Жерсеріктік жүйелерді салыстыру
КІРІСПЕ
Адамдар ежелден бері өмір сүрген жерін, бағытын әр түрлі анықтады. Бұл әдістер қазіргі уақытта қолданылады. Бірақ, адамдар жердің жасанды серігің ұшырып, ғарышты игере бастағанда, технологияның дамуымен жерді анықтаудың жаңа әдістері пайда болды.
Жалпы спутниктік жүйе дегеніміз не?
Бұл қалай жұмыс істейді?
Ол геодезияда не үшін қолданылады?
Осы мәселелерге сүйене отырып, мен тезисті бастадым.
Қазіргі уақытта Жердің жасанды спутнигін қолданатын арнайы қабылдағыштардың көмегімен нүктенің орнын анықтауға болады. Бірақ осы спутниктердің ішінде орналасқан жерді анықтайтын екі Ғаламдық жерсеріктік жүйе бар: ресейлік ГЛОНАСС және американдық NAVSTAR. Сонымен қатар енді пайда болған жерсеріктік жүйелер де бар.
ГЛОНАСС және NAVSTAR (GPS) типті спутниктік жүйелермен қамтамасыз етілетін геодезиялық өлшеулердің жоғары дәлдігі бір-бірінен мыңдаған километр қашықтықта орналасқан пункттердің өзара орналасуын анықтауға мүмкіндік береді.
Нүктенің орнын жерсеріктік жүйе арқылы анықтау кезінде арнайы жерсеріктік қабылдағыштар пайдаланылады. Бұл қабылдағыштардың да өзіндік ерекшеліктері бар. Нүктенің орнын жоғары дәлдікпен анықтау үшін спутниктік қабылдағыштардың жұмыс режимдері бар.
Жалпы спутниктік технологияларды қолдана отырып, әртүрлі геодезиялық және геодинамикалық мәселелерді шешуге, оларды Геодезияның бірнеше бағытында қолдануға болады. Мысалы, теңіз геодезиясында, қолданбалы геодезияда, аэрофотогеодезияда.
Жоғарыда айтылғандар туралы дипломдық жұмыста егжей-тегжейлі жазылған.
1 Геодезия
0.1 Глобалды жерсеріктік жүйе туралы жалпы түсінік
Геодезия - жерднпішіні мен мөлшерінин, қабылданған координаттар жүйесіндегіанүктелер орнын анықтаудың әдістері мен тәсілдерін зерттейтін, жер бетінің планы мен картасын салу, жер бетіндегі өлшеулерді жүргізумен айналысатын Жер туралы ғылымдардың бір саласы. Жердің физикалық бетін зерттеу үшін картографиялық және топографиялық әдістер мен пландық және биіктік координаталар құрылады. Геодезия ғылымы астрономия және гравиметриямен тығыз байланысты, сондықтан жердің пішіні мен мөлшері градустық өлшеу әдісімен анықталады. Оның шамасы - географиялық координаттар арқылы доғалардың сызықтық және бұрыштық мәндерін анықтаудан тұрады. Өндірістік, гидротехникалық және т.б. құрылыс объектілерінің пландық пен биіктік негізін салуды және инженерлік түсірімдерді орындау мәселелерін инженерлік геодезия шешеді. Геодезиялық тәсілдермен жер сілкінудің алдын ала болжау мүмкіндігін анықтау мақсатында, жер қыртысының жылжуын зерттеу үшін Тянь-Шань аймағында геодинамикалық болжау полигоны құрылды. Полигонда қазіргі кездегі жер қыртысының жылжуының вертикаль және горизонталь құраушылары зерттеледі.
Геодезия әртүрлі ғылыми пәндермен тығыз байланысты, соның ішінде математика, астрономия, физика, механика, автоматика, электроника, география, фотография және сызу. Қазіргі кезде көп инженерлік ғылымдар геодезияның көмегінсіз дами алмайды.
Геодезия есептерін шешу үшін жерсеріктік радионавигациялық жүйені пайдалану көп функциялы жерсеріктік жүйелер пайда болғанда қажет болды. Онда пункттердің координаталарын мм-ге дейінгі дәлдікпен анықтауға мүмкіндік беретін жердің навигациялық жасанды серіктерінен, объектіге дейінгі ара қашықтық фазалық өлшеу әдісімен іске асырылды.
Ежелде адамдар бағдар алу үшін аспан денелеріне қарап болжаған. Теңіз саяхатшылары Ай мен Күнге қарап бағдар алған. Бірақ ауа-райы нашар болса
бағыттаан ауытқып кету мүмкін.
Кейін компос пайда болған сон, ауа-райына тәуелділік аяқталды.
Жерсеріктік радионавигациялық жүйелер дегеніміз - навигациялық мәселелерді шешу мен жергілікті жердің нүктелерінің координаталарын, жердің арнайы навигациялық жасанды серіктерінен берілетін, тірек нүктелері қызметін атқаратын радиосигналдар бойынша анықтауға (орнын анықтау, позициялау) арналған техникалық құралдар кешені [1].
0.1.1 Глобалды жерсеріктік жүйенің даму тарихы
Глобалды жерсеріктік жүйенің (ЖРНЖ) даму тарихы, ғарыштық геоде-
зияның даму тарихымен байланысты. Ол алғашқы жасанды жер серігін
ұшырған кезден басталды.
Алғашқы кезеңі негізінен 1958-1970 жылдарды қамтиды. Бұл кезеңде жасанды жер серігін бақылау әдістері, сондай-ақ олардың орбиталарын есептеу мен талдау әдістері жасалды. Жасанды жер серігін бақылаудың негізгі әдісі, арнайы құрастырылған фотокамера арқылы іске асырылатын фотографиялық әдіс болды. Бақылаудың өңделген әдісі негізінде ғарыштық триангуляцияның ғаламдық желілері, Жер моделі жасалып, Жердің гравитациялық өрісі зерттелді. Бұл пункт координаталарын анықтау әдісінің кемшіліктері: екі пунктте бір мезгілде синхронды бақылауды ұйымдастыру қиындығы бір-бірінен едәуір қашықтықта тіркелген екі пункттен, бір уақытта жер серігінің көрінуін қамтамасыз ететін жақсы ауа-райы жағдайларының қажеттілігі.
1970-1980 жылдары жасанды жер серігінің дамуының екінші кезеңі болды. Бұл кезеңдерде жасанды жер серігін бақылаудың жаңа әдістері жасалады, яғни оларға - лазерлі және радиотехникалық қашықтық өлшеуіш, жерсеріктік альтиметрия жатады.
Жасанды жер серігінің фотографиялық бақылау әдісінің кемшіліктері: триангуляция әдісімен ғаламдық геодезиялық желіні құру кезінде кейбір қиыншылықтар туындады. Сондықтан, пункттердің координаталарын анықтау үшін жасанды жер серігіне бағыттарды анықтау әдістерінің орнына, оларға дейінгі ара қашықтықты өлшеу әдістері қолданыла басталды. Сонымен, нүкте орнын анықтау мәселелерін жерсеріктік геодезияда шешу үшін трилатерация әдістері қолданыла бастады. Осы кезеңде алғашқы жерсеріктік навигациялық жүйелер: NNSS (Navy Navigation Satellite System) АҚШ-тың әскери-теңіз күштеріне арналып, азаматтық пайдаланушылар үшін ашылғаннан кейін, Transit деген атпен белгілі болды. Ал Цикада (СССР) 1979 жылы пайдалануға енгізіліп, әскери-теңіз флотының мұқтаждықтарын навигациялық қамтамасыз етуге қажет болды. Жасанды жер серігінің алғашқы буынына - апат болғандарды анықтайтын COSPAS - SARSAT халықаралық жүйесі жатады.
Алғашқы шыққан барлық жерсеріктік жүйелердің кемшіліктері болды.
Оларға аймақты шектеулі қамту, координаталарды анықтаудың төменгі дәлдігі және навигациялық мәселелерді ұлғайтуға қажет уақыттың үлкен аралығы жатады. Жасанды жерсерікке дейінгі ара қашықтықты өлшеу негізіне - Доплер әдісі жатады.
Бұл кемшіліктердің себебі: ЖНЖС (жердің навигациялық жасанды серіктері) орбиталарының төмен биіктігі мен олардың шектеулі саны; олар Жердің барлық беті бойынша ЖНЖС радиосигналдарын қабылдауға мүмкіндік бермейді. Бұл ЖНЖС орбиталарының биіктігі 1000 км-ді құрап, небары 6 ЖНЖС қолданылған. Ара қашықтықты анықтау үшін төменгі жилікті радиосигналдар қолданылды. Ол тұтынушы қабылдағышының стационарлы күйін талап етеді. Өйткені, оның тіпті аз ғана орын ауыстыруы - едәуір қателіктерге ұшыратады, яғни динамикада навигациялық анықтау мүмкіндігі болмайды.
Үшінші кезең - 1980 жылдан басталады. Бұл кезең көп функциялы
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging, США) жерсеріктік радионавигациялық жүйенің жасалуымен белгілі болды. Ол бізге GPS (Global Position System) және ГЛОНАСС (Ғаламдық навигациялық жерсеріктік жүйе, КСР0, Ресей) аббревиатурамен белгілі.
2005 жылдан бастап, Еуропа ғарыштық агеттігінің жерсеріктік радионавигациялық жүйесі - Galileo ғарыштық сегменті өрістеді. Навигациялық жасанды жерсерік орбиталарының биіктігі мен олардың сандарын арттыру, сондай-ақ басқа факторлар Жердің кез келген нүктесінде, кез келген уақытта және кез келген ауа райында нүкте орнын анықтау үшін, жерсеріктік радионавигациялық жүйені қамту әрекетін ғаламдық етуге ЖНЖС-нің қажетті мөлшерінің радиокөрінушілігін қамтамасыз етті. Осы кезде жаңа жүйелерде нүкте координаталарын анықтау дәлдігін күрт жоғарылатуға, сондай-ақ навигациялық мәселелердің бүкіл кешенін нақты уақыт аралығында шешуге мүмкіндік туады. Бұл ЖРНЖ деректерін тұтынушылар, санының едәуір өсуіне алып келді. Навигациядан бөлек координаталарды анықтау дәлдігін жоғарылату, жерсеріктік технологияларды геодезияда, геодинамикада, топографияда, Жерді қашықтықтан зондтауда, геоақпараттық технологияларда, т.б. пайдалануға мүмкіндік береді [2].
GALILEO - Еуропалық жерсеріктік навигациялық жүйе одағы мен Еуропалық ғарыштық агенттіктің бірлескен жобасы. Бұл жүйе геодезиялық және навигациялық есептерді шешуге арналған. Қазіргі таңда Галилео жүйесінен сигналды тек Altus Positioning Systems, Septentrio және JAVAD GNSS компанияларының қабылдағыштары ғана қабылдап және оны өңдей алады. Еуропалық одақ мемлекеттерінен басқа жобада Қытай, Израйль, Оңтүстік Корея, Украйна, Ресей елдері кіреді. Галилео жүйесі, орбитаға жоспарланған 30 жерсерік ұшырылған сон, 2014-2016 жылдары қолданысқа беріледі. Ресейлік ГЛОНАСС және америкалық GPS жүйелеріне қарағанда, Галилео жүйесі ұлттық әскери ұйымдармен басқарылмайды.
Бейдоу - Қытай елінде ғана қолданысқа берілген жерсеріктік навигациялық жүйе. Қазіргі таңда жер орбитасына 8 жерсерігі шығарылды. Жерсеріктер саны 2020 жылы 35 есе өскенде, бұл жүйе бүкіләлемдік қолданықа беріледі деп жоспарлануда. Бейдоу бағдарламасы 2000 жылы құрыла басталды. 2007 жыл орбитаға алғашқы жерсерігі ұшырылды.
IRNSS - Үнді навигациялық жерсеріктік жүйесі. Осы елде және шекаралас елдерде ғана қолдану жоспарланған. Алғашқы жерсерік 2008 жылы ұшырылды. Қазіргі кезде 7 жерсерік ұшырылған. Жоспар бойынша барлық жұмыстар 2011 жылы аяқталады деп жоспарланған [3].
1.1.2 Глобалды жерсеріктік жүйенің құрылымы
Жерсеріктік радионавигациялық жүйе 4 сектордан тұрады:
космодром;
ғарыштық сектор;
тұтынушы сектор;
бақылау мен басқару секторы.
Космодром - ЖНЖС-нің жеткізгіш зымыран арқылы жүйені кұру кезінде берілген орбиталарға шығарылуын қамтамасыз етеді. Қазіргі заманғы ЖНЖС-нің ресурстары шамамен 10 жылды құрайды және ол қозғалтқыш отын қорының мөлшеріне тәуелді. Сол арқылы орбитаның берілген уақытқа дейінгі кезеңдік түзетуін жүргізеді. ЖНЖС есептеу орбитасынан, Жердің гравитациялық өрісі және басқа планеталардың, атмосфераның кедергісінен басқа да қалыпсыз факторларының әсерінен шығады.
Ғарыштық сектор белгілі мөлшердегі ЖНЖС-ден тұрады. ЖНЖС жиынтығын - шоқ жұлдыз деп атайды. ЖРНЖ-нің жұмыс істету идеологиясына сәйкес, ЖНЖС координаталары белгілі тірек нүктесі қызметін атқарып, кеңістіктік қиылыстыру бойынша Жер бетіндегі пунктгтер координаталарын анықтауды жүзеге асырады. ЖНЖС бортына радионавигациялық аппаратура орнатылады. Ол жер серігі мен жердегі бақылау пункттері арасындағы қашықтықты есептеуге қажет радиосигналдардың Жерге берілуін жүзеге асырады. Сонымен қатар, әрбір ЖНЖС-ден жерсерігі эфемеридалары, борт сағатының уақыт шкаласының түзетулері, альманах - барлық ЖНЖС шоқжұлдыздары жөніндегі ақпараттан құралған навигациялық деректер беріледі. Жер серігінде жұмыс істеуге қажет радионавигациялық аппаратурадан бөлек, кеңістіктік бағытталуды, жер серігін баллистикалық өлшеуді, басқаруды, энергиямен қоректендіруді, т.б. қамтамасыз ететін жабдықтар бар.
