Основи супутникової геодезії презентация

План лекційного заняття:
1. Системи координат супутникової геодезії
2. Структура та призначення глобальної системи визначення місцеположення (GPS)
3. Планування геодезичного знімання GPS – методом

Рекомендована література:
Баранов В. Н. и др. Космическая геодезия. – М.: Недра, 1986. – 407 с.
Краснорылов И. И., Плахов Ю. В. Основы космической геодезии. – М.: Недра, 1976. – 216 с.
Краснорылов И. И. Основы космической геодезии. – М.: Недра, 1991. – 155 с.
Гофманн-Веленгоф Б., Ліхтенеггер Г., Коллінз Д. Глобальна система визначення місцеположення (GPS): теорія і практика. – К.: Наукова думка, 1996. – 380 с.
http: // www. Navcen. Useg.gov/ ftp/GPS/ almanacs/ Yuma
Кравец Я. С. Космическая геодезия: методические указания. – Ивано-Франковск, 1989. – 40 с.
Островський А. Л., Морз О. І., Тарнавський В. Л. Геодезія: підручник. – Львів: НУ «Львівська політехніка», 2007. – 508 с.
Третяк К., Романишин І. До питання розрахунку точності навігаційних GPS-вимірів // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. – Львів: Ліга-Прес, 2004. – С. 149 – 157.

Питання на самостійне вивчення
Супутникові системи України та світу для здійснення систем дистанційних геодезичних робіт
Сучасні бази даних супутникової навігації
Системи GPS навігації та її значення в системі забезпечення аграрного виробництва
Сучасні типи супутників та їх функції у питаннях космічної геодезії

1. Системи координат супутникової геодезії

Системи координат, що застосовуються в супутниковій геодезії поділяють на дві групи: лінійні і сферичні. За розміщенням початків систем координат – розрізняють: геоцентричні – в яких початок координат співпадає з центром мас Землі; референцні – початок координат в яких співпадає з геометричним центром референц-еліпсоїда; геліоцентричні – початок координат співпадає з центром мас Сонця; топоцентричні – початок координат співпадає з точкою спостереження на земній поверхні.
В залежності від вибору основної координатної площини розрізняють: екваторіальну систему координат, в якій основна координатна площина співпадає з площиною земного або небесного екватора; горизонтальну (горизонтну) систему координат, в якій основна координатна площина співпадає з площиною небесного або місцевого горизонту; екліптичну систему координат, в якій основна координатна площина розміщена в площині екліптики; орбітальну систему координат, в якій основна координатна площина знаходиться в площині орбіти об’єкта.

В супутниковій геодезії найбільше поширеними є наступні системи координат: геоцентрична просторова прямокутна система координат XYZ, геодезична система координат, топоцентрична система координат, перша і друга екваторіальні системи координат.
В геоцентричній екваторіальній системі координат початок цієї системи співпадає з центром мас Землі, а напрямок координатних осей задається відносно характерних точок земної поверхні або небесної сфери.

Геодезична екваторіальна і топоцентрична горизонтальна (горизонтна) системи координат

Відомо, що фігура реальної Землі – геоїд за своєю конфігурацією близька до фігури, яку утворює еліпсоїд, параметри і орієнтування якого в тілі Землі задаються. Тоді доцільно визначати положення точок на поверхні такого еліпсоїда за допомогою геодезичних координат.
Проведемо в точці Q земної поверхні нормаль до поверхні еліпсоїда Qn. Гострий кут, утворений нормаллю з площиною екватора, називається геодезичною широтою і позначається літерою В. Приймемо меридіан PGGoP', що відповідає Грінвіцькому геодезичному меридіану за початковий. Тоді двогранний кут при полюсі Р, утворений цим меридіаном і геодезичним меридіаном даної точки PQeQoP', називається геодезичною довготою і позначається літерою L. Геодезичні координати B і L однозначно визначають положення точки Qe на поверхні еліпсоїда.
Положення точки Q відносно поверхні еліпсоїда визначається відрізком нормалі QQe, який отримав назву геодезичної висоти точки Н. Координати B,L,H і складають геодезичну систему координат.

Геодезична система координат

Оскільки штучні супутники Землі є рухомими об’єктами, то при визначенні їх положення в просторі обов’зково фіксують час спостереження, який вважають четвертою координатою супутника.
В супутниковій геодезії для встановлення часу спостереження найчастіше користуються двома системами визначення часу – зоряною і середньою.
За одиницю зоряного часу приймають зоряну добу. Зоряною добою називають проміжок часу між двома послідовними одноіменними кульмінаціями точки весняного рівнодення на меридіані точки спостереження. Місцевим зоряним часом називають величину годинного кута точки весняного рівнодення на момент спостереження.

Одиниця середнього часу – доба встановлюється за спостереженнями фіктивної точки небесної сфери, що отримала назву середнього екваторіального Сонця. Середньою добою називають проміжок часу між двома послідовними одноіменними кульмінаціями середнього екваторіального Сонця на меридіані точки спостереження.
Місцевим середнім часом називають величину годинного кута середнього екваторіального Сонця. Місцевий середній час на меридіані Грінвіча отримав назву всесвітнього часу і позначається UT (Universal Time).

2. Структура та призначення глобальної системи визначення місцеположення (GPS)

Космічний сегмент системи GPS створюється у космічному просторі системою штучних супутників Землі, які є носіями просторових координат. Їх кількість і взаємне розміщення створюють можливість одночасного спостереження не менше чотирьох супутників в довільній точці земної поверхні, що забезпечує однозначне визначення місцеположення цієї точки в геоцентричній системі координат, яка пов’язана із загально-земним еліпсоїдом WGS-84.
Космічний сегмент системи GPS складається із 24 спеціальних супутників типу BLOCR II A (з 2000 року їх поступово замінюють супутниками типу BLOCR II R), що розміщуються на шести орбітах, по чотири супутники на кожній орбіті. Орбіти супутників є майже круговими з висотою над поверхнею Землі приблизно 20200 км, кутом нахилу орбіти в 55° і періодом обертання біля 12 годин.

Схема базових IGS станцій, які використовуються
для реалізації міжнародної загальноземної референцної системи координат

Пункти Європейської перманентної мережі (EPN),
які є носіями системи ETRS89

Перманентні станції, які розташовані
на території України, станом на 1 грудня 2006 року

3. Планування геодезичного знімання GPS – методом

До визначення географічних координат точок траси

До встановлення зони видимості супутника

До розрахунку горизонтальних координат супутника

Концепція побудови приймача

Проектування GPS - знімання передбачає нанесення точок, створюваної GPS - мережі на топографічні карти різних масштабів. Дозволяється для створення проекту використовувати карти від масштабу 1:25000 до масштабу 1:100000. При виборі розміщення цих точок на необхідно враховувати такі основні вимоги:
1 Відсутність біля запроектованого пункту спостереження перешкод для поширення сигналу від супутника, що буде спостерігатися над горизонтом на висоті не менше 20°.
2 Відсутність навколо точки спостереження відбиваючих поверхонь, створюваних металевими конструкціями, огорожами, водними поверхнями.
3 Відсутність на близькій відстані від точки спостережень (20 – 30 м) радіоелектричних передавачів, високовольтних повітряних ліній чи кабелів, що можуть впливати на радіосигнали супутника.
Для кожної запроектованої точки по карті визначають геодезичні координати B і L, а також геодезичну висоту Н.