Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Защита населения и территорий в условиях чрезвычайных ситуаций. Основы топографии

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

6.4. Космические методы определения координат

Последние годы в мировой и отечественной практике широко распространилось спутниковое определение координат объектов земной поверхности.

Мы будем рассматривать только две крупнейшие навигационные системы: ГЛОНАСС и НАВСТАР. ГЛОНАСС (глобальная навигационная система) предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех региона мира. Система разрабатывалась по заказу Министерства обороны России, но сейчас принимается для предоставления навигационных услуг различным категориям потребителей (рис. 6.16).

Созвездие спутников (показано 18 спутников)

Рис. 6.16. Созвездие спутников (показано 18 спутников)

Аналогичная американская глобальная система позиционирования[1] – GPS (Global Positioning System), известная как Navstar (Navigaion System with Time and Ranging), – навигационная система определения времени и дальности.

Обе спутниковые навигационные системы (СНС) работают на основе орбитальных группировок (ОГ) космических аппаратов (КА), обращающихся вокруг Земли на средневысоких орбитах.

Одним из важнейших преимуществ СНС перед существующими ранее навигационными определениями является всепогодность.

Принцип действия СНС основан на том, что каждый КА орбитальной группировки СНС передает сигнал, который содержит время его отправления, литер (номер) спутника и его координаты.

Приемник этих навигационных сигналов на Земле получает их и запоминает.

Тогда, имея синхронизированные с КА часы, приемник сравнивает время отправки сигнала с КА со временем его получения на Земле. Если скорость распространения такого сигнала известна, то интересующее нас расстояние s от КА до приемника может быть подсчитано по следующей простой формуле

s = vt, (6.3)

где V – скорость распространения сигнала (в спутниковых измерениях эту скорость отождествляют со скоростью света в вакууме, а влияние атмосферы учитывают посредством введения соответствующей поправки); t – регистрируемое время прохождения сигналом расстояния между КА и приемником сигнала.

Расстояние в этом случае является основным определяемым параметром между спутником и приемником.

Для определения этого расстояния основной измеряемой величиной является время, затрачиваемое информационным сигналом на прохождение расстояния между спутником и приемником. В основе этого метода лежит весьма простая функциональная блок-схема, которая изображена на рис. 6.17.

Если учесть несинхронность работы опорных генераторов, входящих в состав передатчика и приемника и составляющих основу для создания устройств, с помощью кото

Упрощенная функциональная схема дальномера, работающего на одностороннем принципе

Рис. 6.17. Упрощенная функциональная схема дальномера, работающего на одностороннем принципе

рых отсчитывается время на спутнике и на приемнике, то формула (6.3), используемая для вычисления измеряемого расстояния, нуждается в уточнении.

С этой целью обозначим поправку, обусловленную несинхронностью хода часов на спутнике и на приемнике, как , тогда значение вычисляемого расстояния s по формуле (6.3) будет иметь вид:

(6.4)

Входящая в формулу поправказависит от стабильности хода часов на разнесенных в пространстве пунктах (спутник и приемник) и может достигать значительных величин, исчисляемых в пересчете на единицы длины сотнями метров и более. Такое существенное различие между измеряемым и истинным значениями определяемых длин линий, т.е. между 5 и s, привело к целесообразности введения для величины S названия псевдодальности, подчеркивая тем самым ее отличие от истинного значения расстояния – s.

Для определения координат приемника –по известным координатам спутника –воспользуемся соотношением, хорошо известным из аналитической геометрии:

(6.5)

Подставляя это соотношение в формулу (6.4), можно получить следующую формулу для измеренного расстояния между спутником и приемником:

(6.6)

В этой формуле четыре неизвестных величины: три координаты точки стояния приемника () и поправка на ход часов.

Для получения единственного решения необходимо, чтобы число неизвестных не превышало число уравнений наблюдений.

Другими словами, для нахождения этих неизвестных производят одновременные наблюдения не менее четырех спутников, составляют и совместно решают систему уравнений, которая соответствует различным значениям расстояний s до различных спутников. Это является одной из функций вычислительного комплекса приемника, который определяет координаты приемника с учетом упомянутой выше поправки.

Эти координаты (широту, долготу и высоту) можно наблюдать на экране дисплея приемника непосредственно в процессе сеанса наблюдений.

Для того чтобы оценить точность получения координат СНС необходимо представлять влияние свойственных этому методу основных источников ошибок.

Следует подчеркнуть, что, как ни совершенна спутниковая навигационная система, существуют погрешности, влияния которых очень трудно избежать.

Наиболее значимые погрешности возникают при прохождении радиосигнала через ионосферу Земли (слой заряженных частиц на высотах от 50 до 1000 км). Эти частицы заметно влияют на скорость распространения радиоволн.

Как следствие, это приводит к серьезным ошибкам при построенном на предположении о строгом постоянстве скорости распространения радиоволн определении расстояний до спутников. Чтобы сделать минимальными подобные ошибки, разработано два специальных метода их коррекции.

Первый основан на предсказании типичного изменения скорости при средних ионосферных условиях и в последующем внесении поправок во все измерения.

Другой, более точный метод связан со сравнением скоростей распространения двух разночастотных радиосигналов и вычислением соответствующих временных задержек в ионосфере.

Тропосферные погодные явления, в частности влага в той или иной форме, также вызывают задержки в распространении радиоволн. Однако их гораздо труднее выявить. Правда, их суммарный вклад в погрешность вычисления местоположения относительно невелик (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Источники ошибок и относительные погрешности измерений

Источники ошибок измерений

Относительные погрешности, %

Ионосферные и тропосферные задержки

54

Погрешности приемника

17,5

Погрешности часов

8,8

Эфемеридные погрешности

8,8

Иные погрешности

10,9

Существуют и другие источники ошибок, влияющие на конечную точность.

Во-первых, это небольшие погрешности у атомных часов на спутниках.

Во-вторых, приемники на Земле тоже иногда ошибаются. Например, компьютер приемника может допустить ошибку, выполняя математическую операцию. К ошибочной обработке псевдослучайных кодов могут привести электрические помехи.

В-третьих, это "ошибки многолучевости", возникающие вследствие многократного переотражения сигналов спутников от окружающих предметов и поверхностей до того, как они попадут на антенну приемника. В результате сигнал спутника не всегда приходит к приемнику по прямой, а совершает "окольный путь".

Все эти источники погрешностей придают каждому измерению некоторую неопределенность.

Точность местоопределения при прочих одинаковых условиях зависит и от того, какие именно спутники из числа находящихся в прямой видимости используются в качестве "рабочих". В зависимости от их взаимного расположения геометрические соотношения, характеризующие его, могут многократно увеличивать или уменьшать погрешности местоопределения.

В табл. 6.1 приведены основные источники ошибок и относительные погрешности измерений.

Исходя из этого, хорошие приемники обеспечиваются специальными вычислительными программами, которые, анализируя относительные положения всех доступных для наблюдения спутников, выбирают из них четыре наилучшим образом расположенные, для которых погрешность минимальна.

  • [1] Позиционирование – определение местоположения.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>