КАТЕГОРИЯ:


GLONASS сателитна навигационна система, Navstar, Galileo




Обща информация за определяне на положението на точки на спътника;

Проучване оборудване.

сектор на потребителите;

управление и контрол на сектора;

Space сектор на спътникови системи;

GLONASS сателитна навигационна система, Navstar, Галилео;

Обща информация за определяне на положението на точки на спътника;

САТЕЛИТ геодезични уреди

Лекция №21

Още от праисторически времена хората използват, за да направлява небесните тела. Обикновено моряци са били ръководени от звездите, указваща посоката на движение: на пътя знаейки, средната скорост и времето, може да се ориентира в пространството и да се определи разстоянието до крайното местоназначение. Въпреки това, при лоши метеорологични условия върху разбира се, не е трудно. С появата на задачата на компас много по-лесно, тъй като намалява зависимостта от времето. По-късно, за да се определи местоположението в океана, т.е. навигация, използване ъгъл на наблюдение на небесни тела. Първо, понятието "корабоплаване", посочена управлението на морски кораби (Navis, което означава "кораб", Hagere - управление, преместване), след това терминът се прилага за всеки тип превозно средство. Имайте предвид, че терминът навигация, даден в книгата «American Практически Navigator», публикувана през 19 век, по следния начин: "Навигация - процес на контрол на движението на превозното средство, бързо и безопасно, от една точка до друга." Навигацията е необходимо да се знае местоположението и посоката на движение в настоящия момент. Важната информация е скоростта на обекта. Но дори и с най-точното ъглово наблюдение на небесни тела, точността на местоположението на този метод е по-малко от 1 миля разстояние. Въпреки това, необходимата точност зависи основно от вида на работата, като например превозни средства, пътуващи условия. Например, за безопасното управление на кораби в открития океан, необходимата точност на позициониране е на няколко километра, а крайбрежните води. - 2-5 м сходни изисквания за точност и за въздухоплавателни средства. По време на полет над океана, необходимата точност на определяне на самолети надморска височина е около 100 м, а на кея на глисадата за пътнически самолет - 0.3 m.

Появата на спътника е революция на методите за проучване и значително увеличи точността на навигация и позиция определяне на точки и обекти на повърхността на Земята.

Със създаването на радарни станции е възможно да се измерва параметри на движение и относителното положение на сателита от отразена от повърхността на радар лъч. Сега можете да се измери движението на сателитни параметри на излъчена сигнали на. През 1957 г. екипът на Съветския съюз, водена от VA Найкуист експериментално потвърждава възможността за определяне на параметрите на движение на изкуствен спътник на Земята (спътници), в резултат на измерванията на честотни Доплер смяна на сигнала (Доплер промяна е промяна в честотата на радио вълни, в зависимост от относителната скорост между източника и приемника. Ефект на Доплер (кръстен на австрийски физик К. Доплер) е промяна на регистрираната честота приемник колебание или дължина на вълната в относителното движение на приемника и източника на вибрациите), излъчвана от сателита. По този начин тя е създадена възможност за решаване на обратния проблем - констатация координира приемник за измерване на Доплер смяна на сигнала, излъчван от спътника, ако са известни параметрите на движение и координатите на спътника. Когато се движи сателитна предава сигнал на определена честота, която носи информация за позицията си в орбитата. Ако ние се измери честотата на приемания сигнал и да го сравни с позоваване, можем да изчислим Доплер честотата на смени, причинени от сателитна движение. С непрекъснато измерване е възможно да се направи някаква промяна във функцията на честотата на Доплер (т.е. честота смяна на Доплер). Доплер честотата постоянно се променя, и в един момент става равен на нула, а след това се променя знак. По време равен на нула Доплер честотата на приемника се намира на една линия, че е нормално да вектор на сателита движение. Чрез измерване на времето, когато честотата на Доплер е нула, и с помощта на връзката на наклона на Доплер честотата крива на разстоянието между сателита и приемника, приемникът може да изчисли координатите. В този сателитна радионавигационна става референтна станция, координатите на които се променят с течение на времето поради орбиталното движение на спътника, но може да бъде изчислена предварително за всяко време поради информацията, ефемериди, съдържаща се в навигационни спътникови сигнали.



