Основные принципы работы спутниковой аппаратуры

ОГЛАВЛЕНИЕ:

 

      Введение……………………………………………………………………....4

 

1. Основные принципы работы спутниковой аппаратуры.

         1.1   Назначение и структура СРНС……………………………………….6

         1.2   Основы методики ведения GPS – съемки……………………………7

         1.3   Используемые приборы……………………………………………...16

         1.4   Программное обеспечение уравнивания геодезических сетей……19

 

2. повышение точности привязки опознаков.

    2.1  Определение координат опознаков………………………………….27

    2.2 Анализ компьютерной обработки спутниковых определений…….32

 

3. Технико-экономический  раздел дипломной работы.

    3.1  Оценка экономической эффективности использования GPS оборудования на рассматриваемом объекте………………………………..33

    3.2  Определение экономического эффекта от использования GPS оборудования на рассматриваемом объекте………………………………..39

         3.3  Гигиенические требования к  организации работ…………………..41

    3.4  Влияние загрязнения атмосферы на точность определения

координат опознаков…………………………………………………………47

 

Заключение......................................................................................................49

Приложения ....................................................................................................51

     Список использованной литературы…………………………………….58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

                     Использование современных технологий существенно расширило   рамки   решения   задач   навигационного   и геодезического направления. Спутниковые радионавигационные системы (GPS, ГЛОНАСС) позволяют в большинстве случаев (по сравнению с традиционными методами) достигнуть более высокой точности место определения объекта с меньшими экономическими затратами при привязке опознаков.

                     Решение этих задач необходимо для разнообразных видов научной и производственной деятельности человека - от проблем, не только  связанных с космическими  исследованиями, уточнением координат пунктов геодезических сетей различного назначения, геодезического обеспечения геологоразведочных, геофизических, но и строительных работ, кадастра и других.

                     Возможности таких систем возросли на столько, что, наряду с решением задач определения геоцентрических координат пунктов на уровне точности около 1 метра и относительных координат на уровне точности, близкой к 1 -2 см, потребителями координатно-временной информации становятся отдельные лица, которым   необходимо   достаточно   точно   определять местоположение. Имеет под собой реальную основу мнение, что в ближайшем будущем спутниковые методы геодезических определений различного предназначения с использованием СРНС в большинстве случаев вытеснят традиционные классические. [1]

                        В основу привязки опознаков  заложены как классические так  и современные спутниковые системы  в основе которых есть определение трехмерного положения координат опознаков на местности и последующее их закрепление и  оформление таким образом, чтобы потом его можно было дешифрировать или распознать на современных фотограмметрических приборах с целью дальнейшей обработки снимков.

                        Координаты опознаков используются  для создания исходной геодезической  основы, которая является и исходной  информацией для получения точных  топографических или фотограмметрических  документов.                           

                        В настоящее время как в  Московской области так и во  всей Центральной части России  геодезическая основа не имеет  достаточного количества пунктов  на которых можно было опираться  и для создания опорной геодезической  сети и определения координат опознаков необходимо иметь достаточно надежную геодезическую основу. Создавать такую основу классическим методом будет экономически не выгодно так как придется потратить много времени и средств для выполнения такой работы, а главное выигрыша в точности не будет. Для этих целей можно использовать современные спутниковые технологии которые базируются на одновременном определении как плановых так и высотных координат, что очень важно для уточнения положения опознаков на местности.

                  Целью данной работы является исследование специфики использования   современных   спутниковых   средств   для повышения точности привязки опознаков.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  ОСНОВНЫЕ  ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СПУТНИКОВОЙ  АППАРАТУРЫ

 

                  Исходя  из тематики работы, вполне уместно привести краткое описание существующих СРНС и  аппаратуры потребителей, получившых наибольшую известность, а также методики применения спутниковой аппаратуры при проведении топографо-геодезических работ.

 

1.1  Назначение и структура СРНС

 

                     1. СРНС предназначены для определения пространственных координат местоположения и вектора скорости пользователей, а также точного времени.

                     2. Потенциальными пользователями СРНС являются объекты гражданской и военной авиации, морские и речные суда, транспортные системы и потребители высокоточных координат (например, геодезисты).

            Большинство СРНС структурно состоят из трех основных частей:

• сегмент космических аппаратов;

• сегмент контроля и управления;

• сегмент аппаратуры пользователей.

                         Сегмент Космических Аппаратов состоит из созвездия специализированных Навигационных Спутников (НС) и средств вывода их на орбиту. Спутники на борту имеют несколько высокоточных атомных эталонов частоты и, постоянно транслируя  радиосигналы  и  навигационные  сообщения, заложенные с контрольного сегмента, создают тем самым для подсистемы пользователей единое глобальное навигационное поле.

                        Наземный Сегмент Контроля и Управления СРНС состоит из группы станций слежения, нескольких станций загрузки сообщений на НС. и главной   станции. Он осуществляет мониторинг целостности системы и является первичным источником информации, поставляемой пользователю.                                           

                      Его основными задачами являются: контроль за работой спутников, сбор необходимой информации для определения и прогноза орбит, формирование времени системы, и его синхронизации относительно Всемирного времени и закладка данных в бортовую память НС. Под сегментом пользователей СРНС понимается комплекс аппаратно-программных   средств,   реализующий   основное назначение СРНС - определение навигационных данных на суше, поверхности моря, в воздухе, околоземном космическом пространстве и геодезических положений на поверхности Земли.

