ПРИНЦИПЫ  НАБЛЮДЕНИЯ  СПУТНИКОВЫХ  ПРИБОРОВ  GPS

Пугачев  Александр  Андреевич

студент  6  курса,  кафедра  «Изыскания  и  проектирование  автомобильных  дорог»  КГАСУ,  г.  Казань

E-mail:  loginova@ksaba.ru

Мухина  Светлана  Рафкатовна

научный  руководитель,  доцент  КГАСУ,  г.  Казань

Глобальную  навигационную  спутниковую  систему  составляют  три  сегмента:  космический  (навигационные  спутники),  пункт  управления  (расположенные  на  земле  сеть  наземных  станций,  которые  выполняют  непрерывные  наблюдения  спутников  созвездия  и  передают  им  обновленную  информацию  и  управляют  их  полетом)  и  сегмент  пользователя  (аппаратура  потребителя).  В  настоящий  момент  можно  выделить  четвертый  сегмент  —  система  дифференциальных  поправок.  Принцип  спутниковой  технологии  состоит  в  использовании  ГНСС  и  системы  вычислительной  обработки  (компьютера  и  программного  обеспечения)  для  получения  координат  и  высот  точек.  В  настоящее  время  в  мире  функционируют  и  развиваются  четыре  системы:  Global  Positioning  System  (GPS),  Глобальная  Навигационная  Спутниковая  Система  (ГЛОНАСС),  Галилео  (Galileo)  и  Beidou  (COMPASS).  Глобальная  навигационная  спутниковая  система  GPS  это  спутниковая  система  навигации,  которая  обеспечивает  измерение  расстояния,  времени  и  определяющая  местоположение  объекта.  Позволяет  в  любой  точке  планеты  (кроме  приполярных  областей),  практически  при  любой  погоде,  и  даже  в  верхних  слоях  атмосферы  определить  точное  местоположение  и  скорость  объектов.  Система  разработана  и  реализована  Министерством  обороны  США.  Систему  составляют  24  основных  спутника  движущихся  по  6  круговым  орбитальным  траекториям  земного  шара,  которые  расположены  на  высоте  примерно  20  180  км.  В  системе  используется  система  координат  WGS-84.

Глобальная  навигационная  спутниковая  система  ГЛОНАСС  предназначена  для  оперативного  навигационного  обеспечения  неограниченного  количества  пользователей  наземного,  воздушного,  морского,  а  также  космического  базирования.  ГЛОНАСС  в  любой  точке  земного  шара  предоставляет  безвозмездный  и  неограниченный  доступ  к  гражданским  сигналам  потребителям  со  всего  мира.  Система  разработана  Министерством  обороны  СССР.  В  наше  время  развитием  проекта  ГЛОНАСС  занимается  Федеральное  космическое  агентство  (Роскосмос),  ОАО  «Российские  космические  системы»  и  ОАО  «Навигационно-информационные  системы».  Систему  составляют  24  основных  спутника,  движущиеся  вокруг  земного  шара  по  трем  круговым  орбитам  на  высоте  19  100  км.  ГЛОНАСС  использует  систему  координат  ПЗ-90.02.  Спутник  передают  радиосигналы  сразу  на  нескольких  частотах.  В  разных  системах  задействованы  разные  несущие  частоты,  а  аппаратура,  может  быть  предназначена  как  к  одной,  так  и  к  нескольким  системам.  В  системе  GPS:  частота  L1  —  1575.42  МГц,  частота  L2  —  1227.60  МГц,  а  частота  L5  —  1176.5  МГц.  В  системе  ГЛОНАСС:  L1,  L1C  —  1575.42  МГц,  L2,  L2C  —  1242  МГц,  L3  —  1207.14  МГц,  L5  —  1176.45  МГц.

