Спутниковые технологии сбора данных для ГИС. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ

 

Кафедра картографии

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

Спутниковые технологии сбора данных для ГИС. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент 32 к-2группы

факультета “Кадастр недвижимости ”                      Хоперскова А.А.

 

Проверил доц.:                                                                                      Евстратова Л. Г.                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2015

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Управление земельно-имущественным комплексом крупнейшей мировой державы, каковой является Россия, постоянный мониторинг земель, требует наличия качественного планово-картографического материала. Рынок геоинформационных технологий в России развивается быстрыми темпами. Часто сбор пространственных данных осуществляется техническими средствами, предназначенными для решения других задач. Использование оборудования, специально разработанного для сбора ГИС-данных, позволит упростить процесс создания ГИС и повысить качество полевых измерений.

Эффективное обновление существующих карт невозможно без использования современных спутниковых систем с применением новейших компьютерных технологий, позволяющих оперативно вносить необходимые изменения на планы и карты, связанные с разрушительными природными явлениями и антропогенной деятельностью человека.

На сегодняшний день важным аспектом для решения задач топографического и тематического картографирования, построения географических информационных систем (ГИС), оценки природных ресурсов и многого другого, является не только сбор данных о пространственном положении, но и свойствах измеряемых объектов (атрибутов). Эти и другие задачи легко можно решить, используя оборудование нового поколения.  
    Наиболее удобным инструментом сбора информации о пространственном положении объектов являются приёмники глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1 Глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS)

 

Глобальная спутниковая навигационная система (ГНСС) – это система, позволяющая определять пространственное положение объектов местности путем обработки принимающим устройством спутникового сигнала. ГНСС состоит из трех сегментов: космического, наземного и пользовательского. Космический сегмент представляет собой созвездие спутников. Наземный сегмент включает в себя сеть следящих станций, которые наблюдают за спутниками на орбите и выполняют корректировку их положения. Пользовательский сегмент включает все приемники, выполняющие определение своего местоположения [3,C.45].

В настоящее время существует несколько ГНСС [1,C.70] :

• GPS (global position system), управление которой осуществляется правительством США;
• ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система), Российская спутниковая система;
• Galileo, европейская спутниковая система;
• Compass, спутниковая навигационная система под управления правительства Китая.

В 2001 году Постановлением Правительства Российской Федерации была принята долгосрочная целевая программа «Глобальная навигационная система», рассчитанная на период с 2002 по 2011 годы, с целью восстановления системы ГЛОНАСС и ее использование в различных отраслях народного хозяйства, наряду с существующими системами GPS (США) и европейской системой Галилео.

Современные спутниковые методы ГЛОНАСС/ GPS имеют такие преимущества как [5,C.14]:

• передача с высокой оперативностью и точностью координат практически на любые расстояния;
• геодезические пункты можно располагать в благоприятных для их сохранности местах, так как не нужно обеспечивать взаимную видимость между пунктами и, следовательно, строить дорогостоящие геодезические знаки;
• простота и высокий уровень автоматизации работ;
• понижение требований к плотности исходной геодезической основы.

К основным задачам, решаемым спутниковыми системами, относят [3,C.55]:

•  развитие геодезических сетей, служащих основой для определения координат любых объектов;
• производство нивелирных работ, выполняемых вплоть до III и II классов точности;
• распространение единой высокоточной шкалы времени;
• исследование геодинамических процессов;
• мониторинг состояния окружающей среды;
• координатное обеспечение кадастровых, землеустроительных, сельскохозяйственных и других работ;
• координатное обеспечение полевых тематических съемок и инженерно-географических работ с помощью спутниковых приемников, соединенных со специализированным датчиком (эхолотом, анероидом, магнитометром, цифровой видеокамерой, аэрофотокамерой и др.);
• создание и обновление баз данных ГИС на основе комплексирования спутниковых приемников со специализированными полевыми компьютерами, цифровыми видеокамерами, электронными тахеометрами и инерциальными навигационными системами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2 Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС)

2. Общие сведения о ГЛОНАСС

 

Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) – это уникальные технологии, плод многолетнего труда российских конструкторов и ученых. Она состоит из 24 спутников, которые, находясь в заданных точках на высоких орбитах, непрерывно излучают в сторону Земли специальные навигационные сигналы. Любой человек или транспортное средство, оснащенные специальным прибором для приема и обработки этих сигналов, могут с высокой точностью в любой точке Земли и околоземного пространства определить собственные координаты и скорость движения, а также осуществить привязку к точному времени. ГЛОНАСС является государственной системой, которая разрабатывалась как система двойного использования, предназначенная для нужд Министерства обороны и гражданских потребителей. Обязанности по управлению и эксплуатации системы ГЛОНАСС возложены на Министерство обороны Российской Федерации (Космические войска).

В создании системы ГЛОНАСС принимали участие [7]:

• Министерство обороны Российской Федерации – головной заказчик системы, обеспечивающий контроль разработки и ее дальнейшее совершенствование, а также развертывание, поддержание и управление орбитальной группировкой ГЛОНАСС;
• Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева (НПО ПМ) – головной разработчик системы, спутника ГЛОНАСС, автоматизированной системы управления спутниками и ее математического обеспечения;
• Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (РНИИ КП) – головной разработчик наземного комплекса управления и бортовой аппаратуры спутника ГЛОНАСС;
• Российский институт радионавигации и времени (РИРВ) – головной разработчик спутниковой и наземной аппаратуры системы синхронизации и времени;
• Производственное объединение «Полет» (ПО «Полет») – разработчик и изготовитель спутника ГЛОНАСС, а также ряд других российских научных и производственных организаций.

Первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982 года. Система ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 года распоряжением Президента Российской Федерации 658 рпс с неполной комплектацией орбитальной структуры при условии развертывания штатной орбитальной структуры (24 спутника) в 1995 году. Постановлением Правительства РФ от 7 марта 1995 г. №237 были организованы работы по полному развертыванию орбитальной структуры (24 спутника), обеспечению серийного производства навигационной аппаратуры и представлению ГЛОНАСС в качестве элемента международной глобальной навигационной системы для гражданских потребителей [6].

3. Состав системы ГЛОНАСС: орбитальная структура спутников ГЛОНАСС

 

Полная орбитальная структура системы ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, равномерно размещенных на трех орбитальных плоскостях.

Орбитальные плоскости разнесены относительно друг друга на 120° по абсолютной долготе восходящего узла. Плоскостям присвоены номера 1, 2, 3 с возрастанием в направлении вращения Земли. Номинальные значения абсолютных долгот восходящих узлов идеальных плоскостей, зафиксированных на 00 часов Московского времени 1 января 1983 года, составляют: 215°15'00'' + 120° (i – 1), где i – номер плоскости (i = 1, 2, 3) [11].

Номинальные расстояния между соседними спутниками ГЛОНАСС в орбитальной плоскости по аргументу широты составляют 45°.

Средняя скорость прецессии орбитальных плоскостей равна (–0.00059251) радиан/сутки.

Спутникам 1-й плоскости присвоены номера 1–8, 2-й плоскости – 9–16, 3-й плоскости – 17–24, с возрастанием против направления движения спутника.

Орбитальные плоскости сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°.

Максимальные уходы спутников относительно идеального положения в орбитальной плоскости не превышают 5° за пятилетний период.

Интервал повторяемости трасс движения спутников и зон радиовидимости для наземных средств – 17 витков (7 суток, 23 часа 27 минут 27 секунд).

Драконический период обращения спутника ГЛОНАСС – 11 часов 15 минут 44 секунды. Высота орбиты - 19100 км (18840...19440 км). Наклонение орбиты – 64.8 +0.3 град. Эксцентриситет – 0 + 0.01 [13].

Такая конфигурация орбитальной структуры позволяет обеспечивать глобальную и непрерывную зону действия системы, а также оптимальную геометрию взаимного расположения спутников для повышения точности определения координат.

Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя "Протон", разгонного блока 11С861-01 и СЗБ 11Ф639.М0000-0-01. Одним носителем одновременно выводятся три спутника ГЛОНАСС.

Перевод каждого спутника в заданную точку орбитальной плоскости производится с помощью собственной двигательной установки [8].

 

• Спутник ГЛОНАСС

 

Спутник ГЛОНАСС конструктивно состоит из цилиндрического гермоконтейнера с приборным блоком, рамы антенно-фидерных устройств, приборов системы ориентации, панелей солнечных батарей с приводами, блока двигательной установки и жалюзи системы терморегулирования с приводами. На спутнике также установлены оптические уголковые отражатели, предназначенные для калибровки радиосигналов измерительной системы с помощью измерений дальности до спутника в оптическом диапазоне, а также для уточнения геодинамических параметров модели движения спутника. Конструктивно уголковые отражатели формируются в виде блока, постоянно отслеживающего направление на центр Земли. В состав бортовой аппаратуры входят [10]:

• навигационный комплекс;  

• комплекс управления;  

• система ориентации и стабилизации;  

• система коррекции;  

• система терморегулирования;  

• система электроснабжения.

Навигационный комплекс обеспечивает функционирование спутника как элемента системы ГЛОНАСС. В состав комплекса входят: синхронизатор, формирователь навигационных радиосигналов, бортовой компьютер, приемник навигационной информации и передатчик навигационных радиосигналов.

Синхронизатор обеспечивает выдачу высокостабильных синхрочастот на бортовую аппаратуру, формирование, хранение, коррекцию и выдачу бортовой шкалы времени.

Формирователь навигационных радиосигналов обеспечивает формирование псевдослучайных фазоманипулированных навигационных радиосигналов, содержащих дальномерный код и навигационное сообщение.

Комплекс управления обеспечивает управление системами спутника и контролирует правильность их функционирования. В состав комплекса входят: командно-измерительная система, блок управления бортовой аппаратурой и система телеметрического контроля.

Командно-измерительная система обеспечивает измерение дальности в запросном режиме, контроль бортовой шкалы времени, управление системой по разовым командам и временным программам, запись навигационной информации в бортовой навигационный комплекс и передачу телеметрии.

Блок управления обеспечивает распределение питания на системы и приборы спутника, логическую обработку, размножение и усиление разовых команд.

Система ориентации и стабилизации обеспечивает успокоение спутника после отделения от ракеты-носителя, начальную ориентацию солнечных батарей на Солнце и продольной оси спутника на Землю, затем ориентацию продольной оси спутника на центр Земли и нацеливание солнечных батарей на Солнце, а также стабилизацию спутника в процессе коррекции орбиты.

Система коррекции обеспечивает приведение спутника в заданное положение в плоскости орбиты и его удержание в данных пределах по аргументу широты. Система включает двигательную установку и блок управления ею. Двигательная установка состоит из 24 двигателей ориентации с тягой 10 г и двух двигателей коррекции с тягой 500 г.

Система терморегулирования обеспечивает необходимый тепловой режим спутника. Регулирование тепла, отводимого из гермоконтейнера, осуществляется жалюзи, которые открывают или закрывают радиационную поверхность, в зависимости от температуры газа. Отвод тепла от приборов осуществляется циркулирующим газом с помощью вентилятора.