Глобальные спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС. Одночастотная спутниковая GPS система Leica GS20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Глобальные спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС. Одночастотная спутниковая GPS система Leica GS20

Цель:

- получить сведения о принципе работы, структуре спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС;

- Изучить одночастотный приемник Leica GS20, его функции, назначение и характеристики, научиться выполнять измерения.

Задачи:

- ознакомиться с функциями, техническими характеристиками, преимуществами и недостатками приемника Leica GS20;

- изучить основные технологии, используемые для GPS наблюдений;

- изучить интерфейс приемника;

- провести GPS измерения с помощью приемника на заданной территории

Содержание работы

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

- подсистемы космических аппаратов (ПКА);

- подсистемы контроля и управления (ПКУ);

- навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем.

Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени.

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию. Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц).

Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС, возможность определения:

- горизонтальных координат;

- вертикальных координат;

- составляющих вектора скорости;

- точного времени.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

NAVSTAR GPS - Navigation System with Timing and Ranging - навигационная система, основанная на измерении времени и дальности (USA). Первый спутник был запущен в феврале 1978 года.

Орбиты спутников GPS расположены в шести плоскостях по 4 спутника в каждой, средняя высота орбиты - около 20 180 км, период обращения спутников вокруг Земли составляет 11 ч 58 мин. Такое количество спутников и их расположение обеспечивают одновременный прием сигналов как минимум от четырех спутников в любой точке Земли в любое время. С 1983 г. система GPS открыта для гражданских потребителей. 24 спутника обеспечивают 100% работоспособность системы в любой точке земного шара, но не всегда могут обеспечить уверенный прием и хороший расчет позиции. Поэтому, для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (31 аппарат в марте 2010 года).

Для NAVSTAR частоты L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц.

Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000-4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.

Орбитальные параметры ГЛОНАСС и GPS

Одночастотная спутниковая GPS система Leica GS20.

Глобальная навигационная система позиционирования широко используется для определения высокоточных координат как при производстве топографо-геодезических работ, так и в научных исследованиях, связанных с вопросами геодинамики и геомеханики земной поверхности.

Существует несколько условий, соблюдение которых необходимо для успешного выполнения любого вида ГНСС съемки:

1) Для выполнения геодезических ГНСС наблюдений необходимо обеспечить одновременную работу как минимум двух GPS приемников, с последующим объединением накопленных ими данных;

2) Одновременный прием спутникового радиосигнала как минимум от четырех спутников, что бывает иногда затруднительно обеспечить в застроенных районах и на открытых горных разработках;

3) Отсутствие в районе выполнения ГНСС измерений мощных работающих теле- и радиотрансляционных устройств, особенно с перископической схемой усиления радиосигнала, которые могут заглушать или искажать принимаемый со спутников радиосигнал.

Основная задача GPS - навигация в трехмерном пространстве. Существуют навигационные приемники для летательных аппаратов, кораблей, сухопутных транспортных средств и для индивидуального использования.

Методы измерения GPS

Приемник фирмы Leica GS20 PDM - представляет собой портативный GPS прибор для сбора топографо-геодезических, картографических и ГИС данных.

GPS приемник GS20 PDM быстро и просто выполняет съемку линейных, площадных и точечных объектов.

Рисунок 1 - Портативный приемник GS20

Приемник GS20 PDM совмещает в себе функции высокоточного спутникового приемника для выполнения широкого спектра геодезических работ, сбора пространственных данных для ГИС, а также спутникового навигатора.

Leica GS20 имеет простой интерфейс, и в то же время мощный набор встроенных функций для решения различных геодезических задач. GS20 способен выполнять точные измерения в режимах "статика" и "кинематика", собирать данные в режиме реального времени, используя кодовые поправки от станций WASS и EGNOS, и многое другое.

Технические характеристики GPS приемник GS20

GPS приемник GS20 PDM может быть настроен для выполнения различных производственных задач и использован как геодезический GPS приемник для выполнения измерений в режимах "статика" и "кинематика", как базовая GPS станция или как простой навигатор для поиска геодезических пунктов. Также он может использоваться для сбора ГИС данных с описаниями и атрибутами объектов. Кроме того, можно расширить функциональность приемника в любое время, подсоединив к нему различные внешние измерительные устройства через последовательный порт или Bluetooth. Дополнительно возможно использование сигналов береговых маяков, подключение мобильных GSM телефонов и других устройств для измерений в режиме реального времени.

Меню GS20 содержит несколько прикладных программ, которые могут быть использованы для различных вычислений и получения оптимальных результатов. приемник leica GPS

Гибкость данного устройства позволяет легко решать следующие задачи:

* Определение координат опорных пунктов

* Топографическая съемка

* Поиск утерянных пунктов

* Создание геодезических GPS сетей

* Определение границ собственности

* Сбор ГИС данных

Вывод

В результате выполнения работы, студенты ознакомились с принципом действия GPS систем, структурой, с существующими видами системы, со способами выполнения наблюдений. Также студентами был изучен одночастотный GPS приемник Leica GS20, его технические характеристики, функции и прикладные программы.

Вопросы СРС

1. Описание CPS системы ГЛОНАСС и Navstar. Орбитальные характеристики, различия между ними.

2. Какие необходимы условия для успешного выполнения любого вида ГНСС съемки?

3. Охарактеризуйте одночастотный GPS приемник Leica GS20. Применение, технические характеристики, выполняемые прикладные задачи.

Размещено на Allbest.ru