През 1963 г. започва работата по изграждането на първия вътрешен ниска орбита спътникова навигационна система "Цикада." първият вътрешен сателитна навигация "Космос-192" стартира през 1967 г. до орбита. За сателитни навигационни системи, типични за първото поколение е използването на ниска орбита сателити и използване навигация за измерване на параметрите на обекта на един от сигнала вижда в момента на спътника.

Грешката при определяне на координатите на движещ се обект е около 500 м. Тази стойност е намалена до 50 м неподвижен обект.

Идеята за използване на сателити за навигация на подвижни обекти в САЩ започва да се развива след старта на Съветския съюз през 1957 г., на първия изкуствен спътник на Земята. По това време, той е бил натоварен със задачата да следи за съветски сателит от получаването му сигнал от точката на земята с известни координати, маркирайте Доплер смяна на честотата на спътниците на трансмитера носител и допълнително изчисляване на параметрите на движение на спътника. В същото време се реши проблема на обратен изчисляване на координатите на приемника на базата на обработката на получените сигнали и сателитни координати.

Въз основа на това, в интерес на навигационен софтуер през 1964 г. Доплер сателитна навигационна система от първо поколение е създаден "транзитен", предназначена за навигационни подкрепа започне подводници балистични ракети "Поларис". След като през 1967 г., като системата е предвидено за търговска употреба, броят на цивилните потребители бързо надвишава броя на войниците. координати на потребителите, изчислени въз основа на рецепцията и изолацията на честотата на Доплер смяна на предавател 6-7 навигационни сателити, които биха могли да бъдат в областта на оглед за около 40 мин.

Точно както в системата "цикада", системата «Транзит» източника координатите изчислява чрез Доплер честотата смяна на сигнала на един от най-видимите сателити 7, които имат кръгови полярна орбита с височина над повърхността на Земята на около 100 км. сателити Период «Транзит» е 107 минути.

LEO сателит доплер навигационни системи имат редица съществени недостатъци. На първо място - е липсата на точност при определяне на координатите на обекти. Недостатъци също включват липсата на приемственост в измерванията, тъй като има ниска орбита спътници, и следователно времето, през което сателитът е в полезрението на потребителя не надвишава един час. Освен това, времето между преминаването на различните спътници на зрението зависи от географската ширина, на която се намира, и може да достигне до размера на 35 до 90 минути. Намаляването на този път чрез увеличаване на броя на сателитите, не е възможно, тъй като всички спътници излъчват сигнали на същата честота.

За да се определи относителното положение на сателитите се наблюдава едновременно от множество наземни станции. Сателитът в същото време може да играе пасивна роля (например, отразявайки лазерен лъч, изпратен от наземната станция обратно на същата станция) или активна роля (непрекъснато осъществяване на предаването на радио сигнал). В ранните етапи на развитие на геодезията сигнали пространство се подава под формата на мигащи светлини, които са били заснети на фона на звезди едновременно от различни наземни станции извън линията на погледа. Позицията на сателита в картина спрямо референтните звезди прави възможно да се определи точната посока за това от станцията за наблюдение.

В момента, за да се определи местоположението на повърхността на земята, обикновено се измерва разстоянието между наземната станция и спътника, както и степента на промяна на разстоянието по време на преминаването на спътника. Разстоянията изчисляват от времето, необходимо електромагнитен сигнал (лазерен импулс радар или флаш) за преминаване на пътя от спътника към приемната станция, при условие, че скоростта на разпространение на сигнала е известно. Скоростта на промяна на разстоянието между сателита и приемната станция се определя от наблюдаваното Доплер честотата - честотата промяна сигнал, идващ от сателита. Въведена изменение за забавянето на атмосферния сигнал и refraktsiyu.Osnovnoy принципа на сателитна геодезия - е използването на трилатерация, т.е. измерва разстоянието до спътниците, които са отправни точки за изчисляване на координатите в света. Всичко останало, което се отнася до система - само решения, предназначени да улеснят този процес, за да се изпълни това по-точна и по-лесно.

От тази работа в СССР и САЩ бележи появата на атомните часовници през 1960 г., като по този начин създаване на мрежа за целите на навигацията точно синхронизирани предаватели, които предават кодирани сигнали. приемник координира определи времето на забавяне на сигнала. Този принцип се прилага със стартирането през 1967 г., на US Navy сателитна TIMATION-I. През 1969 г., сателитна TIMATION-II-82В стартира. Двата спътника са оборудвани с бордова препратка време и честота на базата на кварцов генератор (стандартно).

През 1964 г. той започва проучването на възможностите за използване за целите на позиционирането широколентови сигнали, модулирани от псевдо-шумови кодове в САЩ, въз основа на съотношението на разделяне на сигнала прави възможно използването на множество предаватели, един превозвач честота.

Най-напредналите космически системи, които използват тези принципи на измерване и служители, за да се реши геодезически проблеми са системи за глобално позициониране GLONASS (Руска федерация), на GPS (САЩ) и Галилей (Европейска система). (Държава на GLONASS орбитална групировка и GPS: данните за GLONASS сателитни, актуализиране дата - 15.05.2011, само част от орбиталната група - 27, в експлоатация - 23, на етапа вход - 1, са предвидени за поддръжка - 3, данни за GPS сателитите , актуализиране дата - 15.05.11, всички като част от орбиталната група - 32, в експлоатация - 30, са на издръжка - 2). Тези системи са изключително точен инструмент за подаване на заявления по геодезия, геофизика и ползване на земята. Те се използват за точно определяне на трите пространствени координати, и скорост векторни компоненти на различни времеви движещи се обекти. Използва се най момента е сателитна система GPS (Global Positioning System), което е свързано с появата на нов термин - позиционирането (позициониране). Чрез позициониране се отнася до определянето на позицията на обекта, скоростта на движението му, векторът пространство между точките на наблюдение и точното време, за да се определи местоположението му. Развитие на системата започна през 1973 г. Оперативна готовност обявен през 1995 г.

Системата е предназначена за поръчка и се управлява от Министерството на отбраната (Air Force) на САЩ.

Руската сателитна система, наречена GLONASS - Глобална навигационна спътникова система, чието развитие започна в средата на 1970 г., а през 1995 г. руското правителство за специална резолюция номер 237 открита система за гражданска употреба и международното сътрудничество. В Руската федерация относно използването на сателитни приемници за глобално позициониране налага ограничения - за тяхното използване изисква лиценз.

От 2005 г. тя започва да работи на европейска система, наречена Галилео, а от 2008 г. на цялата система е готова за работа. По това време на общия брой на сателити, използвани за позициониране, ще бъде равна на 80 (на базата сателити Galileo, както и GLONASS и GPS).

В момента, за позициониране на земната повърхност, обикновено се измерва разстоянието между точката на повърхността и спътника и степента на промяна на това разстояние по време на преминаването на спътника.

В случай на определено разстояние една сателитна с известни координати, мястото се определя от точката на въображаема сфера с център разположен на сателита и радиуса на R, равен на определено разстояние S 1 (фиг. 21.1, а).

Когато и двете измерени разстояние S 2 до втория спътник, областта за търсене се намалява, тъй като положението на място се определя от точката на пресичане на две сфери с радиуси на S 1 и S 2, т.е. на кръг (фиг. 21.1, B).

В случай на измерване на разстояние S 3 на третата възможно положение на сателит се определя от две точки на пресичане на окръжност с радиус на сферата S 3 (фиг. 21.1 инча).

Един от тези две точки не могат да бъдат взети предвид като една от точките е твърде далеч от повърхността на Земята е било невероятно голяма скорост. Например, когато височината е известно точно определени точки (например кораби са винаги на морското равнище), е възможно да се елиминира един от измерванията. Една от областите на данните може да бъде заменен от сфера с център в центъра на Земята и радиус равен на радиуса плюс височината. някои

Фиг. 21.1. Намиране точка

а) един спътник с известни координати; б) два спътника; в) три спътника приемници може да се включи в режим определяне две хоризонтални координати.