К  помехам,  влияющим  на  получение  сигнала,  относятся:  механические  препятствия,  отражающие  радиосигнал  объекты,  радиопомехи,  влияние  ионосферной  и  тропосферной  рефракции.  Препятствиями  являются  наземные  строения,  густая  растительность  и  крупные  предметы.  При  их  нахождении  на  пути  радиосигнала,  соединяющий  спутник  и  приёмник  подавляют  возможность  наблюдения  этого  спутника.  При  этом  провода  и  кабели  низковольтных  линий  электропередач  и  связи  диаметром  до  2—3  см,  не  являются  помехами  для  прохождения  радиосигнала.  Электромагнитное  поле  и  радиопомехи,  создаваемые  источниками  радиосигналов,  находящимися  на  расстоянии  менее  1  км  от  приёмника,  также  наземными  высоковольтными  линиями  электропередач,  находящимися  на  расстоянии  менее  50  м  от  приёмника,  значительно  понижают  точность  спутниковых  измерений,  поэтому  необходимо  избегать  размещения  спутниковых  приёмников  вблизи  таких  объектов.  При  выполнении  спутниковых  измерений  не  рекомендуется  наблюдать  спутники,  чьё  возвышение  над  горизонтом  составляет  менее  15°.  В  противном  случае  полученные  данные  будут  значительно  искажаться  влиянием  атмосферной  рефракции.  Профессиональные  приемники  получают  сигналы  стандартной  и  высокой  точности,  которые  обеспечивают  точное  определение  местоположения,  с  точностью  до  нескольких  сантиметров.  Такие  приемники  используются  для  геодезии  и  картографии,  в  военных  и  иных  целях.  Спутниковые  приемники  классифицируются:

·     по  количеству  принимаемых  систем  ГНСС  на:  односистемные,  двухсистемные  и  многосистемные.

·     по  количеству  принимаемых  частот:  одночастотные,  двухчастотные  и  многочастотные.

·     по  количеству  каналов  приема  сигналов:  12-канальные,  36-канальные,  72-канальные.

Помимо  координат  и  высот  приемник  способен  определить:  точное  время,  ориентацию  по  сторонам  света,  высоту  над  уровнем  моря,  направление  на  точку  с  координатами,  текущую  скорость,  пройденное  расстояние  и  среднюю  скорость,  а  так  же  текущее  положение  на  электронной  карте  местности.

Спутниковые  приемники  составляют  следующие  основные  функциональные  элементы:  антенна,  блок  приёма  радиосигналов,  микропроцессор,  блок  управления,  блок  индикации  с  дисплеем,  запоминающее  устройство,  устройство  связи  и  блок  питания.

В  конструкциях  спутниковых  приёмников  перечисленные  элементы  могут  быть  скомпонованы  в  несколько  блоков.  Например,  в  навигаторе  все  элементы  объединены  и  составляют  один  блок.  А  современный  спутниковый  геодезический  приёмник  состоит  из  двух  блоков:  антенны  с  блоком  приёма  радиосигналов  а  так  же  контроллера,  который  объединяет  остальные  элементы.  Наблюдения  спутников  осуществляют  приёмами,  которые  объединены  в  сеансы.  Для  расчета  трёхмерного  положения  точки  необходимо  непрерывно  наблюдать  не  менее  4  спутников  одновременно.  В  двухсистемном  случае  GPS  и  ГЛОНАСС,  а  так  же  при  применении  динамических  методов,  в  частности  кинематического  метода,  приёмник  должен  принимать  радиосигналы  не  менее  5  спутников.  Состав  спутников  в  продолжение  наблюдения  может  меняться.  При  выборе  временного  интервала  регистрации  нужно  руководствоваться  документацией  для  данного  приёмника  с  учётом  используемого  метода  спутниковых  определений.  Значение  интервала  регистрации  должно  быть  одинаковым  для  всех  приёмников,  участвующих  в  сеансе.

Высоту  антенны  нужноопределять  на  каждой  точке.  Во  избежание  ошибок,  рекомендуется  производить  измерения  в  метрических  единицах.  При  работе  со  спутниковой  аппаратурой  нужно  соблюдать  следующие  правила:

·хранение  и  транспортировка  комплекта  спутниковой  аппаратуры  в  транспортировочных  ящиках,  во  избежание  механических  повреждений  или  воздействия  метеофакторов.

·не  допускать  образования  осадков  (снег,  дождь,  пыль,  наледь)  на  поверхности  антенны  приёмника.

·беречь  антенну  от  удара  молнии.

·следить  за  индикацией  на  дисплее  свободного  объёма  памяти  в  устройстве  приёмника,  вовремя  синхронизировать  информацию  с  компьютером.  Спутниковые  измерения  можно  использовать  для:  измерения  объектов,  съемки  территории  (плановой,  высотной,  планово-высотной),  создания  съемочного  обоснования  и  т.  д.

При  производстве  полевых  работ,  антенна  спутникового  приемника  ориентируется  непосредственно  на  наблюдаемую  точку  объекта,  если  ориентирование  антенны  является  невозможным  на  необходимой  точке,  то  создается  дополнительное  съемочное  обоснование,  для  съемки  нужных  точек  с  использованием  других  инструментов  и  методов.  Возможны  несколько  принципов  и  методов  выполнения  наблюдений.  Выбор  конкретного  метода  зависит  от  следующих  критериев:

·     поставленной  цели  (создание  съемочного  обоснования,  определение  координат  и  высот  отдельных  точек,  топографическая  съемка)

·     нужный  уровень  точности;

·     технические  возможности  приемника  и  наличие  ПО;

·     характер  окружающей  среды  и  метеоусловия 

·     наличие  ограничений  или  препятствий  между  наблюдаемыми  пунктами  и  значение  расстояния  между  ними

·     параметры  спутниковой  системы  и  количество  наблюдаемых  спутников

При  использовании  спутниковых  приборов  подготовительные  работы  включают:

·     выполнение  требований  эксплуатационной  документации  по  подготовке  аппаратуры  к  работе

·     проверку  готовности  аппаратуры  к  выполнению  работ

Выполнение  требований  технической  документации  при  подготовке  приборов  к  работе  должны  вестись  в  соответствии  с  инструкциями  по  эксплуатации  приборов  или  заменяющими  их  документами.  К  проведению  работ  рекомендуется  допускать  лиц,  прошедших  специальный  курс  обучения  работы  аппаратуры,  которую  предполагается  применять  для  спутниковых  определений. 

Предварительные  спутниковые  наблюдения  необходимо  выполнять  теми  же  принципами  и  в  максимально  похожих  условиях,  что  и  на  предполагаемом  объекте  работ.  Состав  комплекта  и  аппаратуры  при  производстве  полевых  работ,  зависит  от  принципа  спутниковых  определений,  способов  и  тех.  приёмов  производства  работ  и  иных  обстоятельств. 

Режим  съемки  «Быстрая  статика»

Базовая  станция  и  подвижная  станция  с  неизвестными  координатами  синхронно  выполняют  наблюдения  и  записывают  данные  в  течении  20—45  минут.  Такая  длительность  сессии  обусловлена  получением  результатов  высокой  точности  (1—5  мм.).  Одночастотные  приемники  используют  для  измерения  объектов,  с  удалением  от  базы  10—15  км.  А  двухчастотные  с  удалением  до  20  км  (преимущества  двухчастотных  приемников  состоят  в  возможности  адекватного  моделирования  эффекта  воздействия  ионосферы).

Таблица  1.

Методы  измерения

Основными  методами  GPS-съемки,  обеспечивающими  необходимый  уровень  точности  при  минимальных  затратах  времени  для  определения  объекта  недвижимого  имущества  являются  быстрая  статика  и  кинематика.  Съемка  в  режиме  быстрой  статики  характеризуется  периодом  сбора  GPS  данных  не  менее  20  минут.  По  завершению  сеансов  наблюдения  данные,  полученные  с  каждого  приемника  собирают  вместе,  экспортируют  в  компьютер  и  обрабатывают  с  помощью  спец.  программ  для  вычисления  неизвестных  координат  пунктов.

Список  литературы:

1. Леонтьев  Б.К.  GPS:  Все,  что  Вы  хотели  узнать,  но  боялись  спросить.  Бук-Пресс,  2006.  352  с.
2. Марков  С.  Принципы  работы  системы  GPS  и  ее  использование  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://rix.com.ua/tech/441/404/488/855.html  (дата  обращения  04.03.2013).