Глобальні супутникові системи короткі відомості з історії створення глобальних навігаційних супутникових систем



Скачати 235.68 Kb.
Дата конвертації15.06.2017
Розмір235.68 Kb.


Підручник





Розділ 9. ГЛОБАЛЬНІ СУПУТНИКОВІ СИСТЕМИ

  1. Короткі відомості з історії створення глобальних навігаційних супутникових систем

Успішний запуск перших штучних супутників Землі (ШСЗ) fa матеріали спостереження за ними виявили високу стабільність орбіт супутників. Тому одним із пунктів практичного використання ШСЗ було створення навігаційної системи, яка дозволяла б визначати положення, швидкість та напрям руху об’єктів в будь-якій точці на поверхні Землі, або поблизу її, тобто створення глобальної (всесвітньої) супутникової навігаційної системи (ГСНС). Така ідея виникла як в США, так і в Радянському Союзі.

Першою була створена глобальна навігаційна система Transit Navigation Satelite System, або скорочено Transit. Військова служба США приступила до її розробки в 1958 р. Від 1964 р розпочався запуск супутників системи. До 1967 р. їх було запущено сім. Практика використання цієї системи виявила ряд незруч- ностей. Головною з них було те, що місцеположення об’єктів визначалось тільки під час проходження над ними супутників, що повторювалось приблизно через 90-хвилинні інтервали. Між цими проміжками часу положення об’єктів можна було отримати тільки шляхом екстраполяції результатів попередньо проведених вимірювань.



Дещо пізніше приступили до створення інших систем, а саме NAVSTAR/ GPS, ESA INAVSAT, GEOSTAR, STARFIX. В Радянському Союзі почали розробку системи ГЛОНАСС. Деякі з тих систем залишились на рівні проектів, або концепцій, а деякі вже функціонують. До таких систем, які вже використовуються. належать системи NAVSTAR/GPS та ГЛОНАСС.

Систему NAVSTAR/GPS створило Міністерство оборони США. Роботи над нею були розпочаті в 1973 р. Система повинна була бути повністю створеною до 1990 р. Насправді останні супутники системи запущені в 1994 р. Повна назва системи Navigation System whit Time and Raning, Globa) Position System. Виділені літери дають скорочену назву системи — NAVSTAR/GPS. В перекладі ця назва означає навігаційна система часу і віддалей, глобальна система визначення місця положення. Перші спроби використання цієї системи проведені в 1979 р, коли діяла тільки частина її обладнання. Від другої половини 90-х pp. систему використовують за її призначенням.

Система NAVSTAR/GPS досить швидко завоювала визнання не тільки як навігаційна. У зв’язку з високою точністю визначення положення наземних пунктів системою зацікавились геодезисти. Зручніть та висока продуктивність системи сприяли швидкому впровадженню її в геодезичне виробництво. Тепер систему NAVSTAR/GPS використовують в різних видах геодезичних робіт, в тому числі і в високоточних, таких як спостереження за рухами земної кори, створення високоточної геодезичної мережі, а також найбільш розповсюджених, таких



як топографічне та кадастрове знімання, розмічувальні та інші роботи в інженерній геодезії.

В зв’язку з тим, що система мала забезпечувати потреби військових сил США, найточніші способи визначення положення були призначені тільки для військових цілей. Але невдовзі появились в продажі приймачі для цивільних організацій, які давали можливість виконувати точні вимірювання. Тому Міністерство Оборони США оголосило, що у випадку необхідності може спотворювати точний код, що понизить в декілька разів точність визначення положення наземних пунктів. Деградування точного коду проявляється через дію двох видів спотворення: Selective availabilite (SA) і Anti-Spoofing (А-S). Найновіші моделі приймачів дають можливість виключати з результатів вимірювань дію спотворень (A-S).

Росія завершила запуск супутників системи ГЛОНАСС, тобто - глобальної навігаційної системи супутників. Технічні параметри систем ГЛОНАСС і NAVSTAR/GPS є різними. Істотною різницею тих систем є те, що в системі NAVSTAR/GPS всі супутники випромінюють коливання однакових частот, а в системі ГЛОНАСС кожний супутник веде випромінювання коливань своєї частоти. Зараз ведеться пошук можливості співпраці цих систем, тобто спільного використання супутників обох систем при визначенні положення пунктів. Така співпраця корисна, бо дозволяє збільшити кількість супутників, сигнали яких могли б приймати приймачі в процесі вимірювань. В обох системах є більше сорока ШСЗ. Крім цього сигнали системи ГЛОНАСС не спотворюються, що має велике значення для цивільних користувачів.

  1. Основні концепції глобальних супутникових систем

Стабільність параметрів орбіт супутників дає можливість досить точно обчислити положення супутника для будь-якого моменту часу. Тому виникла революційна для геодезії ідея: використати штучні супутники Землі, які знаходяться в безперервному русі, як носії координатної системи. До цього часу носіями координатної системи служили тільки пункти, жорстко закріплені на земній поверхні, або в капітальних будівлях, тобто так, щоб їх положення тривалий час було незмінним. Передання цієї функції ШСЗ, які знаходяться в безперервному русі, змінювало світогляд геодезистів.

Виходячи з цієї ідеї, положення пунктів на поверхні Землі можна отримати відносно рухомих супутників методом кутової чи лінійної засічки, але при цьому потрібно точно знати момент часу, в якому виконуються вимірювання, шо забезпечить визначення положення ШСЗ в просторі під час вимірювань.

ШСЗ системи безперервно випромінюють радіохвилі. Приймачі, встановлені на об’єктах, приймають ці коливання і вимірюють такі параметри прийнятих коливань ШСЗ, які дозволяють визначити однозначно напрямки на супутники чи віддалі до них і за цими даними обчислити положення цих об’єктів. Отже зв'язок між ШСЗ та пунктом на земній поверхні підтримують з допомогою відповідно обладнаних приймачів радіохвиль.

Використовуючи електромагнітні хвилі радіодіапазону, більш точно можна визначати віддай, ніж напрямки. Тому сучасні супутникові системи с відда- .7емір ними. Отже для визначення положення будь-якого пункта, або об’єкта потрібно на ньому встановити приймач, який приймає коливання кількох супутників. Для визначення просторового положення приймач повинен приймати коливання не менше, як трьох супутників і виконувати вимірювання параметрів прийнятих коливань, які дозволяють обчислити віддалі від приймача до цих супутників. Ці віддалі дають можливість визначити просторові координати приймача.

Для отримання з задовільною точністю місця положення приймача потрібно з відповідною точністю визначати віддалі між ШСЗ та приймачем. Як ми вже знаємо, найточнішим методом визначення віддалей є фазовий метод (див. розд. 1), при якому вимірюють різницю фаз двох когерентних коливань, одне з яких пройшло два рази вимірювану лінію, а шлях другого коливання практично дорівнює нулю. На приймач супутникової системи приходять коливання, які пройшли один раз шлях від супутника до приймача, тобто коливання, фаза яких може замінити фазу фЛ/». А як же отримати коливання, фазу якого можна вважати рівною ф„?

Цю проблему було вирішено таким чином. Кожний приймач системи обладнали генератором радіохвиль, аналогічним до того, який знаходиться на кожному ШСЗ системи. Коливання, створювані генератором приймача, повинні мати точно таку ж частоту, як і коливання супутника. Крім цього фази обох коливань (генерованих на супутнику і приймачі) в один і той же момент часу повинні бути однаковими, тобто генератори приймача і супутника повинні бути синхронізованими.

Розроблена система синхронізації генератора приймачів з генераторами супутників під впливом прийнятих від супутника (хоч би одного) коливань. Після проведення синхронізації фазу коливань генератора приймача можна вважати рівною фя. Коливання, які генерує генератор приймача, називають реплікою коливань супутника, тому його фазу позначимо % = <ря. Фазу коливань, прийнятих від супутника, позначимо <рс. Фазометр приймача вимірює різницю фаз - Ф*,, яка є функцією віддалі приймача від супутника.

