялы қ ж ү йе Global Navigation System Глобальная система позиционирования Ғ аламды қ Орын аны қ тау ж ү йесі Global Position System Спутниковые радионавигационных системы Серіктік радионавигациялы қ ж ү йе Satellite radio navigation systems Доплеровский сдвиг частот Доплерлік жиілік ы ғ ысуы Doppler frequency shift Космический сегмент Ғ арыш сегментіSpace segment Искусственный спутник Земли Жерді ң жасанды серігіEarth Satellite Орбитальная группировка Орбиталы қ топталуOrbital grouping Наземный сегмент Жер сегментіGround segment

30 Рекомендуемая литература Основная литература. 1. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 1). – М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. – – 334 с 2. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2). – М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. – – 360 с 3. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии. - М.: "Картоцентр" - "Геодезиздат", с. 4. Серапинас Б.Б. Введение в ГЛОНАСС и GPS измерения: Учеб. пособие. – Ижевск: Удм. гос. ун-т, – 93 с.

31 Рекомендуемая литература Дополнительная литература. 1. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС / Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина – М.: ИПРЖР, – 400 с. 2. Применение отечественных и зарубежных спутниковых приемоиндикаторов в геолого-разведочной отрасли. - Новосибирск, СНИИГГиМС, с. 3. Синякин А.К. Принципы работы глобальных систем местоопределения. Учебное пособие. Новосибирск, СГГА, 1996 г с. 4. Методические рекомендации по спутниковому навигационногеодезическому обеспечению геологоразведочных работ. Новосибирск, СНИИГГиМС, с.

32 Спасибо за внимание!