ЖРНЖ-нің көп функциялы міндеті, ғарыш секторын құру ерекшеліктерін анықтайды. ЖНЖС орбитасының биіктігі шамамен 20000 км болуы тиіс, ол әрбір жер серігінен радиокөрінушіліктің сипатым ғаламдық тұрғыда қамтамасыз етеді. Мұндай биіктіктегі ЖІІЖС-нің айналу кезеңі шамамен 12 сағат құрайды. Орбита биіктігі ЖНЖС-нің айналу кезеңі, жұлдызды тәуліктің жартысына тең болатындай етіп іріктеліп алынған. Осының әсерінен, жұлдызды тәулікте бір рет әрбір ЖНЖС жер бетінің бірдей нүктесінен өтеді. Әрбір орбитадағы жер серіктері 1,5 сағат аралығында жүреді және экваторды 22,5°С бойлық бойынша жылжып, қиып өтеді. ЖНЖС-нің мұндай қозғалу құрылымы әрбір жер серігін тәулігіне 1 рет жүйенің бақылау-өлшеу пунктінен, оның жұмысын бақылау мақсатында қадағалауға мүмкіндік береді.
Белгілі бір жерді анықтаудың қажетті дәлдігіне сигналдарды бір мезгілде кем дегенде 4 ЖНЖС-ден қабылдау кезінде жетеді. Сондықтан, шоқжұлдыздағы жерсерігінің саны кем дегенде 24 болуы қажет. Сонымен қатар, белгілі бір жерді анықтау дәлдігіне ЖНЖС-нің орналасу геометриясы да әсер етеді. Олар барлық ас пан сферасы бойынша біртекті орналасуы тиіс. Ол үшін жер серіктерінің жазықтықтары бір-біріне қатысты бірнеше орбиталарда біртекті орналасады.
NAVSTAR жер серігінің жүйесі (Navigation Satellite Timing and Ranging, США). Жер серігінің радионавигациялық жүйеде 24 GPS жердің навигациялық жасанды серіктерінің (соның ішінде үшеуі резервте) бір-бірінен 60°-пен әрқайсысында 3-4 жер серігі бойынша жылжытылған 6 шеңбер маңындағы орбиталарда орналасады.
GPS-тің жердің навигациялық жасанды серіктері орбиталарының биіктігі,
шамамсн 20200 км-ді кұрайды. Айналу мерзімі 11 сағат 57 минут 58,3 сек. Соңғы буын жер серігінің массасы 1044 кг. Қазіргі таңда орбитада екінші және үшінші буынның тең бөлінген 29 жер серігі орналасуда.
ГЛОНАСС спутниктік жүйесі (жаһандық навигациялық спутниктік жүйе, Ресей). ГЛОНАСС жүйесінің спутниктері үш орбиталық жазықтықта орналасқан, әрқайсысы 8 дана, экваторлық жазықтыққа 64,8° көлбеу. Дөңгелек орбитаның биіктігі - 19 000 км.жер айналасындағы спутниктердің айналу кезеңі-11 сағат 15 мин 44 сек. Спутниктің массасы-1415 кг. қызмет мерзімі-3,5 жыл. Жүйедегі Жердің жасанды навигациялық спутниктерінің есептік саны 24 спутникті құрайды. 1982 жылдан бастап 74 ЖНЖС жіберілді және қазіргі уақытта 18 спутник жұмыс істейді. Спутниктік жүйенің ғарыш секторы 1-суретте көрсетілген.
1-сурет. NAVSTAR мен ГЛОНАСС жер серіктерінің ғарыштық секторы
Осылайша, қазіргі уақытта ГЛОНАСС жерсеріктік радионавигациялық жүйесі әзірленуде. Сонымен қатар, бұл жүйе GNSS көмегімен GPS жүйесінің қосымшаларының бірі болып табылатын жер серіктерінің жұмыс істейтін тобы. Бұл VNG сигналдарын қабылдауға арналған шабу жабдығының (GPS-қабылдағыштардың) көмегімен екі жүйені де жайғастыруға қолайлы жағдай жасауға мүмкіндік береді.
Барлық үш жүйенің радионавигациялық сигналдарын қабылдауға арналған тұтыну жабдығын жасау геодезиялық және навигациялық міндеттерді шешуге ықпал етеді және нәтижелердің дәлдігіне сенімділік туғызады.
Еуропалық ғарыш агенттігінің Srns-Galileo ғарыш сегменті 2005 жылдан бастап жұмыс істейді. Бұл навигациялық спутниктердің орбиталық биіктігін және олардың санын арттырады. Сонымен қатар, басқа факторлар жердің кез-келген нүктесінде, кез-келген ауа-райында және кез-келген уақытта нүктенің орналасқан жерін анықтау үшін ғаламдық деңгейде ДМК-нің қажетті мөлшерін қамтамасыз етті. Спутниктік жүйелердің сипаттамалары 1-кестеде келтірілген.
1.1-кесте
Жерсеріктік жүйелерді салыстыру
Жерсерік атауы
NAVSTAR
ГЛОНАСС
GALILEO
Шеңберлі орбитанын биіктігі
20200 км
19100 км
23222 км
Экватор жаз-нан орналасуы
60°
64,8°
56°
Айналу периоды
11сағ.57мин.58,3с
11сағ.15мин.44с
14сағ.4мин.42с
Жерсерік массасы
1044 кг
1415 кг
700 кг
Эксплуотация уақыты
17 жыл
10 жыл
19 жыл
Жерсерік саны (резерв)
24(3)
24(3)
27(3)
ЖРНЖ-ні басқару, бақылау секторы орталық пен планетаның әр түрлі бөліктерінде орналасқан бірнеше қадағалау станцияларынан тұрады.
Бұл станциялардың негізгі міндеті спутниктердің есептік параметрлеріне негізделген жүйе, спутниктердің эфемеридтерін жүйелі түрде анықтау болып табылады. Сонымен бір мезгілде әрбір спутникте сағат көрсеткіштерін түзету, навигациялық деректердің мазмұнын мерзімді жаңарту және оларды жүктеу станциялары арқылы РНГ-ға беруді ұйымдастыру және т.б., олардың жұмыс істеу сәйкестігін бақылау қажет. Бақылау станциялары тәулік бойы жүйенің барлық спутниктерін бақылайды. Олар бүкіл әлемде біркелкі орналасқан: көтерілу, Гавай аралы, Куажалайн атоллдары және Диего Гарсия. Бір бақылау станциясы Колорадо Спрингс қаласындағы (АҚШ) жетекші станциямен біріктірілген спутниктерді бақылау (ағымдағы эфемеридтерді анықтау) Атом сағаттарымен жабдықталған екі жиіліктегі арнайы GPS қабылдағыштардың көмегімен жүзеге асырылады. Бұл станцияларда көзге дейінгі барлық қашықтық өлшенеді және навигациялық деректер қабылданады. Нәтижесінде ионосфераның әсерінен болған барлық түзетулер анықталады және спутниктік сағаттардың жүру дәлдігі жазылады. Барлық станциялар жергілікті ауа-райы жағдайлары туралы ақпарат жинайды, осылайша жетекші станциялар жүйенің нипінің тропосфералық, қиылысатын радионавигациялық сигналдарын анықтай алады. Қашықтықты өлшеу нәтижелері бойынша спутниктердің эфемеридтері анықталады және олардың шамамен есептеулері жасалады. Өлшеулер радиосигналдардың тропосфералық кідірісін қоспағанда, көкжиектен 15 °C жоғары биіктікте орналасқан спутниктер бойынша ғана жүргізіледі (2-сурет).
Ғарыштық
сектор
Тұтынушы
секторы
Колорадо Спрингс
Бақылау
станциясы
Диего Гарсия ар. Вознесения ар. Атолл Кваджелейн Гавай аралдары Колорадо-Спрингс
Бақылау
және
басқару секторы
2-сурет. Жерсеріктік радионавигациялық жүйенің құрылымы
Жетекші басқару станциясы барлық GPS LPR жұмысын үйлестіреді. Ол тұруға ықтиярхаттың мәртебесі туралы барлық ақпаратты жинайды, болашақ спутниктік эфемеридтерді, Сағат сайынғы түзетулерді есептейді, әр тұруға арналған ақпараттық мәліметтер мен альманахтарды жасайды.
Жетекші станцияның атом сағаты бүкіл GPS жүйесінің анықтамалық сағаты болып саналады және АҚШ-тың Ұлттық уақыт стандартына байланысты
Осы спутниктің координаттарын жанармай құю станциясына жеткізумен қатар, жетекші станция олардың нақты мәндерінің жиынтығын орындайды. Ол тұтынушылар үшін мәндерді, жоғары дәлдіктегі Геодезиялық өлшеулерді қолдана алады.
Жүктеу станциялары күніне үш рет Орбита параметрлері және басқа да қажетті мәліметтермен ақпараттық хабарламалар жібереді.
Жүктеу станциялары, жетекші станциялардың командаларына сәйкес, спутник бортында орналасқан реактивті қозғалтқыштардың көмегімен ВНЖС орбиталарын түзетеді.
Бақылау станцияларынан басқа, GPS жүйесінде бақылау кезінде тұруға ықтиярхаттың нақты эфемеридтерін анықтайтын станциялар желісі бар. Бұл sidpet - біріктірілген халықаралық GPS желісі (20 станция), IGS - геодинамикаға арналған халықаралық GPS қызметі (шамамен 50 станция).жүйенің уақыт шкаласын анықтайды.
1.1.3 спутниктік жүйенің орналасқан жерін анықтау принциптері
"Нүктенің орнын анықтау, позициялау" терминдері әр навигациялық геодезиялық мәселенің шешімін біріктіре отырып, нүктенің координаталарын анықтау үшін синоним ретінде қолданылады.
LVL-де орынды анықтау принципі кеңістіктік қиылысқа негізделген (сурет. 3). Жүйенің тірек нүктелері (1, 2, 3) координаттары жоғары дәлдікпен анықталатын тірек нүктелері ретінде әрекет етеді. Жер бетіндегі m нүктесінің координаталарын анықтау үшін кеңістіктік қиылысу сызығы мен LC-ден жер бетіндегі нүктеге дейінгі сызықтық қашықтықты талдау өрнегі келесідей: R-ден үш LC-ге дейінгі сызықтық қашықтықты анықтау қажет.
, (1.1)
мұндағы, Хс ,Үс , Zc жүйе серігінің координаталары;
Хn ,Yn, Zn -- жер бетіндегі пункттің анықталатын координаталары.
Үш ЖНЖС-ге дейінгі ара қашықтықты біле отырып, Жер бетіндегі пункттің үш белгісіз (анықталатын) кооординаталары (1.1) түріндегі үш теңдеудегі жүйені аламыз. Нүкте орнын анықтау есептерінің шешімі, үш тендеулер жүйесін шешуге алып келеді. Есептің мұндай шешімі ЖНЖС-ге дейінгі қашықтықтың (ара қашықтығы) дәл белгілі кезінде мүмкін. Іс жүзінде ЖНЖС мен пайдаланушының қабылдау аппаратурасы сағаттарындағы уақыт шкалаларының айырмашылықтары әсерінен, уақытша түзету (қателік) ∆t пайда болады. ЖНЖС-ге дейінгі ара қашықтық, радиосигналдың жүріп өту уақыты t мен оның жылдамдығы v, бойынша өлшенгендігінен, ара қашықтықтағы қателіктер мәні едәуір көбейеді.
Сондықтан, бұл қашықтықты - жалған қашықтықтар деп атайды. Демек, нақты қашықтық (р), уақытша түзетулерді есепке ала отырып, мына формула
3 - сурет. Сызықтық кеңістікті қиылыстыру
арқылы есептеледі:
= R + t, (1.2)
Төртінші белгісіз ∆t пайда болады, оны алып тастау үшін (2) түріндегі төрт теңдеу қажет. Яғни, төртінші ЖНЖС-ге дейінгі жалған қашықтықты (R) өлшеу қажет. Нәтижелер дәлдігін жоғарылату үшін (2) түрдегі теңдеулер жүйесі, ең кіші квадраттар әдісі бойынша шешілуі мүмкін. Ол үшін артық өлшеулер қажет.
Пайдаланушының қазіргі замандағы аппаратурасы, нүкте орнын анықтау бойынша есептерді шешу алгоритмі енгізілген компьютер болып табылады. Кеңістіктік қиылыстыру геометриясынан үшінші ЖНЖС-ні бақьлау нәтижесінде, жер бетіндегі пункттің орны екі нүктеден таңдап алынады. Сонымен қатар, олардың біреуі нақты орнынан көп қалып қойғандықтан қате, әрі жарамсыз болады. Жоғары дәлдікте шешу қажетсіз, тек нәтижесін жылдам алу қажет болғанда, яғни навигациялық есептерді шешу кезінде орнын анықтау есебін осылай шешеді.
Уақыт шкаласы дәлдігінің ЖНЖС-ге дейінгі қашықтығын өлшеуге әсерін, егер R қашықтығының орнына өлшенген қашықтықтар арасындағы айырмашылықты пайдалансақ, алып тастауға болады, яғни:
1 = 2 - 1; 2 = 3 - 1, (1.3)
мұндағы, ∆p1 -- жердегі пункт пен екінші ЖНЖС арасындағы шынайы қашықтық айырмашылығы;
р1, р2 - жер бетіндегі пункт пен бірінші ЖНЖС арасындағы қашықтық;
∆р2 - сәйкесінше жер бетіндегі пункт пен үшінші рз және бірінші ЖНЖС- тің рі арасындағы қашықтықтар айырымы.