Основним недоліком фазового методу, як відомо, є багатозначність, тому що фазометри дозволяють визначати різницю фаз в межах одного періоду, тобто вони вимірюють тільки фазові доміри 5, а кількість цілих періодів, що міститься в різниці фаз. залишається невідомою. Кількість періодів N0 може дорівнювати будь-якому цілому числу. Тому в початковий момент часу Іо проведення вимірювань різниця фаз

(% - Фг)о = 2я-(М0 + бо). (9.1)

Електронні геодезичні прилади

Т ~

До тепер ми не враховували, що ШСЗ рухаються на своїх орбітах і в зв’язку з цим віддалі від них до приймачів, а значить, і різниці фаз безперервно змінюються. Ці зміни різниці фаз. реєструють фазометри приймача. Так, через деякий проміжок часу At різниця фаз зміниться на 2п (п + 5,) і цю зміну зафіксує фазометр, включно з кількістю цілих періодів п. Віддалі від приймача до ШСЗ в момент часу t = to + At відповідає різниця фаз

(ер, - фс)< = 2я-(ЇЧ0 + 50) +2п-(п + 5,). (9.2)

В цьому рівнянні N0 - кількість цілих періодів в початковий момент вимірювання різниці фаз залишається невідомою. Всі інші величини - відомі.

Час проходження коливань від ШСЗ до приймача приблизно дорівнює 0.07 с. Частота коливань, які випромінюють супутники, є близькою до 1 ГГц, отже їх період становить біля Н0 9с. Співставляючи час проходження коливань на приймач і період коливань, бачимо, що число N0 має порядок 107.

Для визначення цього числа в супутникових системах крім точних фазових вимірювань виконують менш точні вимірювання віддалі до ШСЗ так званим кодовим методом, близьким до часового. Для цього кожний супутник формує свій псевдовипадковий двійковий код, один зразок якого має тривалість більшу від 0.07 с, тобто більшу від часу проходження радіохвилями віддалі від супутника до приймача. Цей зразок коду безперервно повторюється і змішується з коливаннями, які випромінює супутник. Код має меншу частоту ніж коливання, які випромінює передавач ШСЗ. Але код і коливання є синхронними, бо і код і коливання формуються з коливань основного генератора супутника.

В приймачі створюється аналогічний код до того, що формується в супутнику, тобто в ньому створюється репліка коду, як і репліка коливання. Порівнюючи між собою код, прийнятий з ШСЗ, з реплікою коду, створеною в приймачі, а точніше проводячи їх кореляційний аналіз, визначають проміжок часу х. за який коливання долають віддаль від супутника до приймача (рис. 9.1).

Частоту коду вибирають такою, щоб час т, визначений з порівняння коду, давав можливість визначати віддалі між супутником та приймачем з точністю біля 1 м, що достатньо для наближеного виключення багатозначності. Точне значення числа N0 отримують з опрацювання результатів вимірювань статистичними методами, що вимагає збільшення часу спостережень.

Код, прийнятий


з ШСЗ Репліка коду, створена в
пл_пги—іл І—и—ІШ

ч

ПІ і—ІПП П Г-ЦТЛЛ_ПП

приплат й х — >і £

Рис. 9.1. Визначення тшляхом порівняння кодів

Таким чином, кодові та фазові вимірювання дозволяють отримати віддаль від супутника до приймача. Визначивши віддалі до трьох ШСЗ та обчисливши для моменту вимірювань координати супутників, до яких виміряні віддалі, от



римуємо необхідні дані для обчислення просторових координат електричного центра антени приймача.

Ідеальну синхронність роботи генераторів коливань в приймачі і супутниках не вдається досягнути. Через деяку несинхронність Дт час т, отриманий шляхом порівняння кодів, містить помилку At: т = то + At, де тй - це час, затрачений коливаннями на проходження віддалі від ШСЗ до приймача.

З врахуванням несинхронності виміряна різниця фаз в момент часу t дорівнює:



(ф, - q>f), = 27i-(N0 + бо) +2п-(п + 6,) + u-At. (9.3)

А.

Помилка за несинхронність генераторів більша від помилки вимірювання приймачем часу т. У зв’язку з цим віддалі, визначені приймачем за часом т без врахування помилки за несинхронність, називають псевдовіддалями (pseudo range).

Щоб виключити помилки псевдовіддалей, викликані несинхронністю, потрібно, щоб приймач приймав коливання не від трьох, а від чотирьох супутників і виконував для кожного з них одночасно кодові і фазові вимірювання. Ці вимірювання дозволяють отримати координати положення приймача та поправку за несинхронність генератора приймача з генераторами супутників. Отже мінімальною кількістю супутників, коливання яких повинен приймати приймач, с


c:\users\nemo\appdata\local\temp\finereader11\media\image1.jpeg

Рис. 9.2. Положення приймача визначається вимірюванням віддалі до чотирьох супутників
чотири (рис. 9.2). При прийманні коливань від більшого числа супутників, ніж від чотирьох, підвищується надійність і точність отримання положення приймача і скорочується необхідний час зв’язку з ШСЗ.

Для обчислення віддалей до супутників за визначеною різницею фаз потрібно мати середню швидкість радіохвиль вздовж шляху від ШСЗ до приймача. Частина цього шляху проходить в атмосфері, яку умовно можна поділити на верхній шар - іоносферу, та нижній - тропосферу. Щоб врахувати вплив іоносфери на швидкість радіохвиль, супутники випромінюють коливання двох різних частот. Дані для уточнення швидкості радіохвиль в тропосфері отримують на контрольних наземних станціях, де виконують її зондування. Ці дані та результати вимірювань на обох частотах використовують тільки приймачі, призначені для високоточного визначення положення пунктів на Землі. При меншій точності обчислення виконують за середнім значенням швидкості і результатами тільки кодових вимірювань.

Для навігаційних задач необхідно визначати швидкість приймача, який встановлено на рухомому об’єкті. Для цього в системі використовують частотний метод визначення змін віддалей, оснований на ефекті Допплера. В таких приймачах крім вимірювань часового зсуву кодів та різниці фаз виконують теж вимірювання частоти Допплера.

Більш точно з допомогою системи визначають положення одного пункта відносно іншого з відомими координатами. В цьому випадку потрібно мати не один, а не менше двох приймачів, з яких один встановлений на пункті раніше створеної геодезичної мережі, а інші - на пунктах, положення яких потрібно визначити.

  1. Деякі відомості про параметри орбіт супутників

Виходячи з того, шо в супутникових системах носіями координат є ШСЗ, велику увагу приділяють точному визначенню параметрів орбіт супутників. Параметри орбіти і параметри роботи хронометра кожного супутника весь час контролюють наземні станції керування системою. їх значення з одної наземної станції керування періодично передають на ШСЗ, а вони, в свою чергу, пересилають їх кожному приймачу. Тому коротко розглянемо закони руху ШСЗ та вияснимо суть основних параметрів орбіт супутників та роботи хронометрів.

Якщо вважати, що Земля є однорідним тілом, то рух супутників навколо Землі описується законами Кеплера. Для супутників Землі вони звучать так:

  • орбітою супутника є еліпс, в одному з центрів якого знаходиться Земля:

  • радіус-вектор супутника (лінія, яка з’єднує центр Землі з супутником) за рівні

проміжки часу описує рівні площі;

  • відношення квадратів періодів обертання двох супутників дорівнює відношенню кубів великих півосей орбіт супутників.

Рівняння руху супутника отримують, виходячи з закону всесвітнього тяжіння Ньютона. Воно є векторним рівнянням другого порядку з шістьма постійними інтегрування. Рух супутника відносно Землі має 6 степенів свободи і тому його визначає шість основних параметрів орбіти.

Параметри орбіти прийнято подавати в інерційній системі координат, яка не обертається разом з Землею. Такою просторовою прямокутною системою є система, початок якої знаходиться в центрі Землі, осі X і У - в екваторіальній площині, при цьому вісь X проходить через точку весняного рівнодення, а вісь Z збігається з віссю обертання Землі. Така умовна система для визначеної епохи То є добрим наближенням до інерційної системи і визначається каталогом положення та власних рухів фундаментальних світил. Цю екваторіальну систему прийнято позначати CIS (Conventional Inertial System).

Система координат CIS незручна для визначення положення пунктів на Землі. Тому використовують умовну стаціонарну систему CTS (Conventional



Terestrial System), шоб положення стаціонарних та рухомих об’єктів визначались координатами, незалежними від власного руху Землі. В цій системі віссю X є переріз площини екватора з площиною грінвіцького меридіана, а вісь Z збігається з середнім положенням осі обертання Землі. Ця система визначається станціями спостережень ШСЗ, які є її опорними точками.

В системі NAVSTAR/GPS від 1987 р. прийнято всесвітню геодезичну ре- ференцну систему WGS-84. Поверхнею віднесення в цій системі є геоцентричний еквіпотенціальний еліпсоїд обертання. Основні параметри еліпсоїда є наступними: велика піввісь а - 6 378 137 м, зональна гармоніка другого степеня Сі.о = -484.166 85*10'6, кутова швидкість обертання землі таЕ = 7 292 115 10 й рад-с гравітаційна стала Землі ц = 3 986 005- 10й м32, коефіцієнт стиснення f = 1/298.2572221. Положення точки в цій системі визначають в геоцентричних прямокутних координатах (X, Y, Z), або в еліптичних (ер, X. h).

Основними параметрами орбіти є:

  • лінія перерізу площини орбіти з площиною екватора,

  • точка сходження супутника на північ (висхідний вузол),

  • точка сходження супутника на південь (низхідний вузол).

  • перигей (найближча до Землі точка орбіти супутника),

  • апогей (найдальша від Землі точка орбіти супутника).

В екваторіальній координатній системі орбіта супутника визначається такими параметрами:

  • а. b - велика і мала півосі еліпса орбіти,

  • е - ексцентриситет: е = 2 - Ь2)/а2.

  • / - нахил площини орбіти до площини екватора,

  • П - довгота висхідного вузла,

  • а) - аргумент (довгота) перигею,

  • v - дійсна аномалія.

Перші два параметри визначають форму еліпса орбіти супутника. Два наступні описують орієнтування траєкторії відносно системи CIS. Останні два параметри дозволяють визначити положення супутника на орбіті.

Дійсна аномалія v не є замкненою функцією часу. Замість неї використовують часто середню аномалію

t-Т М = 2я-—

І)



де t - поточний час: U - час. за який супутник здійснює один оберт навколо Землі: Т - момент часу проходження супутником через перигей.

Відхилення форми Землі від кулі, неоднорідність розподілу мас в тілі Землі та інші зовнішні фактори, що впливають на супутник, викликають появу збурень в орбіті супутника. Тому еліпси, які відповідають законам Кеплера, переходять в незамкнену, приблизно еліптичну, просторову криву, яка опоясує Землю. Параметри цієї орбіти залежать від часу і для практичного використання даються як ряди.

Найбільше збурення орбіти дає еліпсоїдальна форма Землі. Це відхилення форми породжує відносно великі зміни довготи висхідного вузла Q та довготи перигею (І).

Положення супутника визначається спочатку на його орбіті, потім просторовим трансформуванням за # та Q визначають його в системі CIS, і, остаточно, подальшим трансформуванням, яке враховує рух полюса і власне обертання Землі, обчислюють положення супутника в системі CTS. При обчисленнях потрібно приймати до уваги додатково збурення орбіти з допомогою параметрів збурення.

Для обчислення положень супутників станції спостережень пересилають користувачам інформацію про траєкторії супутників, тобто їх ефемериди. В них, як правило, входять дані про систему часу супутників, параметри орбіт Кеплера та параметри збурень орбіт.

Ефемериди, які випромінює кожний супутник системи NAVSTAR/GPS. складаються з часових даних:

  • t«e - відносного часу для ефемерид;

  • t<* - відносного часу для параметрів хронометра;

  • а(), аь а2 - коефіцієнти поліному рівняння годинника (відхилення, дрейф і

т.п.);

параметрів Кеплера:

  • а - корінь квадратний із значення великої півосі;

  • е - ексцентриситет;

  • /„ - нахил до часу відносності;

  • Qo- пряме сходження висхідного вузла до часу відносності;

  • со - аргумент перигею;

  • М() - середня аномалія до часу відносності;

параметрів збурення:

  • An - різниця середнього зміщення і обчисленого значення;

  • AQ - зміна прямого сходження;

  • Аі-зміна нахилу;

  • С„5, С„с. Qt, Сіс, С„, Сгс - параметри для коректування збурень орбіти.

Ці дані передає на наземні приймачі кожний супутник на коді D.

  1. Будова системи NAVSTAR/GPS

Система складається з трьох основних частин, або, як кажуть, трьох сегментів, а саме

  • системи ШСЗ,

  • станцій керування, або контрольного сегмента,

  • приймачів з програмним забезпеченням і ЕОМ.

В систему супутників повинно входити 24 діючих ШСЗ та 4 запасних, які рухаються довкола Землі по колових орбітах з висотою приблизно 20 200 км. Час одного повного оберту супутника довкола Землі - 12 зоряних годин. Запасні супутники дозволяють оперативно замінити супутник, який вийшов з ладу. Ор

біти супутників вибрані так. щоб з будь-якого пункта на Землі можна було приймати сигнали не менше, як шести ШСЗ. Супутники системи весь час удосконалюють і в зв’язку з цим їх ділять на декілька блоків.

Перший супутник системи виведено на орбіту в лютому 1978 р. Він належав до першого блоку (block І), останній з яких запущено у жовтні 1985 р. Десять супутників цього блоку обертались в трьох орбітальних площинах з нахилом 63° їх маса складала 845 кт. Декілька супутників цього блоку ще є діючими.

В 1989-90 pp. на орбіту вивели дев’ять супутників другого блоку (block II). їх маса становить біля 1500 кг. Проектна тривалість функціонування одного супутника становить 7.5 років. Площини орбіт ШСЗ цього і наступних блоків нахилені до площини екватора під кутом 55°. Орбіти супутників лежать в шести площинах, перерізи яких з площиною екватора утворюють між собою кути 60°. На орбіті кожної з площин повинно рухатись на рівних віддалях по 4 супутники. Починаючи з другого блоку, всі ШСЗ обладнані пристроями, які дозволяють вмикати спотворення сигналів.

Кожний супутник другого і наступних блоків отримує ідентифікатор, що складається з однієї літери, якою позначена площина орбіти супутника (А, В, С, D. Е і F) та цифри, що характеризує положення супутника на орбіті (1. 2. 3. 4). Так. перший супутник другого блоку має ідентифікатор Е1. Крім цього використовують ідентифікатори, які є порядковими номерами запуску супутників системи.

Від 1990 до 1994 р проведено запуск п’ятнадцяти вдосконалених супутників другого блоку, який позначають II А. Ці супутники можуть підтримувати між собою зв’язок, а на деяких з них встановлені відбивачі світла, які дозволяють визначати лазерними віддалемірами віддалі до них з поверхні Землі.

Для заміни ШСЗ, які перестали функціонувати, потрібно продовжувати запуск супутників системи. Тому від 1995 р. почали виводити на орбіту супутники блоку II R. Вони поступово замінюють супутники першого і другого блоків. Проектна тривалість функціонування цих супутників повинна бути 10 років. В них хронометром, або основним генератором є водневі мазери, стабілізація частоти в яких на порядок вища, від генераторів попередніх супутників і становить 1013. Крім цього вони можуть виконувати орбітальні спостереження за іншими супутниками. Маса супутників цього блоку перевищує 2000 кг. їх виводять на орбіту космічними кораблями "Шатл".

Дальше вдосконалення супутників системи NAVSTAR/GPS іде в напрямку оснащення їх пристроями для інерційної навігації. Від початку наступного тисячоліття запускатимуться супутники другого покоління, або блоку I IF.


281
Передавачі супутників безперервно випромінюють коливання двох частот, які модульовані кодами. Крім вимірювальних сигналів передавачі передають інформацію про свою орбіту, а також про стан інших супутників системи і параметри їх орбіт. Супутники мають теж приймачі, які приймають сигнали від основної станції сектору керування. Вони містять інформацію про орбіту супут-

Я.М.Косгецька



Електронні геодезичні прилади

. ! 11 =^==даиаа^^=ддвааіди 1

ників. Траєкторії супутників можна коректувати з основної наземної станції керування.

Сегмент керування складається з:

  • головного центра керування MCS (Master Control Station), шо знаходиться в місті Colorado Springs;

  • основної станції керування GCS (Ground Control Station), що розміщена на Гавайських островах;

  • трьох стаціонарних станцій контролю (Monitor Station). Вони знаходяться на островах: Вознесіння (Ascension) в північній частині Атлантичного океану. Дієго-Гарсія в Індійському океані та Кваджалейн в північній частині Тихого океану;

  • рухомих контрольних станцій.