За да се определи истинската местоположението на двете точки (фиг. 21.1 инча), е възможно да се измери разстояние S 4 от четвърти спътник. Можете да направите три сателита, ако логически изключва невероятно решение. Различни методи за спазване възможност да се определи абсолютното и относителното положение на предмети върху повърхността на Земята. При определяне на абсолютната позиция се използва най-малко три сателита. За да се компенсира разликата в точността на определяне на времето на часовника, монтирани на борда на спътниците и наземната станция обикновено изисква четвърти спътник. Определяне на относителното положение на елемента на земята изисква едновременно наблюдение от четири или повече спътника с два (или повече) наземни станции. За определяне на координатите на точки от земната повърхност в геоцентрична система е необходимо да се знае елементите на орбитите на спътниците в една и съща система, защото всяка грешка при определяне на причината за грешката на данните. Тези грешки могат да бъдат намалени чрез осредняване на стойностите, наблюдавани в продължение на няколко дни, седмици или месеци. Част от систематични грешки в изчисленията на орбиталните елементи приблизително еднакво изкривява определянето на всички точки, а оттам и в определянето на тяхното взаимно положение се компенсира. Следователно относителните положения на точки от земната повърхност, обикновено се определят с висока точност. В зависимост от броя на едновременните радиоприемане и едновременно видими сателити биха могли да предоставят някои различия между получените и предадени сигнали; Това елиминира влиянието на неизвестни фактори. Методите за сателитно позициониране измерване на разстояния до спътника се извършва чрез измерване на времето на преминаване на радио сигнал от космическия апарат към приемника. Това предавателно устройство се поставя на сателита и приемника - в неизвестна точка. Радиото сигнал изминава определено разстояние от сателитна те години (предавател) към приемника по време на път х. време на емисиите и приемането на този сигнал се определя точно синхронизирани часовници, които са разположени на спътника и на определено място.

Най-обещаващите космически системи, които служат за решаване на геодезически проблеми са системи за глобално позициониране GLONASS (Руска федерация), на NAVSTAR (САЩ) и Галилей (Европейска система). Работи в момента са две глобална спътникова радионавигационна система от второ поколение - това е руски (бивш съветски), ГЛОНАСС (Глобална навигационна спътникова система) и САЩ, наречена «Navstar» (навигационни Satellite Time и измерване на разстояние - измерване навигационна спътникова време и координати) или действителната му цел GPS (глобална система за позициониране - глобална система за позициониране). Системата ГЛОНАСС като NAVSTAR, смята система с двойна употреба, което е, може да се използва както за военни и граждански цели, е разработен по поръчка на Министерството на отбраната. Според целите и изграждането на система GLONASS е подобна на САЩ NAVSTAR и показатели за крайните продукти не могат да се мерят с нея. Системата за GLONASS е bezzaprosnoy, така че броят на потребителите на системата не е от значение. Сателитни системи, в допълнение към навигационните определения могат да произвеждат много точни взаимно честотни и синхронизация на времето стандарти в отдалечени наземни съоръжения и взаимно геодезическа референтна, както и за определяне на ориентацията на обекта въз основа на измервания, направени на четирите приемниците на навигационни спътникови сигнали.

Основната тайна на GLONASS: точност. Фактът, че наклонът на американската система GPS сателитни орбити да предоставят по-добра производителност в САЩ и в географски ширини, подобни на Южното. Нашата собствена GLONASS работи по-добре в северните ширини.

Сред основните предимства на спътниково позициониране са всякакви метеорологични условия, глобално, ефективност, точност и ефективност. Това зависи от качеството на строителство на балистична система, висока стабилност на честотата стандарти борда на, и методи за избор на обработка на сигнала, както и методите за премахване на грешки и компенсация. Параметри на системите и на отделните компоненти, както и софтуер за избрани така, че грешката на координатите на навигационни определяния е по-малко от 10 м, а скоростта до 0.05 м / сек.

Modern спътниково позициониране система се състои от три части, наречени сектори (подсистеми):

пространство сектор, който включва набор от спътници, известни като "съзвездие" (Приложение размери спътници - 1,52 м 1,93 м 1,91 м педя слънчева 19,3 м, площта на 13.4 кв система захранване м Мощност борда в края на живота на 1136 вата ... Тегло на устройството, когато започнете 2032 кг до 1075 килограма оперативна орбита. навигационно оборудване доставя ITT AEROSPASE / КОМУНИКАЦИИ.

Нови спътници са триосен стабилизира и ще позволи определяне на времето с точност до 0.000001 секунди, позицията на обект за срок от няколко метра и скорост - до около 0,1 м / сек. Живот увеличен на 10 години, в сравнение със 7 години за сателитна тип 2А. Цената на сателитна 2R серия е 40 млн. Долара.

1));

2) за управление на сектора и контрол, състоящ се от централен (майстор) станция и няколко проследяващи станции, разположени в различни части на земното кълбо. В допълнение, има разгръщане и попълване система (космодрум);

3) потребителски сектор, включително потребителите широкоразпространените оборудване.