Подсистема космических аппаратов или космический сегмент

Лекция 1. Введение.

Идея спутниковой навигации появилась в 50-е годы прошлого века, когда запустили спутник. Благодаря эффекту Доплера частота спутника меняется. Если точно знать положение на земле, то можно вычислить положение и скорость спутника. Обратная задача более интересна. Идея потребовала 20 лет на реализацию.

В 70-х годах первые тестовые запуски в США, в России – в начале 90-х годов.

Основное неудобство – необходимость прямой видимости между точками съемки.

Замена традиционных измерений на электронные привела к появлению новых методов работ и методику построения сетей.

Мы рассмотрим типы аппаратуры, виды аппаратуры, 1 или 2 занятие на улице. Имеет связь с высшей геодезией (определение формы земли) и инженерной геодезией (координаты объектов).

При помощи GPS-технологий мы можем решить проблемы обоих наук.

Целью изучения курса – вы будете получать представление о получении координат пунктов спутниковыми методами, о теории …, о проектировании организации выполненеия наблюдений в том числе на пунктах фагс, вагс, кадастровых работах, получите представление о действиях ошибок спутниковых измерений и преобразовании плановых и высотных координат.

В околоземной орбите есть следующие спутниковые:

GPS (global positioning system) aka NAVSTAR – принадлежит минобороны США, 1973 разрабокта, 1974 – первый спутник, 24 спутника на орбите в 1993-м. Сейчас 32 спутника (24 + резервные, тестовые, …); система проходит модернизацию.

ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система) – минобороны России. Имеет некоторые преимущества. Первый запуск начался в 96 году, и система к 2002 так и не пришла к развернутому состоянию, её директивно ввели в действие, спутников было 6-7-10, в декабре 2011 пришла в полную развернутость. В этому моменту пользователей обязали этими наблюдениями пользоваться. К 2025 говорят что будет полностью модернизирована, сейчас на орбите наблюдается 30 спутников.

Beidou (в переводе – «Великий путь», «Компас») – китайская навигационная система. Система региональная , к 2020 – 25 спутников, сейчас на орбите 16 спутников геосинхронных и геостационарных. 2000 начали, 2007 первый спутник.

Галилео, европейская, гражданская, создана консорциумом стран, свои спутники запустили в 2005-м (geof-a,geof-b), сейчас выпустили первый действующий спутник. Сейчас на орбите 4, планируют 24. Они собираются использовать аж 3 частоты и аж 8 видов сигналов.

IRNSS (Indian Regoinal Navigation) Индийская система. Первый спутник – 2008 году. Можете сделать реферат если в курсе.

Вопрос на зачет: какое преимущество GPS-технологии имеют перед традиционными методами.

Принципиальное различие состоит в том, что в классической геодезии все измерения производятся относительно отвесной линии или геоида.

Спутниковые методах все измерения происходят относительно центра масс земли и не связаны с формой земли и её рельефом (и с геоидом). В литературе (основная – монография Константина Михайловича Антановича, использование спутниковых систем в геодезии, в двух томах) в сравнении с классическими технологиями выделяют следующие плюсы:

1. Широкий диапазон точностей. Выигрыш – 1-2 порядка (10-20 раз, 20 это не два порядка~)

2. Отпадает необходимость прямой видимости между точками. Нам не надо строить внешних сигналов и располагать наши сигналы на командных высотах. (Строительство знаков занимало в геодезии 80% затрат)

3. Повышение производительности спутниковых технологии в 10-15 раз.

4. Возможность выполнения наблюдений в движении – мы можем определять положение и скорость движущихся объектов, либо самим двигаться в процессе измерения. Особое преимущество – в морской геодезии, в аэрогеодезии и при измерении протяженных объектов.

5. Возможность выполнения съемок в реальном времени. В первую очередь важно для мониторинга.

6. Определение трех координат объекта.

7. Высокий уровень автоматизации – быстрота обработки, уменьшение влияния субъективных ошибок

8. Почти полная независимость от погоды.

Недостатки (очень странные, лол):

1. Проблема преобразования высот в локальную геодезическую систему (государственные геодезическими системами и системами высот). Геодезисты называют свои высоты нормальными, а геодезические – эллипсоидальные.

2. Зависимость от помех (высоковольтные линии передач, излучающие антенны, etc), отсутствие радиовидимости

3. Точность определения высот в 1,5-2 раза хуже планового положения, так как сигналы не проходят сквозь землю. Точность в лучшем случае технической нивелировки.

4. Высокая стоимость оборудования, сложность освоения программного обеспечения. Средней устарелости комплект (двухчастотная двухсистемная или ладно, односистемная) – полмиллиона рублей.

Структура ГНСС

Глобальная навигационная спутниковая система – это комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты, а также параметров движения (скорости и направления) наземных, водных и воздушных объектов. (Википедия)

Глобальная навигационная спутниковая система – это система радионавигационных искусственных спутников земли, службы контроля и управления и приемников спутниковых радиосигналов, обеспечивающая координатно-временные определения на поверхности земли и в околоземном пространстве.

ГНСС включает в себя 3 сегмента: космический, контроль и управление, пользовательский.

Подсистема космических аппаратов или космический сегмент

Подсистема космических аппаратов – составляет высокоорбитальные спутники, снабженные бортовым навигационным передатчиком, высокоточными атомными часами, бортовым управляющим комплексом, системой ориентации, стабилизации и т.д. Совокупность таких спутников, расположенных в пространстве и принадлежащей одной ГНСС называется созвездием спутников.

Созвездие разворачивается чтобы обеспечивать максимальное покрытие, имеют высокие круговые орбиты, чтобы они не замедлялись и более точно их прогнозировать.

Развертывание созвездий происходит блоками (несколько спутников с одинаковыми техническими характеристиками).

(место под таблицу основных характеристик созвездий ГНСС)

Задачи подсистемы

1. Прием и хранение данных, передаваемы подсистемой контроля и управдения

a. дополнительная информация – сведения о положении спутников, сохранность системы.

2. Поддержание высокоточного времени посредством атомных часов

a. На каждом спутнике стоит не менее двух бортовых атомных стандартов частоты (бортовых частот) – нужно чтобы они шли синхронно, и еще и одинаково со всеми спутниками созвездия и некой системной шкалой времени.

3. Передача информации сигналов пользователям

a. Зачем нужен тогда спутник…