Станції сегмента керування знаходяться на поверхні Землі на великих віддалях між собою. Вони безперервно приймають коливанння, випромінювані супутниками, що знаходяться в одній півкулі з станцією. Віддалі до супутників визначають через півторасекундні інтервали часу. Потім вони усереднюються для інтервалів часу рівних 15 хв. Крім цього на станціях ведеться метеорологічне зондування атмосфери по вертикалі з метою визначення поправки за тропосферу. Результати опрацювання сигналів супутників та вертикального зондування із контрольних станцій пересилають до головного центра керування. Тут обчислюють ефемериди орбіт супутників та рівняння їх хронометрів (генераторів ШСЗ) на 12 годин наперед. Ці дані пересилають на ШСЗ, а вони, в свою чергу, пересилають їх користувачам, тобто на приймачі системи. Основна станція керування має можливість маневрувати рухом супутників, тобто коректувати їх орбіту.

Військово-картографічному агенству США підпорядковано ще п’ять станцій стеження, дані яких використовують для обчислень високоточних ефемерид супутників.

Крім описаних станцій на всій планеті працюють приватні системи станцій стеження ШСЗ таких як, CIGNET. Записані на них дані використовують також для уточнення параметрів орбіт супутників та отримання рівнянь генераторів супутників.

Користувачами системи є власники приймачів з відповідним програмним забезпеченням та ЕОМ. Кількість приймачів системи є необмеженою, бо вони пасивні.

Для геодезичних вимірювань потрібно мати не менше, як два приймачі з антенами, персональний комп’ютер та програмне забезпечення для відповідних геодезичних робіт. Приймачі, які можуть використовувати геодезисти, виготовляє декілька фірм. Серед них найбільш відомі фірми TRIMBLE, ASHTECH (США), LEICA (Швейцарія), SERCEL (Франція). Кожна фірма пропонує декілька моделей приймачів, які призначені для виконання різних геодезичних вимірювань. Точність спостережень ними та можливості їх є теж різними і відповідно різною є ціна.



Приймачі системи ділять на дві групи: одночастоті та двочастотт. Перші з них приймають з супутників коливання тільки однієї частоти, а другі - коливання обох частот. Другі є більш складними і дають більшу точність, бо враховують вплив іоносфери. Методика спостережень та опрацювання їх результатів постійно вдосконалюється, створюються нові варіанти приймачів, нові технології спостережень та нові програми для опрацювань.

  1. Передавачі супутників системи GPS

Супутник системи - це платформа, в якій закріплено всі вузли передавачів супутників та інше устаткування. До нього належать дві сонячні батареї площею 7 кв. м для живлення вузлів обладнання супутника та системи реактивних двигунів, з допомогою яких керують положенням супутника на орбіті та вносять невеликі зміни в його орбіту.

Передавач супутника безперевно випромінює коливання Lj і L2, кожне з яких має іншу частоту. Ці коливання є несучими, бо на них передавач передає коди на наземні станції, і в той же час вони є вимірювальними коливаннями, бо їх використовують для точних фазових та допплерівських вимірювань.

Основним вузлом передавача, який синхронізує в часі роботу всіх інших його вузлів, є основний високостабільний атомний генератор, який називають також хронометром. Його частота fo = 10.23 МГц, а її стабільність становить 10'l2-fo, тобто є дуже високою. Довжина хвилі цих коливаннь дорівнює 29.31 м. Ці коливання і їх частоту називають стандартними (табл.9.1).

Коди, які випромінюють передавачі, є послідовностями двійкових сигналів, тобто нулів і одиниць. їх формують, використовуючи стандартні коливання. Всіх кодів є чотири: код D, код С/А, код Р і код Y.

Код D, тобто код даних (Daten Code) - це закодована в двійковій системі така цифрова інформація:

  • параметри орбіти супутника,

  • час системи GPS,

  • скорочена інформація про інші супутники системи.

Табл. 9.1, Частоти, довжини хвиль коливань і кодів системи NA VSTAR/GPS та


приладова точність визначення псевдовіддалей

Коливання/код

Частота,

МГц

Довжина хвилі, м

Точність псев- довідцалей, м і

Стандартні коливання

10.23

29.31

ш

Коливання Ьі

1.575.42

0.1905

0.002

Коливання

1227.60

0.2445

0.0025

Код Р

10.23

29.31

3

Код С/А

1.023

293.1

30




В цьому коді за 1 с передається 50 двійкових знаків, тобто в ньому щільність інформації є 50 біт/с. Ця інформація сформована в блоки тривалістю по 30 с


Я.М.Костецька





Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал