Курсовая работа: Спутниковые методы определения координат

Глава 3. Применение спутниковых методов определения координат

3.1 Технология спутниковых методов

Спутниковые радионавигационные системы позволяют определять координаты путём приёма сигналов по измеренному доплеровскому сдвигу частоты сигнала, измеряемого с искусственного спутника земли, параметры которого известны. В настоящее время для этих целей используют системы GPS и ГЛОНАСС.

При работе с GРS-системой координаты определяются в геоцентрической системе, начало её совпадает с центром масс земли. В процессе определений получают значение трёх координат Х, Y, Z. Для их определения должны быть известны координаты спутников и расстояние от точки стояния до спутника. Минимальное необходимое количество спутников для определения координат точки-4. Определяемым параметром при расчёте координат точки является время распространения магнитной волны от спутника до точки. Его измеряют фазовым методом, основанном на доплеровском эффекте.

Эффект Доплера - изменение длины волны, наблюдаемое при движении источника волн, относительно их приёмника. При приближении источника к приёмнику длина волны уменьшается, при удалении - возрастает.

В результате получают разности длин волн и фаз, что даёт возможность измерить расстояние между спутником и точкой и затем вычислить координаты точки.

Методы определения координат с испытанием ИС3 (искусственные спутники земли) называется Спутниковым позиционированием.

Работу можно выполнять в любую погоду днем и ночью. Современные аппаратуры позволяют определить координаты объектов на земле с сантиметровой и даже миллиметровой точностью.

В спутниковых технологиях применяют односторонние методы дальномерных измерений: передающие устройство находится на спутнике, а приемное на земле.

Принцип работы состоит в том что приемники GPS сигналов находятся на земле, а сами спутники используются в качестве исходных пунктов. Для определения координат пункта на земле решается пространственная обратная линейная засечка.

По трем измеренным дальностям получают координаты X, Y, Z.

В связи с расхождением шкал времени спутника и приемника необходимо одновременно наблюдать 4 ИСЗ. В системе GPS спутники размещены на шести орбитах по 4 спутника на каждой. Высоты орбит порядка 20000км. Такое количество и расположение спутников обеспечивают видимость в любой точке земли одновременно не имеет 4х спутников. В системе ГЛОНАСС планируется использование 3 орбит.

Спутниковые системы состоят из 3-х секторов:

1.  Космический включает спутники.

2.  Контроля и управления – этот комплекс наземных средств, обеспечивает непрерывное наблюдение спутников в целях уточнения их орбит, прогноза движения на определенном интервале времени в виде эфемерид, заложенных в память спутника. Составная часть этого сектора – космическая геодезическая сеть равномерно расположенных на земле пунктов.

3.  Пользователя.

Состоит из приемника и вычислительного блока. Измерение в геодезических целях выполняется фазовым методом, позволяющим получать не координаты, а их приращения в точках, где установлены приемники. Эти измерения называются относительными. Существуют два способа измерения:

1.  Кодовый – когда измеряют время распространения сигнала. Его используют только в приемниках, размещенных на определяемом пункте. Этот способ называется автономным. Если измерения одновременно выполняются двумя приемниками то способ называется дифференциальным. При этом способе один приемник ставят на пункте с известными координатами, другой на определяемом, для повышения точности.

Фазовый – его применяют при определении координат геодезических пунктов. В этом случае измеряют не время распространения сигнала, а сдвиг фаз колебаний несущей частоты излучаемой спутником за этот промежуток времени.

Так как спутник движется, то изменяется длина волны, наблюдаемая при его движении.

Этот метод основан на эффекте Доплера.

Существует несколько геодезических режимов, делящихся на 2 группы:

1.  статический (не подвижный)

2.  кинематический (движущийся)

В обоих случаях один приемник находится на исходном пункте, а второй на определяемом. В статике оба приемника в момент измерений не подвижны. В кинематике один приемник перемещается непрерывно или с остановкой. Наблюдение на обоих пунктах проводится одноименно с целью приема сигнала на них с одноименных спутников. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит измерения, открывает файл и заносит в него всю информацию, затем второй приемник переносится на другую определяемую точку.

Кинематический метод имеет несколько способов. В отличие от статики второй приемник после 10 – 15 минут измерений последовательно перемещается по определяемым точкам. Не позднее, чем через 1 час второй приемник должен быть размещен в начальной точке. Этот способ называется "стой – иди".

Пространственное положение НИСЗ характеризует его "бортовые эфемериды", включающие в себя пространственные прямоугольные координаты НИСЗ (в системе координат WGS-84 для GPS и в системе ПЗ-90 для ГЛОНАСС) на определённый момент времени. Бортовые эфемериды вырабатываются в результате обработки измерений, выполняемых сегментом контроля и управления.

3.2 Характеристика GPS - аппаратуры

Приёмная аппаратура GPS, выпускаемая фирмой Ashtech (США), обеспечивает высокую точность места определения. В приёмник GPS встроен многоканальный блок, осуществляющий слежение одновременно за сигналами двенадцати и более спутников Земли. GPS - приёмник в течении одной секунды собирает, вычисляет и записывает данные о координатах всех спутников, находящихся в поле зрения. Стандартная внутренняя память приёмника 2 Мегабайта позволяет хранить более, чем 37-часовые результаты наблюдений шести спутников или 22часовые данные, полученные по наблюдениям за десятью навигационными искусственными спутниками земли.

Питание приёмника осуществляется от специальных аккумуляторов. Приёмник с помощью стандартной подставки закрепляется на штативе. Температурный диапазон его работы лежит в пределах -20, +60°С, при влажности 100%.

GPS - аппаратура состоит из антенных, приёмных и вычислительных устройств, а также пульта управления и индикации.

Приёмное устройство выполняет функции супергетеродинного приёмника, а также осуществляет первичную обработку сигналов.

Вычислительное устройство содержит блок связи и собственно вычислитель. Основой вычислителя являются микропроцессоры, дополненные модулями памяти.

Пульт управления и индикации содержит клавиатуру управления и индикационное табло, на котором, по указаниям оператора, могут отображаться различные параметры и сообщения.

GPS - приёмники бывают двух типов: одночастотные и двухчастотные. Выбор конкретного типа приёмника спутниковых сигналов для проведения земельно-кадастровых геодезических работ прежде всего зависит от необходимой точности определения положения объектов. Например, при создании и развитии ОМС1 необходимо использовать двухчастотные приёмники. При развитии ОМС2, а также при межевании земельных участков разрешается использование одночастотных приёмников.

Послесеансовая обработка данных GPS определений выполняется с помощью программного обеспечения.

Глава 4.Съемочное обоснование

4.1 Создание съемочного обоснования

Полевым работам предшествует составление проекта, включающего подбор необходимых картографических материалов, каталогов пунктов планово-высотного обоснования и выбор способа создания съемочной сети в зависимости от объекта съемки, её масштаба и имеющихся в наличии приборов. Полевые работы включают в себя рекогносцировку местности, создание сети съемочного обоснования и съемку ситуации и рельефа.

Рекогносцировка включает в себя знакомство с местностью в районе будущей съемки, отыскание пунктов обоснования и выбор места для закрепления точек съемочной сети. Эти точки следует располагать по возможности на возвышенных местах с хорошим обзором местности с учетом обеспечения взаимной видимости между смежными точками.

Плановое съемочное обоснование создается проложением теодолитных ходов, засечками и другими способами.

Геодезические методы предусматривают выполнение двух основных видов работ: построение межевой съёмочной сети и определение плоских прямоугольных координат межевых знаков. На первой стадии от пунктов ОМС определяют положение (координаты) пунктов межевой съёмочной сети, располагаемых вблизи объекта землеустройства, например земельного участка, путём проложения теодолитных ходов различной формы.

Разомкнутый теодолитный ход опирается на две известных стороны.

Замкнутый ход - сомкнутый многоугольник опирается на одну известную сторону.

Висячий теодолитный ход, подобный разомкнутому, но опирающийся только на одну известную точку.

Углы измеряются способом отдельного угла.

Допустимые относительные ошибки в теодолитных ходах находятся в пределах от 1/1000 до 1/3000.

На второй стадии, используя пункты межевой съёмочной сети в качестве исходной геодезической основы, определяют обычно полярным способом координаты, межевых знаков, измеряя электронным тахеометром соответствующие полярные углы и горизонтальные проложения. При этом расстояния от прибора до отражателей, установленных над центрами соответствующих межевых знаков, практически не ограничиваются по длине в виду сравнительно высокой точности измерения электронным тахеометром. Для контроля желательно измерить расстояние между смежными межевыми знаками.

4.2 Характеристика тахеометра

При создании съемочного обоснования был использован тахеометр серии DTM.

Прибор оснащен полнофункциональной алфавитно-цифровой клавиатурой с обеих сторон. Это обеспечивает быстрый доступ к основным функциям прибора и быстрый ввод данных, кодов и имен точек. Большой графический дисплей и 10 функциональных клавиш позволяет легко и быстро управлять инструментом, вводить и использовать необходимую информацию.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5