                     Главными факторами широкого использования аппаратуры пользователей СРНС является ее всепогодность, оперативность первого определения координат (< 3 минут от включения приемника), непрерывность определения координат (каждые 0,5 секунды), малые габариты приемников, простота эксплуатации, достаточно высокая точность и относительно небольшая стоимость.

 

1.2 Основы методики ведения  GPS – съемки

 

                    Выполнение геодезических работ при использовании GPS -оборудования можно разделить на три основных этапа:

• планирование;

• полевая часть работ (спутниковые  наблюдения);

• постобработка результатов измерений.

Планирование работ

                     Под  планированием  работ  понимается  не  только проектирование сети определяемых пунктов, но и выбор оптимальных периодов времени суток, наиболее благоприятных с точки   зрения   наилучших   геометрических   показателей, расположения созвездий спутников и с учетом условий закрытости (препятствий для прохождения сигналов от спутников) определяемых точек. Часто планирование на текущий и последующие дни достаточно выполнять относительно некоторой центральной точки зоны предполагаемых дневных работ.

                      Планирование осуществляется при помощи специальной программы на персональном компьютере с последующей выдачей результатов в алфавитно-цифровой или графической форме на экран дисплея или принтер. Данная программа является составной частью общего программного пакета.

Полевая часть работ

                     Полевая часть методики - это съемочные работы, которые проводятся в соответствии с планированием. Как описывалось выше, измерения ведутся в так называемом дифференциальном режиме, поэтому для работы необходимо минимум два приемника с антеннами.

                    Существует несколько методик проведения спутниковых наблюдений. По нескольким отличительным критериям (время наблюдения на точке, требования к количеству отслеживаемых спутников, избыточность фиксируемой информации, структура записи данных, состав используемой аппаратуры, технологии выполняемых процедур) их можно разделить на две основные группы: статические и кинематические.

Статические съемки

Традиционная Статика.

                   Антенна одного из приемников (базового) закрепляется в трегере штатива, после чего нивелируется и центрируется над геодезическим пунктом с точно известными координатами), знание координат базового пункта не является обязательным во время проведения измерений. Антенна другого приемника (перемещаемого) аналогичным образом устанавливается на штативе над точкой, координаты которой требуется определить. При этом необходимо измерить и ввести в приемники высоты антенн над пунктами (процесс центрирования, нивелирования и измерения высоты антенны необходим для того, чтобы спроецировать базовую линию, фактически измеряемую между фазовыми центрами антенн, на реальные геодезические точки). Далее оба приемника, нажатием нескольких клавиш, переводятся в режим «статическая съемка».       

                    Накопление информации происходит либо во внутреннюю (энергонезависимую) память приемника, либо на сменные магнитные карточки в течение от 25 до 60 минут и более в зависимости от количества наблюдаемых спутников и длины базовой линии. Объем памяти приемника (может быть увеличен по желанию пользователя) рассчитан в среднем на 20 - 50 часов непрерывных измерений. В течение сеанса наблюдений допустимы временные потери сигналов от спутников. Минимальное количество спутников при ведении измерений    статическим    методом    -    3.    Средняя производительность 7 -10 (до 20) точек в день на один перемещаемый приемник в зависимости от внешних условий, времени затрачиваемого на переезды между определяемыми точками и опыта работы персонала.

                «Быстрая» статическая съемка (только для двухчастотных приемников). Порядок установки антенн и ведения измерений тот же, что и в простой «статике», но продолжительность сеанса наблюдения сокращается до 5 - 20 минут в зависимости от количества отслеживаемых спутников и расстояния между станциями. Такое значительное сокращение времени наблюдения стало возможным за счет введения дополнительных (избыточных) информационных каналов (измерение фазы несущей и обоих кодов на двух частотах) и новейших алгоритмов обработки двухчастотных данных. Средняя производительность - 30-40 точек и более в день в зависимости от площади работ.

Кинематическая съемка                                                                                                                                                                                                                              

                    Метод «Stop & Go» (Остановись и иди). Установка антенны на базовой станции аналогична статической.  Антенна носимого приемника закрепляется в специальном быстро установочном штативе и центрируется над первой точкой, после чего производится накопление информации (30-40 мин.) в неподвижном состоянии для инициализации (определения некоторых начальных условий) всей съемки.                                                                                                       

                   Другими методами выполнения инициализации является способ обмена антеннами на исходных точках или начало измерений с известной базовой линии. Затем антенна с приемником (без включения приемника) переносится на следующую определяемую точку. После установки антенны над текущей (любой после первой) точкой информация накапливается уже в течение 2-3 минут. Далее и вплоть   до   окончания   сеанса   съемки   повторяются вышеизложенные шаги. Объем памяти приемника рассчитан на 5-20 часов непрерывной съемки. Метод очень удобен и эффективен для использования при кадастровых работах (например, оконтуривание или разметка небольших площадей). Основное   требование   к   съемке   -   обязательная непрерывность приема сигналов минимум от 4 спутников при движении между пунктами (т.е. необходима достаточно открытая местность). Средняя      производительность      этого      метода трудноопределима. Возможно координирование 100 точек и более в день в зависимости от площади съемки, средств передвижения, внешних условий и опыта персонала. Наиболее благоприятные результаты получаются при удалении от базовой станции на расстояниях до 20 километров.