Өлшеу үш ЖНЖС-ге дейін бір мезгілде жүргізілгендіктен, ∆t-нің уақытша түзетуі барлық қашықтықтарда бірдей. Демек, (1.1) түріндегі теңдеулерде сәйкесінше ∆t шамасы алып тасталады, яғни:
1 = R2 - R1; 2 = R3 -R1, (1.4)
Бұл әдісті пайдаланушы аппаратурасында іске асыру қиын болғандықтан, ЖНЖС мен пайдаланушы қабылдағышының уақыт шкаласының синхрондалмау қатесін алып тастап, позициялay жұмыстарын орындауды ұйымдастыру -- әдістемелердің біреуі ретінде қолданылады.
Пайдаланушы аппаратурасында координаталарды ең кіші квадраттар әдісімен шешу алгоритмі оңай іске асырылады. Тригонометриялық көзқарас тұрғысынан, жердегі пункттің орнын анықтау үшін төрт жер серігінің қашықтық мәндері болуы қажет. Навигациялық есептерді практикада шешу үшін, үш өлшем нәтижелерін пайдалануға болады. Осылай ЖРНЖ әрекет ету негізіне Жер бетіндегі объектінің орнының координаталарын ЖНЖС-нің тірек нүктесі ретінде пайдаланатын трилатерация әдісімен шешу ұсынылған.
Импульстік және фазалық әдістер, сондай-ақ олардың комбинациясы жердегі жарық және радиожиілік өлшегішімен қашықтық ұзындығын өлшеу кезінде кеңінен қолданылады. Бұл әдістер спутниктік диапазонды өлшеудің негізі болып табылады. Сонымен қатар, спутниктік геодезиядағы ерекше артықшылықтармен сипатталатын кодталған сигналдарды қолдануға негізделген әдістер де жасалды.
Қашықтықты өлшеу, спутниктік позициялау әдістеріндегі импульсті өлшеу принциптері лазерлік қашықтық өлшеу жүйелерінде және спутниктік биіктік өлшегіштерде қолданылады. Қашықтықтың ұзындығын анықтаудың бұл әдісі навигациялық есептерді шешуде қажет және өлшенетін қашықтықты тез және нақты анықтауға мүмкіндік береді.
Әскери ведомстволар Әскери-теңіз күштерінің кемелерін навигациялық жүйемен қамтамасыз ету мақсатында жүзеге асырған олардың орналасқан жерін анықтаудың жаһандық спутниктік жүйесін әзірлеу кезінде координаталарды анықтаудың арнайы әдістерін (ұзақтық өлшегіші) пайдалану қажеттілігі туындады. Олар тек уәкілетті пайдаланушыларға қажет болды. Бұл кодталған сигналдарды қолдануға негізделген қашықтықты өлшеу әдісін жасауға әкелді. Осыған сүйене отырып, қашықтықты өлшеу жүйесін құру тұрғысынан сигналдар бір және нөлдік деңгейдің берілу тізбегін береді. Бұл сигналдың дұрыс бұрыш түрінде пайда болуына әкеледі. Кодтауға жататын берілістің жалғыз және нөлдік алшақтығы. Өлшеу процесінде өлшенетін сызықтың берілетін ұшында кодталған сигнал, ал желінің қабылдау соңында (пайдаланушының жабдығында) қашықтықты анықтау үшін дыбыс берудің тірек сигналы құрылуы тиіс. Өз кезегінде ол тиісті кодталған сигнал береді. Яғни, тұтынушы спутник пен қабылдағыш арасындағы қашықтықты анықтауда қолданылатын сигналдарды кодтау принципіне қол жеткізе алады. Іс жүзінде қашықтықты өлшеу мақсатында радиосигналдың өту уақыты эталондық дыбыстық сигналға сәйкес кідірісті енгізу және осы уақытта спутниктен кодталған сигналмен қабылданған сәйкестікті жазу арқылы анықталады.
Кодталған сигналдарды қолдануға негізделген диапазонды өлшеу принципі қашықтықты анықтаудың импульсті, фазалық принципіне тән жеке ерекшеліктерді біріктіреді. Мысалы, оны пайдалану кезінде мәндер бірдей болмайтындай тәртіп жоқ. Яғни, берілген көрсеткіш бойынша Код әдісі импульстік әдіске ұқсас. Сонымен қатар, анықтамалық және қабылдаушы сигналдардың сәйкес келу моменттерін анықтау ерекшеліктерін талдау кезінде бір кодталған сигналдың екіншісіне қатысты ығысу ұғымы жиі енгізіледі. Бұл қашықтықты өлшеудің фазалық әдісіне тән.
Дәлдік көрсеткіштері бойынша Код принципі фазадан кейін болады, сондықтан ол геодезиялық есептерді шешуде (негізінен орналасқан жердің координаттарын болжауда) көмекші рөл атқарады. Бұрын енгізілген жалған қашықтық ұғымы көбінесе қашықтықты өлшеу әдісімен түсіндіріледі.
Фазалық әдістер спутниктік жүйелерді геодезиялық пайдалану үшін айтарлықтай қызығушылық тудырады. Ол радиотолқындарды пайдаланушының гармоникалық тербелістердің дециметрлік диапазонын ақпараттық сигналдар ретінде пайдалануына негізделген. Жалпы жағдайда мұндай ауытқулар келесі типтегі аналитикалық қатынастармен тіркеледі:
y = A sin (t + 0), (1.5)
мұндағы, А - тербеліс амплитудасы;
- бұрыштық жиілік ;
t - ағымды уақыт;
0 - бастапқы фаза.
Фазалық қашықтықты өлшеу кезінде қолданылатын негізгі параметрі (1.5) теңдеуде тригонометриялық функция таңбасында тұрған, ағымды фаза деп аталған өрнек
(t) = t + 0, (1.6)
Берілген параметрдің сызық ұзындығын (R) анықтайтын шама мен байланысын анықтау үшін: қажетті ара қашықтықты өткеннен кейін, тербелістер тіректі тербеліске қатысты фаза бойынша кешігеді. Екіжақты әдісті қолданған кезде осындай кешігуді тербелістегі фазалар үшін былай жазуға болады:
(t)= (t - ), (1.7)
Фазометрмен өлшенетін фазалар аралығы бұл кезде төмендегідей болып шығады:
= (t) - (t) = , (1.8)
Осыдан: R = , (1.9)
шамасы әдетте бұрыштық бірлікпен (градус не радианмен) өлшенеді. Алайда алынатын ақпараттың үлкен массивімен сипатталатын өлшеу, фазалық қашықтық өлшеудің жер серіктік әдісіне байланысты есептеу процестерін жеңілдету үшін, фазаны салыстырмалы бірліктерде өрнектейді (фазалық цикл үлестерінде Ф). Осыны ескере отырып, (1.8) және (1.9) формулалары мына түрде болады:
Ф = , (1.10)
және
R = (1.11)
мұндағы, f = 2 - тербелістің герцтегі жиілігі.
Фазалық өлшеудің ерекшелігі - алдыңғы өлшеулер жөніндегі алдын ала қандайда бір ақпараттың болмауы кезінде фазометр, фазалар айырмашылығын тек бір период (яғни, бір фазалық цикл) аралығында ғана анықтауға мүмкіндік береді. Сол кезде (1.10) және (1.11) формулаға кіретін Ф шамасы, осы шамадан көп артық. Осыдан, Ф параметрін мына түрде жазады
Ф = N + Ф , (1.12)
мұндағы, N - фазаның (цикл) деректер сигналымен ара қашықтықты анықтау уақытындағы өзгеруінің толық кезеңдік саны;
Ф - фазометрмен өлшенетін фазалар айырмашылығы.
N мәнін (бірнеше өлшеудің шектік мәні) табу үшін жердегі фазалық қашықтық өлшеуіш жүйелерінде бірнеше әртүрлі масштабтық жиілікте өлшеу немесе масштабтық жиілікті толқынды өзгерту әдісі сияқты көмекші әдістер қолданылады.
Ал өлшеуді статикалық шарттарда орындаған кезде әдетте, едәуір қиыншылық тудырмайтын процедура атап өтіледі. Жерсеріктік жүйелерде жер бетінде орнатылған қабылдағыштар мен бақылайтын жер серігінің арасындағы ара қашықтық үздіксіз өзгереді, ал нәтижесінде анықталатын N мәні де өзгереді. Сонымен қатар, фазалық өлшеуде Ггц-пен есептелетін аса жоғары жиілікті пайдалануға және өлшенетін ұзындықтың үлкен мәніне байланысты N мәні жүздеген миллионға дейін жетеді. Оны анықтау кезінде тіпті бірлікке қателесуге болмайды. Өйткені, бұл үлкен қателікке алып келеді де, нәтижелер жарамсыз болып қалады.
Фазалық жерсеріктік өлшеудің екінші ерекшелігі - қашықтықты өлшеудің біржақты әдісімен байланысты. Біржақты әдістер кезінде жер серігі мен қабылдағыштағы сағаттардың әртүрлі көрсеткіштеріне байланысты түзетулерді ескеруге тура келеді. Фазалық өлшеулерге қатысты, алдымен әртүрлі генераторлармен әрекет ететін салыстырылатын тербелістердің бастапқы фазаларын есепке алу қажеттілігі туады. Бастапқы фазаны Ф0 есепке алғанда, бізді кызықтыратын тербелістің ағынды фазасы мына түрде берілуі мүмкін:
Ф (t) = ft = Ф0, (1.13)
Жерсеріктік өлшеулерге сәйкес, бастапқы фазаны Ф0 фазалық өлшеуді орындау үшін қолданылатын сол тербелістер беретін жүрісті, сәйкес электрондық сағаттар көрсеткіштерінің жылжуы ретінде қарастыру қабылданған. Осыны ескере отырып:
Ф0 = ft, (1.14)
мұндағы, t - сағаттың эталондық уақыттан өлшеуді орындау сәтіне кетуі.
Берілген интерпретацияда бастапқы фазалық жылжу, бір кезеңге сәйкес
шамадан асып кетуі мүмкін. Осыдан шығатыны, жерсеріктік өлшеулер кезіндегі айтып өтілген жылжуды, тербеліс жер серігінен қабылдағыш кірісіне келіп түсетін ағынды фазаның жылжуы ретінде тарайтын N мәнімен бірге қарастырады. Осыларды ескере келе, айтылып өткен ағын фаза мынандай аналитикалык түрде жазылуы мүмкін:
Фпер(t) = f(t - r) + ftпер, (1.15)
мұндағы, Фпер(t) - пайдалану тербелісінің жер серігінен қабылдағыш кірісіне келіп түсетін ағынды фаза;
f - пайдаланған жиіліктің номиналды мәні;
= Rс - пайдаланған тербеліспен ізделген ара қашықтыққа өту уақыты;
tпер - қабылдағыш жер серігіне орнатылған, оның жұмысының тұрақсыздығымен дәлелденген сағат көрсеткішінің, өлшеуді орындау сәтіне
кетуі.
Сәйкесінше, ағымдағы фаза үшін қабылдағышта әрекет ететін тірек тербелістері:
Фпр(t)= ft + ftпр, (1.16)
Негізінде жер серігіне дейінгі ара қашықтық есептелетін Ф фазалар аралығы былай анықталады:
Ф = Фпер(t) - Фпр(t) = - f + f(tпр - tпер), (1.17)
Теңдеудің оң жағындағы бірінші мән алдындағы минус белгісі -- жерсеріктік жүйелерде сандық-фазалық өлшеулер кезінде, бастапқы сигналдар ретінде көбінесе жер серігінен түсетін кешігуге байланысты теріс фазалық жылжитын сигналдар. Ал соңғы сигнал ретінде, жергілікті тіректік генератор қалыптастыратын сигналдың қолданылуына байланысты. Осыған байланысты формула былай болады:
Ф = N - Ф, (1.18)
(1.17) және (1.18) қатынастарының комбинациясы негізінде мынандай формуланы алуға болады:
Ф = f + N + f, (1.19)
мұндағы, ΔФ - фазалар айырымының өлшенетін мәні;
f - масштабты жиіліктің номиналды мәні;
N- радиосигналмен жер серігінен қабылдағышқа дейінгі қашықтықта жүріп өту уақытындағы фазаны өлшеу периодтарының бүтін саны;
= tпер - tпр - жер серігі мен қабылдағыштағы сағаттар жүрісінің синхронды еместігінен туған түзету.
= Rс екенін ескере отырып, ΔФ фазалардың өлшенетін айырымның мәні, R анықталатын ара қашықтық шамасымен байланыстыратын теңдеу мына түрде беріледі:
Ф =R + N + f, (1.20)
Бұл формула қашықтық ұзындығын анықтаудың фазалық әдісі - ол іске асырылатын біржақты жерсеріктік қашықтықты өлшеу жүйелері үшін негізгі болып табылады.
Жер серігі мен қабылдағыш арасындағы ара қашықтықты өлшеудің кодтық және фазалық принциптерімен қатар, GPS типті қазіргі заманғы жерсеріктік позициялау жүйелерінде Доплер эффектісіне негізделген көмекші әдістер де қолданылады. Ара қашықтықты өлшеудің фазалық принципін пайдаланған жағдайда, Доплер әдісін арнайы аппараттық құралдарды қатыстыра отырып іске асырудың қажеті жоқ. Өйткені, бұл әдіс фазалық әдіс түрлерінің бірі болып табылады. Доплер әдісіне тән кейбір ерекшеліктер, алынатын нәтижелерді өңдеу әдістеріне байланысты [2].
1.2 Жерсеріктік әдістермен нүкте орнын анықтау
1.2.1 Нүкте орнын анықтаудың абсолюттік әдісі
Спутниктік әдістерді қолдана отырып, нүктенің орнын анықтаудың абсолютті, дифференциалды немесе салыстырмалы әдістері бар.
Спутниктің координаттарын өлшеу кезінде негізгі анықтайтын параметр-спутник пен қабылдағыш арасындағы қашықтық. Бірнеше спутниктерге дейінгі қашықтықты бір уақытта анықтау кеңістіктік сызық пен бақылау нүктесінің координаттарының қиылысу әдісін есептеуге мүмкіндік береді. Бұл координаттар, өз кезегінде, бір уақытта жұмыс істейтін спутниктік қабылдағыштар орнатылған нүктелер арасындағы координаттардағы айырмашылықты, базалық сызықтың ұзындығын, азимут бағытын, сондай-ақ басқа да бірқатар қосалқы параметрлерді анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, қабылдағышты қозғалатын объектіге орнатқан кезде, сол объектінің жылдамдығы мен бағытын анықтауға болады.
Шешілетін міндеттерге байланысты координаталарды анықтау әдістері бар - абсолютті және салыстырмалы (дифференциалды). Сонымен бірге, бірінші жағдайда қойылған міндет бір бөлек жұмыс істейтін спутниктік қабылдағыштың көмегімен шешілуі мүмкін. Екінші жағдайда дифференциалды өлшеуге тән белгілі бір жерлерде белгілі бір нүктелерде орналасқан екі немесе одан да көп бір уақытта жұмыс істейтін қабылдағыштарды қолдануға болады. Осы екі әдістің негізгі ерекшеліктері - дәлдігі жағынан айтарлықтай ерекшеленетін координаталарды алу абсолютті әдіске тән жүйенің қасиеттерінің қателіктерін есепке алудың күрделілігімен түсіндіріледі. Мұндай мәлімдемені дәлелдеу үшін түпкілікті нәтижелерді есептеу кезінде қолданылатын негізгі қатынастарды талдаңыз.
Егер өлшеу сәтінде белгілі жер серігі координаталарын координатаның геоцентрлік жүйесінде Хс , Ус және Zс арқылы, ал бақылау пунктінің белгісіз координаталарын Хn , Уn және Zn арқылы белгілесек, онда осы екі нүкте арасындағы геометриялық ара қашықтық мынандай аналитикалық геометрия негізінде анықталуы мүмкін:
p=√(XC-XП)2+(YC-YП)2+(ZC-ZП)2, (1.21)
Есептелген ара қашықтықтың дәл мәні R сағат жүрісінің синхронды еместігінен υδτ туған түзетуді ескере отырып, мына формуламен анықталады:
R=ρ+υδτ, (1.22)
(1.21) қатынасын (1.22) формуласына қойып, электрмагнитті толқындардың таралу жылдамдығының υ орташа мәнінің орнына, осы толқындардың атмосфераның δtатм әсерінен, сәйкес уақыттың түзетулері бар вакуумдегі жылдамдығын υ енгізе отырып, жер серігі мен қабылдағыш арасындағы өлшенетін ара қашықтық Rөлш үшін мына формула алынады:
Rөлш =√(XC-XП)2+(YC-YП)2+(ZC-ZП)2+с(δtпр - δtс)+сδtатм , (1.23)
мұндағы, δtпр мен δtс - жер серігі мен қабылдағыш сағаттар көрсеткіштердің эталондық уақытқа қатысты ауытқуы;
δtатм -- атмосфераның әсерінен туған уақыттық кідірістер.
(1.23) формуладағы δtс шамасы әрбір нақты жер серігі үшін басқару және бақылау сенсорының құрамына кіретін қадағалау станциясының көмегімен анықталады да, навигациялық деректердің құрамында әрбір тұтынушыға беріледі. Осыны ескере отырып, абсолюттік әдіске тән дөрекі координатты анықтау кезінде қарастырылатын шаманы белгілі деп санауға болады. δtатм түзету мәнін радиосигналдың ионосфера мен тропосфера арқылы өту кезінде пайда болған кідірістерді модельдеу негізінде есептейді. Нәтижесіиде (1.23) формула құрамында төрт белгісіз мән болады: қабылдағыш күйі нүктесінің үш координатасы мен қабылдағыш сағатының жүру түзетпесі. Осы белгісіздерді табу үшін кем дегенде төрт жер серігінен бақылау жүргізеді. Олар әртүрлі жер серігіне дейінгі Rөлш қашықтықтың әртүрлі мәндеріне сәйкес келетін тендеулер жүйесін құрып, оны бірге шешеді.
Координаталарды анықтаудың абсолюттік әдісінің потенциалды дәлдігін аныктау мақсатында, осы әдіске тиісті жеке қателік көздерінің әсерін бағалаймыз. Алдымен жер серігі координаталарын, яғни навигациялық деректер құрамындағы радиоарна бойынша берілетін оның эфемеридтері - метрлік дәлділік деңгейіндегі қателіктермен сипатталады.
Қандай да бір жер серігі сағаттарының түзетілуі белгілі бір дәлділік деңгейіндегі қателіктермен сипатталады. Қандай да бір жер серігі сағаттарының түзетілуі белгілі бір нақты қателікпен жүзеге асырылады.
Атмосфера әсерін модельдеу әдістері, координатты анықтау дәлдігіне елеулі әсерін тигізеді. Ионосфера әсері едәуір сенімді модельденеді. Алайда, екі жиіліктік қабылдағыштарды пайдаланған кезде аталған әсерді едәуір азайтуға болады.
GPS-ке сәйкес жалпыға арналған кодтың негізделген абсолюттік әдіске тән жоғарыда келтірілген барлық әсерді сандық бағалау 2-кестеде берілген. Бұл деректер абсолюттік өлшеу әдісі үшін нәтижелі дәлділік, жалпыға арналған (СА) кодты пайдаланғанда шамамен 8 м деңгейдегі қателікпен бағаланатынын көрсетеді. Бұл кезде СА-кодты қолдануға тән әдістің ең төменгі сезгіштігі шамамен 3 м қателікке сәйкес келеді. Яғни, жоғарыда келтірілген қателіктердің әсерінен абсолюттік әдісті пайдаланған жағдайда, жалпыға арналған кодтық өлшеудің потенциалдық дәлдігін іске асыру мүмкін емес.
Мәні бойынша осындай едәуір көп қателік көздеріне байланысты тербелісті пайдалану фазасын өлшеу негізінде, жер серігіне дейінгі ара қашықтықты анықтауға мүмкіндік болмайды. Өйткені, бірнеше өлшеудің шектік мәнін беру үшін GPS-ке қатысты 0,1 м-ден төмен емес деңгейде потенциалды дәлдікті қамтамасыз ету қажет.
1.2- кесте
Қателікті мөлшерлік бағалау
№
Қателік көздері
СА -код үшін тиісті абсолюттік анықтаудың қателіктер мәні, м
1
Ионосфера
7
2
Тропосфера
0,7
3
Көпжолдық
7,2
4
Қабылдағыштың шуы
1,5
5
Жер серіктік координаталардың уақытты қамтамасыздандыру қателіктері
3,6
6
Сомалық қателік
8,1
Координаталарды анықтау дәлдігін жоғарылату мәселесі жерсерікті өлшеудің дифференциалдық әдістерін қолдану есебінен, едәуір тиімді түрде шешіледі. Оған тән ерекшелік - қабылдағыш көмегімен тіркелетін мәндердің абсолюттік емес мәнін, өлшеу нәтижелерінің соңғы сатысында өңдейді.
Мұндай тәсіл дифференциалдық жерсеріктік өлшемдердің кеңінен таралуын қамтамасыз етті. Ол жылжымайтын және жылжитын объектілердің координаталарын анықтауда табысты қолданылады. Ал соңғы нәтижелері тек өңдеуден кейінгі өңдеу процесінде ғана емес, нақты уақыт масштабында да алынуы мүмкін. Бұл кезде едәуір өңделген дифференциалды әдістерге тән дәлділік деңгейін абсолюттік әдіспен салыстырғанда, 100 еседен артық жоғарылатуға болады.
Осы себепті көптеген геодезиялық есептеудің шешімі дифференциалды әдіспен жүргізіледі. Ал қандай да бір белгісіз шамаларды абсолюттік анықтау - тек көмекші функцияларды ғана орындайды.
1.2.2 Нүкте орнын анықтаудың дифференциялдық әдісі
Бірнеше жер серіктіктері мен қабылдағыштар қатысатын жер серігін өлшеуді бір мезгілде орындау кезінде, әртүрлі есептемелердің мынадай түрлерін ұйымдастыруға болады:
бір ғана жер серігін бір уақытта бақылау кезінде жерсеріктік қабылдағыштың әртүрлі нүктелерден алынған нәтижелерінің айырмашылығы;
бір мезгілде екі немесе оданда көп жерсеріктерін бақылау кезінде бір қабылдағыштың көмегімен алынатын нәтижелер айырмашылығы;
бір қабылдағышпен және уақыттың әртүрлі сәтінде бір жерсерігін бақылау кезінде алынған нәтижелер айырмашылығы;
әртүрлі өлшеу түрлерін (мысалы, кодты әдістер мен тербелісті алып жүретін фазаны анықтау негізінде орындалатын басқа да комбинациялары болуы мүмкін (екі әртүрлі пайдалану жиіліктерінде L1 және L2 алынатын нәтижелер айырымы).
Енді оларды пайдалану негізінде алынатын әртүрлі айырымдарды ұйымдастыру артықшылықтарын қарастыралық. Бірінші нұсқаны іске асырған кезде, жерсеріктік аппаратура жұмысының жетілмеуіне байланысты тіркелген мәндеріндегі ауытқуларды алып тастауға мүмкіндік туады. Оларға өлшеуді орындау сәтіндегі жерсеріктік сағат көрсеткішінің қателіктері жатуы мүмкін.
Сонымен қатар, жер серігі эфемеридтерін білу дәлдігіне қойылатын талаптарда едәуір әлсірейді. Бұл жағдай сызбанұсқа түрінде 4-суретте бейнеленген.
4-сурет. ЖНЖС күйінің дәлсіздігінің әсері
Егер S жер серігінен жер бетіндегі Р1 және Р2 екі нүктесіне дейінгі ара қашықтық шамамен бір-біріне тең (R1≈ P2≈R), ал D базисі бақыланатын бұрыш - жер серігінің есептеу траекториясынан шамалы ауытқыған кезде тұрақты болып қалса, онда
, (1.24)
деп алған жөн немесе = const екенін ескерсек,
, (1.25)
Радиоарна бойынша берілетін эфемерид мәндерінің қателіктері, бұл кезде өлшенетін ара қашықтық (δR) мәндеріндегі қателіктер бірінші жорамалда шамамен 20 м шамасымен бағаланады. GPS және ГЛОНАСС жүйелері үшін R ≈ 20000 км болғандықтан, ол былай болады:
.
Осыны ескере отырып, дифференциалдық әдісті қолданғанда базистік сызықтың ұзындығын, сонымен қатар бір миллиондық деңгейдегі екі пункттер арасындағы координаталар айырымын жер серігі эфемеридтерінің мәнін анықтаудың арнайы шараларына қабылдауға сүйенбей алу мүмкіндігі ұсынылады. Дифференциалдық әдісті пайдалану, аралық нәтижелерге атмосфераның әсерін тез азайтуға мүмкіндік береді. Өйткені, бұл жағдайда радиосигналдардың атмосфера арқылы өткен кездегі кідірісінің абсолюттік мәндерін емес, тек осы кідірістер айырымын ғана ескеру қажет. Олар салыстырмалы аз станция үрдісінде салыстырмалы кіші мәндермен сипатталады.
Қарастырылып жатқан дифференциалдық әдістің басты кемшілігі - пункт арасындағы координаталар айырмашылығын ғана анықтап, оның абсолюттік мәнін анықтамауы. Мұндай тәсілді референцтік деп атайды.
Екінші нұсқаның артықшылығы - екі жер серігіне дейінгі айырмашылықты пайдаланғандағы соңғы нәтижелерді есептеуден туады. Осы айырмашылық - қабылдағыш сағаты көрсеткішінің дәл еместігімен туған тузетулерді алып тастауға және қабылдағыш жұмысымен байланысты жеке құрал-жабдық қателіктерін азайтуға мүмкіндік береді.
Дифференциалдық әдістің үшінші нұсқасы - бұл кезде өлшеудің айырмашылықтары анықталады, яғни фазалық өлшеуді орындау кезінде орбитада бір-біріне жақын орналасқан екі жер серігін табу, мәндердің бірдей болмауын шешу проблемасын едәуір жеңілдетеді. Бұл жағдайда бақылау кезінде бастапқы нүктедегі жер серігі мен қабылдағыш арасындағы ара қашықтықтан жиналған толқын ұзындығының бүтін санына сәйкес келетін N мәнін алып тастауға болады.
Әртүрлі өлшеу түрлерінің комбинациясын біріктіруге негізделген дифференциалдық әдіс түрлерінің төртінші нұсқасы, фазалық өлшеуді орындаған кезде бір мәнді нақты нәтижелерді алудың тиімді әдістерін іздеуге, біржиілікті қабылдағыштарымен жұмыс істеу кезіндегі ионосфера әсерін баяулатуға, сонымен қатар динамикалық жағдайда жұмыс істегенде, мысалы көлік құралдарын пайдаланғанда, жоғары дәлдікті жерсеріктік өлшеу әдістерін өңдеуге де бағытталған [3].
1.3 Жерсеріктік өлшеуді өңдеу
Топографиялық-геодезиялық ақпараттарды өңдеудің жалпы процесі мынадай кезеңдерге бөлінеді:
алғашқы өңдеу;
алдын ала өңдеу;
соңғы өндеу.
Алғашқы өңдеуге - тікелей өлшеу процесінде орындалатын есептеулер жатады. Осы кезеңде алынған есептеулердің дұрыстығы мен бірлік өлшеу дәлдігі бақыланады. Жерсеріктік өлшеу жағдайында алғашқы өндеу - тікелей дала қабылдағыштарында орындалады. Ал координатты навигациялық режимде анықтаудың бақылау ретінде аспанның көрінуі, жер серіктерінің қажетті саны және өлшеу процесінегі геометриялық факторлардың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Адамдар ежелден бері өмір сүрген жерін, бағытын әр түрлі анықтады. Бұл әдістер қазіргі уақытта қолданылады. Бірақ, адамдар жердің жасанды серігің ұшырып, ғарышты игере бастағанда, технологияның дамуымен жерді анықтаудың жаңа әдістері пайда болды.
Жалпы спутниктік жүйе дегеніміз не?
Бұл қалай жұмыс істейді?
Ол геодезияда не үшін қолданылады?
Осы мәселелерге сүйене отырып, мен тезисті бастадым.
Қазіргі уақытта Жердің жасанды спутнигін қолданатын арнайы қабылдағыштардың көмегімен нүктенің орнын анықтауға болады. Бірақ осы спутниктердің ішінде орналасқан жерді анықтайтын екі Ғаламдық жерсеріктік жүйе бар: ресейлік ГЛОНАСС және американдық NAVSTAR. Сонымен қатар енді пайда болған жерсеріктік жүйелер де бар.
ГЛОНАСС және NAVSTAR (GPS) типті спутниктік жүйелермен қамтамасыз етілетін геодезиялық өлшеулердің жоғары дәлдігі бір-бірінен мыңдаған километр қашықтықта орналасқан пункттердің өзара орналасуын анықтауға мүмкіндік береді.
Нүктенің орнын жерсеріктік жүйе арқылы анықтау кезінде арнайы жерсеріктік қабылдағыштар пайдаланылады. Бұл қабылдағыштардың да өзіндік ерекшеліктері бар. Нүктенің орнын жоғары дәлдікпен анықтау үшін спутниктік қабылдағыштардың жұмыс режимдері бар.
Жалпы спутниктік технологияларды қолдана отырып, әртүрлі геодезиялық және геодинамикалық мәселелерді шешуге, оларды Геодезияның бірнеше бағытында қолдануға болады. Мысалы, теңіз геодезиясында, қолданбалы геодезияда, аэрофотогеодезияда.
Жоғарыда айтылғандар туралы дипломдық жұмыста егжей-тегжейлі жазылған.
1 Геодезия
0.1 Глобалды жерсеріктік жүйе туралы жалпы түсінік
Геодезия - жерднпішіні мен мөлшерінин, қабылданған координаттар жүйесіндегіанүктелер орнын анықтаудың әдістері мен тәсілдерін зерттейтін, жер бетінің планы мен картасын салу, жер бетіндегі өлшеулерді жүргізумен айналысатын Жер туралы ғылымдардың бір саласы. Жердің физикалық бетін зерттеу үшін картографиялық және топографиялық әдістер мен пландық және биіктік координаталар құрылады. Геодезия ғылымы астрономия және гравиметриямен тығыз байланысты, сондықтан жердің пішіні мен мөлшері градустық өлшеу әдісімен анықталады. Оның шамасы - географиялық координаттар арқылы доғалардың сызықтық және бұрыштық мәндерін анықтаудан тұрады. Өндірістік, гидротехникалық және т.б. құрылыс объектілерінің пландық пен биіктік негізін салуды және инженерлік түсірімдерді орындау мәселелерін инженерлік геодезия шешеді. Геодезиялық тәсілдермен жер сілкінудің алдын ала болжау мүмкіндігін анықтау мақсатында, жер қыртысының жылжуын зерттеу үшін Тянь-Шань аймағында геодинамикалық болжау полигоны құрылды. Полигонда қазіргі кездегі жер қыртысының жылжуының вертикаль және горизонталь құраушылары зерттеледі.
Геодезия әртүрлі ғылыми пәндермен тығыз байланысты, соның ішінде математика, астрономия, физика, механика, автоматика, электроника, география, фотография және сызу. Қазіргі кезде көп инженерлік ғылымдар геодезияның көмегінсіз дами алмайды.
Геодезия есептерін шешу үшін жерсеріктік радионавигациялық жүйені пайдалану көп функциялы жерсеріктік жүйелер пайда болғанда қажет болды. Онда пункттердің координаталарын мм-ге дейінгі дәлдікпен анықтауға мүмкіндік беретін жердің навигациялық жасанды серіктерінен, объектіге дейінгі ара қашықтық фазалық өлшеу әдісімен іске асырылды.
Ежелде адамдар бағдар алу үшін аспан денелеріне қарап болжаған. Теңіз саяхатшылары Ай мен Күнге қарап бағдар алған. Бірақ ауа-райы нашар болса
бағыттаан ауытқып кету мүмкін.
Кейін компос пайда болған сон, ауа-райына тәуелділік аяқталды.
Жерсеріктік радионавигациялық жүйелер дегеніміз - навигациялық мәселелерді шешу мен жергілікті жердің нүктелерінің координаталарын, жердің арнайы навигациялық жасанды серіктерінен берілетін, тірек нүктелері қызметін атқаратын радиосигналдар бойынша анықтауға (орнын анықтау, позициялау) арналған техникалық құралдар кешені [1].
0.1.1 Глобалды жерсеріктік жүйенің даму тарихы
Глобалды жерсеріктік жүйенің (ЖРНЖ) даму тарихы, ғарыштық геоде-
зияның даму тарихымен байланысты. Ол алғашқы жасанды жер серігін
ұшырған кезден басталды.
Алғашқы кезеңі негізінен 1958-1970 жылдарды қамтиды. Бұл кезеңде жасанды жер серігін бақылау әдістері, сондай-ақ олардың орбиталарын есептеу мен талдау әдістері жасалды. Жасанды жер серігін бақылаудың негізгі әдісі, арнайы құрастырылған фотокамера арқылы іске асырылатын фотографиялық әдіс болды. Бақылаудың өңделген әдісі негізінде ғарыштық триангуляцияның ғаламдық желілері, Жер моделі жасалып, Жердің гравитациялық өрісі зерттелді. Бұл пункт координаталарын анықтау әдісінің кемшіліктері: екі пунктте бір мезгілде синхронды бақылауды ұйымдастыру қиындығы бір-бірінен едәуір қашықтықта тіркелген екі пункттен, бір уақытта жер серігінің көрінуін қамтамасыз ететін жақсы ауа-райы жағдайларының қажеттілігі.
1970-1980 жылдары жасанды жер серігінің дамуының екінші кезеңі болды. Бұл кезеңдерде жасанды жер серігін бақылаудың жаңа әдістері жасалады, яғни оларға - лазерлі және радиотехникалық қашықтық өлшеуіш, жерсеріктік альтиметрия жатады.
Жасанды жер серігінің фотографиялық бақылау әдісінің кемшіліктері: триангуляция әдісімен ғаламдық геодезиялық желіні құру кезінде кейбір қиыншылықтар туындады. Сондықтан, пункттердің координаталарын анықтау үшін жасанды жер серігіне бағыттарды анықтау әдістерінің орнына, оларға дейінгі ара қашықтықты өлшеу әдістері қолданыла басталды. Сонымен, нүкте орнын анықтау мәселелерін жерсеріктік геодезияда шешу үшін трилатерация әдістері қолданыла бастады. Осы кезеңде алғашқы жерсеріктік навигациялық жүйелер: NNSS (Navy Navigation Satellite System) АҚШ-тың әскери-теңіз күштеріне арналып, азаматтық пайдаланушылар үшін ашылғаннан кейін, Transit деген атпен белгілі болды. Ал Цикада (СССР) 1979 жылы пайдалануға енгізіліп, әскери-теңіз флотының мұқтаждықтарын навигациялық қамтамасыз етуге қажет болды. Жасанды жер серігінің алғашқы буынына - апат болғандарды анықтайтын COSPAS - SARSAT халықаралық жүйесі жатады.
Алғашқы шыққан барлық жерсеріктік жүйелердің кемшіліктері болды.
Оларға аймақты шектеулі қамту, координаталарды анықтаудың төменгі дәлдігі және навигациялық мәселелерді ұлғайтуға қажет уақыттың үлкен аралығы жатады. Жасанды жерсерікке дейінгі ара қашықтықты өлшеу негізіне - Доплер әдісі жатады.
Бұл кемшіліктердің себебі: ЖНЖС (жердің навигациялық жасанды серіктері) орбиталарының төмен биіктігі мен олардың шектеулі саны; олар Жердің барлық беті бойынша ЖНЖС радиосигналдарын қабылдауға мүмкіндік бермейді. Бұл ЖНЖС орбиталарының биіктігі 1000 км-ді құрап, небары 6 ЖНЖС қолданылған. Ара қашықтықты анықтау үшін төменгі жилікті радиосигналдар қолданылды. Ол тұтынушы қабылдағышының стационарлы күйін талап етеді. Өйткені, оның тіпті аз ғана орын ауыстыруы - едәуір қателіктерге ұшыратады, яғни динамикада навигациялық анықтау мүмкіндігі болмайды.
Үшінші кезең - 1980 жылдан басталады. Бұл кезең көп функциялы
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging, США) жерсеріктік радионавигациялық жүйенің жасалуымен белгілі болды. Ол бізге GPS (Global Position System) және ГЛОНАСС (Ғаламдық навигациялық жерсеріктік жүйе, КСР0, Ресей) аббревиатурамен белгілі.
2005 жылдан бастап, Еуропа ғарыштық агеттігінің жерсеріктік радионавигациялық жүйесі - Galileo ғарыштық сегменті өрістеді. Навигациялық жасанды жерсерік орбиталарының биіктігі мен олардың сандарын арттыру, сондай-ақ басқа факторлар Жердің кез келген нүктесінде, кез келген уақытта және кез келген ауа райында нүкте орнын анықтау үшін, жерсеріктік радионавигациялық жүйені қамту әрекетін ғаламдық етуге ЖНЖС-нің қажетті мөлшерінің радиокөрінушілігін қамтамасыз етті. Осы кезде жаңа жүйелерде нүкте координаталарын анықтау дәлдігін күрт жоғарылатуға, сондай-ақ навигациялық мәселелердің бүкіл кешенін нақты уақыт аралығында шешуге мүмкіндік туады. Бұл ЖРНЖ деректерін тұтынушылар, санының едәуір өсуіне алып келді. Навигациядан бөлек координаталарды анықтау дәлдігін жоғарылату, жерсеріктік технологияларды геодезияда, геодинамикада, топографияда, Жерді қашықтықтан зондтауда, геоақпараттық технологияларда, т.б. пайдалануға мүмкіндік береді [2].
GALILEO - Еуропалық жерсеріктік навигациялық жүйе одағы мен Еуропалық ғарыштық агенттіктің бірлескен жобасы. Бұл жүйе геодезиялық және навигациялық есептерді шешуге арналған. Қазіргі таңда Галилео жүйесінен сигналды тек Altus Positioning Systems, Septentrio және JAVAD GNSS компанияларының қабылдағыштары ғана қабылдап және оны өңдей алады. Еуропалық одақ мемлекеттерінен басқа жобада Қытай, Израйль, Оңтүстік Корея, Украйна, Ресей елдері кіреді. Галилео жүйесі, орбитаға жоспарланған 30 жерсерік ұшырылған сон, 2014-2016 жылдары қолданысқа беріледі. Ресейлік ГЛОНАСС және америкалық GPS жүйелеріне қарағанда, Галилео жүйесі ұлттық әскери ұйымдармен басқарылмайды.
Бейдоу - Қытай елінде ғана қолданысқа берілген жерсеріктік навигациялық жүйе. Қазіргі таңда жер орбитасына 8 жерсерігі шығарылды. Жерсеріктер саны 2020 жылы 35 есе өскенде, бұл жүйе бүкіләлемдік қолданықа беріледі деп жоспарлануда. Бейдоу бағдарламасы 2000 жылы құрыла басталды. 2007 жыл орбитаға алғашқы жерсерігі ұшырылды.
IRNSS - Үнді навигациялық жерсеріктік жүйесі. Осы елде және шекаралас елдерде ғана қолдану жоспарланған. Алғашқы жерсерік 2008 жылы ұшырылды. Қазіргі кезде 7 жерсерік ұшырылған. Жоспар бойынша барлық жұмыстар 2011 жылы аяқталады деп жоспарланған [3].
1.1.2 Глобалды жерсеріктік жүйенің құрылымы
Жерсеріктік радионавигациялық жүйе 4 сектордан тұрады:
космодром;
ғарыштық сектор;
тұтынушы сектор;
бақылау мен басқару секторы.
Космодром - ЖНЖС-нің жеткізгіш зымыран арқылы жүйені кұру кезінде берілген орбиталарға шығарылуын қамтамасыз етеді. Қазіргі заманғы ЖНЖС-нің ресурстары шамамен 10 жылды құрайды және ол қозғалтқыш отын қорының мөлшеріне тәуелді. Сол арқылы орбитаның берілген уақытқа дейінгі кезеңдік түзетуін жүргізеді. ЖНЖС есептеу орбитасынан, Жердің гравитациялық өрісі және басқа планеталардың, атмосфераның кедергісінен басқа да қалыпсыз факторларының әсерінен шығады.
Ғарыштық сектор белгілі мөлшердегі ЖНЖС-ден тұрады. ЖНЖС жиынтығын - шоқ жұлдыз деп атайды. ЖРНЖ-нің жұмыс істету идеологиясына сәйкес, ЖНЖС координаталары белгілі тірек нүктесі қызметін атқарып, кеңістіктік қиылыстыру бойынша Жер бетіндегі пунктгтер координаталарын анықтауды жүзеге асырады. ЖНЖС бортына радионавигациялық аппаратура орнатылады. Ол жер серігі мен жердегі бақылау пункттері арасындағы қашықтықты есептеуге қажет радиосигналдардың Жерге берілуін жүзеге асырады. Сонымен қатар, әрбір ЖНЖС-ден жерсерігі эфемеридалары, борт сағатының уақыт шкаласының түзетулері, альманах - барлық ЖНЖС шоқжұлдыздары жөніндегі ақпараттан құралған навигациялық деректер беріледі. Жер серігінде жұмыс істеуге қажет радионавигациялық аппаратурадан бөлек, кеңістіктік бағытталуды, жер серігін баллистикалық өлшеуді, басқаруды, энергиямен қоректендіруді, т.б. қамтамасыз ететін жабдықтар бар.
ЖРНЖ-нің көп функциялы міндеті, ғарыш секторын құру ерекшеліктерін анықтайды. ЖНЖС орбитасының биіктігі шамамен 20000 км болуы тиіс, ол әрбір жер серігінен радиокөрінушіліктің сипатым ғаламдық тұрғыда қамтамасыз етеді. Мұндай биіктіктегі ЖІІЖС-нің айналу кезеңі шамамен 12 сағат құрайды. Орбита биіктігі ЖНЖС-нің айналу кезеңі, жұлдызды тәуліктің жартысына тең болатындай етіп іріктеліп алынған. Осының әсерінен, жұлдызды тәулікте бір рет әрбір ЖНЖС жер бетінің бірдей нүктесінен өтеді. Әрбір орбитадағы жер серіктері 1,5 сағат аралығында жүреді және экваторды 22,5°С бойлық бойынша жылжып, қиып өтеді. ЖНЖС-нің мұндай қозғалу құрылымы әрбір жер серігін тәулігіне 1 рет жүйенің бақылау-өлшеу пунктінен, оның жұмысын бақылау мақсатында қадағалауға мүмкіндік береді.
Белгілі бір жерді анықтаудың қажетті дәлдігіне сигналдарды бір мезгілде кем дегенде 4 ЖНЖС-ден қабылдау кезінде жетеді. Сондықтан, шоқжұлдыздағы жерсерігінің саны кем дегенде 24 болуы қажет. Сонымен қатар, белгілі бір жерді анықтау дәлдігіне ЖНЖС-нің орналасу геометриясы да әсер етеді. Олар барлық ас пан сферасы бойынша біртекті орналасуы тиіс. Ол үшін жер серіктерінің жазықтықтары бір-біріне қатысты бірнеше орбиталарда біртекті орналасады.
NAVSTAR жер серігінің жүйесі (Navigation Satellite Timing and Ranging, США). Жер серігінің радионавигациялық жүйеде 24 GPS жердің навигациялық жасанды серіктерінің (соның ішінде үшеуі резервте) бір-бірінен 60°-пен әрқайсысында 3-4 жер серігі бойынша жылжытылған 6 шеңбер маңындағы орбиталарда орналасады.
GPS-тің жердің навигациялық жасанды серіктері орбиталарының биіктігі,
шамамсн 20200 км-ді кұрайды. Айналу мерзімі 11 сағат 57 минут 58,3 сек. Соңғы буын жер серігінің массасы 1044 кг. Қазіргі таңда орбитада екінші және үшінші буынның тең бөлінген 29 жер серігі орналасуда.
ГЛОНАСС спутниктік жүйесі (жаһандық навигациялық спутниктік жүйе, Ресей). ГЛОНАСС жүйесінің спутниктері үш орбиталық жазықтықта орналасқан, әрқайсысы 8 дана, экваторлық жазықтыққа 64,8° көлбеу. Дөңгелек орбитаның биіктігі - 19 000 км.жер айналасындағы спутниктердің айналу кезеңі-11 сағат 15 мин 44 сек. Спутниктің массасы-1415 кг. қызмет мерзімі-3,5 жыл. Жүйедегі Жердің жасанды навигациялық спутниктерінің есептік саны 24 спутникті құрайды. 1982 жылдан бастап 74 ЖНЖС жіберілді және қазіргі уақытта 18 спутник жұмыс істейді. Спутниктік жүйенің ғарыш секторы 1-суретте көрсетілген.
1-сурет. NAVSTAR мен ГЛОНАСС жер серіктерінің ғарыштық секторы
Осылайша, қазіргі уақытта ГЛОНАСС жерсеріктік радионавигациялық жүйесі әзірленуде. Сонымен қатар, бұл жүйе GNSS көмегімен GPS жүйесінің қосымшаларының бірі болып табылатын жер серіктерінің жұмыс істейтін тобы. Бұл VNG сигналдарын қабылдауға арналған шабу жабдығының (GPS-қабылдағыштардың) көмегімен екі жүйені де жайғастыруға қолайлы жағдай жасауға мүмкіндік береді.
Барлық үш жүйенің радионавигациялық сигналдарын қабылдауға арналған тұтыну жабдығын жасау геодезиялық және навигациялық міндеттерді шешуге ықпал етеді және нәтижелердің дәлдігіне сенімділік туғызады.
Еуропалық ғарыш агенттігінің Srns-Galileo ғарыш сегменті 2005 жылдан бастап жұмыс істейді. Бұл навигациялық спутниктердің орбиталық биіктігін және олардың санын арттырады. Сонымен қатар, басқа факторлар жердің кез-келген нүктесінде, кез-келген ауа-райында және кез-келген уақытта нүктенің орналасқан жерін анықтау үшін ғаламдық деңгейде ДМК-нің қажетті мөлшерін қамтамасыз етті. Спутниктік жүйелердің сипаттамалары 1-кестеде келтірілген.
1.1-кесте
Жерсеріктік жүйелерді салыстыру
Жерсерік атауы
NAVSTAR
ГЛОНАСС
GALILEO
Шеңберлі орбитанын биіктігі
20200 км
19100 км
23222 км
Экватор жаз-нан орналасуы
60°
64,8°
56°
Айналу периоды
11сағ.57мин.58,3с
11сағ.15мин.44с
14сағ.4мин.42с
Жерсерік массасы
1044 кг
1415 кг
700 кг
Эксплуотация уақыты
17 жыл
10 жыл
19 жыл
Жерсерік саны (резерв)
24(3)
24(3)
27(3)
ЖРНЖ-ні басқару, бақылау секторы орталық пен планетаның әр түрлі бөліктерінде орналасқан бірнеше қадағалау станцияларынан тұрады.
Бұл станциялардың негізгі міндеті спутниктердің есептік параметрлеріне негізделген жүйе, спутниктердің эфемеридтерін жүйелі түрде анықтау болып табылады. Сонымен бір мезгілде әрбір спутникте сағат көрсеткіштерін түзету, навигациялық деректердің мазмұнын мерзімді жаңарту және оларды жүктеу станциялары арқылы РНГ-ға беруді ұйымдастыру және т.б., олардың жұмыс істеу сәйкестігін бақылау қажет. Бақылау станциялары тәулік бойы жүйенің барлық спутниктерін бақылайды. Олар бүкіл әлемде біркелкі орналасқан: көтерілу, Гавай аралы, Куажалайн атоллдары және Диего Гарсия. Бір бақылау станциясы Колорадо Спрингс қаласындағы (АҚШ) жетекші станциямен біріктірілген спутниктерді бақылау (ағымдағы эфемеридтерді анықтау) Атом сағаттарымен жабдықталған екі жиіліктегі арнайы GPS қабылдағыштардың көмегімен жүзеге асырылады. Бұл станцияларда көзге дейінгі барлық қашықтық өлшенеді және навигациялық деректер қабылданады. Нәтижесінде ионосфераның әсерінен болған барлық түзетулер анықталады және спутниктік сағаттардың жүру дәлдігі жазылады. Барлық станциялар жергілікті ауа-райы жағдайлары туралы ақпарат жинайды, осылайша жетекші станциялар жүйенің нипінің тропосфералық, қиылысатын радионавигациялық сигналдарын анықтай алады. Қашықтықты өлшеу нәтижелері бойынша спутниктердің эфемеридтері анықталады және олардың шамамен есептеулері жасалады. Өлшеулер радиосигналдардың тропосфералық кідірісін қоспағанда, көкжиектен 15 °C жоғары биіктікте орналасқан спутниктер бойынша ғана жүргізіледі (2-сурет).
Ғарыштық
сектор
Тұтынушы
секторы
Колорадо Спрингс
Бақылау
станциясы
Диего Гарсия ар. Вознесения ар. Атолл Кваджелейн Гавай аралдары Колорадо-Спрингс
Бақылау
және
басқару секторы
2-сурет. Жерсеріктік радионавигациялық жүйенің құрылымы
Жетекші басқару станциясы барлық GPS LPR жұмысын үйлестіреді. Ол тұруға ықтиярхаттың мәртебесі туралы барлық ақпаратты жинайды, болашақ спутниктік эфемеридтерді, Сағат сайынғы түзетулерді есептейді, әр тұруға арналған ақпараттық мәліметтер мен альманахтарды жасайды.
Жетекші станцияның атом сағаты бүкіл GPS жүйесінің анықтамалық сағаты болып саналады және АҚШ-тың Ұлттық уақыт стандартына байланысты
Осы спутниктің координаттарын жанармай құю станциясына жеткізумен қатар, жетекші станция олардың нақты мәндерінің жиынтығын орындайды. Ол тұтынушылар үшін мәндерді, жоғары дәлдіктегі Геодезиялық өлшеулерді қолдана алады.
Жүктеу станциялары күніне үш рет Орбита параметрлері және басқа да қажетті мәліметтермен ақпараттық хабарламалар жібереді.
Жүктеу станциялары, жетекші станциялардың командаларына сәйкес, спутник бортында орналасқан реактивті қозғалтқыштардың көмегімен ВНЖС орбиталарын түзетеді.
Бақылау станцияларынан басқа, GPS жүйесінде бақылау кезінде тұруға ықтиярхаттың нақты эфемеридтерін анықтайтын станциялар желісі бар. Бұл sidpet - біріктірілген халықаралық GPS желісі (20 станция), IGS - геодинамикаға арналған халықаралық GPS қызметі (шамамен 50 станция).жүйенің уақыт шкаласын анықтайды.
1.1.3 спутниктік жүйенің орналасқан жерін анықтау принциптері
"Нүктенің орнын анықтау, позициялау" терминдері әр навигациялық геодезиялық мәселенің шешімін біріктіре отырып, нүктенің координаталарын анықтау үшін синоним ретінде қолданылады.
LVL-де орынды анықтау принципі кеңістіктік қиылысқа негізделген (сурет. 3). Жүйенің тірек нүктелері (1, 2, 3) координаттары жоғары дәлдікпен анықталатын тірек нүктелері ретінде әрекет етеді. Жер бетіндегі m нүктесінің координаталарын анықтау үшін кеңістіктік қиылысу сызығы мен LC-ден жер бетіндегі нүктеге дейінгі сызықтық қашықтықты талдау өрнегі келесідей: R-ден үш LC-ге дейінгі сызықтық қашықтықты анықтау қажет.
, (1.1)
мұндағы, Хс ,Үс , Zc жүйе серігінің координаталары;
Хn ,Yn, Zn -- жер бетіндегі пункттің анықталатын координаталары.
Үш ЖНЖС-ге дейінгі ара қашықтықты біле отырып, Жер бетіндегі пункттің үш белгісіз (анықталатын) кооординаталары (1.1) түріндегі үш теңдеудегі жүйені аламыз. Нүкте орнын анықтау есептерінің шешімі, үш тендеулер жүйесін шешуге алып келеді. Есептің мұндай шешімі ЖНЖС-ге дейінгі қашықтықтың (ара қашықтығы) дәл белгілі кезінде мүмкін. Іс жүзінде ЖНЖС мен пайдаланушының қабылдау аппаратурасы сағаттарындағы уақыт шкалаларының айырмашылықтары әсерінен, уақытша түзету (қателік) ∆t пайда болады. ЖНЖС-ге дейінгі ара қашықтық, радиосигналдың жүріп өту уақыты t мен оның жылдамдығы v, бойынша өлшенгендігінен, ара қашықтықтағы қателіктер мәні едәуір көбейеді.
Сондықтан, бұл қашықтықты - жалған қашықтықтар деп атайды. Демек, нақты қашықтық (р), уақытша түзетулерді есепке ала отырып, мына формула
3 - сурет. Сызықтық кеңістікті қиылыстыру
арқылы есептеледі:
= R + t, (1.2)
Төртінші белгісіз ∆t пайда болады, оны алып тастау үшін (2) түріндегі төрт теңдеу қажет. Яғни, төртінші ЖНЖС-ге дейінгі жалған қашықтықты (R) өлшеу қажет. Нәтижелер дәлдігін жоғарылату үшін (2) түрдегі теңдеулер жүйесі, ең кіші квадраттар әдісі бойынша шешілуі мүмкін. Ол үшін артық өлшеулер қажет.
Пайдаланушының қазіргі замандағы аппаратурасы, нүкте орнын анықтау бойынша есептерді шешу алгоритмі енгізілген компьютер болып табылады. Кеңістіктік қиылыстыру геометриясынан үшінші ЖНЖС-ні бақьлау нәтижесінде, жер бетіндегі пункттің орны екі нүктеден таңдап алынады. Сонымен қатар, олардың біреуі нақты орнынан көп қалып қойғандықтан қате, әрі жарамсыз болады. Жоғары дәлдікте шешу қажетсіз, тек нәтижесін жылдам алу қажет болғанда, яғни навигациялық есептерді шешу кезінде орнын анықтау есебін осылай шешеді.
Уақыт шкаласы дәлдігінің ЖНЖС-ге дейінгі қашықтығын өлшеуге әсерін, егер R қашықтығының орнына өлшенген қашықтықтар арасындағы айырмашылықты пайдалансақ, алып тастауға болады, яғни:
1 = 2 - 1; 2 = 3 - 1, (1.3)
мұндағы, ∆p1 -- жердегі пункт пен екінші ЖНЖС арасындағы шынайы қашықтық айырмашылығы;
р1, р2 - жер бетіндегі пункт пен бірінші ЖНЖС арасындағы қашықтық;
∆р2 - сәйкесінше жер бетіндегі пункт пен үшінші рз және бірінші ЖНЖС- тің рі арасындағы қашықтықтар айырымы.
Өлшеу үш ЖНЖС-ге дейін бір мезгілде жүргізілгендіктен, ∆t-нің уақытша түзетуі барлық қашықтықтарда бірдей. Демек, (1.1) түріндегі теңдеулерде сәйкесінше ∆t шамасы алып тасталады, яғни:
1 = R2 - R1; 2 = R3 -R1, (1.4)
Бұл әдісті пайдаланушы аппаратурасында іске асыру қиын болғандықтан, ЖНЖС мен пайдаланушы қабылдағышының уақыт шкаласының синхрондалмау қатесін алып тастап, позициялay жұмыстарын орындауды ұйымдастыру -- әдістемелердің біреуі ретінде қолданылады.
Пайдаланушы аппаратурасында координаталарды ең кіші квадраттар әдісімен шешу алгоритмі оңай іске асырылады. Тригонометриялық көзқарас тұрғысынан, жердегі пункттің орнын анықтау үшін төрт жер серігінің қашықтық мәндері болуы қажет. Навигациялық есептерді практикада шешу үшін, үш өлшем нәтижелерін пайдалануға болады. Осылай ЖРНЖ әрекет ету негізіне Жер бетіндегі объектінің орнының координаталарын ЖНЖС-нің тірек нүктесі ретінде пайдаланатын трилатерация әдісімен шешу ұсынылған.
Импульстік және фазалық әдістер, сондай-ақ олардың комбинациясы жердегі жарық және радиожиілік өлшегішімен қашықтық ұзындығын өлшеу кезінде кеңінен қолданылады. Бұл әдістер спутниктік диапазонды өлшеудің негізі болып табылады. Сонымен қатар, спутниктік геодезиядағы ерекше артықшылықтармен сипатталатын кодталған сигналдарды қолдануға негізделген әдістер де жасалды.
Қашықтықты өлшеу, спутниктік позициялау әдістеріндегі импульсті өлшеу принциптері лазерлік қашықтық өлшеу жүйелерінде және спутниктік биіктік өлшегіштерде қолданылады. Қашықтықтың ұзындығын анықтаудың бұл әдісі навигациялық есептерді шешуде қажет және өлшенетін қашықтықты тез және нақты анықтауға мүмкіндік береді.
Әскери ведомстволар Әскери-теңіз күштерінің кемелерін навигациялық жүйемен қамтамасыз ету мақсатында жүзеге асырған олардың орналасқан жерін анықтаудың жаһандық спутниктік жүйесін әзірлеу кезінде координаталарды анықтаудың арнайы әдістерін (ұзақтық өлшегіші) пайдалану қажеттілігі туындады. Олар тек уәкілетті пайдаланушыларға қажет болды. Бұл кодталған сигналдарды қолдануға негізделген қашықтықты өлшеу әдісін жасауға әкелді. Осыған сүйене отырып, қашықтықты өлшеу жүйесін құру тұрғысынан сигналдар бір және нөлдік деңгейдің берілу тізбегін береді. Бұл сигналдың дұрыс бұрыш түрінде пайда болуына әкеледі. Кодтауға жататын берілістің жалғыз және нөлдік алшақтығы. Өлшеу процесінде өлшенетін сызықтың берілетін ұшында кодталған сигнал, ал желінің қабылдау соңында (пайдаланушының жабдығында) қашықтықты анықтау үшін дыбыс берудің тірек сигналы құрылуы тиіс. Өз кезегінде ол тиісті кодталған сигнал береді. Яғни, тұтынушы спутник пен қабылдағыш арасындағы қашықтықты анықтауда қолданылатын сигналдарды кодтау принципіне қол жеткізе алады. Іс жүзінде қашықтықты өлшеу мақсатында радиосигналдың өту уақыты эталондық дыбыстық сигналға сәйкес кідірісті енгізу және осы уақытта спутниктен кодталған сигналмен қабылданған сәйкестікті жазу арқылы анықталады.
Кодталған сигналдарды қолдануға негізделген диапазонды өлшеу принципі қашықтықты анықтаудың импульсті, фазалық принципіне тән жеке ерекшеліктерді біріктіреді. Мысалы, оны пайдалану кезінде мәндер бірдей болмайтындай тәртіп жоқ. Яғни, берілген көрсеткіш бойынша Код әдісі импульстік әдіске ұқсас. Сонымен қатар, анықтамалық және қабылдаушы сигналдардың сәйкес келу моменттерін анықтау ерекшеліктерін талдау кезінде бір кодталған сигналдың екіншісіне қатысты ығысу ұғымы жиі енгізіледі. Бұл қашықтықты өлшеудің фазалық әдісіне тән.
Дәлдік көрсеткіштері бойынша Код принципі фазадан кейін болады, сондықтан ол геодезиялық есептерді шешуде (негізінен орналасқан жердің координаттарын болжауда) көмекші рөл атқарады. Бұрын енгізілген жалған қашықтық ұғымы көбінесе қашықтықты өлшеу әдісімен түсіндіріледі.
Фазалық әдістер спутниктік жүйелерді геодезиялық пайдалану үшін айтарлықтай қызығушылық тудырады. Ол радиотолқындарды пайдаланушының гармоникалық тербелістердің дециметрлік диапазонын ақпараттық сигналдар ретінде пайдалануына негізделген. Жалпы жағдайда мұндай ауытқулар келесі типтегі аналитикалық қатынастармен тіркеледі:
y = A sin (t + 0), (1.5)
мұндағы, А - тербеліс амплитудасы;
- бұрыштық жиілік ;
t - ағымды уақыт;
0 - бастапқы фаза.
Фазалық қашықтықты өлшеу кезінде қолданылатын негізгі параметрі (1.5) теңдеуде тригонометриялық функция таңбасында тұрған, ағымды фаза деп аталған өрнек
(t) = t + 0, (1.6)
Берілген параметрдің сызық ұзындығын (R) анықтайтын шама мен байланысын анықтау үшін: қажетті ара қашықтықты өткеннен кейін, тербелістер тіректі тербеліске қатысты фаза бойынша кешігеді. Екіжақты әдісті қолданған кезде осындай кешігуді тербелістегі фазалар үшін былай жазуға болады:
(t)= (t - ), (1.7)
Фазометрмен өлшенетін фазалар аралығы бұл кезде төмендегідей болып шығады:
= (t) - (t) = , (1.8)
Осыдан: R = , (1.9)
шамасы әдетте бұрыштық бірлікпен (градус не радианмен) өлшенеді. Алайда алынатын ақпараттың үлкен массивімен сипатталатын өлшеу, фазалық қашықтық өлшеудің жер серіктік әдісіне байланысты есептеу процестерін жеңілдету үшін, фазаны салыстырмалы бірліктерде өрнектейді (фазалық цикл үлестерінде Ф). Осыны ескере отырып, (1.8) және (1.9) формулалары мына түрде болады:
Ф = , (1.10)
және
R = (1.11)
мұндағы, f = 2 - тербелістің герцтегі жиілігі.
Фазалық өлшеудің ерекшелігі - алдыңғы өлшеулер жөніндегі алдын ала қандайда бір ақпараттың болмауы кезінде фазометр, фазалар айырмашылығын тек бір период (яғни, бір фазалық цикл) аралығында ғана анықтауға мүмкіндік береді. Сол кезде (1.10) және (1.11) формулаға кіретін Ф шамасы, осы шамадан көп артық. Осыдан, Ф параметрін мына түрде жазады
Ф = N + Ф , (1.12)
мұндағы, N - фазаның (цикл) деректер сигналымен ара қашықтықты анықтау уақытындағы өзгеруінің толық кезеңдік саны;
Ф - фазометрмен өлшенетін фазалар айырмашылығы.
N мәнін (бірнеше өлшеудің шектік мәні) табу үшін жердегі фазалық қашықтық өлшеуіш жүйелерінде бірнеше әртүрлі масштабтық жиілікте өлшеу немесе масштабтық жиілікті толқынды өзгерту әдісі сияқты көмекші әдістер қолданылады.
Ал өлшеуді статикалық шарттарда орындаған кезде әдетте, едәуір қиыншылық тудырмайтын процедура атап өтіледі. Жерсеріктік жүйелерде жер бетінде орнатылған қабылдағыштар мен бақылайтын жер серігінің арасындағы ара қашықтық үздіксіз өзгереді, ал нәтижесінде анықталатын N мәні де өзгереді. Сонымен қатар, фазалық өлшеуде Ггц-пен есептелетін аса жоғары жиілікті пайдалануға және өлшенетін ұзындықтың үлкен мәніне байланысты N мәні жүздеген миллионға дейін жетеді. Оны анықтау кезінде тіпті бірлікке қателесуге болмайды. Өйткені, бұл үлкен қателікке алып келеді де, нәтижелер жарамсыз болып қалады.
Фазалық жерсеріктік өлшеудің екінші ерекшелігі - қашықтықты өлшеудің біржақты әдісімен байланысты. Біржақты әдістер кезінде жер серігі мен қабылдағыштағы сағаттардың әртүрлі көрсеткіштеріне байланысты түзетулерді ескеруге тура келеді. Фазалық өлшеулерге қатысты, алдымен әртүрлі генераторлармен әрекет ететін салыстырылатын тербелістердің бастапқы фазаларын есепке алу қажеттілігі туады. Бастапқы фазаны Ф0 есепке алғанда, бізді кызықтыратын тербелістің ағынды фазасы мына түрде берілуі мүмкін:
Ф (t) = ft = Ф0, (1.13)
Жерсеріктік өлшеулерге сәйкес, бастапқы фазаны Ф0 фазалық өлшеуді орындау үшін қолданылатын сол тербелістер беретін жүрісті, сәйкес электрондық сағаттар көрсеткіштерінің жылжуы ретінде қарастыру қабылданған. Осыны ескере отырып:
Ф0 = ft, (1.14)
мұндағы, t - сағаттың эталондық уақыттан өлшеуді орындау сәтіне кетуі.
Берілген интерпретацияда бастапқы фазалық жылжу, бір кезеңге сәйкес
шамадан асып кетуі мүмкін. Осыдан шығатыны, жерсеріктік өлшеулер кезіндегі айтып өтілген жылжуды, тербеліс жер серігінен қабылдағыш кірісіне келіп түсетін ағынды фазаның жылжуы ретінде тарайтын N мәнімен бірге қарастырады. Осыларды ескере келе, айтылып өткен ағын фаза мынандай аналитикалык түрде жазылуы мүмкін:
Фпер(t) = f(t - r) + ftпер, (1.15)
мұндағы, Фпер(t) - пайдалану тербелісінің жер серігінен қабылдағыш кірісіне келіп түсетін ағынды фаза;
f - пайдаланған жиіліктің номиналды мәні;
= Rс - пайдаланған тербеліспен ізделген ара қашықтыққа өту уақыты;
tпер - қабылдағыш жер серігіне орнатылған, оның жұмысының тұрақсыздығымен дәлелденген сағат көрсеткішінің, өлшеуді орындау сәтіне
кетуі.
Сәйкесінше, ағымдағы фаза үшін қабылдағышта әрекет ететін тірек тербелістері:
Фпр(t)= ft + ftпр, (1.16)
Негізінде жер серігіне дейінгі ара қашықтық есептелетін Ф фазалар аралығы былай анықталады:
Ф = Фпер(t) - Фпр(t) = - f + f(tпр - tпер), (1.17)
Теңдеудің оң жағындағы бірінші мән алдындағы минус белгісі -- жерсеріктік жүйелерде сандық-фазалық өлшеулер кезінде, бастапқы сигналдар ретінде көбінесе жер серігінен түсетін кешігуге байланысты теріс фазалық жылжитын сигналдар. Ал соңғы сигнал ретінде, жергілікті тіректік генератор қалыптастыратын сигналдың қолданылуына байланысты. Осыған байланысты формула былай болады:
Ф = N - Ф, (1.18)
(1.17) және (1.18) қатынастарының комбинациясы негізінде мынандай формуланы алуға болады:
Ф = f + N + f, (1.19)
мұндағы, ΔФ - фазалар айырымының өлшенетін мәні;
f - масштабты жиіліктің номиналды мәні;
N- радиосигналмен жер серігінен қабылдағышқа дейінгі қашықтықта жүріп өту уақытындағы фазаны өлшеу периодтарының бүтін саны;
= tпер - tпр - жер серігі мен қабылдағыштағы сағаттар жүрісінің синхронды еместігінен туған түзету.
= Rс екенін ескере отырып, ΔФ фазалардың өлшенетін айырымның мәні, R анықталатын ара қашықтық шамасымен байланыстыратын теңдеу мына түрде беріледі:
Ф =R + N + f, (1.20)
Бұл формула қашықтық ұзындығын анықтаудың фазалық әдісі - ол іске асырылатын біржақты жерсеріктік қашықтықты өлшеу жүйелері үшін негізгі болып табылады.
Жер серігі мен қабылдағыш арасындағы ара қашықтықты өлшеудің кодтық және фазалық принциптерімен қатар, GPS типті қазіргі заманғы жерсеріктік позициялау жүйелерінде Доплер эффектісіне негізделген көмекші әдістер де қолданылады. Ара қашықтықты өлшеудің фазалық принципін пайдаланған жағдайда, Доплер әдісін арнайы аппараттық құралдарды қатыстыра отырып іске асырудың қажеті жоқ. Өйткені, бұл әдіс фазалық әдіс түрлерінің бірі болып табылады. Доплер әдісіне тән кейбір ерекшеліктер, алынатын нәтижелерді өңдеу әдістеріне байланысты [2].
1.2 Жерсеріктік әдістермен нүкте орнын анықтау
1.2.1 Нүкте орнын анықтаудың абсолюттік әдісі
Спутниктік әдістерді қолдана отырып, нүктенің орнын анықтаудың абсолютті, дифференциалды немесе салыстырмалы әдістері бар.
Спутниктің координаттарын өлшеу кезінде негізгі анықтайтын параметр-спутник пен қабылдағыш арасындағы қашықтық. Бірнеше спутниктерге дейінгі қашықтықты бір уақытта анықтау кеңістіктік сызық пен бақылау нүктесінің координаттарының қиылысу әдісін есептеуге мүмкіндік береді. Бұл координаттар, өз кезегінде, бір уақытта жұмыс істейтін спутниктік қабылдағыштар орнатылған нүктелер арасындағы координаттардағы айырмашылықты, базалық сызықтың ұзындығын, азимут бағытын, сондай-ақ басқа да бірқатар қосалқы параметрлерді анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, қабылдағышты қозғалатын объектіге орнатқан кезде, сол объектінің жылдамдығы мен бағытын анықтауға болады.
Шешілетін міндеттерге байланысты координаталарды анықтау әдістері бар - абсолютті және салыстырмалы (дифференциалды). Сонымен бірге, бірінші жағдайда қойылған міндет бір бөлек жұмыс істейтін спутниктік қабылдағыштың көмегімен шешілуі мүмкін. Екінші жағдайда дифференциалды өлшеуге тән белгілі бір жерлерде белгілі бір нүктелерде орналасқан екі немесе одан да көп бір уақытта жұмыс істейтін қабылдағыштарды қолдануға болады. Осы екі әдістің негізгі ерекшеліктері - дәлдігі жағынан айтарлықтай ерекшеленетін координаталарды алу абсолютті әдіске тән жүйенің қасиеттерінің қателіктерін есепке алудың күрделілігімен түсіндіріледі. Мұндай мәлімдемені дәлелдеу үшін түпкілікті нәтижелерді есептеу кезінде қолданылатын негізгі қатынастарды талдаңыз.
Егер өлшеу сәтінде белгілі жер серігі координаталарын координатаның геоцентрлік жүйесінде Хс , Ус және Zс арқылы, ал бақылау пунктінің белгісіз координаталарын Хn , Уn және Zn арқылы белгілесек, онда осы екі нүкте арасындағы геометриялық ара қашықтық мынандай аналитикалық геометрия негізінде анықталуы мүмкін:
p=√(XC-XП)2+(YC-YП)2+(ZC-ZП)2, (1.21)
Есептелген ара қашықтықтың дәл мәні R сағат жүрісінің синхронды еместігінен υδτ туған түзетуді ескере отырып, мына формуламен анықталады:
R=ρ+υδτ, (1.22)
(1.21) қатынасын (1.22) формуласына қойып, электрмагнитті толқындардың таралу жылдамдығының υ орташа мәнінің орнына, осы толқындардың атмосфераның δtатм әсерінен, сәйкес уақыттың түзетулері бар вакуумдегі жылдамдығын υ енгізе отырып, жер серігі мен қабылдағыш арасындағы өлшенетін ара қашықтық Rөлш үшін мына формула алынады:
Rөлш =√(XC-XП)2+(YC-YП)2+(ZC-ZП)2+с(δtпр - δtс)+сδtатм , (1.23)
мұндағы, δtпр мен δtс - жер серігі мен қабылдағыш сағаттар көрсеткіштердің эталондық уақытқа қатысты ауытқуы;
δtатм -- атмосфераның әсерінен туған уақыттық кідірістер.
(1.23) формуладағы δtс шамасы әрбір нақты жер серігі үшін басқару және бақылау сенсорының құрамына кіретін қадағалау станциясының көмегімен анықталады да, навигациялық деректердің құрамында әрбір тұтынушыға беріледі. Осыны ескере отырып, абсолюттік әдіске тән дөрекі координатты анықтау кезінде қарастырылатын шаманы белгілі деп санауға болады. δtатм түзету мәнін радиосигналдың ионосфера мен тропосфера арқылы өту кезінде пайда болған кідірістерді модельдеу негізінде есептейді. Нәтижесіиде (1.23) формула құрамында төрт белгісіз мән болады: қабылдағыш күйі нүктесінің үш координатасы мен қабылдағыш сағатының жүру түзетпесі. Осы белгісіздерді табу үшін кем дегенде төрт жер серігінен бақылау жүргізеді. Олар әртүрлі жер серігіне дейінгі Rөлш қашықтықтың әртүрлі мәндеріне сәйкес келетін тендеулер жүйесін құрып, оны бірге шешеді.
Координаталарды анықтаудың абсолюттік әдісінің потенциалды дәлдігін аныктау мақсатында, осы әдіске тиісті жеке қателік көздерінің әсерін бағалаймыз. Алдымен жер серігі координаталарын, яғни навигациялық деректер құрамындағы радиоарна бойынша берілетін оның эфемеридтері - метрлік дәлділік деңгейіндегі қателіктермен сипатталады.
Қандай да бір жер серігі сағаттарының түзетілуі белгілі бір дәлділік деңгейіндегі қателіктермен сипатталады. Қандай да бір жер серігі сағаттарының түзетілуі белгілі бір нақты қателікпен жүзеге асырылады.
Атмосфера әсерін модельдеу әдістері, координатты анықтау дәлдігіне елеулі әсерін тигізеді. Ионосфера әсері едәуір сенімді модельденеді. Алайда, екі жиіліктік қабылдағыштарды пайдаланған кезде аталған әсерді едәуір азайтуға болады.
GPS-ке сәйкес жалпыға арналған кодтың негізделген абсолюттік әдіске тән жоғарыда келтірілген барлық әсерді сандық бағалау 2-кестеде берілген. Бұл деректер абсолюттік өлшеу әдісі үшін нәтижелі дәлділік, жалпыға арналған (СА) кодты пайдаланғанда шамамен 8 м деңгейдегі қателікпен бағаланатынын көрсетеді. Бұл кезде СА-кодты қолдануға тән әдістің ең төменгі сезгіштігі шамамен 3 м қателікке сәйкес келеді. Яғни, жоғарыда келтірілген қателіктердің әсерінен абсолюттік әдісті пайдаланған жағдайда, жалпыға арналған кодтық өлшеудің потенциалдық дәлдігін іске асыру мүмкін емес.
Мәні бойынша осындай едәуір көп қателік көздеріне байланысты тербелісті пайдалану фазасын өлшеу негізінде, жер серігіне дейінгі ара қашықтықты анықтауға мүмкіндік болмайды. Өйткені, бірнеше өлшеудің шектік мәнін беру үшін GPS-ке қатысты 0,1 м-ден төмен емес деңгейде потенциалды дәлдікті қамтамасыз ету қажет.
1.2- кесте
Қателікті мөлшерлік бағалау
№
Қателік көздері
СА -код үшін тиісті абсолюттік анықтаудың қателіктер мәні, м
1
Ионосфера
7
2
Тропосфера
0,7
3
Көпжолдық
7,2
4
Қабылдағыштың шуы
1,5
5
Жер серіктік координаталардың уақытты қамтамасыздандыру қателіктері
3,6
6
Сомалық қателік
8,1
Координаталарды анықтау дәлдігін жоғарылату мәселесі жерсерікті өлшеудің дифференциалдық әдістерін қолдану есебінен, едәуір тиімді түрде шешіледі. Оған тән ерекшелік - қабылдағыш көмегімен тіркелетін мәндердің абсолюттік емес мәнін, өлшеу нәтижелерінің соңғы сатысында өңдейді.
Мұндай тәсіл дифференциалдық жерсеріктік өлшемдердің кеңінен таралуын қамтамасыз етті. Ол жылжымайтын және жылжитын объектілердің координаталарын анықтауда табысты қолданылады. Ал соңғы нәтижелері тек өңдеуден кейінгі өңдеу процесінде ғана емес, нақты уақыт масштабында да алынуы мүмкін. Бұл кезде едәуір өңделген дифференциалды әдістерге тән дәлділік деңгейін абсолюттік әдіспен салыстырғанда, 100 еседен артық жоғарылатуға болады.
Осы себепті көптеген геодезиялық есептеудің шешімі дифференциалды әдіспен жүргізіледі. Ал қандай да бір белгісіз шамаларды абсолюттік анықтау - тек көмекші функцияларды ғана орындайды.
1.2.2 Нүкте орнын анықтаудың дифференциялдық әдісі
Бірнеше жер серіктіктері мен қабылдағыштар қатысатын жер серігін өлшеуді бір мезгілде орындау кезінде, әртүрлі есептемелердің мынадай түрлерін ұйымдастыруға болады:
бір ғана жер серігін бір уақытта бақылау кезінде жерсеріктік қабылдағыштың әртүрлі нүктелерден алынған нәтижелерінің айырмашылығы;
бір мезгілде екі немесе оданда көп жерсеріктерін бақылау кезінде бір қабылдағыштың көмегімен алынатын нәтижелер айырмашылығы;
бір қабылдағышпен және уақыттың әртүрлі сәтінде бір жерсерігін бақылау кезінде алынған нәтижелер айырмашылығы;
әртүрлі өлшеу түрлерін (мысалы, кодты әдістер мен тербелісті алып жүретін фазаны анықтау негізінде орындалатын басқа да комбинациялары болуы мүмкін (екі әртүрлі пайдалану жиіліктерінде L1 және L2 алынатын нәтижелер айырымы).
Енді оларды пайдалану негізінде алынатын әртүрлі айырымдарды ұйымдастыру артықшылықтарын қарастыралық. Бірінші нұсқаны іске асырған кезде, жерсеріктік аппаратура жұмысының жетілмеуіне байланысты тіркелген мәндеріндегі ауытқуларды алып тастауға мүмкіндік туады. Оларға өлшеуді орындау сәтіндегі жерсеріктік сағат көрсеткішінің қателіктері жатуы мүмкін.
Сонымен қатар, жер серігі эфемеридтерін білу дәлдігіне қойылатын талаптарда едәуір әлсірейді. Бұл жағдай сызбанұсқа түрінде 4-суретте бейнеленген.
4-сурет. ЖНЖС күйінің дәлсіздігінің әсері
Егер S жер серігінен жер бетіндегі Р1 және Р2 екі нүктесіне дейінгі ара қашықтық шамамен бір-біріне тең (R1≈ P2≈R), ал D базисі бақыланатын бұрыш - жер серігінің есептеу траекториясынан шамалы ауытқыған кезде тұрақты болып қалса, онда
, (1.24)
деп алған жөн немесе = const екенін ескерсек,
, (1.25)
Радиоарна бойынша берілетін эфемерид мәндерінің қателіктері, бұл кезде өлшенетін ара қашықтық (δR) мәндеріндегі қателіктер бірінші жорамалда шамамен 20 м шамасымен бағаланады. GPS және ГЛОНАСС жүйелері үшін R ≈ 20000 км болғандықтан, ол былай болады:
.
Осыны ескере отырып, дифференциалдық әдісті қолданғанда базистік сызықтың ұзындығын, сонымен қатар бір миллиондық деңгейдегі екі пункттер арасындағы координаталар айырымын жер серігі эфемеридтерінің мәнін анықтаудың арнайы шараларына қабылдауға сүйенбей алу мүмкіндігі ұсынылады. Дифференциалдық әдісті пайдалану, аралық нәтижелерге атмосфераның әсерін тез азайтуға мүмкіндік береді. Өйткені, бұл жағдайда радиосигналдардың атмосфера арқылы өткен кездегі кідірісінің абсолюттік мәндерін емес, тек осы кідірістер айырымын ғана ескеру қажет. Олар салыстырмалы аз станция үрдісінде салыстырмалы кіші мәндермен сипатталады.
Қарастырылып жатқан дифференциалдық әдістің басты кемшілігі - пункт арасындағы координаталар айырмашылығын ғана анықтап, оның абсолюттік мәнін анықтамауы. Мұндай тәсілді референцтік деп атайды.
Екінші нұсқаның артықшылығы - екі жер серігіне дейінгі айырмашылықты пайдаланғандағы соңғы нәтижелерді есептеуден туады. Осы айырмашылық - қабылдағыш сағаты көрсеткішінің дәл еместігімен туған тузетулерді алып тастауға және қабылдағыш жұмысымен байланысты жеке құрал-жабдық қателіктерін азайтуға мүмкіндік береді.
Дифференциалдық әдістің үшінші нұсқасы - бұл кезде өлшеудің айырмашылықтары анықталады, яғни фазалық өлшеуді орындау кезінде орбитада бір-біріне жақын орналасқан екі жер серігін табу, мәндердің бірдей болмауын шешу проблемасын едәуір жеңілдетеді. Бұл жағдайда бақылау кезінде бастапқы нүктедегі жер серігі мен қабылдағыш арасындағы ара қашықтықтан жиналған толқын ұзындығының бүтін санына сәйкес келетін N мәнін алып тастауға болады.
Әртүрлі өлшеу түрлерінің комбинациясын біріктіруге негізделген дифференциалдық әдіс түрлерінің төртінші нұсқасы, фазалық өлшеуді орындаған кезде бір мәнді нақты нәтижелерді алудың тиімді әдістерін іздеуге, біржиілікті қабылдағыштарымен жұмыс істеу кезіндегі ионосфера әсерін баяулатуға, сонымен қатар динамикалық жағдайда жұмыс істегенде, мысалы көлік құралдарын пайдаланғанда, жоғары дәлдікті жерсеріктік өлшеу әдістерін өңдеуге де бағытталған [3].
1.3 Жерсеріктік өлшеуді өңдеу
Топографиялық-геодезиялық ақпараттарды өңдеудің жалпы процесі мынадай кезеңдерге бөлінеді:
алғашқы өңдеу;
алдын ала өңдеу;
соңғы өндеу.
Алғашқы өңдеуге - тікелей өлшеу процесінде орындалатын есептеулер жатады. Осы кезеңде алынған есептеулердің дұрыстығы мен бірлік өлшеу дәлдігі бақыланады. Жерсеріктік өлшеу жағдайында алғашқы өндеу - тікелей дала қабылдағыштарында орындалады. Ал координатты навигациялық режимде анықтаудың бақылау ретінде аспанның көрінуі, жер серіктерінің қажетті саны және өлшеу процесінегі геометриялық факторлардың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz